LFA方法在退耕后植被景觀功能評價中的應用

武秀娟，李新平

(山西省林業科學研究院，山西 太原 030012)

黃土高原地區嚴重的水土流失，不僅會加劇洪水災害，導致河道淤塞，而且還可引起土地資源退化。退耕還林(草)成為恢復植被、改善生態的重要措施之一。從1999年開始，北京、天津、山西、河北等25個省(市、自治區)以及新疆生產建設兵團，共1 897個縣(含市、區、旗)全面開展了退耕還林(草)工程。工程實施以來，取得了明顯的生態、經濟和社會效益。植被覆蓋度穩定增加，水土流失面積減少，沙化土地治理初見成效，生態環境建設與農業生產結構都發生了顯著變化。當前，對其實施依賴的生態功能做出客觀、準確的評價是非常必要的，有利于退耕還林工程持續健康的發展。

目前，國內外關于生態效益評價的方法已有很多，從實際應用的角度出發主要包括綜合評價方法、專項分析與評價方法、模擬評價法等。但很少有從景觀角度進行評價的，并且也缺少快速、簡單、容易掌握的方法。而LFA(landscape function analysis)方法正是一種簡便易行的景觀評價方法。筆者擬利用LFA方法，評價山西省中陽縣退耕還林工程區項目實施后對林地景觀功能和土壤性能的影響，以期為風沙源治理工程的進一步實施提供參考依據。

1 研究區概況

中陽縣位于山西省西部，呂梁山脈中段兩側，地理位置 110°50'～111°29'E，37°03'～37°29N.東西寬45 km，南北長47 km，總面積1 441.4 km2.境內梁峁起伏，水土流失嚴重，地勢由東南向西北傾斜。海拔最高2 100 m，最低890 m.屬溫帶大陸性氣候，四季分明，年平均氣溫8℃，極端最高氣溫35.6℃，極端最低氣溫－24.3℃，全年無霜期約160 d.年均降水量454.2 mm，年均蒸發量1 019.7 mm.全縣有4種土類，以栗褐土為主，占96%.植被以天然松柏針葉林和楊樺柞闊葉林為主，分布有沙棘(Hippohae)、黃刺玫(Uanchu Rosa)等旱生落葉灌木叢和牛筋子(Chionanthus Retusus)、蘆葦(Phragmites Australis)等草本植物。隨著近年林業建設力度的加大，全縣幼林地面積比例也隨著增大。營造的主要樹種有油松(Pinus tabulaeformis)、側柏(Platycladus orientalis)、刺槐(Robinia pseudoacacia)、檸條(Caragana intermedia)等。

2 研究方法

LFA方法是由澳大利亞聯邦科學院(CSIRO)和澳大利亞國立大學(ANU)研究創立的一種數量化景觀評價和監測方法。該方法是基于地表水文過程、土壤侵蝕過程、植物生長和養分循環過程的綜合模型，由概念性框架、實地數據獲取模塊、數據精簡和制表模塊、解譯性框架4部分組成，其主要功能包括景觀結構特征評價和土壤表層評價。該方法是在傳統植物學植被監測方法中增加了植被結構、組成與土壤功能之間的相互作用后形成的，是通過野外快速采集評價指標，在坡面尺度上監測或評價植被景觀功能的一種方法。

2.1 景觀結構特征評價

景觀結構特征評價是指根據資源流失或積累的空間分布特征，用樣線法評價或監測研究區景觀格局和特征的方法。即在有代表性的坡面上，設置樣線，記錄樣線上斑塊(指一切能夠攔蓄地表水土資源的物體，包括植被、凹陷的地形等)的長度、寬度，非斑塊(指以風或水為媒介可自由運移水土資源的地帶)的長度，再利用專用程序計算出反映林地景觀功能高低的2個參數——斑塊面積指標和景觀結構指標。

斑塊面積指標和景觀結構指標的計算公式為:

式中:A1——斑塊面積指標;

Ap——樣線所截斑塊面積的總和，m2;

Am——最大斑塊區面積(樣線長度×10)，m2;

A2——景觀結構指標;

lp——樣線上所截斑塊總長度，m;

ll——樣線長度，m.

A1和A2取值范圍均在0和1之間。A1越大表明斑塊面積占樣線所代表面積的比例越大，A2越大表明沿坡面方向斑塊長度占樣線長度比例越大。這2項指標的大小反映了調查區區域景觀功能的高低，景觀功能高的區域能夠有效保護水土和有機質等資源。

2.2 土壤表層評價

土壤表層評價是在調查景觀結構特征指標的同時，對樣線上各種斑塊或非斑塊類型進行評價。評價內容包括地表蓋度、多年生植被覆蓋度、枯落物狀況、隱花植被蓋度、結皮破碎性、土壤侵蝕類型及程度、沉積物、地表粗糙度、抗干擾能力、崩解系數、土壤質地等11個指標。對上述11個指標進行調查后，采用模型提供的程序，計算表征林地土壤性能的土壤結構穩定性指標Sa，反映土壤抗侵蝕脅迫能力及受干擾后自我修復能力;滲透性指標If，反映降水滲入土壤中的能力;養分循環指標Ne，反映有機物循環回到土壤的效率狀況。如果這3項指標的取值均較高，表明，調查區域土壤性能優良，不易被侵蝕，水分的下滲強度大，林地植被與土壤的養分循環活躍。如果某一項指標的取值較低，則表明該區域表層土壤性能在此方面存在缺陷。地表評價的參數代碼及取值范圍見表1.

表1 地表評價的參數代碼及取值范圍

土壤結構穩定性等3個指標的計算原理如下:

假設某條樣線上斑塊和非斑塊共有n種類型，首先計算第j(1≤j≤n)種斑塊(或非斑塊)被樣線

所截長度之和lj及占樣線長度的比例Pj=lj/ll.

土壤結構穩定性指標:

滲透性指標:

養分循環指標:

各式中: i——第i組實例，取值范圍1～5;

分母數字 ——分子部分各變量最大理論值之和。

調查區土壤結構穩定性指標Sa，滲透性指標If和養分循環指標Ne的計算公式分別為:

3 結果與分析

3.1 退耕還林工程區景觀結構特征評價

按照退耕還林工程在當地不同時間所栽植林分的差異，選擇2000年栽植的核桃經濟林，2002年栽植的刺槐生態林和2005年栽植的側柏生態林，以棄耕地為對照進行植被調查。每種類型隨機設置3條樣線，使用LFA方法進行調查與評價，見表2.

表2 退耕后不同類型植被下景觀結構功能評價

表2是對退耕后不同植被景觀功能參數的計算，從中可知，A1的順序為:刺槐生態林＞側柏生態林＞核桃經濟林＞棄耕地;A2的順序為:核桃經濟林＞側柏生態林＞棄耕地＞刺槐生態林。可見，調查區經過實施退耕還林工程后，區域景觀面積指數明顯提高。斑塊面積指標的增大，說明退耕還林地與棄耕地相比，前者可以有效地截留降水，改變和減少雨滴的降落速度和方式，從而減免和削弱雨滴對土壤的濺蝕作用，進而可以保護水土和有機質等資源，起到減少水土流失的作用。刺槐生態林A2小于棄耕地，原因是刺槐生態林栽植地即原來的隔坡梯田，其坡面上無法栽植刺槐，多年生草本及地表覆蓋幾乎為0，在本研究中視為裸地，故其形成的景觀結構指數偏低。

3.2 退耕還林工程區土壤表層評價

實施退耕還林后，由于下墊面條件的改變，必然使土壤理化性質發生變化，從而會影響到區域物質的遷移轉化規律。土壤變化效應研究對于區域水土資源的合理利用和保護具有重要意義。退耕后不同類型植被下土壤表層評價結果，見表3.

表3 退耕后不同類型植被下土壤表層評價

從表3可以看出，核桃經濟林的這3項指標分別比棄耕地高32.7%，13.1%，21.6%;刺槐生態林的比棄耕地高33.2%，0.3%，5.8%;側柏生態林的比棄耕地高27.7%，1.0%，21.0%.由此可以認為，退耕還林后土壤結構穩定性指標、滲透性指標和養分循環指標均優于棄耕地。這是由于還林后林地地表植被蓋度增加，地表枯落物量增大，苔蘚、地衣等隱花植物的蓋度也隨之增加所致;且退耕還林后形成的喬、灌、草相結合的森林生態系統在改良土壤方面的作用優于棄耕地。

對比核桃經濟林、刺槐生態林和側柏生態林的土壤穩定性指標、滲透性指標和養分循環指標可以看出，刺槐生態林地土壤結構穩定性指標比核桃經濟林和側柏生態林的分別高0.3%和4.3%.這是因為刺槐生態林林分郁閉度高，其形成相對潮濕的小氣候使苔蘚、地衣等隱花植物的蓋度增加，有效地減少了雨水對地表的沖刷，地表幾乎不受侵蝕，地表結皮完整光滑，土壤結構穩定性明顯提升。核桃經濟林土壤滲透性指標較其它兩種生態林高，原因是核桃經濟林中灌木、草本物種多，蓋度大，地表枯落物量大。這些灌草植被根系有效固定了表層土壤，改良了土壤結構，增加了降雨的滲透性和通透性。所以，在草本植物根系、枯落物形成的腐殖質層和核桃根系的共同作用下，核桃經濟林地的滲透性指標比其它兩種生態林地高出10%以上。另外，刺槐生態林與核桃經濟林和側柏生態林相比，林下的灌草物種較少，枯落物量少，不利于養分循環，故刺槐生態林地的養分循環指標較其它兩種林分低。

4 結論

1)退耕還林后斑塊面積指標高于棄耕地，說明退耕還林地與棄耕地相比，可有效截留降水，改變和減少雨滴的降落速度和方式，從而減免和削弱雨滴對土壤的濺蝕作用，進而達到保護水土和有機質等資源，減少水土流失的作用。

2)退耕還林后土壤結構穩定性指標、滲透性指標和養分循環指標均優于棄耕地;土壤結構穩定性指標以刺槐生態林地最高，滲透性指標和養分循環指標均以核桃經濟林地最高。

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