大熊山国有林场生态敏感性研究

胥东海

(国家林业局中南林业调查规划设计院， 长沙 410014)

大熊山国有林场生态敏感性研究

胥东海

(国家林业局中南林业调查规划设计院， 长沙 410014)

通过筛选大熊山国有林场生态敏感性评价指标，以及采用ArcGIS重分类，将重分类的数据用空间主成分分析法确定大熊山国有林场生态敏感性各指标的权重，得到各指标最终权重值的排序为：林分类型>海拔>坡位>龄组>郁闭度>坡度>坡向>土壤类型；对各生态敏感性评价因子用空间分析工具进行加权叠加处理，进而得到大熊山国有林场生态敏感性的空间趋势：西部、西北、东北以及中部偏高；南部、东部、西南和东南偏低；通过统计林场不同生态等级面积，按从大到小的排列顺序为轻度敏感区>中度敏感区>高度敏感区>不敏感区>极度敏感区，总体来说大熊山国有林场的生态敏感程度较小。

生态敏感性；大熊山国有林场；主成分分析

随着国民经济的飞速发展和社会人口的不断膨胀[1]，人类对大自然的影响范围正在不断扩大，其影响强度也与日俱增[2-3]，由此引发的生态环境问题也日益严峻[4]，使得整个区域的生态环境也变得越发敏感、越发脆弱[5]。国际上与生态敏感性相关的研究，主要集中在选择采伐对热带雨林的生态敏感性、水文循环对气候变化的敏感程度、湿地和湿地植物对于气候变化的敏感程度等方面[6-8]。国内对生态系统的敏感性评价研究多集中在城市生态敏感性评价、土地利用生态敏感性评价、水环境及水土流失敏感性评价等领域[9-11]。目前关于林地生态敏感性的研究则鲜有报道，笔者通过对大熊山国有林场的生态敏感性进行研究，以期为大熊山国有林场的生态环境保护和森林资源利用提供理论依据。

1 研究区概况

大熊山国有林场位于湖南湘中娄底市新化县境西北部，属雪峰山脉北段中山地貌，最高海拔1622 m，最低海拔270 m。主要成土母岩为板页岩，土壤以板发育而成的山地黄壤为主。属亚热带风季风湿润气候区，年平均气温15 ℃，年降水量1560 mm，无霜期220 d左右。林场经营面积0.762万hm2，有林地0.745万hm2，森林蓄积量38万m3。对大熊山国有林场进行生态敏感性评价，不仅对大熊山国有林场生态环境的保护有重大意义，更对今后发展利用林场的森林资源具有重要的实际参考价值。

2 材料与方法

2.1 数据来源

大熊山国有林场DEM数据，分辨率20 m×20 m；大熊山国有林场2014年森林资源二类调查数据，数据以小班为最小单位，包括地类、龄组、坡向、坡位、海拔、优势树种、坡度、土壤类别、郁闭度等属性信息。

2.2 研究方法

2.2.1 选取生态敏感性评价指标

根据构建评价指标体系的原则来选取评价指标。本研究从生态敏感性的角度选取了坡向、坡位、坡度、海拔、土壤类型、地类、龄组、郁闭度等8个测定因子；

1) 林分类型： 林分类型是林地地表所覆盖的植被类型，不同林分类型所对应的水土保持、水源涵养和生态恢复能力都存在差异，这对区域的生态敏感性有着较大的影响。大熊山国有林场林分类型的分布情况如图1。

2) 海拔： 海拔是影响生物所受太阳辐射强度的主要因子之一。海拔升高，太阳辐射量增强，植物所受的紫外线辐射量越大，对植物的生长会起到一定的抑制作用，故生态敏感性随着海拔高程的升高而增大。大熊山国有林场海拔的分布情况如图1。

3) 土壤类型： 土壤作为植物生长的基质，是决定地表植被的主要因素之一，不同类型的土壤，其颗粒的粗糙程度、通气性能、保水性能的强弱、渗水速度的快慢等性质的各具差异。因此，不同的土壤类型，其生态敏感性也一般不同。大熊山国有林场土壤类型的分布情况如图1。

图1 林分类型、海拔和土壤类型空间分布图

4) 龄组：龄组能直观地反映林分的发育及可利用的现状，不同龄组的林木，拥有不同的生长状况，其所发挥的生态功能也存在较大差异，故不同龄组的生态敏感性也是不同的。大熊山国有林场龄组的分布情况如图2。

5) 郁闭度：郁闭度指森林中乔木树冠在阳光直射下在地面的总投影面积(冠幅)与此林地(林分)总面积的比值，它能在一定程度上反映林分的密度。因此，郁闭度对区域的生态敏感性也有一定的影响。大熊山国有林场郁闭度的分布情况如图2。

6)坡位：坡位能影响林木所生长土层的深度以及土壤的水分和肥力。上坡的植物枯枝落叶等残积物较少，且受到较强的淋溶冲刷作用，导致其腐殖质层和土层厚度等相对中下坡薄。故脊部和上坡生态敏感性高，中下坡生态敏感性低。大熊山国有林场坡位的分布情况如图2。

图2 龄组、郁闭度和坡位空间分布图

7) 坡度： 坡度能影响植被所接收的太阳辐射单位面积和水土保持能力，随着坡度的增大，地面所接收的太阳辐射单位面积减小，且土壤受到的淋溶冲刷作用强，生态敏感性也随之增强。大熊山国有林场坡度的分布情况如图3。

8) 坡向： 坡向能影响植被对太阳辐射量的接收程度，也是构成小气候的重要原因，不同坡向的生态差异化明显。在北纬20～50°之间，南坡属阳坡而北坡属阴坡。阳坡光照充沛，有利于林分的生长，生态敏感性较低；阴坡光照条件相对较差，生态敏感性较高。大熊山国有林场坡向的分布情况如图3。

图3 坡度和坡向空间分布图

2.2.2 生态敏感性指标计算

参照以前研究成果和《生态功能区划暂行规程》对各评价因子的敏感性进行等级划分，将大熊山国有林场的生态敏感性划分为不敏感区、轻度敏感区、中度敏感区、高度敏感区和极度敏感区5个等级；这5个等级相对应的赋值为1，2，3，4，5(表1)。将这5个等级用ArcGIS进行空间主成分分析[12-13]，计算出林场的生态敏感性指标权重。林场的针叶林包括湿地松、柏木、马尾松、火炬松、杉木和金钱松；阔叶树包括枫香、檫木、椿树、栎类、樟类、木荷、梧桐、木兰、楠类、欧美杨、山槐类、石楠类；竹林包括毛竹、杂竹；乔木经济林包括桃、梨、杨梅、油茶、板栗、柑桔、李、枇杷、枣以及其他果树；灌木林包括黄柏、盐肤木、茶叶、杜仲、金银花等。

表1 生态敏感性等级划分生态敏感性等级评价因子海拔/m坡位坡度/(°)坡向土壤类型地类龄组郁闭度不敏感区(1)0～<300平地0～<15南、无坡度山地草甸土阔叶树过熟林≥0 8轻度敏感区(2)300～<600下部、谷地15～<20东南、西南红壤、山地黄壤针叶林成熟林0 6～<0 8中度敏感区(3)600～<900中部20～<25东、西山地黄棕壤乔木经济林近熟林0 4～<0 6高度敏感区(4)900～<1200全坡25～<35东北、西北紫色土竹林、灌木经济林中龄林0 2～<0 4极度敏感区(5)≥1200上部、脊部≥35北黑色石灰土灌木林幼龄林<0 2

3 结果与分析

3.1 各评价因子生态敏感性等级划分

根据方法中各评价因子的敏感性进行等级划分的标准，在ArcGIS中对各评价因子进行重新划分，其结果详见图4。

图4 生态敏感性测定因子重分类后的空间分布图

3.2 各因子生态敏感性指标权重计算

运用ArcGIS中的空间主成分分析工具，计算出大熊山国有林场生态敏感性主成分的特征值与特征向量，提取累积贡献率>85%的前n个成分作为主成分，并计算出各因子生态敏感性指标的权重，具体计算过程如表2～3。由表2可得出： 提取林分类型、龄组、海拔、土壤类型、坡向这前5个成分作为生态敏感性测定因子的主成分。

表2 生态敏感性主成分特征值及贡献率主成分初始特征值贡献率/%累计贡献率/%提取特征值贡献率/%累计贡献率/%11 213033 0033 001 213033 0033 0020 799121 7454 750 799121 7454 7530 609516 5871 330 609516 5871 3340 502413 6785 000 502413 6785 0050 16584 5189 510 16584 5189 5160 15954 3493 8570 12973 5397 3880 09622 62100 00

表3 生态敏感性主成分特征向量生态敏感性指标主成分12345678林分类型0 62350 1491-0 3970-0 35230 4911-0 0197-0 25570 0205龄组0 3477-0 0661-0 23350 90090 0518-0 04980 03730 0449海拔0 2532-0 09050 4818-0 05010 0773-0 60680 12480 5507土壤类型-0 0696-0 01030 03500 0567-0 11820 4928-0 51840 6819坡向-0 01050 95290 26010 14140 04580 03850 0146-0 0206坡位0 3395-0 22210 69430 07170 15510 3273-0 2378-0 4007坡度0 0333-0 05160 0518-0 04030 37550 50080 72940 2610郁闭度0 55230 0713-0 0462-0 1783-0 75440 16320 24520 0122

结合表2与表3，可得出大熊山国有林场生态敏感性主成分的特征值和特征向量及其贡献率，可以此作为依据计算出大熊山国有林场生态敏感性的综合得分模型：

F= 0.312 7D1+0.608 4D2+0.408 3D3-

0.064 7D4+0.844 9D5+0.631 3D6+

0.224 1D7-0.216 0D8

(1)

其中，F为生态敏感性指数；D1，D2，D3，D4，D5，D6，D7，D8分别代表生态敏感性指数进行空间主成分分析的林分类型、龄组、海拔、土壤类型、坡向、坡位、坡度、郁闭度这8个测定因子。

由公式(1)可得知，生态敏感性测定因子林分类型、龄组、海拔、土壤类型、坡向、坡位、坡度、郁闭度的权重，如表4所示。通过比较各测定因子的权重，并从大到小排序可知：林分类型>海拔>坡位>龄组>郁闭度>坡度>坡向>土壤类型。由排序可以得出：土壤类型对于大熊山国有林场的生态敏感性影响最小；林分类型影响最大，其次是海拔，再次是坡位。故生态方面对生态敏感性影响最大的是海拔，其次是坡位，再是坡度与坡向，影响最小的则是土壤类型；林木方面影响最大的是林分类型，其次是龄组，最小的则是郁闭度。总体来说，生态方面对生态敏感性的影响小于林木方面，提升区域的林木数量与质量是降低生态敏感性最为有效的方法。

表4 生态敏感性各测定因子权重生态敏感性测定因子权重林分类型0 3075龄组0 2172海拔0 2371土壤类型0 0012坡向0 0425坡位0 2301坡度0 0564郁闭度0 1332

运用ArcGIS的空间分析工具对各生态敏感性测定因子进行加权叠加；再按0-1，1-2，2-3，3-4，4-5的区间等级对其进行重分类。其中0-1为不敏感区、1-2为轻度敏感区、2-3为中度敏感区、3-4为高度敏感区、4-5为极度敏感区，可得到大熊山国有林场生态敏感性的空间分布图，如图5。

图5 生态敏感性空间分布图

由图5可知，大熊山国有林场生态敏感性总体分布趋势为西部、西北、东北以及中部偏高；南部、东部、西南和东南偏低，对比生态敏感性测定指标的分布情况，生态敏感性的空间分布与林分类型、海拔、坡位以及龄组存在较强的相关性，说明大熊山国有林场的生态敏感性主要由林分类型、海拔、坡位以及龄组决定。不同林分类型所对应的水土保持、水源涵养和生态恢复能力都存在差异，从林分类型图可知，阔叶林与针叶林占据着林场的大部分区域，以南部和西部的分布最为广泛，因此这些林分分布的区域水源涵养和水土保持功能都优于其他区域，因而南部、东部以及东南、西南等区域的生态敏感性较低。海拔作为植物分布的重要决定因素之一，对生态敏感性的影响是无法忽视的，从海拔分布图可知，林场的高海拔地区主要分布在其西部和中部地区，因此这些区域的生态敏感性较高。坡位对林木生长土壤的水分、肥力以及土层厚度都有较大影响，从坡位分布图可知，林场内的山地的主要山脊线由西部至东北贯穿整个研究区域，脊部和上坡的动植物残积物较少，所受淋溶冲刷作用较强强，导致地面腐殖质难以累积，从而使得中下坡土壤的腐殖质层相对较厚，因而西南、西北以及东北区域的生态敏感性较高。不同龄组的林木，拥有不同的生长状况，其所发挥的生态功能也存在较大差异，林场的幼龄林和中龄林区域主要分布在其北部和西部区域，因此这些区域的生态敏感性较强。

3.3 大熊山国有林场不同生态敏感级面积统计

为统计不同等级的敏感区面积需将重分类后的栅格数据转换为矢量数据，统计结果如表5。

表5 不同生态敏感级面积统计敏感等级面积/hm2比例/%不敏感区589 657 92轻度敏感区3162 2542 50中度敏感区2489 6033 46高度敏感区928 8012 48极度敏感区271 003 64

根据表5可以看出，对林场的生态敏感性进行分级后，高度敏感区和极度敏感区仅为1 199.8 hm2，仅占林场总面积的16.12%，总体来说，大熊山国有林场的生态敏感程度较小。

4 结论与讨论

通过筛选生态敏感性评价指标以及采用ArcGIS重分类，将重分类的数据用空间主成分分析法确定大熊山国有林场生态敏感性各指标的权重，得到各指标最终权重值的排序为：林分类型>海拔>坡位>龄组>郁闭度>坡度>坡向>土壤类型，由此可知，林分类型、海拔、坡位和龄组是影响大熊山国有林场生态敏感性的主要因子，郁闭度是次要因子，坡度、坡向和土壤类型是一般因子。

根据ArcGIS的空间分析工具，对各生态敏感性评价因子进行加权叠加处理，进而得到大熊山国有林场生态敏感性的空间趋势：西部、西北、东北以及中部偏高；南部、东部、西南和东南偏低，其空间分布趋势主要由林分类型、海拔、坡位和龄组这4个因子影响。林场不同生态等级面积按从大到小的排列顺序为轻度敏感区>中度敏感区>高度敏感区>不敏感区>极度敏感区，总体来说，大熊山国有林场的生态敏感程度较小。但生态敏感性的高低不能作为评价区域生态环境优劣的直接依据，它所表示的是区域内生态系统对外界干扰所产生抵抗能力的强弱，针对生态敏感性高的区域需要加强监督与管护，如海拔较低的灌木林分可以合理适当补植乔木类乡土树种以降低该区域的生态敏感性，从而增强整个林场的生态稳定性，充分发挥林场的生态调节功能。

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StudyonEcologicalSensitivityofDaxiongMountainState-ownedForestFarm

XU Donghai

(Central South Forest Inventory and Planning Institute of State Forestry Administration, Changsha 410014,Hunan，China)

By using the ArcGIS reclassification data, the weights of the indexes of ecological sensitivity of Daxiong Mountain State-owned Forest Farm were determined by spatial principal component analysis(PCA). The final weight values of each index were sorted by：forest type> elevation> slope position> age group> canopy closure> slope degree> slope direction> soil type. In the west, northwest, northeast and middle areas of the of Daxiong Mountain State-owned Forest Farm, the spatial ecological sensitivity were higher than those in the south, east, southwest and southeast areas. By means of statistical ecological diversity of different forest areas, according to the order of from the large to the mild,Daxiong Mountain State-owned Forest Farm was divided into：sensitive area> moderate sensitive area> highly sensitive area> insensitive area> extreme sensitive area, in general, the ecological sensitivity of the Daxiong Mountain State Forest Farm was low.

ecological sensitivity；Daxiong Mountain State-owned Forest Farm；principal component analysis

2017-06-16

胥东海(1986-)，男，湖南岳阳人，助理工程师，主要从事森林资源监测和林业调查规划设计等工作。

F 316.23

B

1003-6075(2017)03-0017-07

10.16166/j.cnki.cn43-1095.2017.03.005