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基于景观多样性的北京森林质量综合评价

日期:2023-10-26 15:06:14     作者:刘海轩    浏览:0    
核心提示:森林景观多样性是生物多样性的重要组成部分,是综合评价社会经济发展和生态环境损益的前沿和热点,森林景观承载了社会文化、生产、生态等多种生态系统服务功能。采用层次分析法,以北京市森林遥感图像和实地调查数据为基础
基于景观多样性的北京市域森林质量综合评价
 
摘要:森林景观多样性是生物多样性的重要组成部分,是综合评价社会经济发展和生态环境损益的前沿和热点,森林景观承载了社会文化、生产、生态等多种生态系统服务功能。采用层次分析法,以北京市森林遥感图像和实地调查数据为基础,选取与景观多样性相关的指标,构建城市森林质量综合评价指标体系,评价森林综合质量,分析北京森林景观现状及问题。
 
结果表明:近年来,森林景观规模增加促进了北京市三生空间的融合,加快了森林生态资产的正向增长。北京市森林景观保护与修复工作已从增加规模阶段转变为提升综合质量阶段,中幼林和成、过熟林是未来改造提升的重点。持续实施碳汇造林、营林工程,提升森林景观多样性,是森林保护、修复与管理工作的重点。
 
生物多样性是国内外学者关注的前沿和热点[1-2],包括遗传多样性、物种多样性、群落多样性、生态系统多样性和景观多样性等。其中,景观多样性是景观水平上生物组成多样化程度的表征[3],一般指由不同类型的景观要素或生态系统构成的景观在空间结构、功能机制和时间动态方面的多样性或变异性。在较大尺度上,景观多样性制约着其他层次生物多样性的时空格局和变化过程,是综合评价社会经济发展和生态环境损益的重要抓手[4-6]。
 
2020年,世界自然保护联盟}iuc助发布了第一版《基于自然的解决方案全球标准》。基于自然的解决方案作为一种新的理念,提倡依靠自然的力量应对风险,为协同经济发展和生物多样性保护、促进人与自然和谐共生提供了新思路。同年,中央全面深化改革委员会通过了《全国重要生态系统保护和修复重大工程总体规划(2021-2035年)》,进一步强调坚持新发展理念,统筹山水林田湖草一体化保护和修复,促进自然生态系统质量的整体改善,与国际社会普遍认可的基于自然的解决方案达成了共识。

森林是陆地最大的生态系统,是发挥生物多样性功能的重要载体[7],对生态安全乃至国民经济的可持续发展影响极大[8-10]。森林质量是指反映森林所有生态、社会和经济效益的功能和价值[11],既包含森林内在属性,也包括森林提供的生态系统服务,可以在林分和景观层次上进行评价[12]。森林景观多样性是表征森林质量的重要内容之一[13]。
 
目前,森林质量评价尚无统一的标准[13],国内相关学者一般根据研究需要,以标准地调查数据、全国森林资源清查数据等[14]为基础,参考前人研究成果,运用理论分析法、频度分析法、专家咨询法等,构建符合研究地特征的森林质量评价指标体系,开展综合评价[15]。在国际上,普遍依靠实地调查和遥感相结合的手段获取数据,并采取层次分析法构建森林质量评价指标体系[16-17]。在景观尺度上,现有研究多基于景观指数评价森林景观质量,主要依据面积、形状、斑块数量、分布格局等指标开展评价,但森林群落内部结构信息及生境信息无法体现,然而,森林的垂直结构及生境因子均是影响森林综合质量的重要指标[12]。随着国内对生物多样性保护工作的逐渐深入,管理者对森林景观规划、经营及管理的决策需求越来越大[18-19]。因此,本文基于实地调查的森林群落结构指标和生境指标数据,开展森林景观综合质量评价,可以反映景观内部结构特征,为管理者提供更全面更精准的决策依据。
 
北京是典型的超大型城市,建设用地的扩张是北京市生态安全格局的最大威胁[20],而森林是重要生态用地和生态廊道的骨架,提高森林景观多样性是增加北京市生态用地整体性和连通性并维护生态安全格局的重要途径[21]。近年来,北京市开展了百万亩造林工程、森林廊道建设、森林城镇和森林村庄建设、低效林改造、废弃矿山生态修复等一系列森林景观保护与修复工作[22]。其中,百万亩造林工程是北京市生物多样性保护工作的里程碑,第一期植树5400万株,在建设规模、造林速度、质量水平、景观效果等方面均创造了北京植树造林的历史。工程完成后,北京平原地区的森林覆盖率由14.85%提高到了25%,目前第二期正在进行中[23]。
 
 
开展森林质量综合评价是保护森林景观多样性的重要基础,是决策者开展城市生态修复工作、维护城市生态安全的前提和保障,有利于构建完善的社会-经济-自然复合生态系统[24-26]。那么,北京市开展森林生态保护和修复工作十几年来,森林景观现状如何?森林景观质量存在哪些问题?基于此,本研究根据实地调查的群落结构数据,采用层次分析法评价了北京市森林的综合质量,并提出相应的保护修复对策,为城市森林质量评估、修复与管理提供理论支撑,为改善城市森林景观多样性提供研究基础和决策思路。
 
1研究地概况
 
北京市处于中纬度(N39.4°~41.6°,E115.7°~117.4°)地区,位于华北平原北部,面积1.64万km2,地势西北高、东南低,西部属于太行山脉,北部属于燕山山脉,东南部为平原。
 
北京属暖温带半湿润大陆性季风气候,夏季高温多雨,年均降水量571.9mm左右,但季节分配不均,主要集中在6—8月。全年平均太阳辐射量112~136Kcal/cm。年均气温12.3℃,7月最热,平均气温26.2℃。北京市的土壤类型,
低山区以山地淋溶褐土为主,平原区以潮土为主;主要植被类型,太行山脉为暖温带落叶阔叶林并间有温性针叶林,而燕山山脉为落叶阔叶林并混生暖性针叶油松林,其中落叶阔叶林主要为栎类林。
 
北京市森林群落的优势树种(建群种)主要为壳斗科的落叶乔木。典型的森林群落包括辽东栎(Quercuswutaishangensis)林、胡桃楸(Jugiansmandshurica)林、白桦(Betulaplatyphylla)林、华北落叶松(Larixprincipis-rupprechtii)林、油松(Pinustabulaeformis)林、侧柏(Platycladusorientalis)林等[27]。目前,原始的落叶阔叶林仅残留在山地,一般处于演替中期,物种丰富度最高,生态系统最稳定,生态功能最完整。
 
基于景观多样性的北京森林质量综合评价
 
2研究方法
 
2.1数据获取
 
依据2004、2009、2014、2019年北京市森林实地调查数据(林业部门森林资源连续清查数据)及森林遥感图(含森林结构及生境数据的矢量图),提取主要体现森林景观结构和功能的指标,包括自然度、群落结构、林层结构、生态脆弱性、郁闭度、健康等级等[28]。
 
自然度,按照森林斑块与顶极森林类型的差异程度,或次生林位于演替中的阶段,划分为5级。自然度数据为实地调查测得,详见表1。
 
群落结构,分为完整结构、较完整结构、简单结构3个等级。完整结构的群落具有乔木层、灌木层、地被物层(含草本、苔藓、地衣)3个层次;较完整结构的群落具有乔木层和其他1个植被层(灌木层或地被物层);简单结构的群落只有乔木1个植被层。群落结构数据为实地调查测得。
 
林层结构,专指乔木层的结构特征,分为单层林和复层林。复层林的划分条件是:主林层、次林层平均高相差20%以上;各林层平均胸径在8cm以上;主林层郁闭度不少于0.30,次林层郁闭度不少于0.20。
 
生态脆弱性,参考张丽谦[29-30]等的评价体系,根据坡度、坡位、土壤质地、土壤厚度等森林生境指标综合判定,分为一般脆弱、比较脆弱、非常脆弱和极端脆弱4个等级。详见表2。
 
郁闭度是林地中林冠垂直投影面积与林地面积之比,其值在0~1.00,实地调查一般以目测估计。
 
健康等级是根据林木的生长发育、外观表象特征及受灾情况来综合评定林木健康状况,分为健康、亚健康、中健康和不健康。森林健康用森林灾害、树冠脱叶、树叶褪色3项指标来综合评价。健康等级数据为实地调查获得,详见表3。
 
2.2评价方法
 
传统的森林景观多样性评价主要依据森林空间格局及其空间变化规律[1-4],仅能反映森林景观的整体结构和空间特征。本研究从森林结构和生态系统服务的角度进行更全面的评价,选取森林斑块结构和功能相关指标,反映森林景观综合质量状况,为提高森林景观多样性提供理论依据。以2019年北京市森林调查数据为基础,采用层次分析法,参考相关文献[25-27],由21位具有林学、生态学、风景园林学等专业背景的老师和研究生,筛选评价指标并赋予权重,对北京市森林综合质量进行评价,用自然间断点分级法,将森林综合质量评价结果进行分级,并对森林景观现状及改善对策开展进一步分析研究。
 
结合前人对北方(主要为华北地区)森林生态系统评价的研究成果[25-30],提出本研究的森林综合评价指标体系,从生态系统状况和林木生长状况2个方面评估森林综合质量。其中,生态系统状况包括自然度、群落结构、林层结构、生态脆弱性4个指标;生长状况包括郁闭度和健康等级2个指标。本指标体系数据获取方便、可操作性强,且能更加全面客观地评价森林综合质量,详见表4。
 
采用自然间断点法对评价结果进行分级,北京市森林综合质量共分为优、良、中、差4个等级。其中,等级为优的森林综合评分为3.5~4.0;等级为良的森林综合评分为3.1~3.4;等级为中的森林综合评分为2.2~3.0;等级为差的森林综合评分为1.0~2.1。不同等级的森林具有不同的生长特点,结合评价指标对各等级森林特征进行描述,详见表5。
 
2.3数据分析
 
采用ArcGIS10.2提取森林实地调查数据,赋予指标权重,计算综合评分并绘图;采用Excel2016分析2004—2019年北京市森林景观规模和结构的变化情况。
 
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