山西沁河上游河岸植被缓冲带综合评价

1、第36卷第1期2012年1月南京林业大学学报(自然科学版Journal of Nanjing Forestry University (Natural Science Edition Vol36,No1Jan,2012收稿日期:20100929修回日期:20111010基金项目:国家林业局“948”项目(2006415第一作者:王劲修,硕士生。*通信作者:齐实,副教授。E-mail :qishibjfueducn 。引文格式:王劲修,齐实,张耀启,等山西沁河上游河岸植被缓冲带综合评价J 南京林业大学学报:自然科学版,2012,36(1:152155山西沁河上游河岸植被缓冲带综合评价王劲修1,齐

2、实1*,张耀启2,王惠1,李林英3,王棣3,余晓燕1,刘劲3(1北京林业大学水土保持学院,北京100083;2School of Forestry and Wildlife Science ,Auburn University ,Alabama Al 35201,USA ;3山西省林业科学研究院,山西太原030012摘要:在对河岸带特性进行调查的基础上,针对我国北方河岸带的特点,从河流健康状况、岸坡稳定性、河岸带土壤条件、河岸带植被条件等4个方面选取16个指标,运用层次分析法,构建了河岸植被缓冲带综合评价体系,并将河岸带生态系统的状态分为4个等级:理想状态、良好状态、一般自然状态和较差状态。运

3、用该体系对山西省沁河的一级支流赤石桥河和紫红河的河岸植被带现状进行评价,结果显示赤石桥河处于“良好状态”,紫红河处于“一般状态”。关键词:河岸植被缓冲带;层次分析法;山西沁河中图分类号:S718文献标志码:A文章编号: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河岸带生态系统具有明显的边缘效应,是地球生物圈中最复杂的生态系统之一1。河岸带生态系统对增加动植物物种种源、提高生物多样性和生态系统生产力、进行水土污染治理和保护、稳定河岸、调节微气候和美化环境、开展旅游活动等均有重要的现实和潜在

8、价值2。作为河岸带生态恢复的重要组成部分,河岸植被缓冲带综合评价指标体系的建立能够为河岸带近自然生态恢复配置模式的构建和管理措施的提出提供科学参考依据。目前在国内有关于河岸带评价的研究报道36,但对于植被带本身的研究还较少。笔者以山西沁河上游作为河岸带重建基础部分的植被缓冲带为对象,运用基于层次分析法(AHP 的评价方法7,构建了适合沁河上游河岸带实际的评价指标体系。1材料与方法研究地选择在山西省沁河的赤石桥河和紫红河,均为沁河的一级支流。其中赤石桥河发源于平遥县东南部五子沟,流域面积为41563hm 2,河长为39km ,河道纵坡14/1000,河床糙率为0024,第1期王劲修,等:山西沁河

9、上游河岸植被缓冲带综合评价河床多为砾石和砂,较为稳定。流域内地貌以土石山区、林区为主,也有少量为土山区和丘陵阶地。流域内气候属暖温带大陆性气候,多年平均降雨量为6577mm,平均气温86,多年平均径流量4500万m3。紫红河发源于沁源县东北部景凤乡的杨家岭,流域面积为394km2,河长为50km,河道纵坡14/1000,河床糙率为0026,河型为顺直型,河床多为砾石和砂,较为稳定。流域内地貌以土石山区,海拔在1100 1642m之间。流域内气候属暖温带大陆性气候,多年平均降雨量为6807 mm,平均气温86,多年平均径流量4300万m3。按照全面普查和重点调查、已有资料收集和实地勘测相结合的方

10、法调查获取评价指标的数据资料。已有资料为现有地图资料(包括河流周边行政区划图、植被分布图、地形地貌图、水利枢纽分布图、气象云图等和已有的统计数据资料(包括水文、气象、自然地理、自然灾害等。除此之外,进行实地测量以获得实时数据。调查内容包括:(1河道特性调查,河流生态状况(河道形态、水质状况;(2河岸特性调查,岸坡特性(岸坡土壤类型、岸坡岩土类型、岸坡结构、岸坡坡度、岸坡高度;(3河岸植被调查,岸坡生物(植物种类、植被密度、植被层次、植被种类丰富度、植被搭配形式、覆盖率、岸边植被间断长度、当地乡土物种覆盖比例;(4人类活动调查,河岸周边土地利用类型(林地、农田、居住地等、河岸周边水土流失情况。选

11、定赤石桥河源头和紫红河源头其中一段河岸作为对象,于2007年3月至4月进行河岸带调查。以横断面为调查尺度,在所要调查的河段内以一定的间距随机布置一定数量的横断面,宽度取30 50m,调查方法主要为样方法和目测估计法。赤石桥河每2km、紫红河每3km作为一个调查断面,最终收集赤石桥河源头的9个断面(1#9#、紫红河源头的4个断面(1#4#的调查数据。2河岸带综合评价指标体系的构建21指标的设定根据对研究地河岸带特性调查的情况,并按照科学性、可表征性、可度量性和可操作性的原则8,从河流健康状况、岸坡稳定性、河岸带土壤条件、河岸带植被条件等4个方面选取16个因子构建河岸植被缓冲带综合评价体系,形成包

12、括目标层、指数层、指标层的层次结构(表1。表1河岸植被缓冲带评价指标标准Table1The evaluation criteria of riparian vegetation buffer指标分值score河流健康状况river health岸坡稳定性bank stability土壤条件edaphiccondition植被条件vegetation status河道渠化弯曲程度基底物质组成浮游植物角度/(侵蚀度/%植被密度/%土壤质地土壤结构植被带宽度/m纵向连续性/%植被层次/层物种多样性乡土物种覆盖比例/%植被覆盖度/%遮阴率/%4级4 5级级151080级级1010435758560 3

13、级3 4级级15 3010 4050 80级级5 1010 30325 3550 7555 8530 60 2级2 3级级30 4540 7025 50级级1 530 60215 2525 5025 5510 30 1级1 2级级457025级级160单流健康状况(1河道渠化:河道渠化是指对河道进行包括人工裁弯、缩窄河床和固化河岸等人为影响措施,会在一定程度上影响河流流态、生境等。将河道渠化程度分为4个等级:级无渠化和淤积,河流保持自然状态;级存在少量拓宽、挖深河道等现象,无明显渠化;级存在部分渠化,两岸筑有堤坝;级渠化严重,河岸、河床都已渠化。(2弯曲程度:河道蜿蜒

14、性作为河流的重要特征,有利于形成多样的生境,在保护生态资源的同时,也增加了河水的自我净化功能。弯曲率为河道的长度与其直线距离之比值,一般在1 5之间,顺直河道弯曲率为10 12,而弯曲率12 50的称为弯曲河道。(3基底物质组成:主要是指细小的泥沙和淤泥在河流底部物质中所占的比例,也可以理解为河流底部的岩石之间是否被细小的泥沙和淤泥所填满。河流中的鱼类和水生生物大多寄居在岩石之间的空隙中,如果河流基底物质中有大量的细小的泥沙和淤泥将岩石间的空隙填满,则会使鱼类和水生生物失去生存空间。基底物质组成的等级划分为:级河流底部基本没有细小泥沙或淤泥包围岩石;级岩石部分被细小泥沙或淤泥包裹,但较易分离;

15、级大部分岩石已被细沙和淤泥包裹,且较难分离;级岩石已深陷入细沙和淤泥中,基本不可见。(4浮游植物:通常是指浮游藻类,浮游藻类可以看作是否有大量营养物质进入水体的标志。浮游植物的分解需要消耗水中大量的溶解氧,当大351南京林业大学学报(自然科学版第36卷量耗氧导致其缺氧发生死亡时,河流水质会迅速恶化变黑,影响河流生态环境。将浮游植物的状况划分为:级基本没有浮游植物;级有少量浮游植物且都在水面以下;级浮游植物很多,且主要在水面以上;级水面上存在大量浮游植物。212岸坡稳定性(1岸坡角度:坡度首先是影响河道对洪水的调蓄能力,岸坡越平缓,经过河岸带的地表径流的速度能得到有效减缓,其携带的悬浮颗粒物的沉

16、降越明显,截留效果越好,反之截留效果较差。坡度越陡越容易受地表径流的冲刷而产生失稳现象(2岸坡侵蚀度:以侵蚀区域所占比例表示。侵蚀程度越大,岸坡越容易失稳发生垮塌,从而破坏河岸带的结构和生态功能的发挥。(3岸坡植被密度:这里专指位于斜坡上的植被密度。如果岸坡上的植被稀疏甚至没有植被,岸坡就不能起到减缓水流流速的作用,进而导致侵蚀的发生,影响岸坡的稳定。茂密的岸坡植被不仅能够有效过滤泥沙和污染物质,而且能够为河流内的鱼类和水生生物输送营养物质。213河岸带土壤条件(1土壤质地:表示土壤颗粒的粗糙或细致程度,是指土壤中不同大小直径的矿物颗粒,如沙土、粉状土、黏土的组合状况。分级标准为:级黏壤土,稳

17、定,有黏性;级粉砂壤,晶粒基本不可见,有少量黏性;级粉状土,晶粒稍可见,易被碾碎,较稳定;级砂壤,晶粒可见,未成团,不稳定。(2土壤结构:是指沙土、粉土、黏土在土壤中的胶结形式,即土壤团聚体的状态。一般认为,团聚体多是土壤肥沃的标志之一。分级标准为:级土壤团聚体呈颗粒状,直径小于1cm,胶结较好;级团聚体呈片状;级团聚体呈块状,边缘呈棱角状,直径6 8cm;级呈柱状,直径大于10cm。214河岸带植被条件(1河岸带宽度:宽度范围是从岸坡的最上端直至植被明显变化的边界。该指标表征了河岸带生境横向联通的自然性。(2纵向连续性:连续性是反映廊道如何连接以及在空间上连续的程度,河岸植被间断的部分或者河

18、岸上形成的冲沟、小溪等会成为沉积物或污染物质更快速的进入河流水体的通道。用间断分布面积占河岸带单位固定面积的比例来表示。(3植被覆盖度:植被覆盖度高意味着有较多的根系和枯落物来截留和过滤地表径流中所携带的沉积物和污染物,植被越密集,过滤效果越好。(4物种多样性:用Shannon-Wiener多样性指数表示物种多样性。该指标是对群落结构和功能复杂性的一种度量,反映出植被群落所处的组织水平。(5植被层次:植被的层次主要指河岸带植物中乔木、灌木和草本植物分别所占的比例和搭配形式。(6乡土物种覆盖比例:河岸带植被中土著种越多,河岸带看上去就越接近天然状态,其生态功能也就越强。(7遮阴率:当阳光直射河流

19、水面时,计算阴影面积占整个水面总面积的比例来表示植被的遮阴率。河岸带植被的林冠层能够为河流提供遮蔽,从而降低河流的温度。保持较低的温度对河流生态系统十分重要,因为一些鱼类无法在温暖的水环境中生存,过高的水温还会增加污染物质对水质的负面影响。此外,遮阴率越高,植被的根系越发达,岸坡稳定性就越强。22权重计算各指标因子权重的计算是整个评价过程中关键的一步,权系数的大小分配是否合理是关系到评价成果是否合理的关键。221构造判断矩阵根据已构建的评价层次结构,对指数层中的各指标的重要性做两两比较,以1 9标度法7表示重要值,即:1比较的两个指标同等重要;3一个指标比另一指标稍重要;5一个指标比另一指标明

20、显重要;7一个指标比另一指标强烈重要;9一个指标比另一指标绝对重要;2、4、6、8前述相邻判断的中间级别,需要折中时采用。由此构成判断矩阵。根据判断矩阵,求出最大特征根max所对应的特征向量,所求的特征向量即为各评价因素重要性排序,也就是权重分配。222一致性检验一致性检验的方法是通过计算判断矩阵的随机一致性比率(CR来检验,即:CR=CI/RI,当CR01时即可认为判断矩阵具有满意的一致性,说明权重分配是合理的。CI称为判断矩阵的一般一致性指标:CI=(maxn/(n1。RI称为判断矩阵的平均一致性指标,对于1 9阶矩阵,RI值分别为1(000、2(000、3(0.58、4(090、5(11

21、2、6(124、7(132、8(1.41、9(145。指数层的计算如下:F=mi=1fiDi。451第1期王劲修,等:山西沁河上游河岸植被缓冲带综合评价式中:F为指数层中某个指数的评价值;fi为指标层中第i个指标的评分值;Di为指标层中第i个指标的权重;m为指标层中指标的个数。将同一层次的各个指标加权平均算得上一层次的某一指标的评价值,逐层计算,最终得到目标层的综合评价值。4个指数层值加权,即得到河岸带生态状况综合评价的评分值,记为S。S36表示缓冲带处于“理想状态”;25S36,表示“良好状态”;15S25表示“一般状态”;S15表示“较差状态”。3沁河上游河岸带综合评价结果河岸带土壤条件指数层中的2个二级指标土壤质地和土壤结构的重要性视为相同,权重均为05。通过对河流健康状况、岸坡稳定性、河岸带植被条件3个指数层下的各个指标构造的判断矩阵最大特征根的求解,其最大特征根max1=4,max2=3,max3=7,对其对应的特征向量标准化和归一化,得到指标层各指标的权重。对于各指数层,max=n,表明判断矩阵均具有满意的一致性。指数层及指标层的权重见表2。根据沁河上游河岸带调查的结果,赤石桥河9个断面的综合评分值的平均值为334,所处等级为“良好”,紫红河4个断面的综合评分值的平均值为257,仅处于“一般”状态。表2河岸带综合评价各指标权重值Table2W