山西沁河上游河岸植被緩沖帶綜合評價

1、第36卷第1期2012年1月南京林業(yè)大學學報(自然科學版Journal of Nanjing Forestry University (Natural Science Edition Vol36,No1Jan,2012收稿日期:20100929修回日期:20111010基金項目:國家林業(yè)局“948”項目(2006415第一作者:王勁修,碩士生。*通信作者:齊實,副教授。E-mail :qishibjfueducn 。引文格式:王勁修,齊實,張耀啟,等山西沁河上游河岸植被緩沖帶綜合評價J 南京林業(yè)大學學報:自然科學版,2012,36(1:152155山西沁河上游河岸植被緩沖帶綜合評價王勁修1,齊

2、實1*,張耀啟2,王惠1,李林英3,王棣3,余曉燕1,劉勁3(1北京林業(yè)大學水土保持學院,北京100083;2School of Forestry and Wildlife Science ,Auburn University ,Alabama Al 35201,USA ;3山西省林業(yè)科學研究院,山西太原030012摘要:在對河岸帶特性進行調(diào)查的基礎(chǔ)上,針對我國北方河岸帶的特點,從河流健康狀況、岸坡穩(wěn)定性、河岸帶土壤條件、河岸帶植被條件等4個方面選取16個指標,運用層次分析法,構(gòu)建了河岸植被緩沖帶綜合評價體系,并將河岸帶生態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)分為4個等級:理想狀態(tài)、良好狀態(tài)、一般自然狀態(tài)和較差狀態(tài)。運

3、用該體系對山西省沁河的一級支流赤石橋河和紫紅河的河岸植被帶現(xiàn)狀進行評價,結(jié)果顯示赤石橋河處于“良好狀態(tài)”,紫紅河處于“一般狀態(tài)”。關(guān)鍵詞:河岸植被緩沖帶;層次分析法;山西沁河中圖分類號:S718文獻標志碼:A文章編號:10002006(201201015204Comprehensive evaluation of riparian buffer strips on the upper reachesof the Qin river ,Shanxi provinceWANG Jinxiu 1,QI Shi 1*,ZHANG Yaoqi 2,WANG Hui 1,LI Linying 3,WANG

4、 Di 3,YU Xiaoyan 1,LIU Jin3(1College of Soil and Water Conservation ,Beijing Forestry University ,Beijing 100083,China ;2School of Forestry and Wildlife Sciences ,Auburn University ,Alabama Al 35201,USA ;3Shanxi Academy of Forestry ,Taiyuan 030012,China Abstract :A comprehensive evaluation index sys

5、tem of the riparian buffer strips was constructed by using analytical hier-archy process (AHP based on the result of field survey on riparian ,according to the characteristics of riparian zone in northern ChinaThis index system offered 16indicators according to the river health ,bank stability ,edap

6、hic condition and vegetation statusThe ecological riparian zone system states could be divided into four grades :perfect ,good ,nor-mal and worseThe index system was used to evaluate the riparian buffer both first-level tributaries of Chishiqiao and Zi-hong rivers of the Qin river ,and the result sh

7、owed that Chishiqiao river was in “good ”condition while Zihong river was in “normal ”conditionKey words :riparian buffers ;analytic hierarchy process (AHP ;Qin river in Shanxi province河岸帶生態(tài)系統(tǒng)具有明顯的邊緣效應(yīng),是地球生物圈中最復雜的生態(tài)系統(tǒng)之一1。河岸帶生態(tài)系統(tǒng)對增加動植物物種種源、提高生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力、進行水土污染治理和保護、穩(wěn)定河岸、調(diào)節(jié)微氣候和美化環(huán)境、開展旅游活動等均有重要的現(xiàn)實和潛在

8、價值2。作為河岸帶生態(tài)恢復的重要組成部分,河岸植被緩沖帶綜合評價指標體系的建立能夠為河岸帶近自然生態(tài)恢復配置模式的構(gòu)建和管理措施的提出提供科學參考依據(jù)。目前在國內(nèi)有關(guān)于河岸帶評價的研究報道36,但對于植被帶本身的研究還較少。筆者以山西沁河上游作為河岸帶重建基礎(chǔ)部分的植被緩沖帶為對象,運用基于層次分析法(AHP 的評價方法7,構(gòu)建了適合沁河上游河岸帶實際的評價指標體系。1材料與方法研究地選擇在山西省沁河的赤石橋河和紫紅河,均為沁河的一級支流。其中赤石橋河發(fā)源于平遙縣東南部五子溝,流域面積為41563hm 2,河長為39km ,河道縱坡14/1000,河床糙率為0024,第1期王勁修,等:山西沁河

9、上游河岸植被緩沖帶綜合評價河床多為礫石和砂,較為穩(wěn)定。流域內(nèi)地貌以土石山區(qū)、林區(qū)為主,也有少量為土山區(qū)和丘陵階地。流域內(nèi)氣候?qū)倥瘻貛Т箨懶詺夂?多年平均降雨量為6577mm,平均氣溫86,多年平均徑流量4500萬m3。紫紅河發(fā)源于沁源縣東北部景鳳鄉(xiāng)的楊家?guī)X,流域面積為394km2,河長為50km,河道縱坡14/1000,河床糙率為0026,河型為順直型,河床多為礫石和砂,較為穩(wěn)定。流域內(nèi)地貌以土石山區(qū),海拔在1100 1642m之間。流域內(nèi)氣候?qū)倥瘻貛Т箨懶詺夂?多年平均降雨量為6807 mm,平均氣溫86,多年平均徑流量4300萬m3。按照全面普查和重點調(diào)查、已有資料收集和實地勘測相結(jié)合的方

10、法調(diào)查獲取評價指標的數(shù)據(jù)資料。已有資料為現(xiàn)有地圖資料(包括河流周邊行政區(qū)劃圖、植被分布圖、地形地貌圖、水利樞紐分布圖、氣象云圖等和已有的統(tǒng)計數(shù)據(jù)資料(包括水文、氣象、自然地理、自然災害等。除此之外,進行實地測量以獲得實時數(shù)據(jù)。調(diào)查內(nèi)容包括:(1河道特性調(diào)查,河流生態(tài)狀況(河道形態(tài)、水質(zhì)狀況;(2河岸特性調(diào)查,岸坡特性(岸坡土壤類型、岸坡巖土類型、岸坡結(jié)構(gòu)、岸坡坡度、岸坡高度;(3河岸植被調(diào)查,岸坡生物(植物種類、植被密度、植被層次、植被種類豐富度、植被搭配形式、覆蓋率、岸邊植被間斷長度、當?shù)剜l(xiāng)土物種覆蓋比例;(4人類活動調(diào)查,河岸周邊土地利用類型(林地、農(nóng)田、居住地等、河岸周邊水土流失情況。選

11、定赤石橋河源頭和紫紅河源頭其中一段河岸作為對象,于2007年3月至4月進行河岸帶調(diào)查。以橫斷面為調(diào)查尺度,在所要調(diào)查的河段內(nèi)以一定的間距隨機布置一定數(shù)量的橫斷面,寬度取30 50m,調(diào)查方法主要為樣方法和目測估計法。赤石橋河每2km、紫紅河每3km作為一個調(diào)查斷面,最終收集赤石橋河源頭的9個斷面(1#9#、紫紅河源頭的4個斷面(1#4#的調(diào)查數(shù)據(jù)。2河岸帶綜合評價指標體系的構(gòu)建21指標的設(shè)定根據(jù)對研究地河岸帶特性調(diào)查的情況,并按照科學性、可表征性、可度量性和可操作性的原則8,從河流健康狀況、岸坡穩(wěn)定性、河岸帶土壤條件、河岸帶植被條件等4個方面選取16個因子構(gòu)建河岸植被緩沖帶綜合評價體系,形成包

12、括目標層、指數(shù)層、指標層的層次結(jié)構(gòu)(表1。表1河岸植被緩沖帶評價指標標準Table1The evaluation criteria of riparian vegetation buffer指標分值score河流健康狀況river health岸坡穩(wěn)定性bank stability土壤條件edaphiccondition植被條件vegetation status河道渠化彎曲程度基底物質(zhì)組成浮游植物角度/(侵蝕度/%植被密度/%土壤質(zhì)地土壤結(jié)構(gòu)植被帶寬度/m縱向連續(xù)性/%植被層次/層物種多樣性鄉(xiāng)土物種覆蓋比例/%植被覆蓋度/%遮陰率/%4級4 5級級151080級級1010435758560 3

13、級3 4級級15 3010 4050 80級級5 1010 30325 3550 7555 8530 60 2級2 3級級30 4540 7025 50級級1 530 60215 2525 5025 5510 30 1級1 2級級457025級級160單流健康狀況(1河道渠化:河道渠化是指對河道進行包括人工裁彎、縮窄河床和固化河岸等人為影響措施,會在一定程度上影響河流流態(tài)、生境等。將河道渠化程度分為4個等級:級無渠化和淤積,河流保持自然狀態(tài);級存在少量拓寬、挖深河道等現(xiàn)象,無明顯渠化;級存在部分渠化,兩岸筑有堤壩;級渠化嚴重,河岸、河床都已渠化。(2彎曲程度:河道蜿蜒

14、性作為河流的重要特征,有利于形成多樣的生境,在保護生態(tài)資源的同時,也增加了河水的自我凈化功能。彎曲率為河道的長度與其直線距離之比值,一般在1 5之間,順直河道彎曲率為10 12,而彎曲率12 50的稱為彎曲河道。(3基底物質(zhì)組成:主要是指細小的泥沙和淤泥在河流底部物質(zhì)中所占的比例,也可以理解為河流底部的巖石之間是否被細小的泥沙和淤泥所填滿。河流中的魚類和水生生物大多寄居在巖石之間的空隙中,如果河流基底物質(zhì)中有大量的細小的泥沙和淤泥將巖石間的空隙填滿,則會使魚類和水生生物失去生存空間。基底物質(zhì)組成的等級劃分為:級河流底部基本沒有細小泥沙或淤泥包圍巖石;級巖石部分被細小泥沙或淤泥包裹,但較易分離;

15、級大部分巖石已被細沙和淤泥包裹,且較難分離;級巖石已深陷入細沙和淤泥中,基本不可見。(4浮游植物:通常是指浮游藻類,浮游藻類可以看作是否有大量營養(yǎng)物質(zhì)進入水體的標志。浮游植物的分解需要消耗水中大量的溶解氧,當大351南京林業(yè)大學學報(自然科學版第36卷量耗氧導致其缺氧發(fā)生死亡時,河流水質(zhì)會迅速惡化變黑,影響河流生態(tài)環(huán)境。將浮游植物的狀況劃分為:級基本沒有浮游植物;級有少量浮游植物且都在水面以下;級浮游植物很多,且主要在水面以上;級水面上存在大量浮游植物。212岸坡穩(wěn)定性(1岸坡角度:坡度首先是影響河道對洪水的調(diào)蓄能力,岸坡越平緩,經(jīng)過河岸帶的地表徑流的速度能得到有效減緩,其攜帶的懸浮顆粒物的沉

16、降越明顯,截留效果越好,反之截留效果較差。坡度越陡越容易受地表徑流的沖刷而產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象(2岸坡侵蝕度:以侵蝕區(qū)域所占比例表示。侵蝕程度越大,岸坡越容易失穩(wěn)發(fā)生垮塌,從而破壞河岸帶的結(jié)構(gòu)和生態(tài)功能的發(fā)揮。(3岸坡植被密度:這里專指位于斜坡上的植被密度。如果岸坡上的植被稀疏甚至沒有植被,岸坡就不能起到減緩水流流速的作用,進而導致侵蝕的發(fā)生,影響岸坡的穩(wěn)定。茂密的岸坡植被不僅能夠有效過濾泥沙和污染物質(zhì),而且能夠為河流內(nèi)的魚類和水生生物輸送營養(yǎng)物質(zhì)。213河岸帶土壤條件(1土壤質(zhì)地:表示土壤顆粒的粗糙或細致程度,是指土壤中不同大小直徑的礦物顆粒,如沙土、粉狀土、黏土的組合狀況。分級標準為:級黏壤土,穩(wěn)

17、定,有黏性;級粉砂壤,晶?；静豢梢?有少量黏性;級粉狀土,晶粒稍可見,易被碾碎,較穩(wěn)定;級砂壤,晶?？梢?未成團,不穩(wěn)定。(2土壤結(jié)構(gòu):是指沙土、粉土、黏土在土壤中的膠結(jié)形式,即土壤團聚體的狀態(tài)。一般認為,團聚體多是土壤肥沃的標志之一。分級標準為:級土壤團聚體呈顆粒狀,直徑小于1cm,膠結(jié)較好;級團聚體呈片狀;級團聚體呈塊狀,邊緣呈棱角狀,直徑6 8cm;級呈柱狀,直徑大于10cm。214河岸帶植被條件(1河岸帶寬度:寬度范圍是從岸坡的最上端直至植被明顯變化的邊界。該指標表征了河岸帶生境橫向聯(lián)通的自然性。(2縱向連續(xù)性:連續(xù)性是反映廊道如何連接以及在空間上連續(xù)的程度,河岸植被間斷的部分或者河

18、岸上形成的沖溝、小溪等會成為沉積物或污染物質(zhì)更快速的進入河流水體的通道。用間斷分布面積占河岸帶單位固定面積的比例來表示。(3植被覆蓋度:植被覆蓋度高意味著有較多的根系和枯落物來截留和過濾地表徑流中所攜帶的沉積物和污染物,植被越密集,過濾效果越好。(4物種多樣性:用Shannon-Wiener多樣性指數(shù)表示物種多樣性。該指標是對群落結(jié)構(gòu)和功能復雜性的一種度量,反映出植被群落所處的組織水平。(5植被層次:植被的層次主要指河岸帶植物中喬木、灌木和草本植物分別所占的比例和搭配形式。(6鄉(xiāng)土物種覆蓋比例:河岸帶植被中土著種越多,河岸帶看上去就越接近天然狀態(tài),其生態(tài)功能也就越強。(7遮陰率:當陽光直射河流

19、水面時,計算陰影面積占整個水面總面積的比例來表示植被的遮陰率。河岸帶植被的林冠層能夠為河流提供遮蔽,從而降低河流的溫度。保持較低的溫度對河流生態(tài)系統(tǒng)十分重要,因為一些魚類無法在溫暖的水環(huán)境中生存,過高的水溫還會增加污染物質(zhì)對水質(zhì)的負面影響。此外,遮陰率越高,植被的根系越發(fā)達,岸坡穩(wěn)定性就越強。22權(quán)重計算各指標因子權(quán)重的計算是整個評價過程中關(guān)鍵的一步,權(quán)系數(shù)的大小分配是否合理是關(guān)系到評價成果是否合理的關(guān)鍵。221構(gòu)造判斷矩陣根據(jù)已構(gòu)建的評價層次結(jié)構(gòu),對指數(shù)層中的各指標的重要性做兩兩比較,以1 9標度法7表示重要值,即:1比較的兩個指標同等重要;3一個指標比另一指標稍重要;5一個指標比另一指標明

20、顯重要;7一個指標比另一指標強烈重要;9一個指標比另一指標絕對重要;2、4、6、8前述相鄰判斷的中間級別,需要折中時采用。由此構(gòu)成判斷矩陣。根據(jù)判斷矩陣,求出最大特征根max所對應(yīng)的特征向量,所求的特征向量即為各評價因素重要性排序,也就是權(quán)重分配。222一致性檢驗一致性檢驗的方法是通過計算判斷矩陣的隨機一致性比率(CR來檢驗,即:CR=CI/RI,當CR01時即可認為判斷矩陣具有滿意的一致性,說明權(quán)重分配是合理的。CI稱為判斷矩陣的一般一致性指標:CI=(maxn/(n1。RI稱為判斷矩陣的平均一致性指標,對于1 9階矩陣,RI值分別為1(000、2(000、3(0.58、4(090、5(11

21、2、6(124、7(132、8(1.41、9(145。指數(shù)層的計算如下:F=mi=1fiDi。451第1期王勁修,等:山西沁河上游河岸植被緩沖帶綜合評價式中:F為指數(shù)層中某個指數(shù)的評價值;fi為指標層中第i個指標的評分值;Di為指標層中第i個指標的權(quán)重;m為指標層中指標的個數(shù)。將同一層次的各個指標加權(quán)平均算得上一層次的某一指標的評價值,逐層計算,最終得到目標層的綜合評價值。4個指數(shù)層值加權(quán),即得到河岸帶生態(tài)狀況綜合評價的評分值,記為S。S36表示緩沖帶處于“理想狀態(tài)”;25S36,表示“良好狀態(tài)”;15S25表示“一般狀態(tài)”;S15表示“較差狀態(tài)”。3沁河上游河岸帶綜合評價結(jié)果河岸帶土壤條件指數(shù)層中的2個二級指標土壤質(zhì)地和土壤結(jié)構(gòu)的重要性視為相同,權(quán)重均為05。通過對河流健康狀況、岸坡穩(wěn)定性、河岸帶植被條件3個指數(shù)層下的各個指標構(gòu)造的判斷矩陣最大特征根的求解,其最大特征根max1=4,max2=3,max3=7,對其對應(yīng)的特征向量標準化和歸一化,得到指標層各指標的權(quán)重。對于各指數(shù)層,max=n,表明判斷矩陣均具有滿意的一致性。指數(shù)層及指標層的權(quán)重見表2。根據(jù)沁河上游河岸帶調(diào)查的結(jié)果,赤石橋河9個斷面的綜合評分值的平均值為334,所處等級為“良好”,紫紅河4個斷面的綜合評分值的平均值為257,僅處于“一般”狀態(tài)。表2河岸帶綜合評價各指標權(quán)重值Table2W