森林健康评价研究综述

蔡小溪，林文树，吴金卓，孔琳琳

(东北林业大学 工程技术学院，哈尔滨 150040)

森林是人类赖以生存的生态、经济、美学和文化资源，是整个生态系统的支柱，起到了保护物种多样性和避免生态系统失衡的作用[1]。但是，迫于生存的压力，人类通过移民垦荒、伐木毁林、过度放牧等方式，对森林的自控系统和维护功能造成了严重毁坏。从生态学的角度来看，幸存的森林必须替补那些已失去机能的森林去工作，这就要求现在的森林必须是健康的或者有更多的活力来起到额外的作用。此外人类对森林的需求日益增加，使我们不得不重视森林健康问题。近几年，学者们逐渐将“健康”这个形容词发展为评价森林状态的描述符，开展了森林健康研究的新课题。

研究森林健康是个复杂的学科，因为树木健康、森林健康和森林生态系统健康之间存在密切的联系，同时又有着巨大的差异。即使在原则上用于树木健康的定义可以用在森林上，但目前还没有明确规定什么可看作健康或者不健康，甚至对于一个森林来说，可能完全健康才是“健康”的定义[2]。建立一个准确的指标体系是评价森林健康的首要任务，而搜索合适的指标会对评估森林健康的结果产生很大的影响。植物群落结构、生物多样性、初级生产力、分解率、消费者或生产者的相互作用、化学平衡都可以用于评价森林生态系统的状态和趋势[3]。例如，枝叶中的微量金属、硫和氮的积累虽然不会直接导致树的健康状况恶化，然而脱落的树叶会使有毒物质积累在森林土壤上，被污染的草会影响动物的瘤胃消化，由于瘤胃微生物对N/S非常敏感，通过草食动物对植物的选择，会对植物群落和主生产者产生影响，于是生态系统可能通过污染物在微小的过程中被影响，而森林的健康不会表现出明显的变化，但本身的结构却已发生重大变化[4]。从上世纪80年代至今，国际上关于森林健康评价体系的文献多达百篇，但很少有研究能指出某一片森林健康评价的具体影响因素。因此，如何构造评价体系和如何来评价森林健康成为了当今林业研究者探讨的热点。本文通过查阅国内外关于森林健康评价的文献，概括出森林健康与森林健康评价的概念，总结出比较有代表性的建立评价指标体系的方法，提出评价过程中我国森林出现的问题和未来评价的发展趋势。

1 森林健康的概念

森林健康的理念起源于美国，用于观察和评价各种生物的状态。19世纪的德国林业学家指出森林健康往往考虑的是人为因素(滥砍滥伐、开垦农业、酸雨、大气污染等)以及病虫害、森林火灾造成的森林消失和能量供应失衡[5]。如今，森林健康的概念扩展为森林群落、林分级、森林生态系统等一个十分复杂而庞大的系统概念[6]。从森林经营角度看，健康的森林可以不受生物因素及非生物因素的影响，能一直达到森林的经营目标，长期保持其高价值高利用率的状态。从病理角度上来说，森林健康被定义为在生物和非生物影响下的树木的病发率[7]。树木活力和冠活力有时也被当作森林健康的代名词，树木的活力指的是树木在假设最优状态下树木的成长。需要注意的是，枯死木在其出生和生长过程中是不可避免的，例如，森林只有一个树种在减少，我们不能判断这个森林是不健康的，因为枯死木在一个较小范围内的存在，起到了保持森林物种多样性、平衡森林结构的作用。对于任何一种环境资源，尤其是森林，都要依据其现有的状态和在控制范围内的变化提出正确的森林健康管理方案。

结合我国森林背景，森林健康评价可定义为诊断因人类活动与自然灾害对森林的整个生态系统造成难以恢复的破坏和退化，使其结构紊乱、功能失调，导致丧失服务能力和价值的一种评估[8]。现阶段，国内外专家一般通过对森林的监测，选取主要评价指标，建立一个合理的评价体系来对森林进行健康评价，这种方式简单而可行，已得到广泛应用。对森林健康进行评价是建设资源节约型世界的需要，也是地球可持续发展的必经路，更是保护环境和改善生态的基石[9]。

2 森林健康的特征

法国木材生产者马科斯·罗伯特曾说：“在我眼里树木作为一件上帝给予的经济艺术品，如果不利用它来进行投资，那它还有什么意义呢？”[10]美国学者奥多尔·莱偶帕特经过对德国林业的调查说：“德国森林茂盛蓬勃，但确没有一只野生动物，感觉这里的森林缺少了某种东西”[11]。不同学科的专家对森林健康评价的认识有一定的差异，同一片森林根据参照物的不同评价结果也不同，本文主要从3种角度来总结森林健康的特征。

(1)森林经营者角度的森林健康特征

为了获得森林效益的政府机构和森林经营者，把森林的可利用性作为评价森林是否健康的主要特征。美国林业部曾说：“阻碍经营者获得利益的森林都是不健康的，一个健康的森林绝不会让经营者的利益受到损失”[12]。经营者们认为，没有枯死腐烂的树木及茂盛的灌木才能够促进保留木的成长，但从生态学的角度来看，这却破坏了森林的生态结构。从森林经营者的角度看森林建康的特征为：①人为因素和自然因素不能威胁到森林的管理目标的状态[13]；②建康的森林能避免管理者利益减少的因素。

(2)生态系统角度的森林健康的特征

从生态系统的角度来评价一片森林是否健康与上述经营者的看法明显不同，生态学家考虑的不是木材产量、木材质量高低，而是所处森林的多样性。于是，从生态系统角度看森林健康的特征如下：①森林健康意味着森林能从损坏中恢复过来[14]；②森林系统处于一种平衡的状态；③健康的森林具有功能完整性。

(3)综合角度的特征

以上两种观点之所以存在如此大的差异，是因为研究者们都为了获得他们各自的资源利益。在经营者眼里只有木材能够给他创造出的利益，完全不在乎生态系统中种群的变化。而生态学家把一切采伐视为破坏环境，往往忘记日益增长的人口对木材的需求。于是为了得到一个既实用又健康的森林，结合这两种观点，就要考虑其综合特征：①对产生迫害的修复或是外部程度破坏的修复能力强；②对树木植被所需资源和释放能量功能性的平衡；③无论生物环境、自然环境还是在几个演替阶段能帮助森林生产的营养网[15]；④多样性演替阶段和多种本地物种的栖息地提供林分结构和生态系统的过程[16]。

3 国内外森林健康评价研究进程

综合近十年来各个学者对森林健康评价的研究，并参考大量中外文献，本文对森林健康评价主要从评价指标体系建立、评价方法选择、评价结果等级三个方面来探讨。

3.1 评价指标体系的建立

3.1.1 评价指标体系

建立评价指标体系是进行森林健康评价的首要步骤，建立的正确与否直接关系到评价结果的准确性与科学性。森林健康评价体系中的指标可以是一个实体，能够用来测量评价现状和目标环境的趋势[17]。指标也可以是个术语，它能包括有关评估的：生物、人口、种群、生态系统的组成部分、过程和特征。指标只能定义那些与森林健康有关的事物，例如，如果目标资源是森林生态系统，树可能是其中的指标之一，如果目标资源是一个树群，树叶、树枝和树干都可以被视为指标[18]。由此看来，明确指标的定义和进一步的规范是必要的，但由于指标性能和良好程度会发生变化，因此在森林生态系统水平上定义合适、敏感的指标是困难的[19]。例如，经常假设在生态系统中保护最敏感的物种就会连带的保护所有的一切，这就产生了一个关于使用单一物种(即使是最敏感的那一个)来推断其对生态系统影响的巨大争论。国内外对评价森林健康的指标有很多，实际应用中要根据所研究对象来选择主导因素和限制因素予以评价。

国外学者Costanza等人最早创建了森林健康评估的合理公式，其中指标包括：系统结构、系统活动和系统恢复力，充分反映了整体特征，为森林系统健康评价提出了理论依据，但该公式过于理论化[20]。1993年，美国林业局与美国环境保护署对全国森林健康进行测评，提出了林下植被物种多样性、初级生产力、龄级分布、土壤含氧量、树冠生长、病虫害发生率等指标，该评价体系较全面，但主要以森林经济效益为主，是一种功利主义观点的评价方法[21]。我国从20世纪初开始有了本质的突破，2002年，中国科学院的生态学专家孔红梅在对长白山森林系统受到不同人为因素破坏的研究中，提出了功能指标与指示物种指标两种共计21个指标，虽然这些指标都具有代表性，但没有考虑到指标体系中土壤生物权重过大而产生了片面性[22]。2005年，学者王亚玲提出社会效益、森林系统、资源环境三类共计17个指标，如此大范围、多种类的指标使得某几个指标与题目关系不够密切，对评价结果产生较大误差[23]。2006年，李秀英提出包括组织系统、抵抗能力、生产能力、土壤状况在内的4个方面29个指标组成的评价指标体系，该指标侧重于功能和结构，但过分的考虑土壤状况，造成结果具有一定的局限性[24]。2009年，姬文元等采用了郁闭度、地被物总盖度、幼树中建群种数量比例、更新等级、幼树幼苗生长状况等9个指标，虽然这些指标数据易测量，但是构成单一，不能反映森林整体情况[25]。

3.1.2 指标权重的确定

选取的评价指标对森林健康评价的影响程度是不同的，这种程度的大小，用权重来表示，将抽象表述数字化，而权重确定的准确性对评价结果产生较大影响。近代研究者常用的方法有：均值法、层次分析法、熵值法、综合指数法和专家打分法等，我国主要应用层次分析法与专家打分法。

(1)层次分析法

层次分析法使用最广泛，是20世纪70年代中期由美国著名运筹学家Pittsburgh University 教授Sattay提出的，将决策分解成目标、准则、方案等层次，通过专家对每一个元素进行评估，打出自己的分数或等级，再依据层次来分析，总结专家们的意见，最终得出各个指标的权重。层次分析法使用起来十分方便易懂[26]。

(2)均值法

均值法将每一个指标取算数平均值，使各个指标权重一致。能够体现所有指标对总得分的贡献，不会出现人为干扰某些指标的权重得分。该方法比较客观，没有突出某些指标对总体的特殊性，或者扩大小影响因素的权重。一般适用于快速计算和情况简单的森林。

(3)专家打分法

专家打分法于20世纪中期由赫尔墨(Helmer)和戈登(Gordon)提出，通过大范围征求相关专家的意见，并对这些意见进行分析与归纳，得出某些难以通过技术手段测量的因素的估计值，最后经过多轮征求意见，对价值和价值可行性进行分析[27]。该方法结合不同经验专家的想法，需要多次讨论与调节，操作起来较困难。

3.2 评价方法

在指标确定并建立了指标体系后，通过一些方法计算出指标的权重，最后要对森林健康进行综合评价。国外对森林健康的研究时间较长，研究方法较多，其中最具代表性的是Costanza等人提出的系统健康公式——VOR模型，为森林健康奠定了基础。1997年Mageau等人提出趋势模拟法，把多时间尺度与多空间尺度结合，采用信息技术、网络分析、模型模拟等方法，进行森林健康评价[28]。目前，我国还没有统一的评价方法，2003年陆凡等针对值域宽、易分等级的森林提出健康评估模型。陈高等人于2004年提出了健康距离法，将受到某种因素影响的森林与它原来的健康状态进行对比，这之间的变化用健康损益值——健康距离(HD)表示，这种距离是一种象征受破坏影响的森林系统偏离原状态的计算表示[29]。李秀英于2006年创建森林生态系统健康指数公式(FEHI)，通过筛选得出森林结构、土壤、抵抗力、生产力4个最重要指标作为公式元素，然后根据各指标的权重值求出森林健康指数[30]。

3.3 评价结果等级

评价所研究的森林健康等级需要结合采用的森林评价指标体系和评价方法来判断。美国、德国等国家将评价结果分为3～6个等级，我国主要分健康、亚健康、中健康、不健康4个等级，等级标准见表1。

表1 森林健康等级标准

4 森林健康评价的问题与趋势

联合国环境规划局调查显示全球森林已减少一半，虽然人工林年均增长近百万公顷，但是天然林较其10倍的速度在退化[31]。于是进行森林健康评价是必要的，只有保护已有森林的健康才能减缓森林退化的速度。我国在研究森林健康时仍存在许多问题，如何解决这些问题也成为了未来森林健康评价研究的方向。

4.1 存在的问题

(1)森林结构发生变化，评价涉及领域更加宽泛。经过长期的森林改造，我国大部分森林结构变得单一且向纯林方向发展。这种情况使得森林灾难发生频繁，许多变异害虫繁衍生息，进化真菌引起的病腐难以治理[32]。这都使森林的健康问题变得复杂，研究的内容也更加广泛。

(2)指标选取差异大。在不同专业领域的研究者对森林健康的标准认识存在着差异，对同一片森林观察的角度不同，所考虑的指标也必然不同。

(3)评价体系不完整。由于研究对象复杂多样，研究方法和研究尺度存在差异，目前还没有标准的森林健康评价体系。

(4)难以选择适当的评价方法。对森林进行评价的方法多，每一种方法都存在优劣性，采用某一种方法不一定能对森林进行全面的评价。

4.2 发展趋势

(1)加强对森林新结构基础机理的研究，从根本上完善并确立森林健康的概念，多学科结合来量化健康森林的影响指标。

(2)提高未来森林产生的经济效益对森林健康结果的影响程度，未来森林的生产效率必定比如今用材林产木生产效率高，是否是优质、价值高、更加适应当地环境的森林生态结构，成为森林健康与否的重要评价指标[33-36]。

(3)提高对森林数据的研究能力，推动森林健康的定量研究，深度认识各评价指标间的关系，建立完善的评价体系。

(4)采用综合评价方法，将适合的几种评价方法结合起来评价森林健康，并加快评价方法的创新速度，如将3S技术结合等，来寻找更切合实际的方法[37-38]。

【参 考 文 献】

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