基于有害干扰的森林生态系统健康评价指标体系的构建

在分析国内外提出的众多森林生态系统健康评价指标的不足后,对评价指标进行研究和筛选。最终在森林生态系统健康评价指标体系的构建上提出了一个新的思路,即从森林火灾、林业有害生物、大气污染、人为有害干扰以及森林生态系统内部的增益干扰5个方面选取20个指标构建森林生态系统健康评价指标体系。其中森林火灾干扰包括平均降水量、平均气温、郁闭度、海拔、坡度、坡向、易燃树种的比例和林道距离8个指标,林业有害生物包括有害生物等级、危害程度和寄主树的比例3个指标,大气污染干扰通过叶片、土壤和污染物的分析测定,人为有害干扰包括森林经营措施、采伐措施和林下植被管理3个方面,而森林生态系统内部的增益干扰由物种多样性、群落结构和近自然度3个指标构成。同时对关键评价指标的意义进行了具体分析。此指标体系摒弃传统的评价观念,结合了近年来影响全国森林健康的几个重要原因,更能准确的反应目前森林生态系统的健康状况。研究思路和方法的提出在一定程度上可以丰富森林生态系统健康评价研究理论与方法体系。     

典型亚热带森林生态系统碳密度及储量空间变异特征

以浙江省森林生态系统为研究对象,基于GIS网格布点,采集了838个森林样地样本(土壤、枯落物等),结合浙江省森林资源监测中心相关数据,利用地统计学和Moran's I相结合的方法系统研究了浙江省森林生态系统碳密度及碳储量空间变异特征。结果表明:浙江省森林生态系统平均碳密度为145.22 t/hm~2,其中森林植被、土壤、枯落物和枯死木层碳密度分别为27.34、108.89、1.79、1.38 t/hm~2。克里格空间插值和局部Moran's I指数结果表明碳密度空间分布规律呈现从西南向东北方向逐渐递减的趋势,与浙江省地形、地势较为一致,受海拔、树龄、森林类型、台风气候等自然因素和人类活动共同影响。浙江省森林生态系统碳储量为877.19 Tg C,森林植被、土壤、枯落物和枯死木层碳储量分别为203.88、656.20、10.84、6.27 Tg C,分别占总碳储量的23%、75%、1.3%、0.7%。在浙江省森林生态系统碳储量空间分布格局中,土壤层是森林生态系统中最大的碳库,约是森林植被层的3.22倍,是整个浙江省森林生态系统碳储量最主要的贡献者。浙江省森林资源丰富,大多数森林仍处于中幼龄林阶段,碳密度水平较低,但是中幼龄林生长速度较快,加强对全省中幼龄林的健康管理,是未来整体提升浙江省森林生态系统固碳潜力的关键。     

基于SOM神经网络的白河林业局森林健康分等评价

将自组织特征映射(SOM)神经网络引入森林健康评价领域,与地理信息系统技术(GIS)相结合,基于森林经营小班尺度,对长白山白河林业局3个主要森林类型(阔叶混交林、针阔混交林、长白落叶松林)的森林健康状况进行定量评价,并分析了不同平均年龄段、不同平均树高、不同郁闭度森林小班的健康状况.结果表明:SOM神经网络是自动化定量评价森林健康的一个较先进的方法,其用于森林健康分等评价的最大优点是不需要知道分等类别的先验知识,不需要事先人为确定分等评价因素指标的权重,能有效地克服主观因素的干扰,使分等结果更加客观准确;不同森林类型健康等级状况的比例排序为阔叶混交林Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ>Ⅳ>Ⅴ,针阔混交林Ⅱ>Ⅳ>Ⅰ>Ⅲ>Ⅴ,长白落叶松林Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ>Ⅴ>Ⅳ;相对来说,森林小班平均年龄越大、平均树高越高、郁闭度越高,呈健康状况的小班比例也越高.以上评价结果可为白河林业局的森林可持续经营和多功能利用提供理论支撑.     

森林生态系统健康研究进展

从生态系统健康的概念出发,明确了森林生态系统健康的实质.我国对森林生态系统健康的研究主要在森林生态系统和森林群落2个水平上.森林生态系统水平的健康评价指标包括群落结构、生物多样性等结构指标,涵养水源和水土保持等功能指标,以及社会经济方面的指标,指标庞杂,有些指标难以测度.而森林群落水平的健康评价指标主要以结构指标为主,指标相对简单.因此,建立系统、有效且统一的评价指标体系和科学合理的健康标准是未来开展森林生态系统健康评价的重点,而简洁的指标测度方法和量化的测度结果也将是森林生态系统健康评价的趋势.     

1981—2002年中国东北地区森林生态系统碳储量的模拟

基于中国森林生态系统碳收支模型FORCCHN,对模型水分模块进行优化,加入了降雨截留、降雪截留以及下层植物和凋落物层截留,模拟了1981—2002年中国东北地区森林生态系统碳储量的时空分布格局.结果表明：1981—2002年间,中国东北地区森林生态系统起着碳“汇”的作用,总碳储量约12.37 Pg C·a^-1,其中植被和土壤碳储量分别为4.01和8.36 Pg C·a^-1;研究期间,植被碳储量和土壤碳储量均呈增长趋势,气温升高对该区森林生态系统碳储量增加的贡献大于降水的变化;研究区植被碳密度的空间分布具有东南高、西北低的特点,平均约10.45 kg C·m^-2;东北各地区森林生态系统土壤有机碳密度普遍较高,最大值出现在大小兴安岭及长白山的部分地区,平均约21.78 kg C·m^-2;中国东北地区森林碳库在全国森林碳库中占有重要位置,研究区有林地面积占全国森林的31.4%,其植被、土壤碳储量分别为全国森林的74.28%、63.88%,植被、土壤碳密度分别为全国森林的2.70和1.22倍.     

流域生态系统健康评价方法

介绍了流域生态系统健康的定义、特征及其研究尺度,讨论了流域生态系统健康评价的科学基础及目标,着重阐述了流域生态系统健康评价的方法。流域生态系统健康评价主要有两种方法：一是指示物种评价法,二是指标体系评价法。流域生态系统健康的综合评价必须包括生态学、物理化学、社会经济和人类健康四个范畴。还对流域生态系统健康评价指标的度量进行了初步的探讨,最后提出了流域生态系统健康评价存在的问题及今后的研究趋势。     

城镇化背景下河流生境评价——以深圳市为例

城镇化背景下,河流生态系统退化趋势明显,有效评价河流生境状况是修复和保护河流生态系统健康的重要基础。深圳市作为全国经济发展的窗口城市,河流生境的调查研究十分匮乏。因此,为阐明深圳市不同城镇化程度的流域河流生境的差异与主要影响因素,对深圳市两个代表性流域的河流生境展开了研究。针对深圳市河流的生境特点,于2019年丰水期（8月）和枯水期（11月）对城镇化程度较高的深圳河流域的13个样点和城镇化程度较低的坪山河流域12个样点河段的生境状况进行定量调查与评价。采用综合评价法,从河床、河道和河岸带3个方面选取10个生境指标,构建深圳市河流生境评价指标体系和评价方法。结果表明：深圳河流域河流生境质量总体较差,生境评价等级为"良"、"中"、"差"的样点河段分别占7.7%、38.5%、53.8%;坪山河流域河流生境质量总体较好,生境评价等级为"优"、"良"、"中"、"差"的样点河段分别占8.3%、41.7%、41.7%、8.3%。方差分析结果表明两次调查河流生境状况无显著性差异,短时间跨度内河流生境状况变化较小;两个流域河流生境状况差异显著,城镇化程度较低的坪山河流域河流生境质量显著好于城镇化程度较高的深圳河流域。河流生境评估指标主成分分析结果表明人类活动强度、河岸稳定性、河道变化、底质、河岸土地利用及植被多样性是影响深圳市河流生境变化的主要因子。本文对河床、河道、河岸带3个方面分别提出针对性的修复建议,对深圳市河流的生境修复和保护具有重要的指导作用。     

图们江流域河流生态系统健康评价

河流是重要的自然生态系统,也是重要的生态廊道之一,图们江流域河流生态系统的健康状况,对维护跨国界流域的水环境的管理和可持续发展有着重要的意义。基于河流水文、河流形态、河岸带状况、水体理化参数以及河流生物5个层面选取22个指标构建了图们江流域河流生态系统健康评价指标体系,运用层次分析法和加权平均法对其进行了健康评价。评价结果表明,虽然该地区处于"健康"级别,但也有28%的地区处于"亚健康"状态。河流健康综合指数(RHI`)与河流生物指标、水体理化指标、河流形态指标、河岸带指标等4项呈显著相关(P0.05),相关系数依次为0.847、0,757、0.740、0.547。研究结果表明图们江流域水生生物的生存环境遭到严重破坏、水体污染严重,河岸带生态退化、城市化影响严重等一系列影响河流健康的问题。     

陇东董志塬植被生态现状及评价

调查了甘肃省庆阳市董志塬的自然植被,结果表明:董志塬主要自然群落类型包括3个植被型,4个植被亚型,14个群。共记录植物33科65属165种,以菊科(Compositae)、禾本科(Gramineae)、豆科(Leguminosae)、蔷薇科(Rosaceae)居多。塬内各植物群落生物量处于"Va～Ⅱ"水平,其中森林群落"Ⅲ～Ⅱ"、灌丛、草原群落"Va～Ⅳ";生长量处于"Vb～Ⅱ",其中森林"Ⅲ～Ⅱ"、灌丛群落"Ⅳ～Ⅲ"、草原"Vb～Ⅲ";物种量处于"Va～Ⅲ"水平,其中森林和灌丛群落"Va～Ⅳ"、草原"Ⅳ～Ⅲ";群落郁闭度处于"Ⅳ～Ⅱ"水平,其中森林和灌丛为"Ⅳ～Ⅱ"、草原"Ⅳ～Ⅲ";群落结构度处于"Ⅳ～Ⅰ"水平,其中森林植被"Ⅱ～Ⅰ"、灌丛群落"Ⅳ～Ⅱ"、草丛群落"Ⅳ～Ⅲ"。综合各群落盖度、物种量、生物量、生长量、群落结构等5项指标进行评价,董志塬内各天然植被群落类型综合评价等级为"Ⅳ～Ⅱ"的水平,其中森林群落综合水平均为"Ⅲ～Ⅱ",灌丛群落和草原群落处于"Ⅳ～Ⅲ"水平。     

基于耦合模型和遥感技术的江苏中部海岸带生态系统健康评价

以生态系统健康理论为基础,从资源环境、景观生态、人类活动3个方面,按活力、组织力和恢复力3个子系统选取了10个代表性指标,构建了遥感技术支持下的海岸带陆域生态系统健康评价指标体系,并耦合TOPSIS模型和VOR生态系统健康度量模型对江苏中部海岸新洋港至川东港岸段进行了应用评价。研究结果表明:江苏中部海岸生态系统健康状态处于健康和良好的区域占27.62%,一般占60.94%,较差和差占11.44%,整体生态健康状况中等偏好。从地物类型和空间分布来看,斗龙港至四卯酉河岸段以滩涂植被、农田和围海养殖区为主,植被和水体对气候调节有积极作用,整体生态健康状况良好;四卯酉河至王港岸段由于大丰港建设,港区陆域植被覆盖率低、热岛效应强,建筑将原本连通的自然景观隔断,导致斑块数量增多,斑块面积减小,加剧了景观破碎化,对原有海岸带生态系统产生一定的破坏,生态健康状况相对较差;此外,新洋港至斗龙港岸段以及川东港岸段以自然保护区湿地为主,植被覆盖度高,人为干扰程度小,生态健康状况也较好。由于该耦合模型评价方法直接基于遥感监测数据,且无需赋予指标权重,因此研究结果相对更加客观,更能反映海岸带生态系统的实际健康状况。     

三峡库区森林生态系统有机碳密度及碳储量

森林生态系统作为陆地生态系统的重要组成部分,在减缓全球气候变化过程中发挥重要作用.基于104块样地调查和森林资源二类清查数据,运用GIS平台,对三峡库区森林生态系统有机碳密度及储量进行研究,结果表明:(1)三峡库区森林优势树种各器官的含碳率为44.59%～54.45%,森林凋落物含碳率为30.61%～42.73%,平均为36.38%;(2)三峡库区森林生态系统平均碳密度为117.68t · hm-2,低于我国森林平均水平;植被层碳密度平均为24.15 t · hm-2,其中常绿阔叶林植被层碳密度最高,达42.80 t · hm-2;枯落物层平均碳密度为2.74 t · hm-2,土壤有机碳密度平均为9.09 kg · m-2;(3)三峡库区森林生态系统总有机碳储量为286.14×106t,其中植被层碳储量为58.72×106t,凋落物碳储量为6.67×106t,土壤碳储量为220.74×106t;(4)三峡库区马尾松林分布面积最大,其总有机碳储量为77.24×106t,占三峡库区森林有机碳总储量的26.99%;在各森林类型中,马尾松林植被层、凋落物层和土壤层有机碳储量均最高,分别达到20.70 × 106t、2.66×106t和53.89×106t;(5)三峡库区森林有机碳密度呈现"东高西低"分布格局,巴东-秭归、巫山-巫溪、石柱-武隆及江津南部有机碳密度较高.在三峡库区提高森林质量、扩大森林面积是增强森林生态系统碳汇功能的有效途径.     

大汶河水生态环境健康状况与土地利用的相关性

为了解大汶河水生态环境现状及河岸带土地利用类型对其影响,基于2017年4月大汶河流域水生态调查数据,采用主成分分析和相关分析方法对流域地形、水文、水环境因子、主要水生生物因子和栖息地质量5个方面共19个候选指标进行筛选和优化,构建了大汶河生态系统健康评价多指标体系并用于大汶河水生态健康评价。结果表明:水环境因子和水生生物类型指标在健康评价指标体系中所占权重较大;大汶河水生态系统健康状况评价结果主要以一般和较差为主,分别占总采样点的58.33%和20.83%,仅瀛汶河上段、大汶河南支上段和大汶河干流下段部分断面处于健康或亚健康水平;城镇村及工矿用地、耕地和交通用地与大汶河生态健康综合指数呈负相关,是该流域水生态系统受到破坏的主要因素。     

大汶河水生态环境健康状况与土地利用的相关性

为了解大汶河水生态环境现状及河岸带土地利用类型对其影响,基于2017年4月大汶河流域水生态调查数据,采用主成分分析和相关分析方法对流域地形、水文、水环境因子、主要水生生物因子和栖息地质量5个方面共19个候选指标进行筛选和优化,构建了大汶河生态系统健康评价多指标体系并用于大汶河水生态健康评价。结果表明:水环境因子和水生生物类型指标在健康评价指标体系中所占权重较大;大汶河水生态系统健康状况评价结果主要以一般和较差为主,分别占总采样点的58.33%和20.83%,仅瀛汶河上段、大汶河南支上段和大汶河干流下段部分断面处于健康或亚健康水平;城镇村及工矿用地、耕地和交通用地与大汶河生态健康综合指数呈负相关,是该流域水生态系统受到破坏的主要因素。     

杉木、火力楠纯林及其混交林生态系统C、N贮量

研究比较第2代连载杉木纯林、杉木与火力楠混交林以及火力楠纯林3种人工林生态系统的C、N贮量。结果表明,杉木与火力楠混交林生态系统C贮量要高于杉木纯林和火力楠纯林,而生态系统N贮量是火力楠纯林和杉木与火力楠混交林高于杉木纯林;生态系统C和N贮量的空间分布基本一致,土壤层占主要部分,其次为乔木层,再次是根系,林下植被层和凋落层所占比例最小;相关分析表明,土壤C、N贮量分别和林下植被生物量以及与森林凋落物现存量之间都具有良好的线性关系,说明林下植被和森林凋落物对土壤C、N贮量有着深刻的影响。     

基于BP神经网络的流域生态恢复度计算——以福建长汀朱溪小流域为例

以福建省长汀县朱溪小流域为研究对象,通过野外调查、室内分析以及遥感影像提取相结合的方法获取数据。利用Matlab7.0软件建立BP神经网络生态恢复模型,定量评价退化生态系统的恢复程度。选择土壤理化性质(有机质、全N、全P、全K、容重和p H)、植被结构(植被盖度)、物种多样性指数(Shannon-Wiener指数)和热环境(地表温度)等4个方面的9个指标建立退化生态系统评价体系,并作为生态恢复模型的输入层数据,生态恢复度作为输出层数据。使用Matlab7.0进行数据预处理、样本训练、样本检验并建立生态恢复模型。利用建立的生态恢复模型对整个朱溪小流域生态恢复度进行定量评价。结果表明,生态恢复模型预测结果与流域生态恢复的实际情况基本吻合,利用BP神经网络模型定量评价退化生态系统的恢复程度具有可行性。朱溪小流域内生态恢复程度极低的区域面积仅占0.94%,95.48%区域为中等恢复程度,说明生态保护措施已初见成效;生态恢复程度高的区域面积仅占3.62%,意味着未来仍需加强治理和保护工作。     

海南岛森林生态系统碳储量及其空间分布特征

利用最新的森林资源二类调查分布数据和野外样地调查资料,采用InVEST模型和空间统计分析等方法,研究了海南岛森林生态系统碳储量及其空间分布特征。结果表明：海南岛森林生态系统总碳储量为338.15 TgC,其中地上生物、地下生物、凋落物和土壤的碳储量分别为85.12、18.73、2.90 TgC和231.40 TgC,所占比重依次为25.17%、5.54%、0.86%和68.43%。海南岛森林生态系统平均碳密度为147.66 MgC/hm²,其中地上生物、地下生物、凋落物和土壤碳密度分别为37.17、8.18、1.27 MgC/hm²和101.04 MgC/hm²。不同市县森林生态系统碳储量分布在8.55—35.40 TgC的范围内,最高的是琼中县。不同植被类型中,橡胶林的碳储量最高,占全岛森林生态系统总碳储量的27.72%;热带山地雨林的碳密度最高,达到249.64 MgC/hm²。在海拔梯度上,森林生态系统碳密度呈现先增加后减少的变化特征,在海拔600—1300 m范围内的碳密度最高,碳密度为20...     

森林流域生态水文过程动力学机制与模拟研究进展

水文过程是联系气候变化和森林生态系统时空变化的关键因素．未来的气候变化和人类大尺度活动将影响森林流域生态系统与水文过程的变化,森林流域生态与水文过程耦合、生态系统水文过程动力学机制研究在认识和调控生态资源及其合理利用、区域生态恢复,以及社会经济可持续方面均具有重要意义．森林流域生态系统中的水文过程可分为降雨截留、蒸散和产汇流过程．森林流域生态与水文耦合过程边界条件的确定,土壤表面特定水文过程的参数化,降雨、土壤水分运动和植被的动态耦合作用,分布式模型的应用以及森林生态水文过程动力学机制与调控等将是今后生态水文动力学过程研究的重点,综述了森林流域生态水文过程动力学机制与调控的研究进展。     

基于水源涵养的流域适宜森林覆盖率研究

适宜森林覆盖率的研究是流域防护林空间布局的基础研究,对流域内防护林林种和林分结构调整有着重要的指导意义。以对土壤饱和蓄水量的贡献大小为依据,人力可控和可测为原则进行流域有林地水源涵养功能评价指标筛选。采用群组AHP法剔除因子间相关性较大的指标,筛选出了地形-土壤因子、林分因子、干扰强度因子共计12个指标;用层次分析法(AHP)计算各指标对土壤饱和蓄水量的权重,以此权重计算各有林地小班水源涵养的等级值以及每个等级对应的面积。以流域历年(40a)最大日降雨量147.2 mm计算流域适宜森林覆盖率。结果表明:林分因子 (0.637)>干扰强度因子(0.258)>地形-土壤因子(0.105),即影响平通河流域有林地水源涵养功能最大的因子是林分因子,其次是干扰度因子;流域基于水源涵养的适宜森林覆盖率为57.09%,变幅为43%-73%。     

退化森林生态系统恢复评价研究综述

森林退化是一个世界性的问题,对退化的森林进行恢复评价是合理地进行森林生态系统管理的基础。介绍了森林退化的概念,综述了退化森林生态系统恢复评价的一般程序,主要包括恢复目标的确定、参照系的选择、评价指标体系的构建及定量评价等几个方面。目前,大多数退化森林恢复评价主要包括物种多样性、植被结构和生态学过程3个方面。其中,物种多样性包括物种丰富度和多度等;植被结构包括植被盖度、乔木密度、高度、胸高断面积、生物量和凋落物结构等;生态学过程包括养分库、土壤有机质以及生物间的相互关系等。不同的研究者或管理者由于对恢复其生态系统服务功能的需求存在差异,评价退化生态系统恢复的角度也不一样。恢复评价可以从特殊种群到整个生态系统的不同层次进行。在深刻理解森林退化定义的基础上,建立现实的目标和正确地选择参照系是恢复评价的前提。     

基于土地利用空间格局的区域生态系统健康评价——以舟山岛为例

土地利用空间格局是影响区域生态系统健康状态的重要因素。构建适用于舟山岛生态系统健康诊断的"活力-组织结构-恢复力-生态系统服务功能"评价指标体系,其活力以植被相对密度指数表征、组织结构以蔓延度等4个景观格局指数表征。选择镇、乡或街道等行政区作为评价单元,以遥感数据和土地利用调查数据为基础,采用G IS和RS技术,提取舟山岛17个乡镇1970-2005年间5个时期的土地利用空间格局和指标信息,采用综合参数评价模型对研究区生态系统健康进行时空动态评价。研究结果表明:(1)35 a来舟山岛生态系统健康整体状况呈下降趋势,相对较好的区域面积下降了18%,相对一般的下降了8%,而相对较差的上升了26%;(2)城市化、滩涂围垦与沿海工业的发展是舟山岛生态系统健康状态下降的主要原因。