陳望雄， 楊新榮， 黎振強， 施和平

(1．湖南理工學院 經(jīng)濟與管理學院， 湖南 岳陽 414000； 2.景德鎮(zhèn)學院 經(jīng)濟與管理系， 江西 景德鎮(zhèn) 333000)

基于小班水平的東洞庭湖區(qū)域馬尾松林健康評價

陳望雄1， 楊新榮1， 黎振強1， 施和平2

(1．湖南理工學院 經(jīng)濟與管理學院， 湖南 岳陽 414000； 2.景德鎮(zhèn)學院 經(jīng)濟與管理系， 江西 景德鎮(zhèn) 333000)

摘要：[目的] 對東洞庭湖區(qū)域的優(yōu)勢樹種馬尾松林進行健康評價研究，為該區(qū)域科學經(jīng)營森林，改善區(qū)域人居環(huán)境和生態(tài)環(huán)境建設提供參考和借鑒。 [方法] 依據(jù)馬尾松林樣地調(diào)查、岳陽市森林資源二類調(diào)查和湖南省林業(yè)資源信息系統(tǒng)獲取馬尾松林數(shù)據(jù)。并從生產(chǎn)力、結(jié)構(gòu)性、可持續(xù)性及抗干擾性4個方面選擇了馬尾松林14個健康評價指標，依據(jù)方差貢獻率確定指標權(quán)重，計算有代表性的329個馬尾松林小班得分與既有的健康等級定性指標標準比較確定小班的健康狀況。 [結(jié)果] 優(yōu)質(zhì)小班14個，健康小班76個，亞健康小班221個，不健康小班18個，分別占所選樣本總面積的7.33%，24.62%，61.34%，6.71%。 [結(jié)論] 該區(qū)域馬尾松林總體上處于亞健康與不健康狀況；天然林健康狀況好于人工林；混交林健康狀況優(yōu)于馬尾松純林；高海拔、陡坡、邊遠區(qū)域馬尾松林健康狀況明顯優(yōu)于低海拔、居民密集區(qū)域。

關(guān)鍵詞：東洞庭湖區(qū)域; 馬尾松林; 小班; 方差貢獻率; 健康評價

健康的森林生態(tài)系統(tǒng)不僅體現(xiàn)在維持自身的穩(wěn)定性和可持續(xù)性，更重要的是為人類社會提供生態(tài)服務功能。國內(nèi)外有很多學者對森林健康進行一系列的定義和特點描述，如Costanza[1]從系統(tǒng)內(nèi)穩(wěn)定性、無疾病、多樣性、有活力、可恢復性和平衡性6個方面定義生態(tài)系統(tǒng)健康。Mageau等[2]認為健康的生態(tài)系統(tǒng)至少應考慮到生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、生長能力、恢復能力，應將人納入到自然系統(tǒng)中去，既要考慮人類需求，也要注意人對自然界的影響。沈文君等[3]認為，一個健康的生態(tài)系統(tǒng)要從自身健康和滿足人類需求兩方面去衡量。馬克明等[4]，袁興中等[5]，張志城等[6]，Haworth[7]，Karr[8]等學者也從不同的角度定義了生態(tài)系統(tǒng)健康的概念。通過學者們對生態(tài)系統(tǒng)健康的定義可知，森林生態(tài)系統(tǒng)健康的標準是一個人類的標準，本身不存在健康與否，而是是否持續(xù)地為人類提供各種服務為標準，是生態(tài)—社會經(jīng)濟—人類健康3個領域相結(jié)合的綜合性定義，不僅涉及生態(tài)學方面，更包括人類價值、倫理的、哲學、藝術(shù)、管理學和經(jīng)濟學的觀點[9-10]。森林生態(tài)系統(tǒng)健康作為森林資源管理的一個目標，其健康評價作為森林資源管理的一種有效手段得到了越來越多的應用，正日益受到世界各國政府和林業(yè)學者的重視。馬尾松作為東洞庭湖區(qū)域的主要優(yōu)勢樹種，對東洞庭湖區(qū)馬尾松林健康評價有利于對該區(qū)域的馬尾松林健康情況、經(jīng)營質(zhì)量做出科學判斷并采取合適的營林措施來改善其健康狀況，有利于正確處理經(jīng)濟發(fā)展和資源、環(huán)境保護之間的關(guān)系，在建設“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”社會、改善區(qū)域人居環(huán)境以及生態(tài)環(huán)境建設決策方面也具有重要的參考和借鑒意義。

1研究區(qū)概況

東洞庭湖區(qū)域位于洞庭湖東北部，東倚幕阜山，西臨洞庭湖，北接長江，南連湘江、資江、沅江和澧水4條主干河流，地處北緯28°25′33″—29°51′00″，東經(jīng)112°18′31″—114°09′06″，東西橫跨177.84 km，南北縱長157.87 km，含汨羅市、臨湘市2個縣級市，岳陽縣、華容縣、平江縣、湘陰縣4個縣，岳陽樓區(qū)、云溪區(qū)、君山區(qū)3個區(qū)，總面積15 019 km2，總?cè)丝?48.34萬人。

東洞庭湖區(qū)域?qū)僦袊喜縼啛釒駶櫳种参飬^(qū)系，據(jù)統(tǒng)計，有高等植物5 000種左右，其中木本植物1 900多種，地帶植被主要由木蘭科、樟科、殼斗科、山茶科、冬青科、金縷梅科、安息香科的植物組成，可以說是種類繁多，區(qū)系成分復雜，孤寡種屬多。主要用材樹種有馬尾松(Pinusmassoniana)、杉木(Cunninghamialanceolata)、檫樹(Sassafrastsumu)、柏木(Cupressusfunebris)、楠木(Phoebezhennan)、火炬松(Pinustaeda)、濕地松(Pinuselliottii)、柳杉(Cryptomeriafortunei)、樟樹(Cinnamomumcamphora)、楊樹(Populus)等20多種。區(qū)域主要森林樹種為馬尾松、杉木、毛竹(Phyllostachysheterocycla)，2010年岳陽市林業(yè)局森林資源調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，馬尾松蓄積量為4.24×106m3，占活立木總蓄積的29.04%，馬尾松林面積為1.48×105hm2；占林業(yè)用地面積的33.49%，主要分布于海拔500 m以下的山地、丘崗紅壤地區(qū)，為該區(qū)域主要優(yōu)勢樹種，純林較少，多與杉木、毛竹、油茶樹、闊葉樹等伴生。

2研究方法

2.1　數(shù)據(jù)的獲取

采取典型樣地調(diào)查方法，選取東洞庭湖區(qū)域有代表性的馬尾松林群落，調(diào)查馬尾松純林樣地18塊，設立20 m×20 m的樣方，內(nèi)設5個4 m×4 m的小樣方。樣地記錄內(nèi)容： (1) 環(huán)境因子：海拔、坡位、坡向、土層厚度、土壤含水量、土壤有機質(zhì)等； (2) 樣地上的喬木、灌木、草本的主要種類、株數(shù)、胸徑、高度、冠幅、生產(chǎn)力等； (3) 調(diào)查樣地所在小班的森林覆蓋率、齡級、植被組成和森林布局等。

同時借助岳陽市森林資源二類調(diào)查馬尾松林小班數(shù)據(jù)和湖南省林業(yè)資源信息系統(tǒng)，所獲取的數(shù)據(jù)主要包括胸徑、樹高、郁閉度、單位面積蓄積量、天然更新狀況、群落層次結(jié)構(gòu)、土層厚度、有機質(zhì)、速效氮、速效磷、速效鉀、土壤亞類、近自然度、坡位、坡向、海拔、森林病蟲害、火險等級等。

2.2　評價指標體系的構(gòu)建

依據(jù)森林生態(tài)系統(tǒng)健康評價理論基礎和指標體系的選擇原則，參照學者們對特定區(qū)域和特定對象的森林生態(tài)系統(tǒng)評價指標的選擇[7-11]，考慮到森林生態(tài)系統(tǒng)健康評價密切相關(guān)的重要指標[12]，并結(jié)合數(shù)據(jù)的可獲性及區(qū)域的特殊性，初步構(gòu)架了馬尾松林健康評價指標體系，其層次結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　基于小班水平的馬尾松林健康評價指標體系

2.3　指標量化與標準化

馬尾松林生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標體系可以分為以下兩種類型： 第1種為定性指標，包括群落層次結(jié)構(gòu)、天然林更新狀況、土層厚度、近自然度、病蟲害程度、火險等級，其等級劃分依據(jù)湖南省森林調(diào)查操作技術(shù)規(guī)程直接確定。由于第一種為定性指標，依其定性指標標準，將健康5等級分級情況轉(zhuǎn)化為十分制數(shù)據(jù)，數(shù)值取等級值中間值，等級轉(zhuǎn)化成數(shù)值詳見表1。第2種為定量指標，包括馬尾松林分郁閉度、平均樹高、平均胸徑、單位面積活立木蓄積量、土壤速效氮、速效磷、速效鉀及土壤有機質(zhì)。

表1　馬尾松林健康等級定性指標標準

定性指標依據(jù)馬尾松林小班所處健康等級賦值，而平均胸徑、平均樹高、單位面積活立木蓄積量、林分郁閉度、土壤有機質(zhì)、土壤速效氮、速效磷、速效鉀均為正向定量指標，在一定的范圍之內(nèi)越大越好，應將其標準化，并轉(zhuǎn)化為十分制數(shù)據(jù)，計算公式為：

X=10(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)

式中：Xmax——正向定量指標的最大值；Xmin——正向定量指標的最小值。

2.4　評價指標權(quán)重確定

初步選定從生產(chǎn)力、結(jié)構(gòu)性、可持續(xù)性、抗干擾性4個方面14個指標來進行馬尾松林健康評價，考慮到指標之間的相關(guān)性，為了減少主觀因素對某一方面賦權(quán)的影響，應用因子分析法中方差的貢獻率大小來確定指標的權(quán)重。應用SPSS 15.0軟件對馬尾松林生態(tài)系統(tǒng)健康評價各指標進行分析。

2.4.1KMO和巴特利特球度檢驗由于因子分析的主要任務是對原有變量進行濃縮，能夠用較少的變量解釋較多的變量且不丟失太多的信息，則要求變量之間存在較強的相關(guān)性，否則，變量無法進行濃縮，更無需進行因子分析。變量相關(guān)性大小先進行KMO和巴特利特球度檢驗。依據(jù)KMO和巴特利特球度檢驗要求，若KMO>0.7，則效果較好，若0.5

表2　KMO和巴特利特球度檢驗

從表2可知，KMO為0.713則符合因子分析要求。從上表顯著性檢驗系數(shù)為0的單側(cè)顯著性檢驗概率矩陣可知，說明變量兩兩之間存在較強的相關(guān)性。

2.4.2因子提取提取因子的關(guān)鍵是通過樣本數(shù)據(jù)求解因子載荷矩陣，依據(jù)基于主成分分析法，在設置因子提取閾值為特征值>0.9。根據(jù)主成分的統(tǒng)計信息(表3)，特征值由大到小排列，各主成分的貢獻率和累計貢獻量為：前6個主成分的特征值分別為3.244，2.474，1.682，1.222，1.048，0.925,他們能解釋總變異的百分比分別為23.174%，17.671%，12.011%，8.732%，7.488%，6.606%，前6個主成分的特征值大于或者接近于1，取前6個主成分來確定評價權(quán)重，此時的累計貢獻率達到了75.682%，符合統(tǒng)計學原理。根據(jù)因子載荷矩陣信息(表4)，第1主成分在胸徑、蓄積、有機質(zhì)上有較高的載荷，第2主成分在速效氮、群落層次結(jié)構(gòu)、土層厚度上有較高的載荷，第3主成分在速效磷、天然更新和速效鉀上有較高的載荷，第4主成分在郁閉度和樹高上有較高的載荷，第5主成分在病蟲害和火災等級方面有較高的載荷，第6主成分在近自然度方面有較高的載荷。

2.4.3評價指標權(quán)重計算每個評價指標的權(quán)重由主成分載荷和主成分的方差貢獻率來確定，具體計算方法為：

6個主成分的特征值和(∑)=3.244+2.474+1.682+1.222+1.048+0.925=10.595。

胸徑的權(quán)重=(0.891×3.244+0.124×2.474+0.023×1.682-0.107×1.222-0.206×1.048+0.066×0.925)/10.595=0.28。

同理，可確定蓄積、有機質(zhì)、速效氮、群落層次結(jié)構(gòu)、土層厚度、速效磷、天然林更新、速效鉀、郁閉度、樹高、森林病蟲害、火災等級、近自然度的權(quán)重分別為0.26，0.36，0.25，0.24，0.27，0.13，0.16，0.08，0.15，0.13，0.17，0.04，0.10。將計算權(quán)重結(jié)果歸一化，則胸徑、蓄積、有機質(zhì)、速效氮、群落層次結(jié)構(gòu)、土層厚度、速效磷、天然林更新、速效鉀、郁閉度、樹高、森林病蟲害、火災等級、近自然度的權(quán)重分別為0.11，0.10，0.14，0.09，0.09，0.10，0.05，0.06，0.03，0.06，0.05，0.06，0.02，0.04。

表3　特征值與方差貢獻(提取方法：主成分分析方法)

表4　因子載荷矩陣

2.5　健康等級

以東洞庭湖區(qū)域馬尾松林小班為評價單元，依據(jù)各項指標的標準化得分乘以各項指標的歸一化權(quán)重計算各個馬尾松林小班的健康得分值。參照學者們[5,13-19]從森林結(jié)構(gòu)性、可持續(xù)性、抗干擾性方面確定森林健康等級及相應的評價得分(表5)，依據(jù)馬尾松林小班的健康得分值確定馬尾松林隸屬健康等級。

表5　馬尾松林健康評價等級標準

3評價結(jié)果

在東洞庭湖區(qū)域選定有代表性的329個馬尾松林小班中，依據(jù)小班得分確定隸屬健康等級，通過分析可知，優(yōu)質(zhì)的馬尾松林小班14個，占所選個體總數(shù)的4.25%，面積為15.68 hm2，占所選樣本總面積的7.332%。該林分主要為馬尾松+闊葉林或馬尾松+杉木林，主要分布于離湖區(qū)較遠的高海拔、坡度較陡山區(qū)，人為影響因素小，如平江縣的幕府山、福壽山區(qū)域，岳陽縣的鐵山庫區(qū)、毛田鎮(zhèn)大云山林區(qū)及臨湘市五尖山森林公園、羊樓司鎮(zhèn)邊遠山區(qū)。這些林分群落層次結(jié)構(gòu)較復雜，近自然程度高，郁閉度大，森林火險等級低，抗病蟲害能力很強。

健康的馬尾松林小班有76個，占所選個體總數(shù)的23.1%，面積為52.64 hm2，占所選樣本總面積的24.62%。主要是馬尾松林+天然闊葉林、馬尾松純林、馬尾松林+三杉(水杉、柳杉、池杉的合稱)、馬尾松+杉木林、馬尾松林+竹林組成，主要位于平江縣加義鎮(zhèn)、南江鎮(zhèn)、甕江鎮(zhèn)，岳陽縣的月田鎮(zhèn)劉廟村、大橋村、雙江村，張谷英鎮(zhèn)四維村。臨湘詹橋鎮(zhèn)、藥菇山、五尖山森林公園，華容的勝利林場、塔市林場。這些馬尾松林分群落層次結(jié)構(gòu)較復雜，近自然程度較高，郁閉度較大，抗病蟲害能力強，森林火險等級較低。這些林分或位于較高海拔或較陡坡山區(qū)，人為影響因素小，或?qū)儆趪辛謭?，有專人?jīng)營管理。

亞健康的小班221個，占所選個體總數(shù)的67.17%，面積為131.17 hm2,占所選樣本總面積的61.34.%，主要由馬尾松純林、或馬尾松林與油茶樹、柑橘、胡柚等經(jīng)濟林混交，或馬尾松與楊樹混交。處于在海拔150 m以下的丘崗地區(qū)或湖區(qū)，在岳陽樓區(qū)的郭鎮(zhèn)鄉(xiāng)，云溪的道仁磯，汨羅的古培鎮(zhèn)、弼時鎮(zhèn)、黃柏鎮(zhèn)、長樂鎮(zhèn)，臨湘的文橋鎮(zhèn)、忠防鎮(zhèn)、江南鎮(zhèn)，湘陰的梓樹、鐵角嘴，華容的東山、三封寺、萬庾等地大量分布。這些馬尾松林分群落層次結(jié)構(gòu)簡單，近自然程度低，馬尾松或作為群落演替先鋒樹種或作為人工栽培樹種，這些區(qū)域土壤貧瘠、土壤透氣性差，林分郁閉度小、抗病蟲害能力中等，森林火險等級較高。

不健康的小班18個，占所選個體總數(shù)的5.47%，面積為14.349 hm2,占所選樣本總面積的6.71%，主要由人工馬尾松林、或為馬尾松與楊樹、柑桔、油茶、灌木混交。這些林分主要分布在國道、省道兩側(cè)區(qū)域，長嶺煉油廠、岳陽化工廠附近區(qū)域，或在不適合種樹的立地條件區(qū)域種植。這些林分群落層次結(jié)構(gòu)簡單，近自然程度低，抗病蟲害能力弱，森林火險等級高。

綜上所述，亞健康、不健康的小班數(shù)占所選樣本個體總數(shù)的72.64%，兩者之和面積占所選樣本總面積的68.05%，所以從小班水平上看東洞庭湖區(qū)域馬尾松林總體上處于亞健康、不健康狀況，與岳陽市林業(yè)局利用森林資源二類調(diào)查或遙感數(shù)據(jù)分析馬尾松林的健康狀況大體一致。

4討 論

森林健康狀況評價指標的選擇應考慮到森林的自然性、社會、經(jīng)濟和人類健康狀況，應具有綜合性和全面性。目前中國對森林健康評價研究難以大范圍開展生態(tài)監(jiān)測工作，故有些數(shù)據(jù)難以獲取，給指標的選取帶來不少困難。很多學者對森林健康評價主要是參考森林健康的文獻資料，要考慮數(shù)據(jù)的可獲得性，但能獲取同行廣泛認可的評價指標體系卻很少。其次是指標的量化。有些指標對評價森林健康在理論上很有代表性，能反映森林的健康狀況，卻難以量化，故無法進行客觀比較，會影響森林健康評價的科學性和完整性。再次是指標權(quán)重確認，很多學者選擇層次分析法(AHP)，采用專家打分法和專家咨詢相結(jié)合構(gòu)造判斷矩陣，進行層次排序，再進行一致性檢驗，此方法權(quán)重確認很大程度上存在主觀因素。本研究將小班樣本數(shù)據(jù)輸入SPSS軟件，應用該軟件菜單因子分析法中方差貢獻率大小來確定指標的權(quán)重，減少主管因素對指標權(quán)重確認影響。在這種情況下，經(jīng)過深入研究，依據(jù)馬尾松林生態(tài)系統(tǒng)類型差別性與東洞庭湖區(qū)域的特殊性，本研究從4個方面選擇14個具體指標建立基于小班水平的馬尾松林健康評價指標體系，依據(jù)方差貢獻率大小確定指標權(quán)重，以期更準確地反映馬尾松林健康水平。

5結(jié) 論

(1) 東洞庭湖區(qū)域馬尾松林總體上處于亞健康與不健康狀況。從亞健康、不健康的小班數(shù)占所選樣本個體總數(shù)的72.64%，占所選樣本總面積的68.05%可以看出。土壤有機質(zhì)、土壤速效氮、群落層次結(jié)構(gòu)、土層厚度等評價指標方面得分較低，應從這些方面加以改善來提高馬尾松林健康等級。

(2) 東洞庭湖區(qū)域馬尾松健康狀況大致可以概括為：天然林健康狀況優(yōu)于人工林；馬尾松混交林健康狀況好于馬尾松純林；高海拔、陡坡、邊遠區(qū)域馬尾松小班健康狀況明顯優(yōu)于低海拔、居民密集區(qū)域。

(3) 東洞庭湖區(qū)域馬尾松林健康狀況總體上處于亞健康與不健康狀況，還有較大的上升空間，馬尾松林要持續(xù)發(fā)揮其生態(tài)服務功能和經(jīng)濟效益，就必須調(diào)整經(jīng)營模式，加大營林力度，落實營林措施，提高營林管理水平，才能更大地發(fā)揮其綜合效益。

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Health Assessment of Masson Pine Forest Based on Sublot Level in East Dongting Lake Area

CHEN Wangxiong1, YANG Xinrong1, LI Zhenqiang1, SHI Heping2

(1.CollegeofEconomicsandManagement,HunanCollegeofScienceandTechnology，Yueyang，Hu’nan414000,China; 2.DepartmentofEconomicsandManagement,JingdezhenUniversity,Jingdezhen,Jiangxi333000,China)

Abstract：[Objective] The research on massion pine forest as superior tree species in East Dongting Lake area can provide the reference in scientific management for the regional forest, and improve regional environment and ecological environment construction. [Methods] The data about masson pine forest were gained through typical sublot survey, the second-class investigation of Yueyang forest resources and forest resources management information system in Hu’nan Province. The 14 indexes were selected and the index weight was ensured according to variance contribution rate. Then the score of sublots was determined by calculating represent 329 sublots compared with the existing health grade index. [Results] The evaluation results showed that the number of high quality sbulots was 14, healthy sublots was 76, sub-healthy sublots was 221, unhealthy sublots 18, possessing total area of the selected samples 7.33%,24.62%,61.34%,6.71%, respectively. [Conclusion] The masson pine forest in studied area was between sub-health and unhealthy in general; the natural forest health was much better than the plantation; the health situation of masson pine forest in high altitude, slope, remote area was significantly better than that in low altitude, dense population area.

Keywords:East Dongting Lake area; masson pine forest; sublot; variance contribution rate; health assessment

文獻標識碼：B

文章編號：1000-288X(2015)04-0176-06

中圖分類號：S718.55

通信作者：楊新榮(1956—),男(漢族),湖南省岳陽市人,碩士,教授,碩士生導師,主要從事農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展研究。E-mail:yxr 8847009@163.com。

收稿日期：2014-06-12修回日期：2014-06-23

資助項目：國家自然科學基金項目“基于濕地保護的生態(tài)農(nóng)業(yè)體系構(gòu)建及其運行機制研究：以洞庭湖區(qū)為例”(71173073); 湖南省教育廳科學研究一般項目“東洞庭湖區(qū)域森林健康評價與資源可持續(xù)利用機制研究”(14C0519)

第一作者：陳望雄(1974—),男(漢族),湖南省岳陽市人,博士,講師,主要從事生態(tài)旅游與資源可持續(xù)利用研究。E-mail:357973445@qq.com。