塞罕坝机械林场生态安全格局分析及保护建议

藏贺喜

（河北省塞罕坝机械林场大唤起分场 河北承德 068450）

合理有序的生态安全格局是区域发展的基础与根本保证。区域生态安全格局的构建，不仅有利于区域结构的优化，更能提高生态环境的承载力，进而促进区域经济与生态系统的协同和可持续发展。近年来，生态安全逐渐成为学界研究的热点问题，掌握区域生态安全情况有利于保障生态稳定性与可持续发展。生态安全研究主要基于对生态现状的科学分析，许多学者在景观格局动态变化、生态系统服务价值等方面开展研究[1-2]，并取得了一定的研究成果。通过实地调查数据可以充分保证数据精度，避免数据存在几何畸变[3]，保障研究结果的可靠性。

塞罕坝机械林场位于河北省与内蒙古自治区交界处，历史上由于气候原因，植被覆盖情况较差，风沙灾害严重，是京津冀最近的沙源区和生态环境脆弱敏感区[4]。2002年，在塞罕坝国家森林公园的基础上，建立了河北塞罕坝省级自然保护区，2007年，经国务院批准晋升为国家级自然保护区，塞罕坝机械林场经营模式进入生态文明建设时期。秉承“山水林田湖草生命共同体”的生态原则，植被覆盖情况得到了改善，森林面积有明显提高。相关研究指出，在塞罕坝森林提供的各项生态调节服务价值中，涵养水源价值较高[5]；落叶松人工纯林出现了土壤肥力下降、土壤产出量明显降低的情况[6]；同时，塞罕坝机械林场容易发生林火灾害与地质灾害。为了解决这些问题，需要构建水源涵养、地质灾害防控、土壤病虫害预防与生物多样性保护以及林火灾害控安全格局。此外，根据产业发展状况提出相应的调整对策，对促进塞罕坝机械林场生态与经济协同发展具有重要意义。

1 研究资料与方法

1.1 研究区概况

塞罕坝机械林场是中国最大的人工林区，平均海拔高度1 500 m～1 940 m，年平均降水量400 mm，主要树种为华北落叶松、樟子松、云杉、白桦等。

1.2 数据来源

本研究所用数据包括塞罕坝机械林场DEM、坡度、水域数据。其中，坡度、水域数据来源于2021年塞罕坝机械林场二类调查数据，DEM数据来源于地理空间数据云。

基于以上数据，利用ArcGIS软件进行空间分析。

2 结果与分析

以生态安全理论为指导，以“山水林田湖草沙”一体化保护为原则，综合分析塞罕坝机械林场水源涵养、地质灾害防护、土壤病虫害预防与生物多样性保护、林火灾害防护等方面的生态安全格局。

2.1 景观格局现状分析

如表1所示，塞罕坝机械林场景观主要由6类景观组成：森林、草地、湿地、沙地、建设用地、农田。其中，森林景观的面积最大，为733.55 km2，占总面积的78.82%；建设用地与沙地景观面积最小，仅为总面积的0.19%与0.81%。森林景观主要包括落叶松纯林、白桦纯林、云杉纯林、樟子松纯林、落叶松白桦混交林与落叶松云杉混交林。其中，落叶松纯林、白桦纯林以及樟子松纯林都为速生丰产林，它们的面积总和为704.55 km²，占森林景观总面积的96.05%。根据塞罕坝机械林场的调查数据与相关文献，目前约有50%的森林资源将要进入成熟林阶段，而25.05%和24.47%的森林资源正处于中幼龄林阶段[7]。

表1 塞罕坝机械林场景观分布情况

2.2 生态安全格局分析

2.2.1 水源涵养安全格局

近年来，塞罕坝机械林场森林面积明显提高，湿地有效恢复，水源涵养的能力得到提升。如何维护来之不易的胜利成果是未来要面对的重要问题。相关研究表明，水域地区景观生态敏感性较强[8]，因此，本研究从生态安全的角度出发，在塞罕坝水域周边建立250 m的缓冲区，以维护水源安全。借助塞罕坝水域250 m缓冲区数据，分析塞罕坝机械林场水源涵养安全格局。

从整体来看，塞罕坝水域集中分布在南北纵向地带，西部地区水域面积较少。塞罕坝水域缓冲区中所涵盖的景观类型分布情况如表2所示，主要分布的景观类型为林地、草地，而建设用地、沙地、农田分布较少，林地中落叶松林、白桦林分布面积最大，分别为1.17 km2、0.49 km2，两者的生长对水分要求较高，喜湿润土壤，水域缓冲区能够提供适宜的生长环境。从风险性来看，如图1所示，水域距离100 m内为高风险区。

图1 塞罕坝水源涵养安全风险度评价

表2 水域缓冲区景观类型分布情况

2.2.2 地质灾害防控生态安全格局

张铎等研究发现地质滑坡的发生与边坡环境有关，不同坡度的斜坡位置与滑坡的分布、规模大小等有着密切联系[9]。本研究通过ArcGIS对坡度与DEM数据做分级运算，叠加塞罕坝生态敏感度图，在生态敏感度的基础上，通过ArcGIS叠加坡度与DEM数据，并运用自然间断点分级法将塞罕坝机械林场分为高风险区、中风险区、低风险区。生成地质灾害的敏感性分布情况，得到不同地质风险性的空间分布，如图2所示。

图2 塞罕坝机械林场地质灾害防护风险度评价

2.2.3 土壤病虫害预防与生物多样性保护安全格局

土壤病虫害是影响林木生长的不利因素，因此需预防病虫害，促进土壤动物的生长，维护林区健康高效生态环境。土壤病虫害的发生通常是由于土壤环境的恶化，例如酸化、板结、菌群失调等。袁振、常旭等的研究表明，土层厚度是导致植物群落数量特征与生物多样性变化的首要影响因子，也是限制植被生长的重要因素[10-11]。土层厚度的提高有利于土壤有机质的增加，对植被与土壤生物的生长具有重要作用，土壤腐殖质层集中了植物生长根系与微生物，能够使土壤肥力提高，为植物生长提供更多有机质，调整土壤理化性质，改善菌群结构，保持良好的土壤环境。蔡祖聪认为良好的土壤环境与植物共同构建土壤微生物和土壤动物的生境，土壤、植物、土壤微生物和土壤动物共同构建陆上动物生境[12]。同时，于晓红在关于塞罕坝地区的研究中对塞罕坝落叶松人工林土壤现状进行研究，发现落叶松人工林林地速效磷含量随土层厚度的增加呈上升趋势[13]。因此，土层厚度可视为土壤病虫害预防与生物多样性保护的重要影响因子。本研究利用塞罕坝林班小班数据对塞罕坝土层厚度进行分析，将土层厚度在20 cm以下的视为高风险区，20 cm～40 cm的视为中风险区，40 cm以上的视为低风险区，得到土壤病虫害预防与生物多样性保护风险防护区，如图3所示。

图3 塞罕坝机械林场土层厚度风险防护区

2.2.4 林火灾害防控安全格局

森林防火工作是保护森林资源与生态系统安全的重要措施，也是防灾减灾工作的重要组成部分。当林火灾害发生时，相对来说，落叶松近熟林地表火灾强度最大，樟子松幼龄林最易引燃，未修枝的落叶松林和樟子松林容易发生树冠火，落叶松幼龄林和樟子松幼龄林受损失可能性最大。

塞罕坝机械林场林木资源丰富，林火灾害易发，需建立全面的林火灾害防控安全体系，形成林木灾害防控安全格局。如图4所示，易燃区与地表火易发区在全域均有分布，且分布较分散，火灾风险性极高。另外，地表火极易引发树冠火，树冠火易发区在全域的分布面积极大，会严重损害来之不易的造林成果，尤其高损失区分布区域较广。

图4 塞罕坝机械林场林火灾害防护区

3 塞罕坝机械林场生态保护建议

3.1 森林经营的科学性

通过对塞罕坝机械林场生态景观结构的分析，森林景观在总面积中占比最高，因此在后续经营方案的制定中应重点关注森林生态安全的保护，促进森林资源可持续发展，优化林分结构，促使森林天然更新，培育健康稳定高效森林生态系统[7,14-15]。

相关文献研究结果表明，单一林分不利于生态稳定[16-17]。大面积单一树种的人工纯林为有害生物提供了丰富的食源和有利的繁衍栖息环境，极易形成虫源和病源地，使有害生物种群密度和数量迅速增加，引发严重的森林灾害。应制定科学合理的森林经营方案，从塞罕坝机械林场自然生态系统基本特征出发，筛选适宜的树种，逐步引进花楸、油松、蒙古栎等优良树种，进一步优化林场树种结构。

3.2 生态安全格局维护建议

3.2.1 综合生态防护措施

第一，中部地区存在对水源涵养安全产生威胁的风险区域，水域附近应注意泥石流的防护。在居民区与高风险区交界处，可以修建渡槽、隧道、护坡、挡墙、丁坝等工程进行预防。在河流与地质灾害高风险区设置石笼网挡土墙，以减少由滑坡产生的碎块流入河流，阻塞河流，减少水土流失和洪水的形成。第二，南北纵向地带的地质灾害风险性较高。地质灾害风险主要来源于低植被覆盖与地质灾害。在植被覆盖度较低的区域，应提高其植被覆盖度，及时更新林分，并结合科学的森林经营方案，避免大规模砍伐。在南北纵向地带，应防止因滚石滑坡、崩塌等地质灾害摧毁植被，例如建设山体防护网、截断岩石滑坡等。第三，西部地区、东北部地区及部分区域土层相对较薄，不利于养分的维护。这可能会导致病虫害加剧、土壤肥力变弱、蓄水能力差等一系列问题。结合研究区的自然条件来看，紧挨沙漠，降水条件较差，水土保持能力一般，基于此，建议实施土层厚度增厚工程，有效改善土壤保水保肥能力，从而提升立地质量。可通过深松改土法，借助机械方式打破母质层，提升土层厚度。同时加强林木防护工作，通过微生物提高土壤中有机质含量，预防土壤病害。

除了上述措施外，还需要在之后的土地利用政策中避免建设用地和农田的出现。同时，在植被的选择中优先种植利于水土保持的物种，在工作中应加强水质常态化监测，强化物种保护力度。

3.2.2 林火灾害防控

丁永全等研究发现，塞罕坝机械林场中落叶松林、樟子松林、白桦林地表枯落物较厚，存在发生大型火灾的可能[18]。在后续管理中应注重林火防控，在日常护林工作中应做好预防。第一，加强巡逻，及时清理林下易燃枯落物，减少林火隐患。在易燃区设置防火隔离带。第二，有效利用望火楼，做到及时发现、及时扑救。第三，加强工作人员的防火意识，及时更新防火观念，学习先进防火知识。第四，利用GPS定位系统[19]，对火源、火灾区域精准定位，组织人员救援工作。

4 结语

本研究以塞罕坝机械林场为研究对象，对其生态安全格局进行了分析并提出相应的生态保护建议。研究结果如下：

（1）根据研究数据分析，塞罕坝机械林场中森林景观面积占比最大，为733.55 km2，占总面积的78.81%。（2）从水源涵养、地质灾害防护、土壤病虫害预防与生物多样性保护、林火灾害防护4个角度分析了生态安全格局。水域高风险区主要集中在中部地区，地质灾害高风险区集中在南北纵向地带，土层厚度风险性较低，易燃区与地表火易发区在全域均有分布，且分布较分散，火灾风险性极高。（3）结合相关文献研究与本研究结果，从综合生态防护与林火灾害防控两个角度提出生态保护建议。