李曉昕，魏榮鋒，朱國軍，李紹生

(1.中赟國際工程有限公司 環(huán)境工程公司,鄭州 450000；2.河南省鄭州生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心,鄭州 450000)

引 言

隨著我國社會經(jīng)濟快速發(fā)展，各類建設(shè)項目不斷增多，土地供需矛盾日益突出，林地占用或損毀難以避免，林地占用或損毀直接導(dǎo)致了森林生態(tài)效益的損失，加劇了生產(chǎn)建設(shè)項目對環(huán)境的破壞，如何準(zhǔn)確地評價林地占用的生態(tài)價值和生態(tài)影響是生產(chǎn)建設(shè)項目決策和占用或損毀林地生態(tài)補償?shù)幕A(chǔ)，也是使用林地可行與否的關(guān)鍵所在。目前對占用林地的生態(tài)環(huán)境影響多為定性分析過于簡單[1～4]，缺乏定量分析和科學(xué)數(shù)據(jù)支撐，付朝輝[5]等提出了征占用林地對生態(tài)環(huán)境影響的評價方法，但缺乏實例，宋志偉[6]等提出了林地占用對環(huán)境影響的評價方法和評價標(biāo)準(zhǔn)，并在中緬天然氣管道紅河支線建設(shè)項目使用林地對生態(tài)環(huán)境進行定量評價后，認(rèn)為使用林地對生態(tài)環(huán)境影響較輕，使用林地可行的結(jié)論。本文結(jié)合實際案例，首先采用樣方調(diào)查的方法對生態(tài)現(xiàn)狀進行評價，然后采用定量分析方法，系統(tǒng)地分析了建設(shè)項目占用林地對生態(tài)環(huán)境的影響，客觀評價了林地占用的可行性，為科學(xué)合理使用林地和提高林地的管理水平提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于河南省洛陽市欒川縣潭頭鎮(zhèn)，介于111°46′～111°48′E和33°58′～34°00′N之間，面積127.5hm2(圖1)，海拔450～700m，地勢為西南高東北低，屬暖溫帶落葉闊葉林帶，現(xiàn)狀土地利用方式以林地為主，兼有少量建設(shè)用地和耕地；氣象要素年際變化明顯，多年平均氣溫12.71℃，年均最低氣溫-10.9℃(1月)，年均最高氣溫36.5℃(6月)；多年平均降水量826.72mm，年最大降水量1 129.9mm(2016年)，年最小降水量435.1mm(2013年)，多年平均蒸發(fā)量934.17mm，多年平均相對濕度65.4%；生態(tài)系統(tǒng)類型主要是森林生態(tài)系統(tǒng)與少量農(nóng)業(yè)耕作系統(tǒng)；植被類型主要為麻櫟林、側(cè)柏林、針闊葉混交林、黃荊+酸棗灌叢等，生物種類為區(qū)域一般常見種，無重點保護種類。景觀類型為森林景觀，其基質(zhì)為林地，其間分布有少量耕地、建設(shè)用地等斑塊。

林地擬調(diào)整涉及8個地塊(圖2)，擬調(diào)整面積共29.8hm2，調(diào)整后土地利用方式為建設(shè)用地，各地塊占地類型不同程度涉及到闊葉林、灌木林、耕地。

圖1 研究區(qū)基本情況Fig.1 Basic Information of the Study Area

圖2 研究區(qū)林地調(diào)整情況Fig.2 Land Use Adjustment of the Study Area

2 研究方法

2.1 評價指標(biāo)的選擇

采用定量指標(biāo)評價的方法對建設(shè)項目占用林地產(chǎn)生的影響進行研究，具體包括物種多樣性指標(biāo)、景觀生態(tài)學(xué)指標(biāo)和生態(tài)效益定量指標(biāo)。

2.2 指標(biāo)的評估公式

根據(jù)本次所選的評價指標(biāo)及相關(guān)研究[7～9]，確定各評價指標(biāo)的計算公式如下。

2.2.1 物種多樣性計算公式

Shannon-Wiener指數(shù)

H=-Σ(Pi×logPi)

(1)

均勻度E是實際多樣性指數(shù)H與最大多樣性指數(shù)Hmax的相對比值，即：

E=H/Hmax

(2)

Hmax=Log(M)

(3)

Simpson的兩個指數(shù)：

(4)

(5)

式中：Pi是第i種物種數(shù)量占總物種數(shù)量之比；S為物種數(shù)目；M為物種數(shù)目。

2.2.2 景觀生態(tài)學(xué)計算公示

斑塊平均面積A

A=S/n

(6)

破碎度指數(shù)FN

FN=(n-1)/A

(7)

景觀要素密度

PD=(∑Ni)/A

(8)

PDi=Ni/Ai

(9)

景觀優(yōu)勢度

Rd=(斑塊i的數(shù)目/斑塊總數(shù))×100%

(10)

Rf=(斑塊i出現(xiàn)的樣方數(shù)/總樣方數(shù))×100%

(11)

Lp=(斑塊i的面積/樣地總面積)×100%

(12)

Do=0.5×[0.5×(Rd+Rf)+Lp]×100%

(13)

式中：S為某類斑塊的總面積；n為某類斑塊的個數(shù)；A為某類斑塊平均面積；總密度PD是景觀中全部要素的單位面積塊數(shù)；各要素密度PDi是景觀中某類景觀要素的單位面積塊數(shù)；Ni為第i類景觀要素數(shù)；Ai為第i類景觀要素面積；A為景觀總面積；Do為決定某一斑塊類型在景觀中的優(yōu)勢即優(yōu)勢度值，由密度(Rd)、頻率(Rf)和景觀比例(Lp)三個參數(shù)計算得出。

2.2.3 生態(tài)效益定量計算公式

2.2.3.1 涵養(yǎng)水源功能

G調(diào)=10A(P-E-C)

(14)

U調(diào)=10C庫A(P-E-C)

(15)

U水質(zhì)=10KA(P-E-C)

(16)

式中：G調(diào)為林分調(diào)節(jié)水量功能；A為林分面積；P為降水量；E為林分蒸發(fā)水量；C為地表徑流量；U調(diào)為林分年調(diào)節(jié)水量價值；C庫為水庫建設(shè)單位庫容投資；U水質(zhì)為林分年凈化水質(zhì)價值；K為水的凈化費用。

2.2.3.2 保育土壤功能

GN=AN(X2-X1)

(17)

GP=AP(X2-X1)

(18)

GK=AK(X2-X1)

(19)

(20)

式中：GN、GP、GK分別為減少的氮、磷、鉀流失量；U肥為林分保肥價值；N、P、K分別為林分土壤氮、磷、鉀平均含量；X2為無林地土壤侵蝕模數(shù)；X1為由林地土壤侵蝕模數(shù)；C1為磷酸二胺化肥價格；R1、R2分別為磷酸二胺化肥含氮、磷量；C2為氯化鉀化肥價格；R3為氯化鉀化肥含鉀量；M為林分土壤有機質(zhì)含量；C3為有機質(zhì)價格。

2.2.3.3 固碳釋氧

G固碳=1.63R碳AB年+AF土壤

(21)

G氧=1.19AB年

(22)

U固碳=1.63R碳AB年C碳+AF土壤C碳

(23)

U氧=1.19AB年C氧

(24)

式中：G固碳為林分年固碳量；R碳為二氧化碳中碳含量；A為林分面積；B年為林分凈生產(chǎn)力；F土壤為單位面積林分土壤的固碳量；G氧為林分年釋氧量；U固碳為林分年固碳價值；C碳為固碳價格；C氧為制氧價格。

2.2.3.4 林木營養(yǎng)積累價值

G氮=AN營養(yǎng)B年

(25)

G磷=AP營養(yǎng)B年

(26)

G鉀=AK營養(yǎng)B年

(27)

(28)

式中：G氮、G磷、G鉀為林分固氮、固磷、固鉀量；A為林分面積；N營養(yǎng)、P營養(yǎng)、K營養(yǎng)為林木氮、磷、鉀元素含量；B年為林分凈生產(chǎn)力；U營養(yǎng)為林分年營養(yǎng)物質(zhì)積累價值；C1為磷酸二胺化肥價格；R1、R2分別為磷酸二胺化肥含氮、磷量；C2為氯化鉀化肥價格；R3為氯化鉀化肥含鉀量。

2.2.3.5 凈化與改善大氣環(huán)境

G吸污=(Q塵+QSO2+QNOX+QF)A

(29)

G供氧=(5.256×1015×Q氧×A×H)/L

(30)

U吸污=(E塵Q塵+ESO2QSO2+ENOXQNOX+EFQF)A

(31)

U供氧=[5.256×1015×A×H×E氧×(Q氧-600)]/L

(32)

式中：G吸污為林分年吸收大氣污染物的量；G供氧為林分年提供負(fù)(氧)離子個數(shù)；U吸污為林分年吸收大氣污染物的價值；U供氧為林分年提供負(fù)(氧)離子價值；A為林分面積；Q塵為單位面積林分滯塵量；QSO2、QNOX、QF為單位面積林分吸收二氧化硫、氮氧化物、氟化物的量；Q氧為林分中空氣負(fù)(氧)離子濃度；H為林分高度；L為負(fù)離子壽命；E塵為降塵清理費用；ESO2、ENOX、EF為二氧化硫、氮氧化物、氟化物的治理費用；E氧為負(fù)離子生產(chǎn)費用。

2.2.3.6 保育生物多樣性

U生物=S生A

(33)

式中：U生物為林分年物種保育價值；S生為單位面積年物種損失的機會成本；A為林分面積。

2.3 數(shù)據(jù)的來源

2.3.1 現(xiàn)場調(diào)查與測定

按照群落生態(tài)學(xué)要求開展樣方調(diào)查，樣方大小根據(jù)群落類型確定，共設(shè)置12處樣方調(diào)查點位(圖1)：森林群落10m×10m～15m×15m(5處點位)，灌木群落2m×2m(5處點位)，草本群落1m×1m(2處點位)；樣方調(diào)查時間為2018年07月；主要調(diào)查指標(biāo)有林分類型、年齡、林分面積，測樹因子，生物多樣性指數(shù)；空氣負(fù)(氧)離子濃度，土壤容重，土壤含水量，等。

2.3.2 相關(guān)研究文獻(xiàn)

調(diào)查數(shù)據(jù)主要有土壤與樹木中的元素含量，土壤侵蝕模數(shù)，小氣候，空氣凈化參數(shù)等，采用已發(fā)表相關(guān)研究文獻(xiàn)的研究數(shù)據(jù)。

表1 參考數(shù)據(jù)及其來源Tab.1 References of the parameters using in quantitative evaluation

2.3.3 社會公共資源數(shù)據(jù)

充分考慮民意，新建低層農(nóng)宅，同種戶型建筑進行拼合，形成統(tǒng)一的外立面，見縫插針因地制宜規(guī)劃建設(shè)。住宅建筑以當(dāng)?shù)亟ㄖL(fēng)格為主，屋頂為平、坡兩種屋頂。白色瓷磚貼面、屋頂為紅色陶瓷瓦。

主要為權(quán)威機構(gòu)公布的社會公共資源數(shù)據(jù)，主要有各種價格，定額，氣象資料，等；生態(tài)效益定量計算部分涉及的參數(shù)取值采用科學(xué)研究文獻(xiàn)、科學(xué)考察文獻(xiàn)等[10～24]。

3 結(jié)果與分析

3.1 群落及其結(jié)構(gòu)

對部分代表性群落進行了物種多樣性調(diào)查，結(jié)果見表2；代表性群落的結(jié)構(gòu)特征見表3。研究區(qū)共有6個植被型，主要群落類型有麻櫟林、側(cè)柏林、刺槐林、雪松黃連木混交林、灌木林、栽培植被與建設(shè)用地等，自然植物群落結(jié)構(gòu)簡單；總體上物種組成較為豐富，兩種多樣性指數(shù)與均勻度指數(shù)均較高，環(huán)境條件相對較好的黃櫨灌叢(8#點位)中，其灌木層與草本層的物種多樣性指數(shù)均較高，反映了所在群落具有良好的穩(wěn)定性。研究區(qū)內(nèi)植物與動物種類均為一般常見種類，無珍稀瀕危種類與重點保護物種。

表2 部分代表性群落的物種多樣性Tab.2 Species diversity of some representative communities

表3 代表性群叢群落結(jié)構(gòu)特征Tab.3 Structural characteristics of representative communities

林地調(diào)整主要是減少了其面積，而對保留的群落及其結(jié)構(gòu)沒有大的影響。研究區(qū)內(nèi)的植被類型沒有發(fā)生太大變化，代表性群落為區(qū)域一般廣泛分布的麻櫟林、側(cè)柏林、刺槐林與針葉闊葉混交林等，種類組成一般且為常見種類，沒有特殊組成成分，也沒有特殊的生境要求。一般認(rèn)為，麻櫟林為該區(qū)域的地帶性顯域植被，是區(qū)域性的氣候單元演替頂極，具有良好的穩(wěn)定性，刺槐林與針葉闊葉混交林在較長時期內(nèi)也具有一定的演替穩(wěn)定性，研究區(qū)內(nèi)的側(cè)柏林在種植較早的地方已出現(xiàn)部分闊葉喬木種類入侵，但在種植較晚、密度較大的地方，只有少量闊葉種類或灌木入侵，也可保持一定時期的穩(wěn)定性。后幾種群落在沒有人工干擾狀況下，即使發(fā)生演替，也可能演替為麻櫟林。因此可認(rèn)為林地調(diào)整對植被類型及其群落沒有太大影響。

3.2 物種多樣性

物種多樣性受諸多因素影響，郭賢明等[25]認(rèn)為低強度的林火有益于保護森林的生物多樣性；王智等[26]研究了汶川地震對自然保護區(qū)的生態(tài)影響，地震加劇野生動物尤其是大熊貓等國家級珍稀保護動物瀕危程度的直接原因是導(dǎo)致其死亡、間接原因是破壞其生境；羅偉等[27]分析了竹漿原料林基地建設(shè)前后物種多樣性的變化，總結(jié)到造林過程中對野生植物的清除是導(dǎo)致物種多樣性降低的主要原因。地塊調(diào)整后，林業(yè)用地改變?yōu)榉橇謽I(yè)用地，各地塊內(nèi)的植物種類消失，因現(xiàn)狀植物種類均為常見物種，廣泛分布于整個研究區(qū)，各建群種的適應(yīng)性較強，因此對整個研究區(qū)而言，各地塊內(nèi)消失的植物種類可通過各種繁殖體傳播而分布于其它區(qū)塊，且通過較強的適應(yīng)能力而存活于新的區(qū)塊，研究區(qū)內(nèi)的植物種類數(shù)量不會顯著減少。現(xiàn)狀調(diào)查到的動物種類較少，主要為常見的鳥類，這些鳥類的活動范圍較大，受影響的地塊呈斑塊狀分布于整個研究區(qū)內(nèi)，主要沿山溝分布，這些鳥類可以擴展到其它區(qū)域進行覓食、繁殖等活動；壁虎一般可在人類活動范圍內(nèi)生活，山獾一般在深山區(qū)活動，因此這些地塊調(diào)整后動物種類不會顯著減少。

3.3 景觀生態(tài)學(xué)

林地調(diào)整前后研究區(qū)景觀格局變化情況見圖3。調(diào)整后的景觀格局，因建設(shè)面積的大幅度增加，其景觀優(yōu)勢度也較大，使得闊葉林面積減少，景觀優(yōu)勢度也減小，從控制優(yōu)勢來看，闊葉林仍然是景觀的基質(zhì)，建設(shè)用地是景觀的最大斑塊，其它斑塊較小。調(diào)整后，平均斑塊面積為4.914 0hm2，破碎度指數(shù)為0.831 3，要素密度平均為0.728 6個/hm2，總的景觀要素密度為0.170 0個/hm2。景觀多樣性指數(shù)及其均勻度指數(shù)(以Shannon-Weiner指數(shù)計算)分別為1.562 7與0.551 6。

圖3 林地調(diào)整前后景觀生態(tài)學(xué)量化指標(biāo)變化情況Fig.3 Changes of quantitative landscape ecological indicators due to forestland adjustment

從指數(shù)數(shù)值來看，景觀格局沒有發(fā)生大的變化，部分指數(shù)如破碎度、平均要素密度、多樣性指數(shù)等有所提高。表明，調(diào)整對景觀格局的影響不大，從調(diào)整地塊的分布來看，對景觀整體包括闊葉林基質(zhì)的連通性影響也不大。

3.4 生態(tài)效益

研究區(qū)生態(tài)服務(wù)功能量化評估結(jié)果見表4；研究區(qū)內(nèi)生態(tài)服務(wù)功能評估結(jié)果(實物量)分別為：涵養(yǎng)水源調(diào)節(jié)水量為：301 792.316 0m3/a，涵養(yǎng)水源凈化水質(zhì)量為：301 792.316 0m3/a；保育土壤固持土壤量為：25 702.612 6t/a，保育土壤保持肥力：23.940 9t/a；固碳釋氧為：固碳607.216 7t/a、釋氧932.633 2t/a；保持營養(yǎng)物質(zhì)5.457 0t/a；大氣環(huán)境：滯塵/吸收污染物13 251.340 0kg/a、負(fù)離子4.413 6×1020個/a。

表4 生態(tài)服務(wù)功能評估結(jié)果(實物量/價值量1)Tab.4 Quantitative evaluation results of the ecological service (physical quantity/value quantity)

研究區(qū)內(nèi)生態(tài)服務(wù)功能評估結(jié)果(價值量，元/a)分別為：涵養(yǎng)水源調(diào)節(jié)水量：1 844 162.305 4元/a，涵養(yǎng)水源凈化水質(zhì)：965 735.411 2元/a；保育土壤固持土壤：411 625.104 9元/a，保育土壤保持肥力：1 551 544.650 5元/a；固碳釋氧為：固碳627 254.868 5元/a、釋氧932 633.206 7元/a；保持營養(yǎng)物質(zhì)423.645 8元/a；大氣環(huán)境：滯塵/吸收污染物55 104.803 0元/a、負(fù)離子1 185.519 8元/a；生物多樣性：485 00元/a。

研究區(qū)當(dāng)前生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)服務(wù)功能平均單位價值為7.087 3萬元/hm2，總價值為903.630 8萬元。其價值主要體現(xiàn)在涵養(yǎng)水源與保育土壤兩個方面，其次在固碳釋氧與生物多樣性保護方面。

地塊調(diào)整后，主要減少了闊葉林與灌叢的現(xiàn)有面積，從而減少所在生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)服務(wù)功能價值，總價值減少了198.955 1萬元/a，其中主要是闊葉林減少較多，共減少了194.529 1萬元/a，灌叢共減少了4.426 1萬元/a。

3.5 其他量化指標(biāo)

3.5.1 森林覆蓋率

地塊調(diào)整為建設(shè)用地地塊后，其植被部分將被破壞，除耕地外全部按林地計算，對于研究區(qū)所在的潭頭鎮(zhèn)1.9萬hm2林地而言，森林覆蓋率只下降0.15%，對所在的整個欒川縣國家級公益林僅下降0.06%，影響甚微。

3.5.2 生物量

林地調(diào)整不會影響保留的生態(tài)系統(tǒng)的生物生產(chǎn)力，但因植被面積減少，將減少評價范圍內(nèi)的生物生產(chǎn)量，就本研究區(qū)而言，闊葉林、灌叢因較少面積而引起的生物量減少分別為2 249.225 5t、3.850 9t，整個研究區(qū)總生物量將減少2 253.076 4t。

4 結(jié) 論

4.1 群落及其結(jié)構(gòu)量化分析表明，林地調(diào)整主要是減少了其面積，而對保留的群落及其結(jié)構(gòu)沒有大的影響，區(qū)域物種多樣性沒有明顯下降。

4.2 景觀生態(tài)學(xué)量化分析表明，林地調(diào)整后，景觀平均斑塊面積增加，總的景觀要素密度增加，景觀多樣性指數(shù)與均勻度指數(shù)也都增加；部分指數(shù)如破碎度、平均要素密度、多樣性指數(shù)等有所提高。

4.3 生態(tài)效益量化分析表明，建設(shè)項目占用林地主要通過減少其現(xiàn)有面積降低所在生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)服務(wù)功能價值。

4.4 建議地塊調(diào)整為建設(shè)用地規(guī)劃建筑時，應(yīng)盡可能繞避已有有價值及高大樹種，留空做景對其進行保護，最大化的保護原生態(tài)自然環(huán)境；同時在研究區(qū)、項目區(qū)開展實地生態(tài)效益定位跟蹤觀測獲取觀測數(shù)據(jù)，在項目運行過程中開展后評價，進一步精確量化林地占用的實際生態(tài)學(xué)影響。