北京市八达岭林场森林生态系统健康性评价

来源：六九路网

第20卷第3期2006年6月水土保持学报

JournalofSoilandWaterConservationVol.20No.3Jun.,2006　

北京市八达岭林场森林生态系统健康性评价

鲁绍伟1,刘凤芹2,余新晓1,3,樊金栓1,3,张振明1,陈峻崎4,赵广亮5

(1.北京林业大学水土保持学院,水土保持及荒漠化教育部重点实验室,北京100083;2.秦皇岛外国语职业学院,秦皇岛066311;3.西北农林科技大学林学院,杨陵712100;

4.北京林业局,北京100029;5.北京市八达岭林场,北京102102)

摘要:以野外实地调查为基础,在可操作性、科学性、可比性、可接受性原则指导下,采用复合结构功能指标法对八达岭林场各小班林分物种多样性、群落层次结构、郁闭度、灌木层盖度、年龄结构、林分蓄积量、土壤侵蚀程度、病虫害危害程度进行健康评价并划分4个等级,在林分尺度上森林的理想结构可简单表述为复层、异龄、混交林结构,具有比较发达的灌木层和草本层,并且具有较高的生物多样性和生物生产力。这样的结构具有较高的稳定性、抗干扰性和活力,是健康森林群落的理想结构,以此为八达岭林场森林健康经营提供科学的理论依据。关键词:八达岭林场;　森林健康;　等级

中图分类号:S718.557　　　文献标识码:A　　　文章编号:100922242(2006)0320079204

HealthAssessmentofForestEcosysteminBadalingForestCenter

LUShao2wei1,LIUFeng2qin2,YUXin2xiao1,3,FANJin2shuan3,

ZHANGZhen2ming1,CHENJun2qi4,ZHAOGuang2liang5(1.KeyLaboratoryofSoilandWaterConservationandDesertificationCombating,MinistryofEducation,Beijing100083;

2.QinhuangdaoForeignLanguagesProfessionalCollage,Qinhuangdao066311;3.NorthwestSci2TechUniversityofAgricultureandForestry,Yangling712100;

4.ForestryDepartmentofBeijing,Beijing100029;5.BadalingForestryCenterinBeijing,Beijing102102)

Abstract:Basedonfieldinvestigation,guidedbytheprincipleofmaneuverability,sciences,comparability,ac2ceptability,thispapertookhealthassessmentofBadalingforestcenteraboutplantspeciesdiversity,constructionofforestcommunity,canopydensity,coverofshrubcommunity,agestructure,stand,soilerosion,plantdiseasesandinsectspestsandmeasuredforordinationbyadoptingthecomplexstructureandfunctionindicatormethod,whichsetoff4ordinationforforestecosystem.Healthforestsofsmallscalearethestructureofmorelayerandage,mixedforest,betterlayerofshrubandgrass,betterbiodiversityandproductivity,whicharebetterstability,anti2interfereandvigor.ThisisakindofbetterstructureofforesthealthcommunitywhichoffersthescientifictheoryofforesthealthmanagementforBadalingforestcenter.Keywords:Badalingforestcenter;　foresthealth;　assessment

森林作为陆地生态系统主体,是生物圈生态系统中分布最广、类型最丰富、结构最复杂的生态系统,占近30%的陆地面积,却能产生地球60%以上的生物量,不仅为人类提供重要的社会、经济及环境产品与服务,而且在维护全球生态平衡和生物多样性、支持人类生命系统中发挥着不可取代的作用。在当前首都森林覆盖率和森林特别是人工林面积持续提高的情况下,在首都林业由“量的增加”到“质的改善”转变的重要阶段,引入、理解和消化美国及欧洲的森林生态系统健康研究成果,根据首都水源保护的功能要求,结合北京市林业局实施的北京水源保护林工程建设、退耕还林、津京风沙源治理工程和中德技术合作“密云水库流域保护和经营项目”、中美合作“北京八达岭森林健康试验示范项目”、北京林业大学技术力量,开展森林生态系统健康评价,对丰富森林经营理论和技术,提高森林生态系统服务功能,满足社会经济发展需求,具有重要的理论指导和示范作用。

1　森林健康的定义

人类需要健康的身体,森林需要稳定的生态系统。森林生态系统健康理论是由于森林经营面临种种问题,在生态系统健康理论基础上提出,是生态系统健康理论在森林资源可持续经营中的具体应用。很多学者

收稿日期:2006201213　3责任作者E-mail:yuxinxiao111@1261com基金项目“:北京山区森林健康监测与评价研究”项目资助

作者简介:鲁绍伟,男,生于1972年,博士,高级工程师,硕士生导师。主要研究方向:森林生态、森林水文。E-mail:hblsw8@1631com

80水土保持学报第20卷

对生态系统健康做出不同的定义,这些定义中包括生态系统管理、社会经济、伦理道德等方面[1～2]。森林健康就是森林生态系统能够维持其多样性和稳定性的同时,又能持续满足人类对森林的自然、社会和经济需求的一种状态,是实现人与自然和谐相处的必要途径。“森林生态系统健康”的概念已越来越多地被生态学家、林业和自然资源管理学者们所接受和利用,并将“森林健康”作为森林状况评估和森林资源管理的标准和目标[3～5]。

一个健康的森林生态系统具有两个属性,一是自然属性,即森林在自然状态下,森林内各生物个体间的协调发展和对生态因子和环境的要求和适应;一是社会属性,即在人为干预下,森林的抵抗和恢复能力。森林的自然属性是森林健康的物理基础,只有在森林建群种的良性发展和系统中生物多样性的复杂性和协调性保证的情况下,森林才能维系健康。因此,对森林健康的研究关键是在对森林本底了解的基础上,对建群种属性的了解及掌握生态因子对森林生物的作用和影响规律,才能有效地监测森林是否健康,并对森林资源合理利用。

2　指标体系构建原则思路和方法

森林生态系统健康评价是诊断由于人类活动和自然因素引起森林生态系统的破坏和退化所造成的森林生态系统的结构紊乱和功能失调,是森林生态系统丧失服务功能和价值的一种评估。对森林生态系统健康进行评价,指标体系的建立是首要和关键的步骤,指标体系建立的好坏直接关系到评价的科学性和准确程度。211　评价指标筛选的原则

森林健康评价指标必须达到3个目标:①指标体系能完整准确地反映生态系统健康状况,能够提供现状的代表性图案;②对各类生态系统的生物物理状况和人类胁迫进行监测,寻求自然、人为压力与生态系统健康变化之间的联系,并探求生态系统健康衰退的原因;③定期地为决策、科研及公众要求等提供生态系统健康现状、变化及趋势的统计总结和解释报告。为此,要制定一套科学、合理并具有可操作性的森林生态系统健康评价指标体系,必须遵循某些原则。综合有关研究[7～9],这些原则如下:

(1)可操作性原则,所选取的指标应具有可监测性,指标内容简单明了,概念明确,容易获取。纯粹理论意义上的指标体系是毫无意义的,是否选取实用的指标对该指标体系能否推广具有重要的影响。

(2)科学性原则。森林生态系统服务功能评价指标体系要建立在科学的基础上,并能反映评价对象的本质内涵。每个指标应涵义明确,简便易算,评价方法易于掌握。

(3)可比性原则。森林生态系统服务功能评价指标体系中的指标要具有统一的量纲,以便于在不同区域对同一类型森林效益计量评价时进行比较。

(4)可接受性原则。应使指标体系中的各项指标能为大多数人理解或接受,尤其是比较重要的指标。212　研究总体思路

目前对森林生态系统健康的研究与评价,大多停留在对组织、活力和恢复力等方面,但这些在实际中很难应用,可操作性比较差。森林生态系统健康评价是一项复杂的系统工程,各因素的影响程度也不相同,本研究试图用系统科学的结构功能理论来构建森林健康的评价指标体系。

森林的结构决定森林的功能和稳定性。健康稳定的森林群落能够充分发挥其生态、社会和经济效益。总体来说,混交林的稳定性高于纯林,异龄林的稳定性高于同龄林;森林群落的垂直层次结构越复杂,物种多样性越高,食物网就越复杂,生物调节能力就越强,群落的稳定性就越高,森林就越健康。在林分尺度上森林的理想结构可简单表述为复层、异龄、混交林结构,具有比较发达的灌木层和草本层,并且具有较高的生物多样性和生物生产力。这样的结构具有较高的稳定性、抗干扰性和活力,是健康森林群落的理想结构[10]。另外,不同结构的森林群落,其健康水平和功能是有所差异的。该研究结合八达岭林分实际情况,本着可操作性、科学性、可比性、可接受性原则,在众多指标中筛选物种多样性、群落层次结构、郁闭度、灌木层盖度、年龄结构、林分蓄积量、病虫危害程度、土壤侵蚀程度指标,将八达岭各林分健康等级划分为4个健康等级,并利用GIS绘制八达岭林区森林健康等级分布图,以此为八达岭林场森林健康经营提供科学的理论依据。

3　指标体系的构建

311　指标体系构成

根据上述指标体系的构建原则、思路,在系统分析和整合国内外现有研究成果的基础上,用复合结构功能指标法[10～11],结合北京八达岭林区自然条件和森林植被的具体情况,构建北京八达岭林区森林生态系统健康的评价指标体系,见表1。

第3期鲁绍伟等:北京市八达岭林场森林生态系统健康性评价表1　北京八达岭林区森林生态系统健康评价指标体系

指　标物种多样性(a1)群落层次结构(a2)

郁闭度(a3)灌木层盖度(a4)年龄结构(a6)林分蓄积量(a7)病虫危害程度(a8)土壤侵蚀程度(a9)

Ⅰ

阔叶混交林、阔叶树为主的针阔混交林,动植物物种丰富

具有乔灌草层的复层林结构015～017>015

异龄林或近、成熟林

>60m3/hm2

较轻,在森林生态系统调节能力范围内较轻

级　别

Ⅱ

针阔混交林,阔叶树比重≥30%,物种较丰富

具有乔灌草层的单层林结构017以上,或015～013013～015中龄林

30～50m3/hm2

中等,超出森林生态系统的调节能力,对森林结构造成明显的危害中度

Ⅲ

建群树种为针叶树或为单一灌草植被缺少灌木或草本层林分013以下<013幼龄林

<30m3/hm2

严重,超出森林生态系统的调节能力,

对森林结构造成严重的破坏严重

312　评价方法及评价标准

应用公式(1)对北京八达岭林区森林生态系统健康型评价。

Ui=ΣUij・Wj

i=1i

(1)

式中:Ui为各小班森林健康的评价得分;Uij为各小班不同指标森林健康的等级得分;Wj为j指标的权重;i为各小班;j为森林生态系统健康评价指标。

采用评价指标分值法,对需要进行评价的林分以小班为单位按评价指标逐项计算指标分值,Ⅰ级域值范围:810～1010分;Ⅱ级域值范围:610～719分;Ⅲ级域值范围:519分以下,表1中8个评价指标权重相同,均为01125。

4　八达岭林场森林生态系统健康等级划分411　研究区概况

八达岭林区位于北京延庆县东南部,地理坐标位置为东经115°55″,北纬48°17″,总面积2940hm2,海拔高度为400～1250m。山地基岩以花岗岩为主,在西部石匣沟有石灰岩分布。年平均气温1018℃,平均降水量4mm。该林区从50年代起实施封山育林与人工造林,到目前已形成较好的恢复生态系统,森林覆盖率已

达6017%。天然植被保存较好的有黑桦林、色木林、胡桃楸林、暴马丁香林等。人工林有油松林、华北落叶松林、侧柏林、刺槐林、杨树林等。山地阳坡有大面积的山杏、山桃、绣线菊、黄栌、胡枝子等灌丛。412　研究区森林健康的影响因素和状况41211　森林病虫害发生状况　项目区内现分布有国内森林植物检疫对象1种:双条杉天牛,其他病虫害主要有杨树黑斑病、杨树溃疡病、松梢小卷蛾、松枯梢病、松针小卷蛾、松梢螟、黄色卷蛾黄刺蛾、柳毒蛾、侧柏毒蛾等20余种。其中,油松毛虫、杨树黑斑病、杨树溃疡病、黄连木尺蠖和黄褐天幕毛虫等均曾在项目区内造成过不同程度的灾害。根据调查有68hm2的油松林存在较为严重的松枯梢病,是目前项目区病虫害的防治重点。41212　森林火灾及防治现状　项目区所处的地理位置特殊,流动人口多,活动范围广,林火的发生集中在11月至次年的5月份,而3,4月份是火警的高发期,占林火总数的70%左右。现存主要问题是基础设施、设备落后,科技含量低,观测、监测、通讯系统不健全,发现火情后不能及时报警,无法及时扑救。41213　荒山荒地和疏林地的存在影响着森林综合效益的发挥　荒山荒地和疏林地占总面积611%,是项目区水土流失的主要来源,同时也影响了整个森林景观,造成了景观健康的降低,使项目区森林的整体效益降低。41214　森林结构不尽合理　项目区的森林中有近2/3是纯林,大量纯林的存在造林森林生态系统的不稳定,对病虫害和自然灾害的抵抗能力降低。

41215　森林粗放管理导致林木生长衰弱　由于历史原因,造、养、护有所脱节,虽然目前正在试图改变这个局

面,但已造成了部分森林的生长较差,郁闭度过高,严重影响了林木的正常生长,使林分的水源涵养效益降低。41216　干旱、雪折等自然灾害造成了森林健康的下降　项目区内平均降水量只有4mm,且多集中在夏季,造成林木的春旱严重,使部分林木干梢和死亡,同时项目区也出现雪折等自然灾害,并造成了一定的危害,根据调查项目区内由于干旱等原因干枯的树木蓄积达到492m3,严重影响了森林生态系统的健康和稳定性。413　调查研究方法

2004年6月至9月,2005年7月至8月对八达岭林区121个小班内的121个样地进行了调查,样地内开展了植物多样性、植被类型、病虫害程度、土壤侵蚀程度等项调查。样地类型,根据具体地形及其地势,每个小班选取样地半径为51m或8192m,即样地面积分别为100m2或200m2。

82水土保持学报第20卷

样地调查内容有样地总面积、海拔、坡度、坡向、坡位、乔灌木样方面积、草本样方面积。植物多样性调查采用样方调查,其中乔木调查涉及乔木的种类、林龄、郁闭度、胸径、树高、枝下高及冠幅。灌木调查涉及灌木的种类、高度及数量。草本调查涉及草本植物的种类、高度及盖度。昆虫调查涉及昆虫种类和数量,测量昆虫的长度。对食叶性昆虫、刺吸性昆虫采用样枝法计算虫口密度;对蛀干害虫采用样树法计算虫口密度。土壤调查涉及土壤理化性质、土壤抗冲性能、土壤水分入渗性能等项调查。414　评　价

根据表1所列指标及标准对样地及林区内各个小班逐项调查评价,然后根据公式(1)计算八达岭林场各小班森林健康分值。根据总体得分结果并结合八达岭林场生态系统特征,小班各评价指标总分值在70分以上为健康,60～69分为亚健康,40～59分为一般健康,小于40分为不健康。标注不同森林健康等级,统计不同等级所包含小班面积和所占百分比(见表2),并利用GIS绘制八达岭林区森林健康等级分布图(图1)。

表2　八达岭林区森林生态系统健康等级

森林健

康等级健康亚健康一般健康不健康其他合计

综合指标

>70分60～69分40～59分40<分

面积

面积(hm)46156183140182244183251998103

百分比(%)

81491613925169441674174

100

特征

稳定性高,可持续生产能力强,人类一般性生产活动不产生永久性变化。稳定性较高,人类活动超过阈值系统健康就会受损,但恢复相对容易。稳定性低,人类与自然因子的轩度干扰系统就会受损,恢复健康较难。在自然状态下已处于不稳定状态,由于干扰,系统健康已损坏,极难恢复。

　　健康的生态类型占八达岭生态系统面积的8149%,由天然针阔混交林、阔叶中龄林或近熟林组成。其生态类型的共同特点是:生态系统的垂直结构较复杂,系统内各要素之间的物流、能流畅通,生物多样性较高,具有相对高且稳定的生产能力和蓄积量,抗干扰、虫害的能力强,人类一般性生产活动不产生永久性变化,健康状况良好。

亚健康的生态类型占八达岭生态系统面积16139%。主要由人工阔叶混交林、阔叶林的中龄林或近熟林纯林组成。其主要特点是生物多样性降低,垂直结构较简单,

抗干扰能力低于健康型,人类干扰一旦超过系统阈值,健康就会受损,但恢复相对容图1　八达岭林区森林生态系统健康等级图易。

一般健康生态类型占八达岭生态系统面积的25169%。由人工针阔混交林、阔叶中龄林、针叶中龄林组成。生态系统结构多为单层,植被覆盖度低,稳定性差,健康状况不良,人类与自然的轻度干扰会使系统受损,且恢复较难。

不健康的生态系统占八达岭生态系统面积的44167%,由灌木林地、人工针叶林、疏林地、荒山荒地组成。这些不健康的生态类型处于原始或低级阶段的系统,生产力较低,病虫危害严重。这一系统是自然状态下极不稳定、健康已损坏又极难恢复的类型。

5　结　论

(1)以物种多样性、群落层次结构、郁闭度、灌木层盖度、年龄结构、林分蓄积量、土壤侵蚀程度、病虫害危

害程度作为评价指标,在一定程度上可以真实地反映八达岭生态系统的健康状况。

(2)目前,八达岭生态类型以一般健康和不健康的生态系统为主;天然林大部分为健康,而人工林大部分为不健康。为此,必须加快这一地区的森林健康经营步伐,使森林朝着良性循环的方向发展。

(3)在林分尺度上森林的理想结构可简单表述为复层、异龄、混交林结构,具有比较发达的灌木层和草本层,并且具有较高的生物多样性和生物生产力。这样的结构具有较高的稳定性、抗干扰性和活力,是健康森林群落的理想结构。下转第105页　

第3期李婷等:横断山北部生态脆弱区土壤钾素的影响因素分析105

壤中的分布则是山体下部最低(13010mg/kg),并随山体部位的增高而逐渐增加。21214　坡　度　横断山北部多高山峡谷,坡度变化较大,由此导致土壤钾素迁移和土壤侵蚀较为剧烈。本文对所采集的样点数据进行统计结果表明(图4),研究区各坡度上发育的土壤中速效钾的含量存在着显著差异,F=21883(P=0105),除坡度为20°～30°的土壤外,全钾含量在坡度<40°的土壤中随着坡度的增加而增加,并在坡度30°～40°的土壤中达到最高值(25113g/kg),在坡度>40°的土壤中减少到21106g/kg。除坡度<10°的土壤外,土壤速效钾含量在坡度<40°的土壤中随坡度增加而减少,在坡度30°～40°的土壤中达到其最低值(8618mg/kg),但在坡度>40°的土壤中,由于林地所占比重增大,其含量增加到16919mg/kg。

3　讨　论

(1)本文分析了成土母质、土地利用方式、地貌和坡度对横断山北部土壤全钾和速效钾含量的影响,但没

有探讨生态退化程度、人为干扰措施等对土壤全钾和速效钾含量的影响,这是进一步研究中应探讨的问题。

(2)横断山北部地域辽阔,成土条件复杂,土壤类型较多,在这种大尺度的区域研究中,如何客观地反映区域土壤钾素含量的影响因素是值得探讨的问题。因为无论研究条件怎样,土壤样点的采取终究有限。因此,将常规土壤调查技术与GIS、GPS和RS以及地统计学等方法结合,可较好地获取能反映区域土壤钾素的样点,以期能更好地分析其影响因素,并节省研究成本。

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