基于森林数量、质量和空间分布的森林生态功能评价研究

杜 群，季碧勇，徐 军

（1. 浙江省林业基金管理服务中心，浙江 杭州 310020；2. 浙江省森林资源监测中心，浙江 杭州 310020）

基于森林数量、质量和空间分布的森林生态功能评价研究

杜 群1，季碧勇2，徐 军2

（1. 浙江省林业基金管理服务中心，浙江 杭州 310020；2. 浙江省森林资源监测中心，浙江 杭州 310020）

以森林数量、质量和空间3个因子分布为基本评估因素，建立了一个区域森林生态功能评价综合指数，并利用2004、2009年2期浙江省森林资源连续清查样地数据进行实证研究。结果表明：浙江省森林生态功能指数从2004年的0.580 2上升到2009年的0.600 3，增长了0.020 1，增长比例为3.46%，其中森林数量因素推动的生态功能指数增加0.016 7，森林质量因素推动的指数增加0.066 1，森林分布因素推动的指数增加-0.022 4，这与浙江省过去5年森林的变化是相符的。

森林生态功能综合指数；森林质量指数；森林空间均衡度指数；

作为陆地生态系统主体的森林，具有不可替代的生态、经济、社会等多重效益和多种服务功能，其中生态服务功能是森林的主要功能，分析和评价森林的生态功能已成为当前生态学研究的热点。森林生态功能是指森林生态系统及其生态过程所形成、所维持的有利于人类生存与发展的生态环境条件与效用[1]，包括太阳能的固定与转化、有机质的生产与生态系统产品、生物多样性的产生与维持、调节气候、减轻洪涝与干旱灾害、维持土壤肥力、环境净化、调节物质循环等[2]。

对森林生态功能的研究非常多[3~6]。近几年的森林生态功能研究主要集中在对自然生态系统服务功能进行定量评价上，包括物质量评价和价值量评价。但由于森林生态系统及其服务功能的复杂性与多样性，森林生态功能定量评价研究还不成熟，这主要体现在森林生态服务功能的机理研究还很不成熟，用于评价的定量参考数据还很不全面；评价指标和评估方法不全面、不统一，各指标之间的关系不明确，不同方法之间没有可比性；森林生态系统服务功能价值化方法还有待进一步研究，价值化参考价格选择方面也存在问题，影响了评价结果的可信度[6~10]。从现有文献资料分析，采用不同方法评估森林生态功能，其结果相差很大，有的甚至是数量级的差距[11~14]。

从本质上讲，影响森林生态功能的基本因素是森林的数量、质量和分布。以上述三因素为基本因子，并应用生态功能指数的方法对森林生态功能的相对量进行评价，从文献检索的情况看，目前尚不多见。付晓等采用相对量的方法，对森林生态系统服务功能质量指标体系建设进行了研究[15]。本文尝试以三个基本因素为基础，利用森林资源调查数据，建立森林生态功能评价指标，并以浙江省为例，进行实证分析。由于森林资源调查的方法是成熟的，数据是可靠的并具有可比性，因此，采用这一方法进行森林生态功能评价，其结果也具有可比性。

1 数据

浙江省的森林资源连续清查体系于1979年始建，每5 a开展一次复查。全省按4 km×6 km的间距机械设置固定样地，样地面积0.08 hm2，为正方形。森林资源连续清查数据是中国调查森林资源的最重要方法之一[16]，是获得全国和各省（市、区）森林资源数据的最科学、最成熟、最权威的方法。

2004年和 2009年，浙江省分别开展了两期森林资源连续清查。本研究利用了这两次森林资源连续清查的样地数据和样木数据，每期数据都包括4 252个固定样地数据和22万余株样木数据，以及根据这些样地数据计算的浙江省固定样地生物量数据[17~18]。

2 方法

2.1 森林生态功能指数

采用“三因素法”（即森林的数量、质量和空间分布三个因素）进行森林生态功能评价。森林数量因素采用森林覆盖率；森林质量因素以森林资源连续清查固定样地为基本评价单元，完成各个森林样地评价后，将其转化为全省森林质量指数；森林分布状况是指森林在空间上分布的均匀程度，采用空间均衡度指数（space evenness index of forest）表示。三个指数分别计算后进行归一化处理，得出全省森林生态功能指数。

森林生态功能指数：

式中，K1为森林数量指数（森林覆盖率），K2为森林质量指数，K3为森林空间均衡度指数。

2.2 森林数量指数（森林覆盖率）

根据《国家森林资源连续清查技术规定》（2004年），森林覆盖率是指有林地面积与国家特别规定灌木林面积之和占土地面积的百分比。本文的森林即包括有林地面积和国家特别规定灌木林。

2.3 森林质量指数

2.3.1 评价方法 森林质量指数以森林资源连续清查固定样地为基本评价单元。逐个样地完成评价后，再将微观数据转换为全省宏观数据。《国家森林资源连续清查技术规定》选用蓄积量、自然度、种群结构、树种结构、植被总覆盖度、郁闭度、树高、枯枝落叶厚度8个因子评价森林生态功能。本文认为这些因子主要反映了森林的质量，因此选用反映森林生物量、生物多样性和森林结构的有关特征因子，确定植被生物量、森林自然度、森林群落结构、树种结构、郁闭度或覆盖度、平均树高、枯枝落叶厚度7个方面的评价因子，利用专家打分法确定各个因子的权重，形成森林质量评价体系（表 1），对每个样地的森林质量指数进行评价，并计算森林质量指数。

每个样地的森林质量指数：

式中，Xi为第i项评价因子的类型得分值，Wi为各评价因子的权重。

全省的森林质量指数：

式中，n为森林样地个数。

表1 森林质量评价因子及划分标准Table 1 Evaluation factors for forest quality and grading

2.3.2 评价因子

2.3.2.1 植被生物量 植被生物量是指某一时刻单位面积内实存生活的有机物质（干重）总量。森林生物量作为森林生态系统的基础数量特征和森林生态系统性质、状态的重要指示特征，是研究许多林业问题和生态问题的基础[19]。利用2010年浙江省森林植被生物量评估研究成果计算生物量评价因子[17~18]。为便于2004年和2009

年数据比较，本文中乔木林的植被生物量为乔木层（也称优势层）的地上部分和地下部分生物量。根据样地单位面积生物量，等距分为三个层次，分别赋分。

2.3.2.2 森林自然度 王丽丽和郭晶华认为，自然度是指地段的植被状况与原始顶群落的距离或次生群落演替中的阶段[20]。《国家森林资源连续清查技术规定》对自然度的定义与此基本一致，本研究采用这一定义与划分标准，将自然度分为5类，见表2。

表2 自然度划分标准Table 2 Grading of naturalness

2.3.2.3 森林群落结构 根据《国家森林资源连续清查技术规定》，森林群落结构分为完整、复杂和简单三种类型，其中完整结构指具有乔木层、下木层、草本层和地被物层4个层次的森林，复杂结构是指具有乔木层和其它1 ~ 2个植被层，简单结构是指仅有1个乔木层或国家特别规定灌木林层。从发挥生态功能的角度，森林群落结构最复杂，其质量越高。

2.3.2.4 树种结构 树种结构反映了乔木林的针阔叶树种组成，共7个类型，见表3。相关研究表明，树种结构最复杂，森林所具有的涵养水源、保育土壤、净化空气等生态功能越强，森林质量越高。一般而言，混交林的生态功能大于纯林，阔叶林的生态功能大于针叶林。

2.3.2.5 覆盖度和平均高 覆盖度和平均高按森林资源连续清查的方法进行调查。乔木林的覆盖度即郁闭度。覆盖度和平均高越高，森林所发挥的生态功能就越强。

表3 树种结构划分标准Table 3 Grading of tree species structure

2.3.2.6 枯落物厚度 森林枯落物是森林生态系统中养分循环的重要组成部分，在涵养水源、水土保持和维持改善土壤肥力等方面发挥着重要作用[21]。森林资源连续清查固定样地调查将枯落物厚度分为 < 5 cm、5 ~ 10 cm、> 10 cm 3个等级。

2.4 森林空间均衡度指数

张建国等采用均衡度来表征森林在一个区域的分布状况，并给出了公式[22]。本文参考了其方法。本研究用GIS技术、1/25万电子图和固定样地数据结合进行森林空间均衡度指数的计算。用arcMAP按经纬度将浙江省域国土划分为若干个等大的空间单元（本次暂划为100个单元），分别测算每个单元中森林样地占全部样地的比例，并用（4）式计算森林空间均衡度指数。

森林空间均衡度指数：

式中：K3为森林空间均衡度指数，n为划分的空间单元个数，Fi为第i个空间单元中森林样地占全部样地百分比，为全省森林样地占全部样地百分比。

当K3= 1时，说明森林的空间分布最均衡，最有利于发挥生态功能。当K3= 0时，说明森林的空间分布最不均衡。

3 结果

根据前述的计算方法，利用2004年和2009年森林资源连续清查样地数据，对这两年的森林生态功能指数及数量、质量、空间均衡度指数进行了测算，结果见表4。

表4 2004年、2009年森林生态功能指数计算结果Table 4 Forest ecological index in 2004 and 2009

4 结论与讨论

（1）研究结果显示，浙江省森林生态功能指数从 2004年的 0.5802上升到 2009年的 0.600 3，增长了0.020 1，增长比例为3.46%。其中森林数量因素推动的生态功能指数增加0.0167，森林质量因素推动的指数增加0.0661，森林分布因素推动的指数增加-0.022 4。三个因素中，森林质量因素对森林生态功能指数的贡献最大，而森林分布因素致使森林生态功能指数下降了，这与浙江省2004-2009年的森林资源发展趋势基本一致。

（2）2004-2009年，森林分布因素导致全省森林生态功能指数下降了0.022 4，也就是说森林空间分布均衡度降低了，原因是浙江省平原等少林地区的森林有所减少，导致森林在空间上分布更不均衡。这从一个侧面反映浙江省平原地区发展森林资源的紧迫性和必要性。2011年，浙江省开始了大规模的平原绿化，具有很强针对性。

（3）从2004年到2009年浙江省的森林覆盖率仅增加0.016 7，而森林生态功能指数增加了0.020 1，森林生态功能增强的幅度大于森林覆盖率。采用这一方法，改变以往仅用森林覆盖率表征森林生态功能时的局限性，使结果更具说明力，更能全面体现生态建设的成效。

（4）本研究采用的三因素方法，具有方法简便、数据可得、结果直观、可比性强等特点。可应用于不同空间尺度，如全国、省域、流域、县域等，也可应用于不同时期森林生态功能的比较。

（5）本文以森林资源连续清查为数据源进行评价，以样地为基本评价单元。在缺少森林资源连续清查数据时，也可利用森林资源规划设计调查（二类）数据并以小班为单位进行指数计算和评价，评价方法相同。

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Evaluation of Forest Ecological Function by Coverage, Quality and Distribution

DU Qun1，JI Bi-yong2，XU Jun2
（1. Zhejiang Forest Fund Administration, Hangzhou 310020, China; 2. Zhejiang Forest Resources Monitoring Center, Hangzhou 310020, China）

An integrated index for evaluating regional forest ecological function was proposed taking forest coverage, quality and distribution as basic elements. A case study based on continuous forest inventory data of year 2004 and 2009 of Zhejiang province showed that integrated index during five years increased from 0.5802 to 0.6003. Among the increase, 0.0167 was from forest coverage, 0.0661 from quality and -0.0224 from distribution. The result explained the change of forest in past 5 years in the province.

integrated forest ecological function index; forest quality index; forest space eveness index

S718.55

A

1001-3776（2013）06-0046-05

2013-08-19；

2013-10-18

浙江省森林资源与生态状况动态监测（335006-2010-0002）

杜群（1974-），男，浙江诸暨人，高级工程师，硕士，从事森林资源调查监测研究。