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气候变化、滥砍滥伐、毁林开荒等各种因素使得森林资源正在不断减少,生物多样性正遭受到严重威胁。如何合理保护和恢复森林生态系统,保护这个世界上最大、最理想的基因库成为研究的热点。长白山地区是我国重要的森林区域,是全球同纬度生物多样性最丰富的地区之一。在2010年环保部下发的《中国生物多样性保护战略与行动计划》(2011-2030年)中,明确将长白山区列为生物多样性保护优先区域。多年的人为开发和破坏,使大面积的森林消失或退化,景观及生境破碎化严重,森林生态系统功能有所削弱,已严重威胁到长白山森林生态系统的完整性、稳定性和整体功能。恢复退化森林,提高森林资源质量,维护长白山可持续发展成为目前急需解决的问题。森林景观恢复的提出为恢复受损的森林生态系统提供了新的理念和技术。
本研究选取长白山典型区域,综合利用森林二类清查数据、遥感数据,运用森林经理学、景观生态学、土地管理学等方面的理论和方法,针对长白山区森林资源与管理现状,以景观为研究尺度和视角,分析土地利用变化情况与驱动因子,研究森林景观格局动态、构建森林景观恢复内容与方法体系。整个研究分为以下几个部分的内容。
(1)在遥感数据以及GIS平台支持下,选取长白山区的典型区域:露水河林业局、白河林业局,以1977年、1991年、1999、2007年为时间点,分析了30年来长白山区土地利用变化的空间格局,阐明了土地利用变化的驱动力。结果表明,这个期间,区域土地利用变化主要趋势为有林地、耕地、城乡建设用地之间的相互转化。其中自1977年到1991年有林地向耕地、城乡建设用地的转化是主要方式。自1991年到1999年,有林地的减少速度与前一阶段相差不大,自1999年到2007年,有林地又开始向耕地、城乡建设用地大幅转化。整个区域土地利用变化空间差异明显,露水河镇主要表现为有林地和耕地之间的相互转化;二道白河镇则表现为有林地与耕地之间的相互转化、有林地向城乡建设用地的转化、耕地向城乡建设用地的转化。经过分析,人口增加、经济发展和宏观政策是该区域土地利用变化的主要驱动因素。周围区域土地利用类型的剧烈变化,特别是旅游业的快速发展带来的建设用地的迅猛扩展将使保护区面临更大的保护压力,因此应当合理规划,使旅游业理性健康发展,以减少对保护区的生态保护压力。应注意加强相关的管理和保护措施,例如控制人口增长,提高农业集约化程度,增大保护区外的森林缓冲区面积,扩大廊道,以减轻人口和经济发展对土地资源的压力。
(2)利用1987年、1995年和2003年露水河林业局数字化的林相图以及森林二类调查数据库,采用优势树种划分森林景观类型,对露水河林业局森林景观格局进行了分析,结果显示无论是斑块类型水平还是景观水平,自1987年到2003年森林景观呈现破碎化的趋势,人为干扰诸如采伐等行为是造成破碎化的重要原因。露水河林业局实施了较为科学的林业政策后,如采伐方式的合理性相比以前有了很大提高,这使森林景观破碎化的速度相对减小,部分森林景观要素得到了优化。但由于该局是我国主要的木材生产区域,国家需要以及本地区经济发展的需要是木材的采伐量较大,仍然超过生长量,森林景观破碎化的总趋势没有改变,因此全局森林生态系统仍然面临较大的压力。基于现状,露水河林业局森林景观格局亟待优化,以“源汇”理论为指导,利用耗费距离模型提出了露水河林业局的森林景观格局优化方案。
(3)以露水河林业局为例,采用空间自相关分析、半方差分析等手段分析了露水河林业局红松森林景观等景观类型的空间自相关性,研究结果发现,MoransⅠ指数以及半方差图红松在空间分布上具有较强的空间自相关性,但这种空间自相关性从1987到2003年呈现减弱趋势,红松的分布由非随机因素占主导地位逐渐变为随机因素占主导地位,采伐等人为因素对于红松的分布产生了重要影响。在此基础上分别利用经典线性回归模型和空间滞后模型建立了红松森林景观分布与环境驱动因子的模拟模型,经过比较表明空间滞后模型的拟合度优于经典线性回归模型。
(4)以露水河林业局为例,运用Harvest模型和中性景观模型对不同森林采伐参数组合下的采伐行为进行了模拟,为了确定这些因素对于森林景观格局的影响程度,运用Apack软件计算了相关景观指数。研究结果表明,伐区越大,伐区聚团分布,不采伐幼林附近的林班、延长轮伐期都能降低森林采伐过程中造成的森林景观破碎化的程度。这些因素中,幼林附近的林班是否采伐和伐区大小对于森林景观的影响很大。伐区分布、轮伐期对于森林景观格局有一定的影响,这在一定程度上验证了部分学者提到的集中安排伐区、延长轮伐期可以减轻森林景观破碎化的观点。但从总体来看,这两个因素对于森林景观的影响较小,在伐区设计的时候可以作为次要因素来考虑。平均斑块面积、边缘密度这两个指数对于研究采伐参数对森林景观格局的影响较为敏感,因此在相似的研究中可以作为常用指标来对待。
(5)以“近自然林业”为指导,通过近自然森林发展类型设计,可实现景观对林分经营的调控,使林分决策更加合理,这个过程包括群落生境制图、典型群落生境类型优化设计、森林小班发展类型优化设计,通过这些组合可以合理的进行森林景观采伐与恢复。