林地占用的生态学评价探讨

李晓昕，魏荣锋，朱国军，李绍生

(1.中赟国际工程有限公司 环境工程公司,郑州 450000；2.河南省郑州生态环境监测中心,郑州 450000)

引 言

随着我国社会经济快速发展，各类建设项目不断增多，土地供需矛盾日益突出，林地占用或损毁难以避免，林地占用或损毁直接导致了森林生态效益的损失，加剧了生产建设项目对环境的破坏，如何准确地评价林地占用的生态价值和生态影响是生产建设项目决策和占用或损毁林地生态补偿的基础，也是使用林地可行与否的关键所在。目前对占用林地的生态环境影响多为定性分析过于简单[1～4]，缺乏定量分析和科学数据支撑，付朝辉[5]等提出了征占用林地对生态环境影响的评价方法，但缺乏实例，宋志伟[6]等提出了林地占用对环境影响的评价方法和评价标准，并在中缅天然气管道红河支线建设项目使用林地对生态环境进行定量评价后，认为使用林地对生态环境影响较轻，使用林地可行的结论。本文结合实际案例，首先采用样方调查的方法对生态现状进行评价，然后采用定量分析方法，系统地分析了建设项目占用林地对生态环境的影响，客观评价了林地占用的可行性，为科学合理使用林地和提高林地的管理水平提供科学依据。

1 研究区概况

研究区位于河南省洛阳市栾川县潭头镇，介于111°46′～111°48′E和33°58′～34°00′N之间，面积127.5hm2(图1)，海拔450～700m，地势为西南高东北低，属暖温带落叶阔叶林带，现状土地利用方式以林地为主，兼有少量建设用地和耕地；气象要素年际变化明显，多年平均气温12.71℃，年均最低气温-10.9℃(1月)，年均最高气温36.5℃(6月)；多年平均降水量826.72mm，年最大降水量1 129.9mm(2016年)，年最小降水量435.1mm(2013年)，多年平均蒸发量934.17mm，多年平均相对湿度65.4%；生态系统类型主要是森林生态系统与少量农业耕作系统；植被类型主要为麻栎林、侧柏林、针阔叶混交林、黄荆+酸枣灌丛等，生物种类为区域一般常见种，无重点保护种类。景观类型为森林景观，其基质为林地，其间分布有少量耕地、建设用地等斑块。

林地拟调整涉及8个地块(图2)，拟调整面积共29.8hm2，调整后土地利用方式为建设用地，各地块占地类型不同程度涉及到阔叶林、灌木林、耕地。

图1 研究区基本情况Fig.1 Basic Information of the Study Area

图2 研究区林地调整情况Fig.2 Land Use Adjustment of the Study Area

2 研究方法

2.1 评价指标的选择

采用定量指标评价的方法对建设项目占用林地产生的影响进行研究，具体包括物种多样性指标、景观生态学指标和生态效益定量指标。

2.2 指标的评估公式

根据本次所选的评价指标及相关研究[7～9]，确定各评价指标的计算公式如下。

2.2.1 物种多样性计算公式

Shannon-Wiener指数

H=-Σ(Pi×logPi)

(1)

均匀度E是实际多样性指数H与最大多样性指数Hmax的相对比值，即：

E=H/Hmax

(2)

Hmax=Log(M)

(3)

Simpson的两个指数：

(4)

(5)

式中：Pi是第i种物种数量占总物种数量之比；S为物种数目；M为物种数目。

2.2.2 景观生态学计算公示

斑块平均面积A

A=S/n

(6)

破碎度指数FN

FN=(n-1)/A

(7)

景观要素密度

PD=(∑Ni)/A

(8)

PDi=Ni/Ai

(9)

景观优势度

Rd=(斑块i的数目/斑块总数)×100%

(10)

Rf=(斑块i出现的样方数/总样方数)×100%

(11)

Lp=(斑块i的面积/样地总面积)×100%

(12)

Do=0.5×[0.5×(Rd+Rf)+Lp]×100%

(13)

式中：S为某类斑块的总面积；n为某类斑块的个数；A为某类斑块平均面积；总密度PD是景观中全部要素的单位面积块数；各要素密度PDi是景观中某类景观要素的单位面积块数；Ni为第i类景观要素数；Ai为第i类景观要素面积；A为景观总面积；Do为决定某一斑块类型在景观中的优势即优势度值，由密度(Rd)、频率(Rf)和景观比例(Lp)三个参数计算得出。

2.2.3 生态效益定量计算公式

2.2.3.1 涵养水源功能

G调=10A(P-E-C)

(14)

U调=10C库A(P-E-C)

(15)

U水质=10KA(P-E-C)

(16)

式中：G调为林分调节水量功能；A为林分面积；P为降水量；E为林分蒸发水量；C为地表径流量；U调为林分年调节水量价值；C库为水库建设单位库容投资；U水质为林分年净化水质价值；K为水的净化费用。

2.2.3.2 保育土壤功能

GN=AN(X2-X1)

(17)

GP=AP(X2-X1)

(18)

GK=AK(X2-X1)

(19)

(20)

式中：GN、GP、GK分别为减少的氮、磷、钾流失量；U肥为林分保肥价值；N、P、K分别为林分土壤氮、磷、钾平均含量；X2为无林地土壤侵蚀模数；X1为由林地土壤侵蚀模数；C1为磷酸二胺化肥价格；R1、R2分别为磷酸二胺化肥含氮、磷量；C2为氯化钾化肥价格；R3为氯化钾化肥含钾量；M为林分土壤有机质含量；C3为有机质价格。

2.2.3.3 固碳释氧

G固碳=1.63R碳AB年+AF土壤

(21)

G氧=1.19AB年

(22)

U固碳=1.63R碳AB年C碳+AF土壤C碳

(23)

U氧=1.19AB年C氧

(24)

式中：G固碳为林分年固碳量；R碳为二氧化碳中碳含量；A为林分面积；B年为林分净生产力；F土壤为单位面积林分土壤的固碳量；G氧为林分年释氧量；U固碳为林分年固碳价值；C碳为固碳价格；C氧为制氧价格。

2.2.3.4 林木营养积累价值

G氮=AN营养B年

(25)

G磷=AP营养B年

(26)

G钾=AK营养B年

(27)

(28)

式中：G氮、G磷、G钾为林分固氮、固磷、固钾量；A为林分面积；N营养、P营养、K营养为林木氮、磷、钾元素含量；B年为林分净生产力；U营养为林分年营养物质积累价值；C1为磷酸二胺化肥价格；R1、R2分别为磷酸二胺化肥含氮、磷量；C2为氯化钾化肥价格；R3为氯化钾化肥含钾量。

2.2.3.5 净化与改善大气环境

G吸污=(Q尘+QSO2+QNOX+QF)A

(29)

G供氧=(5.256×1015×Q氧×A×H)/L

(30)

U吸污=(E尘Q尘+ESO2QSO2+ENOXQNOX+EFQF)A

(31)

U供氧=[5.256×1015×A×H×E氧×(Q氧-600)]/L

(32)

式中：G吸污为林分年吸收大气污染物的量；G供氧为林分年提供负(氧)离子个数；U吸污为林分年吸收大气污染物的价值；U供氧为林分年提供负(氧)离子价值；A为林分面积；Q尘为单位面积林分滞尘量；QSO2、QNOX、QF为单位面积林分吸收二氧化硫、氮氧化物、氟化物的量；Q氧为林分中空气负(氧)离子浓度；H为林分高度；L为负离子寿命；E尘为降尘清理费用；ESO2、ENOX、EF为二氧化硫、氮氧化物、氟化物的治理费用；E氧为负离子生产费用。

2.2.3.6 保育生物多样性

U生物=S生A

(33)

式中：U生物为林分年物种保育价值；S生为单位面积年物种损失的机会成本；A为林分面积。

2.3 数据的来源

2.3.1 现场调查与测定

按照群落生态学要求开展样方调查，样方大小根据群落类型确定，共设置12处样方调查点位(图1)：森林群落10m×10m～15m×15m(5处点位)，灌木群落2m×2m(5处点位)，草本群落1m×1m(2处点位)；样方调查时间为2018年07月；主要调查指标有林分类型、年龄、林分面积，测树因子，生物多样性指数；空气负(氧)离子浓度，土壤容重，土壤含水量，等。

2.3.2 相关研究文献

调查数据主要有土壤与树木中的元素含量，土壤侵蚀模数，小气候，空气净化参数等，采用已发表相关研究文献的研究数据。

表1 参考数据及其来源Tab.1 References of the parameters using in quantitative evaluation

2.3.3 社会公共资源数据

充分考虑民意，新建低层农宅，同种户型建筑进行拼合，形成统一的外立面，见缝插针因地制宜规划建设。住宅建筑以当地建筑风格为主，屋顶为平、坡两种屋顶。白色瓷砖贴面、屋顶为红色陶瓷瓦。

主要为权威机构公布的社会公共资源数据，主要有各种价格，定额，气象资料，等；生态效益定量计算部分涉及的参数取值采用科学研究文献、科学考察文献等[10～24]。

3 结果与分析

3.1 群落及其结构

对部分代表性群落进行了物种多样性调查，结果见表2；代表性群落的结构特征见表3。研究区共有6个植被型，主要群落类型有麻栎林、侧柏林、刺槐林、雪松黄连木混交林、灌木林、栽培植被与建设用地等，自然植物群落结构简单；总体上物种组成较为丰富，两种多样性指数与均匀度指数均较高，环境条件相对较好的黄栌灌丛(8#点位)中，其灌木层与草本层的物种多样性指数均较高，反映了所在群落具有良好的稳定性。研究区内植物与动物种类均为一般常见种类，无珍稀濒危种类与重点保护物种。

表2 部分代表性群落的物种多样性Tab.2 Species diversity of some representative communities

表3 代表性群丛群落结构特征Tab.3 Structural characteristics of representative communities

林地调整主要是减少了其面积，而对保留的群落及其结构没有大的影响。研究区内的植被类型没有发生太大变化，代表性群落为区域一般广泛分布的麻栎林、侧柏林、刺槐林与针叶阔叶混交林等，种类组成一般且为常见种类，没有特殊组成成分，也没有特殊的生境要求。一般认为，麻栎林为该区域的地带性显域植被，是区域性的气候单元演替顶极，具有良好的稳定性，刺槐林与针叶阔叶混交林在较长时期内也具有一定的演替稳定性，研究区内的侧柏林在种植较早的地方已出现部分阔叶乔木种类入侵，但在种植较晚、密度较大的地方，只有少量阔叶种类或灌木入侵，也可保持一定时期的稳定性。后几种群落在没有人工干扰状况下，即使发生演替，也可能演替为麻栎林。因此可认为林地调整对植被类型及其群落没有太大影响。

3.2 物种多样性

物种多样性受诸多因素影响，郭贤明等[25]认为低强度的林火有益于保护森林的生物多样性；王智等[26]研究了汶川地震对自然保护区的生态影响，地震加剧野生动物尤其是大熊猫等国家级珍稀保护动物濒危程度的直接原因是导致其死亡、间接原因是破坏其生境；罗伟等[27]分析了竹浆原料林基地建设前后物种多样性的变化，总结到造林过程中对野生植物的清除是导致物种多样性降低的主要原因。地块调整后，林业用地改变为非林业用地，各地块内的植物种类消失，因现状植物种类均为常见物种，广泛分布于整个研究区，各建群种的适应性较强，因此对整个研究区而言，各地块内消失的植物种类可通过各种繁殖体传播而分布于其它区块，且通过较强的适应能力而存活于新的区块，研究区内的植物种类数量不会显著减少。现状调查到的动物种类较少，主要为常见的鸟类，这些鸟类的活动范围较大，受影响的地块呈斑块状分布于整个研究区内，主要沿山沟分布，这些鸟类可以扩展到其它区域进行觅食、繁殖等活动；壁虎一般可在人类活动范围内生活，山獾一般在深山区活动，因此这些地块调整后动物种类不会显著减少。

3.3 景观生态学

林地调整前后研究区景观格局变化情况见图3。调整后的景观格局，因建设面积的大幅度增加，其景观优势度也较大，使得阔叶林面积减少，景观优势度也减小，从控制优势来看，阔叶林仍然是景观的基质，建设用地是景观的最大斑块，其它斑块较小。调整后，平均斑块面积为4.914 0hm2，破碎度指数为0.831 3，要素密度平均为0.728 6个/hm2，总的景观要素密度为0.170 0个/hm2。景观多样性指数及其均匀度指数(以Shannon-Weiner指数计算)分别为1.562 7与0.551 6。

图3 林地调整前后景观生态学量化指标变化情况Fig.3 Changes of quantitative landscape ecological indicators due to forestland adjustment

从指数数值来看，景观格局没有发生大的变化，部分指数如破碎度、平均要素密度、多样性指数等有所提高。表明，调整对景观格局的影响不大，从调整地块的分布来看，对景观整体包括阔叶林基质的连通性影响也不大。

3.4 生态效益

研究区生态服务功能量化评估结果见表4；研究区内生态服务功能评估结果(实物量)分别为：涵养水源调节水量为：301 792.316 0m3/a，涵养水源净化水质量为：301 792.316 0m3/a；保育土壤固持土壤量为：25 702.612 6t/a，保育土壤保持肥力：23.940 9t/a；固碳释氧为：固碳607.216 7t/a、释氧932.633 2t/a；保持营养物质5.457 0t/a；大气环境：滞尘/吸收污染物13 251.340 0kg/a、负离子4.413 6×1020个/a。

表4 生态服务功能评估结果(实物量/价值量1)Tab.4 Quantitative evaluation results of the ecological service (physical quantity/value quantity)

研究区内生态服务功能评估结果(价值量，元/a)分别为：涵养水源调节水量：1 844 162.305 4元/a，涵养水源净化水质：965 735.411 2元/a；保育土壤固持土壤：411 625.104 9元/a，保育土壤保持肥力：1 551 544.650 5元/a；固碳释氧为：固碳627 254.868 5元/a、释氧932 633.206 7元/a；保持营养物质423.645 8元/a；大气环境：滞尘/吸收污染物55 104.803 0元/a、负离子1 185.519 8元/a；生物多样性：485 00元/a。

研究区当前生态系统的生态服务功能平均单位价值为7.087 3万元/hm2，总价值为903.630 8万元。其价值主要体现在涵养水源与保育土壤两个方面，其次在固碳释氧与生物多样性保护方面。

地块调整后，主要减少了阔叶林与灌丛的现有面积，从而减少所在生态系统的生态服务功能价值，总价值减少了198.955 1万元/a，其中主要是阔叶林减少较多，共减少了194.529 1万元/a，灌丛共减少了4.426 1万元/a。

3.5 其他量化指标

3.5.1 森林覆盖率

地块调整为建设用地地块后，其植被部分将被破坏，除耕地外全部按林地计算，对于研究区所在的潭头镇1.9万hm2林地而言，森林覆盖率只下降0.15%，对所在的整个栾川县国家级公益林仅下降0.06%，影响甚微。

3.5.2 生物量

林地调整不会影响保留的生态系统的生物生产力，但因植被面积减少，将减少评价范围内的生物生产量，就本研究区而言，阔叶林、灌丛因较少面积而引起的生物量减少分别为2 249.225 5t、3.850 9t，整个研究区总生物量将减少2 253.076 4t。

4 结 论

4.1 群落及其结构量化分析表明，林地调整主要是减少了其面积，而对保留的群落及其结构没有大的影响，区域物种多样性没有明显下降。

4.2 景观生态学量化分析表明，林地调整后，景观平均斑块面积增加，总的景观要素密度增加，景观多样性指数与均匀度指数也都增加；部分指数如破碎度、平均要素密度、多样性指数等有所提高。

4.3 生态效益量化分析表明，建设项目占用林地主要通过减少其现有面积降低所在生态系统的生态服务功能价值。

4.4 建议地块调整为建设用地规划建筑时，应尽可能绕避已有有价值及高大树种，留空做景对其进行保护，最大化的保护原生态自然环境；同时在研究区、项目区开展实地生态效益定位跟踪观测获取观测数据，在项目运行过程中开展后评价，进一步精确量化林地占用的实际生态学影响。