基于景观生态学的福建沿海防护林安全分析

[摘要] 通过对1994年和2005年两个时相的TM遥感影像的处理和解译，选取生态安全相关景观指数，利用Fragstats3.3进行计算，结合防护林的结构、木麻黄林、病虫害以及其它等方面对沿海防护林的生态安全进行了分析。分析结果表明：福建沿海防护林整体防护功能在下降，农田防护林网结构的差异也使农田的产量及人类生产生活受到一定的影响，沿海防护林的生态安全受到了很大程度的威胁。

[关键词] 沿海防护林 景观生态学 生态安全

1 引言

生态安全是指在一定时空领域内，人类社会所赖以生存的系统处于良性循环，能满足人类社会可持续发展的一种状态[1]，福建沿海地区的防护林对沿海地区人们的生产生活有着巨大的保护作用，是台风等各种自然灾害的天然屏障，也是经济发展必不可少的一部分，但同时沿海防护林生态系统也具有敏感性和脆弱性，容易受人类活动的影响，导致生态安全受到威胁，甚至对整个区域的生态安全构成威胁。本文主要针对沿海地区防护林的生态安全进行研究。

2 研究区概况

本研究区域介于东经117°11′～120°26′和北纬23°37′～27°10′之间，包括沿海地区的33个县（市、区），从福鼎市到诏安县自东北向西南展布，长约535km，宽70~100km，占全省总面积的22.1％。地势西高东低，海拔在500m以下，地貌类型以丘陵为主，平原面积较小。受海洋的调节，具有典型的亚热带海洋性季风气候特征，多年平均气温为17.3℃～21.3℃，多年平均降水量在1000～1200mm之间，具有风力大的特点，受台风等影响，最大风速多出现在夏季。本区原生植被受到人为破坏，取而代之的是人工植被和小面积次生群落，水土流失较为严重。同时本区的经济发展最快，人口也相对集中，自1990年到2000年人口更进一步向沿海集中，比重从72.8％提高到76.3％，对生态环境的压力进一步加大。

3 研究方法

3.1 数据来源及处理

根据研究区的范围，利用已有县（市、区）的矢量图，通过ERDAS IMAGINE8.7对两期已经配准过的影像进行剪切，结合野外考察工作所收集和总结的基础数据和各种资料，以及1：160万森林分布图和1：160万植被类型图等基础材料，建立遥感影像的解译标志并进行精度评价，精度达到80.9％。运用GIS软件对图件进行数字化处理，最后进行图像的信息提取，绘制沿海防护林景观类型图，如图1和图2。

图1 1994年沿海防护林功能景观类型图

图2 2005年沿海防护林功能景观类型图

3.2 防护林生态安全景观指标选取

运用景观格局进行区域生态安全研究也需要引入相应的景观结构指标，它也是生态安全体系的重要因子群组。对于一个特定的研究，需要在充分了解所用指标特点的前提下，根据研究的具体内容和目的，选取能说明问题、尽量简单的指标[2-3]。本文将研究区的防护林按功能用途划分为6种类型，分别为农田防护林、水土保持林、水源涵养林、防风固沙林、海岸防护林、道路防护林。并选取能够反映其生态安全的景观指数，包括斑块数量(NP)、平均面积(AREA_MN)、分维数(FRAC_MN)、景观密度(PD)、分离度(SPLIT)以及蔓延度指数(COHESION)。

4 防护林景观生态安全分析

4.1 景观格局变化对沿海防护林生态安全的影响分析

根据Fragstats3.3景观格局分析软件的计算，得到景观格局指数如表1，经过10多年的变化，各项景观指数也随之发生变化，斑块个数的6种类型均在增加，增加幅度最大的是防风固沙林，增加了32.79％，道路防护林和水土保持林增加幅度相对较少，只有14.71％和11.14％；从斑块密度上来看，防风固沙林、海岸防护林以及农田防护林均有所增加，其中防风固沙林增加了0.2623，通过斑块个数和斑块密度的变化，表明防护林整体的破碎程度均在不断地加深，防护固沙林的破碎程度最大，说明人类活动对防护林的影响越来越大。

平均面积总体在不断减少，其中海岸防护林的平均面积下降了41.86％，其它类型下降均在10％以内。由于海岸防护林在沿岸最前沿地带，受各种大风天气影响巨大，加之近年来对沿海地区的开发，大面积的防护林被砍伐，使其平均面积在不断减小。分维数的变化中，水源涵养林变化较大，上升了0.0195，说明水源涵养林的形状更趋向复杂，而海岸防护林和农田防护林的分维数有所下降，说明受人类和各种自然因素影响，形状趋于简单化。

防护林蔓延度增加幅度为：道路防护林＞水土保持林＞水源涵养林＞防风固沙林，说明各种类型的连接性不断增加，虽然道路防护林的连接性增加最多，但是其面积较小，所以对整体防护林的影响不大；农田防护林和海岸防护林的蔓延度下降较多，主要由于这两种类型分布在平原地区，受人为活动影响较大，破坏程度较高，导致其连接性变差。防风固沙林、海岸防护林以及农田防护林的分离度也在不断增加，其中农田防护林分离最大，表明这三种类型景观斑块间的分离程度在加大。景观类型的连接性逐渐降低，分离程度不断扩大，说明人类活动对自然景观的改造程度不断加深，并使得防护林的防护功能不能得到充分发挥，甚至在前沿地带的防护林以及农田防护林的防护功能已经大大降低。

4.2 防护林结构对沿海防护林生态安全的影响分析

沿海防护林最主要的功能就是改善陆地表面的物理特征，阻挡风害速长驱直入，减弱风害能量。现有农田防护林和海岸防护林被伐较多，残缺不全，未能构成完整的防护网络体系，防御风害的能力脆弱。根据平潭岛芦洋农场林网风速测定研究，选取两条较密和两条较疏的林带进行测定，分别在林带前和林带后60m和30m进行测定，对每条林带分别观测3次，观测时间为2009年3月1日，风向北偏东30度。研究中，林后30m和林后60m降低的比例都是以林前30m为基础，由于农田防护林网林前60m，与其前一林带的距离较近，观测的结果可能受前面林带的影响，所以选林前30m的值。表2和表3分别为观测林带的基本情况和测定结果，观测结果得到在两条较密的林带在林后30m和林后60m风速分别平均降低44.13％和23.34％、55.93％和34.58％，而两条较疏的林带分别平均降低11.86％和10.20％、20.19％和17.68％。从以上结果可以看出，防护林的疏密程度对防风固沙的能力有很大的影响，直接影响到农田的生产力和农田的生态安全，以及人类各项经济活动。

4.3 木麻黄林的变化对沿海防护林生态安全的影响分析

木麻黄防护林从上世纪50~60年代开始在沿海地区种植，显著改善了沿海地区的生态环境，发挥出防风固沙、保持水土等方面的防护作用，但经过几十年的生长，加之滨海沙地恶劣的自然条件及人为因素的影响，成为防护林类型中生态安全问题最严重的树种类型。首先是木麻黄二代更新不良，经过几十年的生长导致土壤肥力大量消耗，特别是土壤中的钼元素被大量消耗[4]；其次木麻黄的病虫害也是影响生态安全的一个主要方面。目前我国木麻黄主要受蛀干害虫星天牛、多纹豹蠹蛾，食叶害虫木毒蛾、棉蝗等影响，其中星天牛、多纹豹蠹蛾、相思拟木蠹蛾等3种蛀干害虫的危害更严重，受害率可达20％[5]。人为活动对木麻黄林的影响也是巨大的，上世纪90年代前人们把木麻黄林下的枯枝落叶全部收走，使得土壤的养分不能够重新回到土壤中，导致土壤肥力越来越低，影响直至今日，加上近年来对海滨的开发，东山佰亿新城的建设和平潭岛龙王头堤坝的建设，沿海岸砍掉了数百米宽的木麻黄林，使最前沿地带的防护林带缺失，导致林带中的沙不断堆积，减弱或失去了防护林的防风功效；东山沿岸鲍鱼的养殖，土壤中pH值的含量也在不断增高，以致木麻黄大面积死亡，面积不断减小，以及低效林不断增加，使生态安全受到十分严重的威胁。

4.4 病虫害对沿海防护林生态安全的影响分析

森林病虫害是制约沿海防护林生态安全的重要因素之一，沿海防护林的类型及某些生态因子的改变导致病虫害的频繁发生发展，甚至暴发成灾。目前，危害福建沿海防护林的病虫近200种，主要的有马尾松毛虫、木麻黄青枯病、松针褐斑病、松枯梢病、星天牛、多纹豹蠹蛾、相思拟木蠹蛾、丽绿刺蛾、棉蝗等，严重威胁着沿海防护林的生长安全。木毒蛾早在1977年蔓延到所有沿海县(市)、区，面积达到615万hm2,占沿海木麻黄面积的1/3；松针褐斑病至少已达2000hm2[6]；松枯梢病作为一种世界性的毁灭性病害，在福建沿海大部分地区的防护林中普遍发生和蔓延[7]；多纹豹蠹蛾危害也相当严重，严重的年份达2300hm2；马尾松毛虫近年有216万hm2左右暴发成灾[6]；棉蝗在惠安、长乐等一带沿海偶发性猖獗危害；近年来在云霄县和龙海市红树林自然保护区发现有100hm2的红树林受丽绿刺蛾危害，平均被害率达40 ％左右[5]。这些病虫害严重制约了沿海防护林各种防护功能的发挥，更重要的是对防护林的生态安全造成极大的影响。

5 结果与讨论

本文从景观格局指数、防护林的不同结构、木麻黄林及病虫害等方面对防护林的生态安全进行深入的探讨。研究结果表明：首先，根据各种景观指标的结果分析，防护林整体的破碎度在不断加大，特别是防护固沙林的破碎程度最大，防护林的平均面积也在不断减小，在平原地区的防护林受人为因素影响，形状越来越趋于简单化，蔓延度和分离度的变化也表明农田防护林和海岸防护林的连接性在降低，人类活动对防护林景观的改造也不断加深，使得防护林的整体防护功能在降低，对防护林生态安全构成较大的威胁；其次，对不同的防护林结构研究表明，林分较稀疏的防护林的防护功能很低，存在一定的生态安全问题，对农田的产量以及人类活动会造成一定的影响；第三，木麻黄林防护林受到的威胁最为严重，生态安全问题最为显著，其最主要原因是由人类活动造成的；第四，防护林病虫害问题对沿海防护林的生态安全影响较大，所以我们必须重视防御和治理工作，减少它对沿海防护林生态安全的威胁。

参考文献：

[1] 林福柏.福建沿海城市生态安全评价研究[D].厦门:厦门大学硕士学位论文,2009.

[2] 陈文波,肖笃宁,李秀珍.景观指数分类、应用及构建研究[J].应用生态学报,2002,13(1):121-125

[3] 李秀珍,布仁仓,常禹等.景观格局指标对不同景观格局的反应[J].生态学报,2004,24(1):123-134.

[4] 曾焕生.福建沿海地区木麻黄迹地更新问题研究[J].防护林科技,2005,(5):6-8,

[5] 丁等.木麻黄三种蛀干害虫生物防治技术的研究[J].防护林科技,2000,(专辑) :72-75.

[6] 福建省沿海防护林体系建设工程指挥部.福建沿海防护林[M].福州:福建科学技术出版社,1995.

[7] 郭祥.沿海防护林主要病害的防治策略.见:福建省科学技术协会第二届青年学术年会――中国科协第二届青年学术年会卫星会议论文集[C].福州:福建科学技术出版社,1995.