浙江省林下植被盖度时空变化研究

郑 城，程 岚，牛俊文，戚德辉，陈 静

(1.浙江省水资源水电管理中心(省水土保持监测中心)，浙江 杭州 310000；2.浙江省水利水电勘测设计院有限责任公司，浙江 杭州 310000)

水土保持作为生态文明的重要组成部分，对生态安全、防洪安全、饮水安全和粮食安全等有着重要的影响[1- 2]，是国土整治和江河治理的根本，是国民经济和社会发展的基础[3]。水土流失调查和动态监测是开展水土流失预防和治理的基础工作，是实施水土保持目标责任制考核、奖惩与生态环境责任追究的重要手段和支撑，同时也为编制水土保持规划提供科学依据。

为规范和加强水土流失动态监测工作，统一技术方法和技术标准，保证监测成果质量，2018年水利部组织编制印发了《区域水土流失动态监测技术规定(试行)》[4]。该技术规定明确指出：在水力侵蚀区，区域水土流失计算采用中国土壤流失方程CSLE模型：

A=R·K·LS·B·E·T

(1)

式中，A—每年单位面积上的土壤侵蚀量，t/(hm2·a)；R—降雨侵蚀力因子，MJ·mm/(hm2·h·a)；K—土壤可蚀性因子，t·hm2·h/(hm2·MJ·mm)；LS—坡长坡度因子，无量纲；B—植被覆盖与生物措施因子，无量纲；E—工程措施因子，无量纲；T—耕作措施因子，无量纲。

由CSLE模型公式可以看出，变量中存在植被覆盖与生物措施因子B。按照技术规定要求，果园、其它园地、有林地和其它林地的植被盖度与生物措施B因子的公式中包含了一个参数，即乔木林的林下植被盖度，包括除乔木林冠层以外的所有植被(灌木、草本和枯落物)构成的林下盖度。其取值的大小很大程度上影响到计算出的B因子值的大小，进而影响到每年单位面积上土壤侵蚀量A的计算值。

利用24期的降雨权重，结合园地、林地和草地计算植被覆盖与生物措施因子B公式如下：

(2)

式中，WRi—前面计算的第i个半月降雨侵蚀力占全年侵蚀力比例，取值范围为0～1；SLRi—第i个半月园地、林地和草地的土壤流失比例，无量纲，取值范围为0～1，计算公式为：

茶园和灌木林地SLRi计算公式：

(3)

果园、其它园地、有林地和其它林地SLRi计算公式：

SLRi=0.44468×e(-3.20096×GD)-

0.04099×e(FVC-FVC×GD)+0.025

草地SLRi计算公式：

(4)

式中，FVC—基于NDVI计算的植被覆盖度，取值范围为0～1；在果园、其它园地、有林地和其它林地SLRi计算公式中需要GD值，即乔木林的林下盖度，取值范围为0～1，包括除乔木林冠层以外的所有植被(灌木、草本和枯落物)构成的林下盖度。

林下植被是森林生态系统的重要组成部分，在维持系统稳定、遏制土壤侵蚀、防止水土流失等方面发挥着重要作用[5- 6]。秦富仓等[6]在小流域中研究表明，林草植被对涵养水源、保持水土具有重要作用。杨青等[7]研究表明，在降雨一定的前提下，植被是影响坡面产沙量的关键因素。潘成忠等[8]通过室内模拟不同盖度草地坡面产沙过程试验得出，减沙效益随着盖度增大而增大；植被盖度是减少水土流失的主要因素，盖度的变化对地表径流和土壤流失具有重要影响[9]。更有研究认为，林下植被盖度的改变对土壤径流与侵蚀的影响强于树冠覆盖变化的影响[10]。

然而目前水利部提供的林下植被盖度曲线数据只有个别监测点的林下盖度数据，包含浙江省在内的部分省份缺失数据，其余省份监测点也极少，只有一两个监测点，不具代表性。因此，亟需开展浙江省水土流失动态监测林下植被盖度调查工作，确定适用于浙江省水土流失动态监测的林下植被盖度值。该项工作的开展有助于弥补浙江省水土流失动态监测的林下植被盖度值的空白，对于全省区域水土流失动态监测及全省水土流失遥感普查工作的开展具有重要意义。

1 数据与方法

1.1 研究区概况

浙江省位于我国东南沿海，长江三角洲南部，陆域面积10.18万km2。气候类型属于亚热带季风气候，冬夏季风交替，温度适中，年平均气温15.6～18.3℃，年平均日照时数1710～2100h，无霜期241～351d；雨量充沛，年平均降水量1092～2029mm，降水季节分布不均，夏季最多，冬季最少[11]。地形上有“七山一水两分田”之称，西南高，东北低，山地多，平原少，海岸线曲折，岛屿众多，山地丘陵占总面积的70.4%，平原盆地占总面积的23.2%，河流和湖泊占6.4%。土壤以红壤、水稻土、黄壤为主。植被类型主要有亚热带针叶林、常绿阔叶林、落叶阔叶林、落叶阔叶混交林、竹林、灌草丛、水生植物群落，以及栽培植被等。按全国水土流失类型区的划分，浙江省属于以水力侵蚀为主类型区中的南方红壤丘陵区，水土流失的类型主要是水力侵蚀，部分山丘区存在着滑坡、崩塌、泥石流等重力侵蚀，沿海岛屿和杭州湾两岸存在着极少量的风力侵蚀。水力侵蚀的表现形式主要是坡面面蚀，丘陵地区亦有浅沟侵蚀及小切沟侵蚀。据2019年水土流失动态监测成果显示，全省共有水土流失面积7908.10km2，占全省国土总面积的7.49%。

1.2 野外调查与数据获取

根据全省降雨侵蚀力数据、土壤可蚀性数据和《浙江省水土保持规划》中水土流失分区，结合《浙江省林地保护利用规划》(2010—2020年)中浙江省林地分区，并考虑地形地貌等因子，将全省划分为4个分区，分别为浙中北平原丘陵盆地区、浙西山地丘陵区、浙南山地区、浙东沿海丘陵海岛区。在此基础上，通过收集资料并与当地林业部门沟通，同时考虑样方选择的代表性、野外调查及采样的方便性，野外调查样地的布设结合全省水土保持监测站点分布，最终选择4个样地分别对应上述4个分区，分别为嵊州市北漳镇、临安区板桥镇、缙云县新碧街道和苍南县矾山镇。样地分区图如图1所示。

图1 样地分区图

在上述调查县区内，分别选取有代表性的4种土地利用类型[4](果园、其他园地、有林地、其他林地)布设调查样方，样方布设采用皮尺量距，拐直角的方法，用手持GPS对样方中心点进行经纬度定位，记录植被类型，记录样方内林下植被盖度指标。充分考虑微地形、植被类型及郁闭度对林下植被盖度量测造成的偶然影响，每个土地利用类型布设样地2～3个；每个样地中“S”型布设样方3～4个，样方面积为5m×5m(乔木林下包含灌木和草本)或样方面积为1m×1m(乔木林下全部为草本植被)，开展植被盖度调查工作。样方布设情况如图2所示

图2 样方布设情况

本研究调查的林下植被盖度指的是植被总盖度[4]，是除乔木林冠层以外的所有植被(灌木、草本和枯落物)构成的林下盖度，包括绿色植被、残茬和地表枯落物等。调查时间为2019年7月31日—2020年7月15日，每半月调查一次(定于每月5日和20日，遇恶劣天气顺延，本研究为便于统计，统一记录为每月5日和20日)，共计24次；野外林下植被盖度调查采用地表实测法[12]，主要以采样法和仪器法[13]为主，以目视估测法为辅。林下植被盖度通过样方内乔木林冠层以外的所有植被(灌木、草本和枯落物)的覆盖面积除以样方的面积获得。

1.3 数据处理

将获取的林下植被盖度数据进行汇总，然后去除表格中的异常值，通过计算4个样地(嵊州、苍南、临安、缙云)中同种土地利用类型(果园、其他园地、有林地、其他林地)各个样方林下植被盖度的算术平均值作为该土地利用类型(果园、其他园地、有林地、其他林地)的林下植被盖度值，以此值来代表全省4个区域4种土地利用类型的林下植被盖度值。在此基础上，按照划分的区域制作果园、其它园地、林地、其它林地这4个土地利用类型的林下盖度曲线，分析不同土地利用类型的林下植被盖度的变化规律，为水土流失预防和治理提供科学依据。

2 结果与分析

2.1 浙江省不同土地利用类型下林下植被盖度的时空变化

如图3(a)所示，浙东沿海丘陵海岛区(苍南县)同时段的4种土地利用类型的林下植被盖度表现为有林地和其他林地林下植被盖度较高，且随时间变化比较稳定，基本维持在94%以上；其他园地次之，林下植被盖度基本维持在85%以上；果园林下植被盖度较低，且随时间变化幅度较大，变化范围在52%～99%之间不等。

如图3(b)所示，浙中北平原丘陵盆地区(嵊州市)同时段的4种土地利用类型的林下植被盖度表现为有林地林下植被盖度较高，且随时间变化比较稳定，基本维持在99%以上；其他林地和果园林下植被盖度次之，林下植被盖度维持在77%以上；其他园地的林下植被盖度较低，且随时间变化幅度较大，变化范围在30%～72%之间不等。

如图3(c)所示，浙西山地丘陵区(临安区)同时段的4种土地利用类型的林下植被盖度表现为有林地和其他林地林下植被盖度较高，且随时间变化比较稳定，基本维持在86%以上；其他园地次之，林下植被盖度基本维持在82%以上；果园林下植被盖度相对较低，且随时间变化幅度较大，变化范围在65%～99%不等。

如图3(d)所示，浙中丘陵盆地区(缙云县)同时段的4种土地利用类型的林下植被盖度表现为有林地和其他林地林下植被盖度较高，且随时间变化比较稳定，基本维持在92%以上；其他园地次之，林下植被盖度基本维持在85%以上；果园林下植被盖度相对较低，且随时间变化幅度较大，变化范围在74%～97%不等。

图3 浙江省不同土地利用类型下林下植被盖度的时空变化

2.2 浙江省不同区域林下植被盖度的时空变化

如图4(a)—(b)所示，全省各区有林地和其他林地林下植被盖度较高，有林地林下植被盖度大都在91%以上，其他林地林下植被盖度大都在80%以上；全省4个区域同一时间内有林地和其他林地的林下植被盖度虽有差异，但差异不显著。1年24个半月，林下植被盖度有2个增长点，分别是植物生长季和落叶期，但因为总体盖度比较稳定且较高，因此增长点不明显。

浙中北平原丘陵盆地区(嵊州市)绝大部分时段有林地林下植被覆盖度最高，其次是浙中丘陵盆地区(缙云县)，且随时间变化比较稳定。浙东沿海丘陵海岛区(苍南县)和浙西山地丘陵区(临安区)有林地林下植被覆盖度略低，其中浙西山地丘陵区(临安区)有林地林下植被盖度随时间变化相对较大。

浙西山地丘陵区(临安区)绝大部分时段其他园地林下植被盖度最高，且随时间变化比较稳定。其次是浙中丘陵盆地区(缙云县)和浙东沿海丘陵海岛区(苍南县)，且随时间变化比较稳定。浙中北平原丘陵盆地区(嵊州市)其他林地林下植被覆盖度相对较低，且随时间变化相对较大。

如图4(c)所示，果园由于受人为干扰较大，导致果园林下植被盖度随时间变化不稳定，并且变化幅度相对较大，且林下盖度总体偏低。果园林下盖度的最小值出现在2—8月(嵊州除外)，不同地区，不同类型的果园林下盖度最小值出现时间略有差异。

如图4(d)所示，其他园地林下植被盖度在83%以上，浙中丘陵盆地区(缙云县)、浙西山地丘陵区(临安区)和浙东沿海丘陵海岛区(苍南县)各地区其他园地林下植被盖度随时间变化相对稳定，且相差不大，浙中北平原丘陵盆地区(嵊州市)其他园地林下植被盖度相对较低，随时间变化较大。

图4 浙江省不同区域林下植被盖度的时空变化

2.3 浙江省各区域与水利部下发的相邻省份有林地林下植被盖度比较分析

为了更好地分析浙江省有林地林下植被盖度与水利部下发的相邻省份有林地林下植被盖度的差别，将浙江省各区域与相邻省份有林地林下植被盖度进行整理，将同时段的浙江省各区域的有林地林下植被盖度值分别与安徽歙县、江西德安、福建长汀3地的有林地林下植被盖度值进行差值运算并进行统计如图5所示，分析发现：浙东沿海丘陵海岛区(苍南县)与安徽歙县相比，浙东沿海丘陵海岛区(苍南县)有9个时间段的有林地林下植被盖度值大于安徽歙县有林地林下植被盖度值，与江西德安、福建长汀相比，分别有20、24个时间段的有林地林下植被盖度值的差值为正；浙中北平原丘陵盆地区(嵊州市)与安徽歙县、江西德安、福建长汀3地的有林地林下植被盖度值做差值，24个时间段的差值为正；浙西山地丘陵区(临安区)有16个时间段的有林地林下植被盖度值大于安徽歙县有林地林下植被盖度值；与江西德安、福建长汀相比，分别有17、24个时间段的有林地林下植被盖度值的差值为正；浙中丘陵盆地区(缙云县)有23个时间段的有林地林下植被盖度值大于江西德安有林地林下植被盖度值；与安徽歙县、福建长汀3地的有林地林下植被盖度值做差值，24个时间段的差值为正；由此看来，在其他因子不变的情况下，相比采用水利部下发的相邻省份有林地林下植被盖度值，采取本次调查结果的有林地林下植被盖度值计算得到的每年单位面积上的土壤侵蚀量A值较小。

图5 浙江省各区域与相邻省份有林地林下植被盖度差值统计图

2.4 浙江省各区域与水利部下发的相邻省份果园林下植被盖度比较分析

为了更好地分析浙江省果园林下植被盖度与水利部下发的相邻省份果园林下植被盖度的差别，将浙江省各区域与相邻省份果园林下植被盖度进行整理，将同时段的浙江省各区域的果园林下植被盖度值分别与安徽歙县、江西德安、福建长汀3地的果园林下植被盖度值进行差值运算并进行统计如图5所示，分析发现：浙东沿海丘陵海岛区(苍南县)与安徽歙县相比，浙东沿海丘陵海岛区(苍南县)有8个时间段的果园林下植被盖度值大于安徽歙县果园林下植被盖度值，与江西德安、福建长汀相比，分别有2、24个时间段的果园林下植被盖度值的差值为正；浙中北平原丘陵盆地区(嵊州市)与安徽歙县、江西德安、福建长汀3地的果园林下植被盖度值做差值，分别有20、18、24个时间段的差值为正；浙西山地丘陵区(临安区)有20个时间段的果园林下植被盖度值大于安徽歙县果园林下植被盖度值；与江西德安、福建长汀相比，分别有21、24个时间段的果园林下植被盖度值的差值为正；浙中丘陵盆地区(缙云县)有24个时间段的果园林下植被盖度值大于福建长汀果园林下植被盖度值；与安徽歙县、江西德安两地的果园林下植被盖度值做差值，各有18个时间段的差值为正；由此看来，在其他因子不变的情况下，相比采用水利部下发的相邻省份果园林下植被盖度值，采取本次调查结果的果园林下植被盖度值计算得到的每年单位面积上的土壤侵蚀量A值较小。

图6 浙江省各区域与相邻省份果园林下植被盖度差值统计图

3 讨论

有林地，特别是竹林地，林下植被盖度相对稳定，主要是由于有林地(竹林除外)下一般灌木、草本并存，物种丰富，植被覆盖度较高；竹林地郁闭度相对较高，林下光照不足，加上枯落物层较厚，几乎无灌木存在，草本也比较少，这与康冰[14]等研究一致，竹林林下较弱的光照成为抑制林下植被生长的主要因子；然而竹林下枯落物覆盖层较厚，且竹叶木制纤维丰富，分解速度慢，使得竹林地林下植被覆盖度比较高。

其他林地，主要有苗圃地(诸如桂花、银杏、红枫等)、未成林地、迹地等，银杏苗圃地及未成林地由于株间距较大，郁闭度较低，生长季林下草本长势较好，非生长季草本植物枯萎，除个别部分外均不会遭受破坏，因此林下植被盖度较高；迹地基本无乔木遮挡，灌木、草本长势较好，林下植被覆盖度高，这与田平[15]等的研究一致，表明乔木的冠层结构所形成的光环境也强烈影响着林下植物群落的分布格局。桂花林同竹林一样，郁闭度相对较高，林下光照不足，加上枯落物层较厚，几乎无灌木存在，草本也比较少；然而桂花林下枯落物覆盖层较厚，且分解速度慢，使得桂花地林下植被覆盖度比较高。红枫林林下草本长势较弱，且生命周期短，枫树落叶时间集中，且叶片相比桂花、竹林而言较薄，易分解，因此红枫林下植被盖度年内变化较大。

果园主要有柑橘、梨树、杨梅、桃树、枣树等，除枣树外，果园由于受到人为不定时的除草等干扰因素比较大[16- 17]，除草时间大约从2月中下旬开始，8月左右结束，不同地区，不同类型的果园除草时间略有差异，因此果园的林下植被盖度变化比较大，且林下植被盖度明显偏低，林下植被盖度值的拐点大都因为人为除草所致。

其他园地主要指桑树、板栗、香榧，也易受到人为因素的影响，但相比果园来讲，影响相对小一些，但比林地和其他林地受影响大，因此其他园地的林下盖度基本处于4种土地利用类型的中下位置，波动相比果园来讲小一些。嵊州其他园地林下盖度比较特殊，是因为受人为干扰的原因，11月份左右着火，导致枯落物烧毁。

4 结语

浙江省林下植被盖度值调查工作在全省首次开展，实现了由无到有的突破，对于开展类似相关工作及深刻认识全省各区域林下植被盖度值的时空变化具有重要意义。

本次调查在样方选取及布设时尽可能做到合理均匀，但因各种原因，样方布设有限，在一定程度上仍存在一定的偶然性；林下植被盖度调查工作要求测量频次高，受天气、疫情影响，部分测量时间较计划时间略有变化。为了减少样方布设的偶然性，提高林下植被盖度监测数据的精度，建议对林下植被盖度进行加密调查，同时，建议在后期样地布设尽量结合站点或与当地林业、水利部门合作，保证量测时间的及时性，节约时间、人力、财力成本。