沂蒙山区森林植被动态变化及其对生态环境的影响

摘要：随着全球经济的不断发展以及生态危机事件的频繁发生，人们渐渐认识到自身生存及发展与生态环境息息相关；沂蒙山区是山东鲁南地区的重要地理单元，该区域森林植被的动态变化对鲁南地区的生态环境有重要影响。本文概述了国内外对森林植被动态变化及其引起生态环境变化的研究现状与存在问题，在此基础上对沂蒙山区的森林植被动态变化及其对生态环境的影响研究进行了综述；结合存在的问题，提出了对沂蒙山区森林植被动态变化未来深入研究的方向。

关键词：沂蒙山区；森林植被动态；生态环境

引言

森林植被对人类和社会的生存与发展起着至关重要的作用。森林植被通过自身的光合作用调节全球的碳氧平衡，缓解全球温室效应；通过蒸腾作用以及对水分的调蓄作用来调节全球水循环；通过对气流的阻挡与水土保持作用而改善生态环境。但是，随着全球气候变化与人类经济活动的发展，森林植被大面积减少，对生态环境产生了重要影响。以黄土高原为例，由于人为的破坏，导致该区域的土壤侵蚀加剧； 水、旱灾情加重；土地退化和沙漠化；生物多样性进一步减少。

本研究可以为沂蒙山区生态系统的可持续发展进行服务；为沂蒙山区森林的开发和管理提供方向；为当地森林植被的保护提供依据。

一、研究区域概况

沂蒙山区位于山东省南部，地处34°6′ˊN-36°36′N， 116°34′E-119°37′E之间，是山东省的一个重要地理单元，总面积为31695.15 km2 ， 约占山东省总面积的20.18%。本区受断块构造的控制， 形成了自西南向东北岭谷相间排列的地貌格局，地势由西北向东南降低。全区主要地貌类型有中低山地、丘陵 、山间平原或盆地以及冲积平原等。其中，蒙山、鲁山和沂山海拔均逾1000m。全区气候属于暖温带大陆性季风气候，四季分明、光照充足、气候温和、雨量集中，年均气温12-13.3℃左右，年总降水量 680-860mm ，是山东省降水量最多的地区。主要河流有沂河、沭河、泗河、薛河以及东部沿海傅疃河。土壤以棕壤和褐土为主，土壤类型丰富， 棕壤与褐土两大土类交错分布。植被覆盖率85%-90%，主要为落叶阔叶与针叶混交林。

二、 国内外森林植被变化研究进展

（一）国外研究状况

1.森林植被动态变化的研究

有学者对比全球陆地有、无植被覆盖时，气候和大气环流的变化。结果表明， 陆面植被覆盖的变化会改变地表能量通量的收支，从而影响气候和大气环流；还会向上延伸影响到对流层的中高层；影响全球的气流运动、气温与降水。无植被覆盖时，赤道与中纬度地区降水减少，副热带地区降水多；反之，副热带地区气候变干，亚非地区受夏季风影响减弱[1]。高甲荣等学者评述了国外森林水文的研究进展，阐述了森林植被在改善小区域生态环境等方面具有重要影响 [2]。

赵建军对北美洲阿巴拉契亚山区进行了研究得出结论为此区域在过去25年里，不同土地覆盖类型的NDVI出现了下降的趋势；其中常绿林和落叶林的下降趋势最大 [3]。NDVI受经纬度与气温、降水影响；NDVI与气温和降水有很大的相关且有滞后性，在春秋季节最为显著[3]。梁博毅等学者分析了1982-2012年间的亚马孙热带雨林区域以及雨林内部的植被变化。该区域叶面积指数在此期间整体上呈现波动变化，在2000年后LAI先降低后升高之后趋于稳定；东南部地区降低明显；其他地区不同时间段内热带雨林的面积交替出现扩展或收缩[4]。

邹大林等学者对埃塞俄比亚的林业发展现状进行了研究，并分析了其林业落后的原因；研究涉及到该国家中森林资源的变化情况：自18世纪以来，森林面积一直减少；在1990-2010年之间，森林面积平均每年减少0.93%[5]。

东南亚（印度支那半岛）的植被研究情况并不被人们所熟知，有学者从生态学角度对该区域的植被进行研究，总结出该区域在植被分类上包括七个主要的陆生及湿地的森林植被类型。马迪、刘征雨等学者利用模拟实验得出东亚季风区森林覆盖度增加对局地气候的短期影响：森林覆盖度增加后，蒸散作用增强、空气中水汽含量增加，使该区降水量增加；此外，森林覆盖度增加降低了地表反照率，造成地表反射短波辐射减少，是气温降低的原因[6]。

韩佶兴对于东北亚地区2000-2011年12年间的植被覆盖度变化进行了研究，表明朝鲜、日本，中国的东北地区，俄罗斯境内的斯塔诺夫山脉（外兴安岭）、锡霍特山脉年最大植被覆盖度最高，可达80%；而东蒙古高原区植被覆盖度最低，仅为20%左右[7]。东北亚地区植被覆盖度大小与地形关系显著，山地高于平原区。针阔混交林、阔叶林、针叶林三种森林类型植被的年最大植被覆盖度整体都呈轻微下降趋势，其中针阔混交林下降趋势最为明显，下降了2.31%；针叶林变化率最小，降低了0.99%[7]。

2.森林植被动态变化对生态环境影响的研究

季劲均、马迪等学者分别从全球尺度与区域尺度研究植被变化对生态环境的影响，都表明了森林植被覆盖增加会影响蒸腾作用和地表粗糙度，二者共同作用导致降水增加；植被覆盖度改变反照率影响地表能量收支从而影响气温的变化[1][6]。但是在不同的地区和范围，受不同因素影响也会出现升温或降温的可能。从全球范围和长时间尺度来看，植被分布的存在使得热带和中高纬度因为气流的变化，降水凝结潜热加热增强，三圈环流加强，副热带变得更干；而在纬向上，若无植被，海陆热力性差异大，夏季风增强，季风降水也增多；而植被存在使亚非夏季风减弱[1]。从区域范围和短时间内来看，森林植被覆盖度的提高会降低东亚地区的年平均气温及降水量增加；海域附近的氣温在冬季会因森林阻挡作用而升高[6]。

关于国外森林植被变化对生态环境影响的研究，有学者从森林水文方面进行研究，指出森林植被能够涵养水源、调节水量，降低洪峰、增加枯水期水流量；森林植被覆盖的增加能减少径流泥沙、延缓径流回流速率、改善水质[2]。同时森林植被变化对某一区域降水的影响不明显，而且增加森林覆盖率会减少流域产水量。

（二）国内研究状况

1.森林植被动态变化研究

我国森林资源有限且森林资源破坏严重。为了保护我们赖以生存的环境、维持社会的可持续发展，众多学者也对我国的森林植被变化进行了多方面的研究，并取得了一系列成果。

王思远等学者的研究表明林地分布的总态势为：大致以大兴安岭—吕梁山—青藏高原东南缘一线是林地分布集中区[8]。中国的森林植被受纬度、海陆位置和地形地势的影响，分别呈现出南北方向、由沿海向内陆和垂直方向上的有规律性变化。5年间我国植被变化幅度并不太大，但总趋势是植被覆盖减少；特别是东北植被减少较多，而西南部相对变化较小[8]。宋庆丰对中国近40多年的森林资源变迁与生态功能变化进行了研究，表明我国的森林生态功能呈现出先降低后升高的趋势，但森林面积持续减少[19]

除了对我国森林变化的总体研究，也有众多的学者对我国东北、东南和西南三大主要林区的森林植被动态变化进行了研究。有学者对东北地区的森林植被变化进行了研究，研究时间范围从10a-90a不等，得出东北地区自1896年以来森林植被面积一直呈下降趋势，近20多年以来下降的趋势有所减缓[10]。从多个研究角度来看，我国东北地区的森林植被面积呈现缓慢地减少趋势。

对于我国东南部森林植被的研究主要集中于其对气候变化的响应，东南部森林植被的NDVI与气温有显著的相关性，并且在春夏季呈现增长趋势；而降水对其影响并不显著。总体上来讲，东南地区的森林群落呈正向演替，植被生长期延长，森林植被保护良好[11]。

关于西南地区森林植被，学者们从多个角度作了研究：一是从历史地理的角度来看，贵州与渝东南的森林面积在历史时期持续减少 [12]；二是从自然地理学角度看，对云南地区的森林植被演替进行了较长时间尺度的研究，对过去的森林植被进行重建，表明该区域的植被是由常绿、落叶阔叶混交林演替到现今覆盖于地表的针叶林与针阔混交林；三是从生态学角度研究了西双版纳等热带地区的森林植被群落，提出该区域主要由六种热带植被型和一种暖热带植被型组成。

2.森林植被动态变化对生态环境影响的研究

森林植被与生态环境相互影响、相互制约；森林的变化必然引起其周围环境的变化。我国的学者针对森林变化而引起的生态环境变化研究主要集中于对空气质量、水环境及水土保持的影响。

森林植被的变化对于空气质量产生重要的影响。森林植被能通过释放负氧离子起到降尘、杀菌、调节小气候作用；调控空气中PM2.5的含量。携带粉尘的气流流经林冠层由于树叶的阻挡使得粉尘落于地表或附着于树叶表面从而起到降尘滞尘的作用。对于PM2.5的调控会通过直接与间接两种方式，利用叶面的气孔吸收作用、荫蔽和自身的蒸发散作用来吸收污染物，截留携带型颗粒；降低温度从而降低化学反应减少产生的次级污染。通过对城市的PM2.5的调控研究不难发现，森林植被的增加削弱了PM2.5和PM10在一天内的峰值，使其变化现象尤其在夏季和秋季最为明显。

通过对区域研究发现，森林植被的截留作用对林内降水进行再分配，起到涵养水源的作用[13]；减轻降水与滴水对土壤的侵蚀，对土壤结构进行改良，增加土壤的孔隙度；植被根系的阻挡作用起到了水土保持的作用。流域内植被覆盖率的提高使流域产沙量少，降低了大气降水中的酸性环境，改善水质；削减洪峰，延长汇流的时间，使得河水的径流保持稳定[14]。

（三）存在问题

在不同的时间尺度上对于植被动态变化研究的方法和依据有所不同；短时间尺度内（1-10a）对于主要依赖于遥感的定位观测与控制实验；中等时间尺度（100-1000a）主要依靠是树木年轮和历史文献；更长时间尺度则需要动植物残体和孢粉等证据。然而大多数学者对于森林植被变化主要利用遥感监测的方法进行研究与分析，所以对于研究区域的时间范围有限制，在十年到几十年，更长时间尺度的研究很少；研究所采用的数据主要集中于1990-2005之间，缺少对近年的研究数据。

森林植被变化对生态环境中降水和径流量影响大小的结论仍存在争议。从对影响降水变化的这一方面来讲，有的学者研究认为森林植被的提高使得空气中水汽含量增加从而导致降水的增多；而有的学者认为森林植被覆盖度提高以后，由于森林的滞尘作用与吸收作用使空气中形成降雨的凝结核减少，反而使区域内的降水减少。关于影响径流量方面主要存在3种争议：一种观点是森林植被对于径流量无影响；第二种是森林植被提高会增加径流量；第三种观点是认为在干旱和湿润地区，森林植被面积增加会对水分的吸收与滞留作用增强，减少径流。

三、 沂蒙山区森林研究状况

（一）森林植被动态变化研究情况

沂蒙山区的森林植被曾遭受人为活动的破坏，后来认识到植被对于环境发展的重要性，政府分别对沂山和蒙山进行了植被恢复：

蒙山在20世纪50年代至80年代初进行了长期地封山育林，人工种植黑松、赤松、油松、栓皮栎等人工林将近350km²。现植被发育良好，但多为人工林。主要有油松、黑松、华北落叶松、刺槐等树种。

沂山原始植被也因人类活动的干扰破坏殆尽，于1948年开始进行大规模的植树造林，到20世纪60年代沂山森林覆盖已达到98%。但沂山的自然条件相对蒙山更为优越，树木种类更加丰富。

经历了四十多年的生长后，有的学者对该区域的植被变化进行了研究。王丝丝等学者研究得出1980-2010年沂蒙山区气候呈现出温度升高、降水增加的趋势，且站点观测数據表明气温的变化趋势极为显著；植被总体呈现好转趋势，沂蒙山区28.62%的区域是植被生长显著良性发展的区域，且有继续良性发展的趋势[15]。

（二）森林植被动态变化对生态环境影响的研究

生态环境是生物与环境共同组成的统一整体，沂蒙山区森林植被覆盖率的提高对于其所在区域的水土保持和自然灾害的减少起着至关重要的作用。

沂蒙山区以山地和丘陵为主，地势起伏大；自古水土流失严重，旱涝灾害频发，且该区域降水集中于6-9月份，暴雨对于地表土壤侵蚀能力强，加之该区域多片麻岩，土壤表层稀疏且土层浅薄，易造成严重水土流失，保持水土能力差。沂蒙山区封山育林后植被覆盖率达到90%以上，成为山体的保护伞。研究数据表明，在降雨强度为0.99mm/min，降雨量为850mm的情况下，林地径流量比裸露地表减少83.6%-88%，冲刷量减少99%.9-100%，明显的控制了水土流失，提高了该区域涵养水源的能力。此外，据调查，在1991年7月，森林覆盖率50%以下的人工林和疏林地由于连续3日的强降雨导致大洼林场与万寿宫林场山体滑坡面积达2.7hm²和13.1hm²。但近年沂蒙山区林地覆盖面积达到90%以上的林地均未发生过滑坡现象。

由此可以得出，森林植被的增加能够提高涵养水源和保持水土的能力，减少自然灾害的发生。

（三）存在问题

对于沂蒙山区森林植被的研究鲜有直接从森林植被变化这一角度展开，且大多信息与研究数据相对老旧，缺少近几年的研究。有些研究主要是基于生态学的角度展开，有些学者主要从沂蒙山区的植被群落种类、树种分类以及其分布范围进行了研究；成瑞琴利用遥感从植被这一广义的范围对沂蒙山区进行研究，缺乏针对性。其中大部分的研究是从开发利用这一方面对该区域的森林植被进行的研究；对其森林植被变化和开展保护的生态意义等方面缺少具体的研究；也同样缺少对于该区域森林植被变化而引发生态环境变化的研究，只笼统的从自然灾害发生频率多少的记录来推断，缺乏数据与理论及影响机理的支撑证明。。

四、建议

（1）希望研究学者们采用多种研究手段与方法，不仅局限于遥感手段，还可以通过树木年轮、花粉、孢粉、动植物残体等方法对过去沂蒙山区森林植被进行重建；利用数据与模型推测未来沂蒙山区森林植被的发展变化，对其进行更大时间尺度的研究；为今后的沂蒙山区的森林保护与开发提供更加充足可靠的依据。

（2）对于国内外对森林植被变化所引起的生态环境变化的研究当中，涉及到对气温和降水的影响的研究较少，且对森林变化所引起的降水变化有争议；今后的研究可以从气温与降水两方面进行深入研究，并解决对于降水方面的争议。

（3）可以基于不同森林植被类型对PM2.5调控的不同，结合某一城市的自然地理特点与人文地理特点，将该城市的森林景观建设作进一步研究。

（4）获取沂蒙山区气象数据，提取遥感影像信息，对沂蒙山区的森林植被变化而引起的各种环境因子变化进行深入研究。

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作者简介：

李金霞（1995—），女，山东潍坊人，临沂大学资源环境学院本科学生。

资助项目：国家级大学生创新创业项目（201710452023）

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