許雪玲

(福建省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院,福州 350003)

基于水文與幾何網(wǎng)絡(luò)分析的閩江流域核心區(qū)生態(tài)公益林布局

許雪玲

(福建省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院,福州 350003)

閩江流域在福建省內(nèi)生態(tài)地位非常重要,其核心區(qū)域特別是水源涵養(yǎng)地生態(tài)公益林的保護(hù)也顯得尤為關(guān)鍵。本文基于水文分析、幾何網(wǎng)絡(luò)分析等數(shù)學(xué)方法與模型,科學(xué)有效地查找閩江流域的核心區(qū):通過對(duì)福建地形進(jìn)行水文分析模擬水系、流域的分布,應(yīng)用幾何網(wǎng)絡(luò)分析構(gòu)建河系空間網(wǎng)絡(luò)模型并獲取流域匯水區(qū),結(jié)合福建省水功能區(qū)劃成果獲取閩江流域核心區(qū)范圍,科學(xué)準(zhǔn)確的定位閩江流域重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)。在此基礎(chǔ)上借助地理信息系統(tǒng)空間分析等工具,通過與森林資源現(xiàn)狀、土地利用現(xiàn)狀等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的空間疊加,分析生態(tài)公益林的空間布局、林地現(xiàn)狀與保護(hù)現(xiàn)狀,挖掘現(xiàn)有生態(tài)公益林保護(hù)存在的問題；探討閩江源區(qū)面臨的退耕還林等問題,為科學(xué)合理的進(jìn)行生態(tài)公益林布局研究提供依據(jù),進(jìn)而優(yōu)化生態(tài)公益林的空間配置。

水源；水文分析；幾何網(wǎng)絡(luò)；生態(tài)公益林；閩江；地理信息

閩江水系是福建省最大的飲用水、生活用水、工業(yè)用水等取水來(lái)源,具有水資源的自然特性和經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略性,閩江的生態(tài)地位尤為重要,流域環(huán)境的建設(shè)保護(hù)、水土保持直接關(guān)系到整個(gè)區(qū)域環(huán)境的生態(tài)安全。森林生態(tài)系統(tǒng)在生態(tài)環(huán)境建設(shè)中的地位不可替代,可以充分發(fā)揮森林涵養(yǎng)水源、保持水土和保護(hù)生物多樣性等生態(tài)功能。閩江流域核心區(qū)生態(tài)公益林科學(xué)合理的分布與管理尤其重要,具有重要的戰(zhàn)略地位。閩江流域分水界均為山脈,流域范圍大部分在福建省內(nèi),是相對(duì)獨(dú)立、完整的水系,閩江水系河網(wǎng)密度大,約為0.1km/km2,上游中游大于下游。流域自然資源時(shí)空分布不均,降水年際、季節(jié)變化大,降水主要集中在春、夏兩季,占全年80%左右,其中春天的雨季降水量達(dá)全年的30%；空間分布不規(guī)則,雨量多寡受地形、地勢(shì)影響明顯,多年平均降水量看,北部山區(qū)降水量大,福建西北部的武夷山、北部的鷲峰是最大降雨中心,自西北向東南降水逐漸減少。科學(xué)準(zhǔn)確地定位閩江流域的核心區(qū)域,并尋找規(guī)律,在了解現(xiàn)有資源的基礎(chǔ)上,優(yōu)化生態(tài)公益林的空間配置,構(gòu)建生態(tài)屏障,是我們迫切需要解決的問題。

水文分析基于對(duì)徑流的計(jì)算與模擬原理,被廣泛應(yīng)用于各種水利工程建設(shè)、洪水模擬與應(yīng)急預(yù)警等方面[1-4]；幾何網(wǎng)絡(luò)分析建立在點(diǎn)、線元素基礎(chǔ)上,以有向的拓?fù)浞绞较嗷ミB接,通過交匯點(diǎn)實(shí)現(xiàn)邊與邊的傳遞,可以進(jìn)行連通、追溯等分析,常用于基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)(如水、電、氣綜合管網(wǎng))、河流等方面,研究資源在網(wǎng)絡(luò)上的流動(dòng)與分配情況[5-7]。本文跳出常規(guī)方式,將水文分析、幾何網(wǎng)絡(luò)分析、GIS的空間分析等應(yīng)用于確定核心區(qū)生態(tài)公益林空間布局:以跨多個(gè)地市級(jí)行政區(qū)域的閩江為研究對(duì)象,根據(jù)河流的自然屬性發(fā)揮水文分析、幾何網(wǎng)絡(luò)分析的優(yōu)勢(shì),科學(xué)準(zhǔn)確地定位出閩江流域重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū),借助地理信息系統(tǒng)的各種工具,分析現(xiàn)有林地分布與保護(hù)狀況,探討可以恢復(fù)林地的范圍,優(yōu)化流域核心區(qū)生態(tài)公益林的配置,提高重要水源地水源涵養(yǎng)等生態(tài)效益。

1 研究對(duì)象概況

閩江位于25°23′～28°16′N，116°23′～119°35′E之間,是中國(guó)東南沿海最大河流[8],其發(fā)源于閩贛、閩浙交界的杉嶺、武夷山、仙霞嶺等山脈,源頭建寧縣均口鎮(zhèn)張家山；閩江全長(zhǎng)577km,河流水系總長(zhǎng)6 107km,流經(jīng)38個(gè)縣、市(含浙江省慶元、龍泉兩縣)；主要支流有上游的建溪、富屯溪、沙溪及中下游的尤溪、古田溪、大樟溪；閩江水系在福建省內(nèi)流經(jīng)范圍廣,流域面積大:流域面積60 992 km2,其中福建省境內(nèi)59 922 km2,約占全省土地面積的一半[9],上游三大溪(建溪、富屯溪、沙溪)占閩江流域的70%左右。

2 研究方法

2.1 研究方法與總體流程

生態(tài)公益林主體功能為維護(hù)和改善生態(tài)環(huán)境、保護(hù)生態(tài)平衡和生物多樣性,其目的是提供公益性生態(tài)產(chǎn)品和服務(wù),包括涵養(yǎng)水源、保持水土、防風(fēng)固沙等防護(hù)功能為主的“防護(hù)林”和保存物種資源、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、國(guó)防等特別經(jīng)營(yíng)為目的的“特種用途林”。參照《國(guó)家林業(yè)局 財(cái)政部關(guān)于印發(fā)〈國(guó)家級(jí)公益林區(qū)劃界定辦法〉和〈國(guó)家級(jí)公益林管理辦法〉(林資發(fā)〔2017〕34號(hào))》,江河源頭、江河兩岸的國(guó)家級(jí)生態(tài)公益林區(qū)劃的等級(jí)最高；而水庫(kù)的區(qū)位與本文研究?jī)?nèi)容關(guān)系密切,因此本文著重討論這三方面的生態(tài)公益林布局。

閩江流域的核心區(qū)生態(tài)公益林的布局研究,涉及閩江水系徑流與流域空間位置分布、地形等的基礎(chǔ)地理信息獲取,水系重點(diǎn)保護(hù)區(qū)即核心區(qū)的界定,生態(tài)公益林空間信息的確定與布局規(guī)劃研究；生態(tài)公益林區(qū)位界定離不開水系分布、流域匯水?dāng)?shù)據(jù)信息。

福建省水功能區(qū)劃成果《重要江河湖泊一級(jí)水功能區(qū)劃》,公布了河流(地表)名稱、水功能區(qū)起止斷面坐標(biāo)、起止斷面之間的河流長(zhǎng)度,但是其范圍只涉及地表河流(水庫(kù))水域不涉及河流兩岸及匯水陸域,源頭保護(hù)區(qū)也是指保護(hù)區(qū)內(nèi)所有河流不包括陸域,生態(tài)公益林布局與管理需要進(jìn)一步分析研究。

河流水系數(shù)據(jù)的獲取,可以有多種途徑:基礎(chǔ)地理信息的水系專題數(shù)據(jù)、遙感影像水域解譯、地形圖數(shù)據(jù)中的水系圖層等等。這些水系數(shù)據(jù),遙感影像的水域由于降水的時(shí)空分布極不均勻,難以真實(shí)體現(xiàn)水系的實(shí)際分布；基礎(chǔ)地理信息與地形數(shù)據(jù)中獲取等實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相對(duì)真實(shí)準(zhǔn)確,但是數(shù)據(jù)精確度也與數(shù)據(jù)采集時(shí)期是否為豐水期,能否確定高水位有關(guān)。此類數(shù)據(jù)流域的分布信息難以體現(xiàn),無(wú)法輔助生態(tài)公益林區(qū)位的定位,且一般都沒有存儲(chǔ)水流流向的拓?fù)湫畔?無(wú)法進(jìn)行相關(guān)幾何網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治?。傳統(tǒng)的生態(tài)公益林區(qū)位界定,一般參照重點(diǎn)生態(tài)公益林區(qū)位的區(qū)劃規(guī)則,根據(jù)地形地貌與水系等級(jí)與分布情況,在地形圖上勾繪出匯水面數(shù)據(jù)。

本文克服了降水時(shí)空分布不均和傳統(tǒng)生態(tài)公益林區(qū)位人工勾繪誤差大、效率低等缺陷,首先,采用水文分析,基于數(shù)字地面模型(DEM),采用半分布式水文模型,構(gòu)建閩江水系河流網(wǎng)絡(luò),流域分析的方法提取矢量的流域范圍；其次,基于閩江水系河流網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)模型,參照公布的水功能區(qū)劃范圍,采用幾何網(wǎng)絡(luò)分析方法并與流域范圍進(jìn)行空間疊加分析,獲取閩江水系、流域范圍；第三,對(duì)照重點(diǎn)生態(tài)公益林區(qū)區(qū)劃規(guī)則,獲取閩江核心區(qū)的流域范圍；最后,將閩江流域核心區(qū)空間位置與“福建省土地變更調(diào)查成果數(shù)據(jù)”土地利用信息、“福建省林地變更調(diào)查成果數(shù)據(jù)”森林資源信息進(jìn)行空間疊加,與林地和生態(tài)公益林現(xiàn)狀進(jìn)行比對(duì),分析林地保護(hù)現(xiàn)狀存在的問題,進(jìn)行科學(xué)合理的生態(tài)公益林空間布局與生態(tài)公益林結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究。具體流程見圖1。

圖1 總體流程

2.2 水文分析

ArcGIS的水文分析,基于DEM模擬地表徑流匯水,模擬地表徑流匯水。采用半分布式水文模型,假定不存在地下水的截取、蒸發(fā)或損耗,將其視為落到地球表面上的降雨量。為了修復(fù)河流流向,確保水流進(jìn)、出流通網(wǎng)絡(luò)連通,首先對(duì)福建省DEM進(jìn)行洼地填充修復(fù)。采用Jenson 和Domingue (1988)的八方向 (D8) 流向方法建模,以通過每個(gè)像元的最陡/最大下降方向(即最大坡度方向)確定流向(圖2)。Tarboton等 (1991) 中介紹,通過閾值確定高累積流量的像元,高流量的像元是集中流動(dòng)區(qū)域,可用于標(biāo)識(shí)河道,創(chuàng)建河流網(wǎng)絡(luò)[10-12]。在此對(duì)流向進(jìn)行匯流統(tǒng)計(jì),即超過設(shè)定的流水量閾值便形成河流。通過“徑流處理”和“流域分析”的方法提取福建河流水系網(wǎng)絡(luò)和流域范圍[13-16]。

圖2 流向工作原理圖示與公式

2.2 幾何網(wǎng)絡(luò)分析

幾何網(wǎng)絡(luò)事實(shí)上是運(yùn)籌學(xué)的模型,利用網(wǎng)絡(luò)本身的空間關(guān)系,采用數(shù)學(xué)方法實(shí)現(xiàn)建模?；谶B通性規(guī)則,組合所有的邊、交匯點(diǎn)要素形成網(wǎng)絡(luò),構(gòu)建幾何網(wǎng)絡(luò)模型,追溯計(jì)算獲取所有以某種方式連接的網(wǎng)絡(luò)要素的集合。

借用水文分析獲取的河流網(wǎng)絡(luò),在ArcGIS中構(gòu)建包含“源頭—終點(diǎn)”、河流網(wǎng)絡(luò)等要素,建立流向?qū)傩缘韧負(fù)湟?guī)則,建立福建省河流水系的幾何空間網(wǎng)絡(luò)模型。幾何網(wǎng)絡(luò)分析的方法,具體流程如圖3,采用幾何網(wǎng)絡(luò)分析的追溯原理,從閩江源頭“向下游追蹤”,追溯整支干流,隨后再由閩江入海口往上游回溯,由此獲得閩江水系河流網(wǎng)絡(luò),構(gòu)建整個(gè)閩江流域河網(wǎng)空間模型,并獲取流域匯水區(qū)。閩江核心區(qū)參照水功能區(qū)起止斷面坐標(biāo),以重要江河湖泊一級(jí)水功能區(qū)保護(hù)與保留區(qū)作為核心區(qū),取河段下端與上端分別采用網(wǎng)絡(luò)分析的追溯原理,分別“向上游追溯”和“向下游追蹤”,截取該河段的水系范圍,獲取閩江水系核心范圍:福建省一級(jí)水功能核心區(qū)共29個(gè),源頭水源地保護(hù)14個(gè),其中屬于閩江水系的有17個(gè),源頭保護(hù)6個(gè)。具體情況見表1。

圖3 閩江流域河網(wǎng)分析流程

一級(jí)水功能區(qū)核心區(qū)名稱河流/湖庫(kù)生態(tài)公益林區(qū)位規(guī)則備注東溪武夷山源頭水保護(hù)區(qū)建溪—崇陽(yáng)溪國(guó)家級(jí)2km緩沖區(qū),向外延伸至第一重山脊一級(jí)支流源頭東溪武夷山保留區(qū)建溪—崇陽(yáng)溪國(guó)家級(jí)2km緩沖區(qū),向外延伸至第一重山脊西溪邵武源頭水保護(hù)區(qū)富屯溪—西溪國(guó)家級(jí)源頭集水范圍及10km匯水區(qū)一級(jí)支流源頭西溪邵武、光澤保留區(qū)富屯溪—西溪國(guó)家級(jí)2km緩沖區(qū),向外延伸至第一重山脊瀾溪建寧源頭水保護(hù)區(qū)富屯溪—金溪國(guó)家級(jí)2km緩沖區(qū),向外延伸至第一重山脊江河源頭瀾溪建寧保留區(qū)富屯溪—金溪國(guó)家級(jí)2km緩沖區(qū),向外延伸至第一重山脊東溪寧化源頭水保護(hù)區(qū)沙溪—東溪國(guó)家級(jí)源頭集水范圍及20km匯水區(qū)江河源頭東溪寧化保留區(qū)沙溪—東溪國(guó)家級(jí)2km緩沖區(qū),向外延伸至第一重山脊沙溪安砂水庫(kù)保留區(qū)沙溪國(guó)家級(jí)2km緩沖區(qū),向外延伸至第一重山脊庫(kù)容6億m3以上的大型水庫(kù)均溪大田、德化、尤溪保留區(qū)尤溪—均溪國(guó)家級(jí)2km緩沖區(qū),向外延伸至第一重山脊玉源溪古田源頭水保護(hù)區(qū)古田溪—玉源溪省級(jí)源頭集水范圍及5km匯水區(qū)一級(jí)支流源頭古田溪古田、閩清保留區(qū)古田溪省級(jí)1km緩沖區(qū),向外延伸至第一重山脊浐溪德化源頭水保護(hù)區(qū)大樟溪—浐溪國(guó)家級(jí)源頭集水范圍及10km匯水區(qū)一級(jí)支流源頭及戴云山自然保護(hù)區(qū)浐溪龍門灘(一級(jí))水庫(kù)德化保護(hù)區(qū)大樟溪—浐溪國(guó)家級(jí)2km緩沖區(qū),向外延伸至第一重山脊調(diào)水工程水源地;參照江河兩岸區(qū)位浐溪德化保留區(qū)大樟溪—浐溪國(guó)家級(jí)2km緩沖區(qū),向外延伸至第一重山脊大樟溪永泰保留區(qū)大樟溪國(guó)家級(jí)2km緩沖區(qū),向外延伸至第一重山脊大樟溪永泰、閩候保留區(qū)大樟溪國(guó)家級(jí)2km緩沖區(qū),向外延伸至第一重山脊

2.3 空間分析

空間分析主要是GIS的緩沖區(qū)分析、空間疊加分析等,可以非常方便獲取我們所需的特定空間位置上,相互重疊的各個(gè)不同數(shù)據(jù)的屬性信息。江河源頭或者河流水庫(kù)等水庫(kù)周邊按照規(guī)則進(jìn)行緩沖區(qū)分析,緩沖區(qū)范圍與流域匯水區(qū)的空間疊加分析可以獲取閩江流域覆蓋范圍、閩江流域核心區(qū)范圍,所獲取的區(qū)域進(jìn)一步土地利用現(xiàn)狀、林地現(xiàn)狀與保護(hù)現(xiàn)狀進(jìn)行空間疊加分析,挖掘現(xiàn)有生態(tài)公益林保護(hù)存在的問題。

圖4 閩江水系與閩江流域核心區(qū)

網(wǎng)絡(luò)分析獲取的閩江水系核心范圍,按照“重點(diǎn)生態(tài)公益林區(qū)劃規(guī)則”分級(jí)做緩沖區(qū)后,與河系的流域進(jìn)行空間分析,獲取閩江核心區(qū)的流域范圍(表1)。重點(diǎn)生態(tài)公益林的區(qū)劃規(guī)則國(guó)家級(jí)/省級(jí)(/后表示省級(jí))規(guī)則如下:江河源頭——閩江(含金溪)自源頭起向上以分水嶺為界,向下延伸20km、匯水區(qū)內(nèi)江河兩側(cè)最大20km以內(nèi)的林地；一級(jí)支流(江河)源頭——流域面積10 000km2以/河長(zhǎng)100km以上,自源頭起向上以分水嶺為界,向下延伸10km/5km、匯水區(qū)內(nèi)江河兩側(cè)10km/5km范圍以林地；江河兩岸——閩江干流(含金溪)及其河長(zhǎng)300km、且流域面積在2 000km2以上/河長(zhǎng)100km以上的一級(jí)支流和古田溪；一級(jí)支流兩岸、干堤以外2km/1km范圍內(nèi)從林緣起,為平地的向外延伸2km/1km、山地的向外延伸至第一重山脊的林地；大型水庫(kù)——庫(kù)容6億m3以上/庫(kù)容1億～6億m3之間周圍2km/1km范圍內(nèi)從林緣起,平地的向外延伸2km/1km、山地的向外延伸至第一重山脊的林地(圖4)。

3 實(shí)驗(yàn)區(qū)現(xiàn)狀數(shù)據(jù)分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化

3.1 實(shí)驗(yàn)區(qū)選取

選取閩江的“江河源頭重點(diǎn)生態(tài)公益林區(qū)位”作為典型代表實(shí)驗(yàn)區(qū),“東溪寧化源頭水保護(hù)區(qū)”是閩江發(fā)源地,瀾溪建寧源頭水保護(hù)區(qū)為金溪源頭保護(hù)區(qū)。采用本文的研究方法分析,按照規(guī)則河流發(fā)源地向上一重山脊、向下延伸20km,江河兩側(cè)最大20km以內(nèi)的匯水區(qū),獲得閩江源匯水區(qū)和生態(tài)公益林區(qū)位(圖5)。與土地利用現(xiàn)狀、林地和生態(tài)公益林現(xiàn)狀進(jìn)行比對(duì),數(shù)據(jù)化保護(hù)現(xiàn)狀,分析林地保護(hù)現(xiàn)狀存在的問題；進(jìn)行科學(xué)合理的生態(tài)公益林空間布局與生態(tài)公益林結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究。

圖5 閩江源匯水區(qū)生態(tài)公益林區(qū)位

3.2 土地利用與生態(tài)保護(hù)現(xiàn)狀

閩江源頭匯水區(qū)與“福建省土地變更調(diào)查成果”空間疊加,分析土地利用現(xiàn)狀(表2)；匯水區(qū)與“福建省林地變更調(diào)查成果”進(jìn)行空間疊加,按照林業(yè)分類統(tǒng)計(jì)森林資源信息(表3)。

表2 土地利用現(xiàn)狀

表3 森林資源現(xiàn)狀

3.3 生態(tài)公益林現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)

根據(jù)“福建省林地變更調(diào)查成果”,閩江源匯水區(qū)林地中,屬于國(guó)家級(jí)重點(diǎn)生態(tài)公益林的面積18 107hm2,占林地總面積的35.12%；一般生態(tài)公益林面積13hm2；非生態(tài)公益林面積33 436hm2,占64.85%。閩江源頭起干流兩岸一重山脊以內(nèi)生態(tài)公益林面積5 336hm2,占59.06%；非生態(tài)公益林面積3 698hm2,占林地總面積的40.94%(圖6)。

按照樹種的組成,閩江源匯水區(qū)國(guó)家級(jí)重點(diǎn)生態(tài)公益林中,闊葉樹純林1 264hm2,占6.98%；闊葉樹混交101hm2,占0.56%；針闊混交林7 283hm2,占40.22%；針葉混交林4 103hm2,占22.66%；針葉樹純林2 321hm2,占12.82%；其他3 035hm2占16.76%大部分是經(jīng)濟(jì)林和竹林。干流兩岸一重山脊內(nèi),闊葉樹純林630hm2,占11.81%；闊葉樹混交20hm2,占0.38%；針闊混交林1 930hm2,占36.17%；針葉混交林919hm2,占17.22%；針葉樹純林663hm2,占12.42%；其他的1 173hm2占421.99%同樣以經(jīng)濟(jì)林和竹林為主(圖7)。

圖6 閩江源匯水區(qū)國(guó)家重點(diǎn)生態(tài)公益林結(jié)構(gòu)圖

圖7 干流兩岸一重山脊內(nèi)國(guó)家重點(diǎn)生態(tài)公益林結(jié)構(gòu)圖

3.4 生態(tài)公益林布局結(jié)構(gòu)優(yōu)化

土地利用現(xiàn)狀與森林資源現(xiàn)狀分類上略有不同,總體上土地變更調(diào)查數(shù)據(jù)的林地、灌木林地、草地,加上部分的園地,大體與林地變更調(diào)查的林地面積一致[17-18]。數(shù)據(jù)顯示,閩江源頭匯水區(qū)內(nèi)耕地還占一定的比例,該區(qū)域中閩江干流一層山脊以內(nèi)所占比例也不小；經(jīng)濟(jì)林、竹林共占林地比例14.97%,一重山脊以內(nèi)13.56%,比重偏大。同時(shí)分析可得林地中成過熟林比例超過1/3。閩江源頭重點(diǎn)生態(tài)區(qū)位的生態(tài)公益林在林地中的比例小。已成林的樹種中,闊葉樹樹種特別常綠闊葉樹少,分布零散；針葉樹樹種所占比例較大；經(jīng)濟(jì)林樹種、竹林比重偏大。

流程在500km以上的江河發(fā)源地匯水區(qū),主流與一級(jí)、二級(jí)支流兩岸山地自然地形中的第一層山脊的飲水源地匯水區(qū),是重點(diǎn)防護(hù)區(qū)域[19]。該區(qū)域應(yīng)該盡量減少人為活動(dòng),耕地、經(jīng)濟(jì)林、竹林人工生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)比較頻繁,且以耕地為最,因此,45°以上坡耕地和閩江源區(qū)干流兩岸第一層山脊以內(nèi)除基本農(nóng)田外的耕地應(yīng)該盡量實(shí)施退耕還林等政策；閩江源匯水區(qū)特別是金溪流域一重山脊內(nèi)經(jīng)濟(jì)林、竹林所占比重較大,合計(jì)超過30%,經(jīng)濟(jì)林生態(tài)系統(tǒng)單一、植被單調(diào)、調(diào)節(jié)能力差,經(jīng)濟(jì)林、竹林由于其經(jīng)濟(jì)效益,人工干預(yù)的情況較多,可以適當(dāng)減少將其往有林地方向轉(zhuǎn)變或者嚴(yán)格依照生態(tài)公益林的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行管護(hù)。

老齡化的林分,生態(tài)功能會(huì)逐步下降,視林分實(shí)際生產(chǎn)能力設(shè)計(jì)改造措施；對(duì)于生態(tài)功能低下的疏林、殘次、成過熟林分等,應(yīng)采取補(bǔ)植、封育、逐步更新等措施進(jìn)行修復(fù),提高林分質(zhì)量。

水源涵養(yǎng)林,是以涵養(yǎng)水源、改善水文狀況,防止河流、湖泊、水庫(kù)淤塞,保護(hù)飲用水源為主要目的的森林、林木和灌木[19]。針葉林的生態(tài)功能相對(duì)較弱,福建省特別是閩北的針葉林樹種,一般與林業(yè)生產(chǎn)有關(guān),生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)相對(duì)比較多；混交林由于層次多、冠層厚、根系的合理分布等特點(diǎn),可以有效改善林地環(huán)境條件、增加抗災(zāi)能力、更好地發(fā)揮林地的生態(tài)效益；針闊混交的復(fù)層林貯水能力強(qiáng),最適于水源地[20-23]；常綠闊葉樹生態(tài)功能、防火等抗干擾能力、抗病蟲害能力強(qiáng)[24]。數(shù)據(jù)顯示,閩江水源地針葉樹種比重大,經(jīng)濟(jì)林竹林較多；針闊混交林闊葉樹種比率偏低,在重點(diǎn)防護(hù)區(qū)域內(nèi)應(yīng)該提高闊葉樹比例,重點(diǎn)營(yíng)造針闊混交林為主,其它樹種結(jié)構(gòu)為輔助的喬冠草結(jié)合的立體森林結(jié)構(gòu)?？梢栽谶m當(dāng)?shù)牡胤街鸩窖a(bǔ)植封育更新,逐步改造營(yíng)造成針闊混交林,提高其生態(tài)功能；增加異齡的針闊混交林,豐富生態(tài)公益林樹種,逐步提高生態(tài)公益林的功能等級(jí),提高水源涵養(yǎng)等生態(tài)效益。在分水嶺等合適的地方適當(dāng)營(yíng)造常綠闊葉林[23],按照景觀生態(tài)學(xué)原理逐步連網(wǎng)成片,形成一定的防火抗干擾等防護(hù)效應(yīng)。

對(duì)于水源地和第一重山脊以外的閩江流域核心區(qū),調(diào)動(dòng)廣大群眾保護(hù)和建設(shè)生態(tài)林的積極性,在權(quán)利所有人同意的前提下,擴(kuò)大非規(guī)劃林地范圍,增加生態(tài)公益林比重,在空間分布上調(diào)整連片集中的規(guī)模和布局；改善森林結(jié)構(gòu),開展必要的經(jīng)營(yíng)活動(dòng)的同時(shí),逐步套種、補(bǔ)植闊葉林,逐步指導(dǎo)形成復(fù)層混交林。

4 結(jié)論與討論

閩江流域核心區(qū)土地利用現(xiàn)狀、林地、生態(tài)公益林現(xiàn)狀的分析,將生態(tài)公益林保護(hù)存在的幾個(gè)問題暴露了出來(lái),首先是林業(yè)生產(chǎn)功能與生態(tài)功能矛盾、經(jīng)濟(jì)發(fā)展與林農(nóng)收入矛盾等問題,應(yīng)發(fā)展以生態(tài)公益林協(xié)調(diào)為主導(dǎo)的生態(tài)功能,以可持續(xù)林產(chǎn)業(yè)為輔,增加生態(tài)林比重,優(yōu)化生態(tài)公益林的空間配置,處理好林業(yè)生產(chǎn)與生態(tài)功能的關(guān)系；其次,現(xiàn)有林地特別是生態(tài)公益林林相不夠完美、林分質(zhì)量不高的問題,優(yōu)化林分結(jié)構(gòu)與功能事在必行；再次有農(nóng)、林爭(zhēng)地的問題,城市擴(kuò)展、林區(qū)生態(tài)旅游等人為活動(dòng)與核心區(qū)應(yīng)盡量減少人為活動(dòng)的矛盾,水電站、水庫(kù)的建造與水環(huán)境保護(hù)矛盾,水系上、下游的生態(tài)關(guān)聯(lián)性導(dǎo)致的保護(hù)與利用的矛盾等問題,應(yīng)科學(xué)合理的定位核心區(qū)、安排生態(tài)公益林的空間布局,加強(qiáng)重點(diǎn)區(qū)域生態(tài)保護(hù),發(fā)揮生態(tài)服務(wù)功能。

本文借助地理空間的立體思維,基于DEM地形模擬,河道與實(shí)際情況相符,水文分析客觀、實(shí)際、科學(xué),不受現(xiàn)有條件限制,提取水系流域數(shù)據(jù)快速全面且精確；幾何網(wǎng)絡(luò)分析的拓?fù)溥\(yùn)算規(guī)則與幾何空間相結(jié)合,可推理、可計(jì)算、可追溯,與現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)貼近、效率高；網(wǎng)絡(luò)分析與空間分析結(jié)合,分析比較土地利用現(xiàn)狀、林地現(xiàn)狀、現(xiàn)有生態(tài)公益林的空間分布和生態(tài)公益林結(jié)構(gòu),可以科學(xué)合理反映水功能保護(hù)區(qū)的森林生態(tài)布局現(xiàn)狀；參照土地利用現(xiàn)狀,退耕還林的范圍科學(xué)合理；生態(tài)公益林布局結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案基于林地與生態(tài)公益林現(xiàn)狀問題,方法有效、有針對(duì)性。

本研究在整個(gè)閩江流域核心區(qū)采用的規(guī)則方法與實(shí)驗(yàn)區(qū)采用的方法一致,基礎(chǔ)數(shù)據(jù)都是基于福建省DEM、土地利用現(xiàn)狀與林地現(xiàn)狀等信息,實(shí)驗(yàn)區(qū)采用的方法在閩江流域都行之有效。由于城市擴(kuò)張,水庫(kù)、河漫灘圍墾、山地開發(fā)等對(duì)河道產(chǎn)生影響與各個(gè)不同區(qū)域存在的實(shí)際問題會(huì)有所不同,在局部規(guī)劃設(shè)計(jì)的時(shí)候可以采用實(shí)測(cè)、現(xiàn)勢(shì)數(shù)據(jù),在分析存在的問題基礎(chǔ)上,生態(tài)公益林的布局原則、生態(tài)效益優(yōu)先原則在整個(gè)流域適用。

閩江對(duì)福建生態(tài)安全和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義,在福建省內(nèi)生態(tài)地位非常重要,閩江水系流經(jīng)范圍廣,流域面積大,源區(qū)的破壞影響大半個(gè)福建,生態(tài)公益林的保護(hù)也顯得尤其關(guān)鍵。基于水文、幾何網(wǎng)絡(luò)分析的生態(tài)公益林空間布局研究結(jié)果全面、合理又嚴(yán)謹(jǐn)；對(duì)發(fā)揮森林生態(tài)功能效果顯著,對(duì)加大江河源頭等水源涵養(yǎng)區(qū)核心區(qū)域的生態(tài)公益林保護(hù),提升生態(tài)環(huán)境質(zhì)量等生態(tài)意義重大。本方法在河流水系、水庫(kù)等生態(tài)公益林區(qū)位的林地保護(hù)利用研究與應(yīng)用等方面都合適,為江河湖泊和區(qū)域的生態(tài)保護(hù)研究提供參考。生態(tài)公益林包括防護(hù)林和特種用途林,防護(hù)林的功能與分類,除了涵養(yǎng)水源、鞏固徑流的水源涵養(yǎng)林,還有保土護(hù)坡的水土保持林,防風(fēng)固沙、鞏固堤岸的沿海防護(hù)林、基干林帶,保護(hù)鐵路、公路的三線林,各種隔離防護(hù)作用的防護(hù)林等[23]；特殊用途林有保護(hù)生物多樣性的自然保護(hù)區(qū)林、進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)林等等。在同一個(gè)空間位置可能存在滿足多個(gè)區(qū)位條件的生態(tài)公益林,生態(tài)公益林的布局還需要考慮各不同的區(qū)劃等級(jí)。本文由于篇幅和數(shù)據(jù)獲取等局限尚有不足,隨著“福建省生態(tài)公益林保護(hù)條例”的起草與將來(lái)的發(fā)布與施行,其他方面的后續(xù)研究與推廣,筆者將作為下一步研究方向再作深入探討。

志謝

本文承蒙高兆蔚教授指點(diǎn),特此致謝。

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Distribution of Ecological Non-commercial Forest in Core Area of Minjiang River Basin Based on Hydrologic Analysis and Geometric Network

XU Xueling

(FujianForestInventoryandPlanningInstitute,Fuzhou350003,China)

Ecological status of Minjiang River basin is very important in Fujian Province.The core area,especially source’s protection of ecological non-Commercial forest also is particularly critical.Based on hydrological analysis,geometric network analysis and other mathematical methods and models,this paper will scientifically and effectively search for the core area of the Minjiang River basin:with the hydrological analysis of Fujian topography,the distribution of water system and river basin is simulated,with geometric network analysis to construct a spatial network model and then obtain the catchment basin,combined with the results of Fujian water function regionalization,the core area of the Minjiang River basinwas obtained,scientifically and accurately locate the key ecological functional areas of the Minjiang River basin.On this basis,by means of spatial analysis tools of GIS for spatial overlay it uses the essential data such as land use statusand forest resources status,to analyze the ecological non-commercial forest spatial distribution,forest status and conservation status,to explore the problems of ecological non-commercial forest protection. It also discusses the problems of returning farmland to forest in Minjiang Source,so as to provide the basis for the scientific and reasonable study of the layout of ecological non-commercial forest,and then optimize the distribution of ecological non-commercial forest.

water source,hydrology analysis,geometric network,ecological non-commercial forest,Minjiang River,GIS

2017-07-12；

2017-07-27

福建省科技廳省屬公益類科研專項(xiàng)(2015R1034-1)

許雪玲(1983-),女,福建漳浦人,工程師,學(xué)士,主要從事森林資源管理,林業(yè)信息化和3S技術(shù)在林業(yè)中的應(yīng)用等研究。Email:lign_000@126.com

S727.2；S715

A

1002-6622(2017)04-0142-09

10.13466/j.cnki.lyzygl.2017.04.022