東洞庭湖區(qū)域森林生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)與預(yù)警研究.pdf

1、論文以東洞庭湖區(qū)域森林生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)、預(yù)警為主線，利用岳陽市森林資源二類調(diào)查、典型樣地調(diào)查、湖南省森林資源管理信息系統(tǒng)、TM遙感影像、環(huán)保監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)體系等方式獲取研究數(shù)據(jù)，分別從小班水平、景觀水平和區(qū)域水平對(duì)研究區(qū)域森林生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況進(jìn)行了定量評(píng)價(jià)，應(yīng)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)其健康狀況進(jìn)行了預(yù)警研究，然后對(duì)其森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行評(píng)價(jià)，在此研究基礎(chǔ)上分析了該區(qū)域森林健康狀況存在的問題并提出了相應(yīng)改善措施。
　　 (1)分別從小班水

2、平、景觀水平和區(qū)域水平對(duì)東洞庭湖區(qū)域森林生態(tài)系統(tǒng)健康狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。
　　 a.小班水平上，借助岳陽市森林資源二類調(diào)查、典型樣地調(diào)查、湖南省森林資源管理信息系統(tǒng)，選取了胸徑、樹高、單位面積活立木蓄積量、天然林更新狀況、群落層次結(jié)構(gòu)、林分郁閉度、近自然度、土壤厚度、土壤有機(jī)質(zhì)、土壤N、P、K、森林火災(zāi)、病蟲害程度等14個(gè)指標(biāo)建立了基于小班的森林健康評(píng)價(jià)模型，依據(jù)因子分析方法中的方差貢獻(xiàn)率大小確定指標(biāo)權(quán)重，計(jì)算各小班健康得分并對(duì)其進(jìn)行

3、健康分級(jí)。在所選的329個(gè)森林小班樣本中，優(yōu)質(zhì)小班14個(gè)，健康小班76個(gè)，亞健康小班221個(gè)，不健康小班18個(gè)，分別占所選樣本總數(shù)的4.25％，23.1％，67.17％，5.47％;分別占總面積的7.33％，24.62％，61.34％，6.71％。研究區(qū)域森林生態(tài)系統(tǒng)總體處于不健康狀態(tài)，若不加以保護(hù)和經(jīng)營(yíng)，可能向更嚴(yán)重狀況發(fā)展，為此應(yīng)加大營(yíng)林力度、落實(shí)經(jīng)營(yíng)措施、提高管理水平來改善森林的健康狀況。
　　 b.從景觀水平上，利用20

4、06，2009年兩期東洞庭湖區(qū)域LandsatTM遙感影像數(shù)據(jù)，在ENVI4.9遙感軟件平臺(tái)下，進(jìn)行圖像增強(qiáng)，圖像裁切以及幾何精校正等圖像預(yù)處理。利用ArcGIS軟件中的ArcMap模塊進(jìn)行空間疊置分析，獲得2006年和2009年岳陽土地利用類型圖，將處理好的圖片進(jìn)行柵格化并導(dǎo)入fragstas3.3軟件，計(jì)算出本研究相關(guān)的14個(gè)森林景觀指數(shù)指標(biāo)，并從景觀格局要素構(gòu)成、形狀特征、異質(zhì)性與多樣性及空間分布4個(gè)方面對(duì)東洞庭湖區(qū)域森林景觀格局

5、進(jìn)行分析。
　　 混交林和針葉林是該區(qū)域的主要優(yōu)勢(shì)景觀類型，其斑塊面積大，形狀和分布比較復(fù)雜，但斑塊的連通型較好。竹林和草地呈散點(diǎn)分布，斑塊形狀和分布復(fù)雜程度較低，邊緣密度和斑塊密度都較小，其破碎化程度較高，反映人為因素對(duì)其健康狀況影響大?；旖涣?，針葉林、闊葉林的景觀要素斑塊形狀指數(shù)較大，邊界形狀復(fù)雜，景觀斑塊化程度較高，反映其較強(qiáng)的自我調(diào)節(jié)能力，能更好地整維持其健康狀況。
　　 較高的香農(nóng)多樣性指數(shù)反映了研究區(qū)域景觀中

6、各個(gè)斑塊類型分布不均衡，不定性的信息量較大，異質(zhì)性較低。較高的香農(nóng)均勻度指數(shù)說明各景觀類型所占比例存在一定差異，存在優(yōu)勢(shì)類景觀，如混交林的異質(zhì)性較高，竹林的異質(zhì)性較低。
　　 c.區(qū)域水平上，結(jié)合前人的研究成果從自然環(huán)境、森林結(jié)構(gòu)、社會(huì)因素和經(jīng)濟(jì)因素四方面選取有代表性的18個(gè)指標(biāo)，從區(qū)域水平評(píng)價(jià)森林生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況。采用層次分析法構(gòu)造判斷矩陣確定指標(biāo)的權(quán)重，并將評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)分為五級(jí)，將評(píng)價(jià)指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)通過隸屬函數(shù)確定評(píng)價(jià)等級(jí)

7、的隸屬度，運(yùn)用模糊綜合評(píng)判計(jì)算各指標(biāo)值在各指標(biāo)等級(jí)的森林健康狀態(tài)隸屬度。
　　 將五個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)分別賦值后可計(jì)算出研究區(qū)的森林生態(tài)系統(tǒng)健康模糊綜合指數(shù)γ=3.133。研究區(qū)域森林生態(tài)系統(tǒng)在0.1632程度上屬于優(yōu)質(zhì)狀況，在0.1810程度上屬于健康狀況，在0.3917程度上屬于亞健康狀況，在0.152程度上屬于病態(tài)。
　　 根據(jù)最大隸屬度原則，東洞庭湖區(qū)域森林生態(tài)系統(tǒng)健康狀況為Ⅲ級(jí)，即亞健康狀態(tài)。森林生態(tài)系統(tǒng)健康狀況介于Ⅱ

8、級(jí)和Ⅲ級(jí)之間，嚴(yán)重偏向Ⅲ級(jí)，處于從健康狀況向亞健康狀況發(fā)展?？傮w評(píng)價(jià)結(jié)果與咨詢的專家意見相同，評(píng)價(jià)結(jié)果較準(zhǔn)確。
　　 (2)在選定森林健康評(píng)價(jià)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，建立一個(gè)3層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)警模型，用于預(yù)測(cè)東洞庭湖區(qū)域森林的健康狀況，從預(yù)測(cè)結(jié)果看均方誤差為9.83e-6，R=0.99994，表明輸出值和期望值跟蹤較好。依據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入、輸出的權(quán)值和閾值，建立了森林小班健康評(píng)價(jià)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)警模型，并利用模型對(duì)東洞庭湖區(qū)域森林生態(tài)系統(tǒng)健康

9、狀況進(jìn)行了預(yù)警研究。結(jié)果表明基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)健康狀況的預(yù)測(cè)具有良好的合理性和可靠性，能克服主觀因素對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的不利影響，有較大的應(yīng)用價(jià)值。
　　 (3)對(duì)東洞庭湖區(qū)域森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)價(jià)主要圍繞木材生產(chǎn)效益、涵養(yǎng)水源、保育土壤、固碳釋氧、積累營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、凈化大氣環(huán)境、森林防護(hù)和游憩價(jià)值等八個(gè)方面展開。對(duì)研究區(qū)價(jià)值量構(gòu)成分析，木材生產(chǎn)效益為6.537億元·a-1，涵養(yǎng)水源價(jià)值149.73億元·a-1，保育土壤價(jià)值1

10、8.541億元·a-1，固碳釋O2價(jià)值69.69億元·a-1，積累營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)價(jià)值1.48億元·a-1，凈化大氣環(huán)境價(jià)值20.854億元·a-1，森林防護(hù)價(jià)值12.538億元·a-1，游憩價(jià)值為11.81億元·a-1，東洞庭湖區(qū)域森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總效益為291.18億元·a-1。如計(jì)算森林對(duì)環(huán)境氣態(tài)有機(jī)污染物的凈化效益，實(shí)際服務(wù)價(jià)值要比計(jì)算價(jià)值大。
　　 從森林生態(tài)服務(wù)價(jià)值與林分類型關(guān)系可知，馬尾松提供的服務(wù)價(jià)值最大，為89.575

11、億元·a-1，其次是杉木林，提供的服務(wù)價(jià)值為58.052億元·a-1，闊葉樹也比較大，達(dá)到了37.186億元·a-1，三杉提供的生態(tài)服務(wù)價(jià)值最小，為0.3835億元·a-1。各種林分類型提供的生態(tài)服務(wù)價(jià)值排序?yàn)?馬尾松＞杉木＞闊葉樹＞國(guó)外松＞竹林＞經(jīng)濟(jì)林＞楊樹＞三杉。
　　 從單位面積林分類型所提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值分析，馬尾松所提供的生態(tài)服務(wù)價(jià)值最大，為6.033萬元·hm-2·a-1，其次是國(guó)外松為6.017萬元·hm-2·

12、a-1，經(jīng)濟(jì)林所提供的生態(tài)服務(wù)價(jià)值最小為3.083萬元·hm-2·a-1。
　　 從單位面積森林提供的各項(xiàng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值與江西和河南進(jìn)行橫向比較可知，在森林涵養(yǎng)水源、保育土壤、固碳釋氧、積累營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、凈化大氣環(huán)境方面，東洞庭湖區(qū)域單位面積森林的生態(tài)服務(wù)價(jià)值與健康狀況良好的江西省存在不少差距，甚至在固碳釋氧、積累營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、防護(hù)價(jià)值和游憩價(jià)值方面比健康狀況一般的河南還低。所以，單從單位面積森林提供的生態(tài)服務(wù)價(jià)值角度去衡量森林的健康狀況

13、，東洞庭湖區(qū)域的森林總體上沒有達(dá)到健康狀態(tài)。
　　 (4)結(jié)合不同尺度水平下研究區(qū)域森林健康狀況的評(píng)價(jià)結(jié)果，該區(qū)域森林總體上處于亞健康狀態(tài)。分析了該區(qū)域森林健康狀況所存在的主要問題:林種結(jié)構(gòu)不合理，樹種單一，生態(tài)穩(wěn)定性差;森林空間分布不均勻，難以發(fā)揮其生態(tài)服務(wù)功能;單位面積森林生態(tài)服務(wù)價(jià)值低，與被比較區(qū)域差異明顯;城市化快速發(fā)展和林地面積減少矛盾突出;森林景觀呈現(xiàn)破碎化，人為干擾因素大。并從森林經(jīng)營(yíng)技術(shù)、林業(yè)政策、管理制度和運(yùn)行