森林生态系统健康评价研究进展

2015-05-30潘磊王晓荣唐万鹏崔鸿侠庞宏东

湖北林业科技 2015年6期

潘磊王晓荣唐万鹏崔鸿侠庞宏东

摘要：在参阅大量文献资料的基础上，综述国内外森林生态系统健康评价的研究现状，以及森林生态系统健康评价的方法与指标体系，针对国内外森林生态系统健康评价中存在的问题进行展望，提出今后森林生态系统健康评价的研究方向和重点，对进一步准确地进行森林生态系统健康评价具有重要的理论意义。

关键词：森林健康；生态系统健康评价；评价方法；指标体系

中图分类号：Q948文献标识码：A文章编号：1004-3020（2015）06-0035-05

社会发展片面追求经济利益造成全球森林面积急剧减少，森林生态系统破碎化现象日益明显[1，2]，生物多样性剧减，生态环境不断恶化，森林生态系统服务功能发生极大的减退，加上各种自然灾害的频繁发生，导致各种森林生态系统产生严重的退化现象[3，4]。森林生态系统的可持续发展面临着前所未有的威胁，对人类如何合理管理森林生态系统健康发展提出了挑战。

森林生态系统健康是指森林生态系统有能力进行资源更新，在生物和非生物因素如病虫害、环境污染、营林、林产品收获等作用下，从一系列的胁迫因素中自主恢复并能够保持其生态恢复力，而且能够满足现在和将来人类对于森林的价值、使用、产品和生态服务等不同层次的需要[5]。森林生态系统健康的提出，为人类保护、管理、利用森林资源提出了新的方向，同时引起了许多学者的广泛关注，对森林生态系统健康的定义、测定、评估和管理进行积极地探索[6，7，8，9]。目前国内外已有多人开展了森林生态系统健康评价的研究工作，并根据不同的区域特征、关键影响因子、评估目的和目标制定了相应的评价指标体系[10]，提出一些理论和应用上的评价方法、评估途径和框架[1，3]，但森林生态系统物复杂性和功能的多样化，以及其系统的高度开放性，给评价带来了更多的不确定性[11]。同时，研究地域差异、层次和尺度差异、气候影响、人类破坏程度等因素的不同，使得各种评价体系和方法具有较大的差异性。

本文以目前国内外森林生态系统健康评价理论和实践研究成果为基础，综述了国内外有关森林生态系统健康评价的研究现状、评价方法和指标体系，提出当前森林生态系统健康评价存在的问题和发展趋势，希望对未来合理选择森林生态系统健康评价的方法和指标体系进行森林生态系统管理提供一定帮助。

1森林生态系统健康评价发展状况

1.1国外发展状况

当前森林健康监测评价工作做得较多的主要是美国、欧洲、澳大利亚、加拿大等一些森林资源发达的国家。加拿大在森林健康评价方面的工作做得比较早，从20世纪80年代中期开始对森林生态系统健康进行了评价[12]。德国从1983年起开始森林健康监测[13]，而后欧洲经济委员会于1986年发起空气污染对森林影响评价和监测计划[14]，分多层次对全球性森林生态系统进行监测和研究。澳大利亚在90年代中期开展了森林健康管理项目，对全国的森林生态系统进行健康调查和评价工作[15]。美国从1990年开始对部分省的森林健康进行评价，随后成立了一个全国森林健康监测的专门机构，负责对全美国的森林健康进行调查，用以监测国家森林健康状态变化以及发展趋势等[16]。国际现有的8个生态区域的森林标准与指标行动和进程，如热带木材组织进程、赫尔辛基进程、塔拉波托倡议、非洲干旱地区进程、莱帕塔瑞克进程、近东进程、非洲木材组织进程、亚洲干旱森林进程都不同程度地强调了森林健康的问题。从国外近30年的研究实践，国外主要针对森林生态系统健康评价的概念意义做了深入细致地研究，构建了森林健康综合评价模型，提出了一系列较为科学的影响森林生态系统健康的因素和森林健康评价指标，并试探性地研究了各种森林生态系统健康指标的监测方法和手段。但是，由于影响森林健康的因素较多，森林生态系统结构相当复杂，许多研究成果在实际生产和管理中的可操作性不强，尚未仍然未形成一个具有普遍意义的森林健康评价体系。

1.2国内发展状况

森林生态系统健康评价虽然是林学和生态学里的一个较新领域，但国内关于此领域的研究也同样十分活跃。从20世纪80年代，我国就有关于森林受害问题的报道[17，18，19，20]，可是大部分研究主要集中在酸雨状况和成因、酸雨对单一物种及林分的影响等方面，而关于森林生态系统的健康问题及其监测的研究在我国还处于起步阶段。2000年，国家林业局与美国农业部林务局开始了就森林健康项目合作的讨论，将森林健康列为中美林业合作的重要领域。至此，森林健康正式被引入中国并进行较大范围的试验，其最终目标是通过建立示范区，探索出适合中国的森林健康模式和经营措施，标志着我国森林健康与监测评价方面的研究从起步到更深一步的发展。目前，国内对森林健康评价的研究主要处于介绍和引用国外评价理论和模型的初级阶段，以许多学者在参考国外研究成果的基础上，创新性地提出了健康距离法和综合指数法，除了将活力、组织结构和恢复力这3个方面细化成许多小指标外，还结合我国实际情况，加入了一些新的衡量因子，使森林健康的衡量标准量化细化，在实际操作上方便易行极大地丰富了国外森林健康评价理论体系，为我国森林生态系统健康评价提供了新的评价方法。但总体来说，目前我国森林生态系统健康评价研究领域尚未有一个统一标准，有关森林健康的研究还是很零散，不同部门、不同学科、不同地域的合作和交叉严重不足，相关理论和技术发展的速度和水平距实践应用相差甚远，还没有提出符合国情的成熟的森林健康技术体系，也没有建立森林健康监测网络。

2森林生态系统健康评价方法研究

森林生态系统健康评价是诊断由于人类活动或自然因素引起的森林生态系统结构紊乱和功能失调，使森林生态系统丧失服务功能和价值的一种评价[4]，采用某种完善的评价指标方法来诊断和评估森林生态系统的健康状况，对合理的森林健康管理起到事半功倍的效果。就目前而言，生态系统健康研究是一个新领域，森林生态系统健康评价至今还处于实验和摸索阶段，虽然产生了许多评价方法和技术手段，但仍然没有一种有效、简单、易操作的评价方法，不利于森林生态系统健康评价研究发展。所以，本文经过查阅文献，将主要的森林生态系统健康评价方法进行了总结，对其使用的范围、特点、不足之处进行概括（表1）。

在实际评价生态系统健康时，需要基于组成结构、功能过程、胁迫因素等来确定指标[24，25]，在森林生态系统中多以指数物种法、结构功能指示法为主。一般来说，对于结构单一或某一生态系统的变化主要受某一特征种变化影响的森林生态系统来说可以采用指示物种法。然而，森林生态系统比较复杂，大多学者采用结构功能评价法对森林生态系统健康进行评价，因为结构功能指标法综合了生态系统的多项指标，通过指标体系评价将这些信息综合，来反映生态系统的健康程度，同时也可以反映生态系统的健康负荷能力及受胁迫后的健康恢复能力[26]以及生态系统的不同尺度的健康评价转换，所以指标体系评价法成为目前应用最广，综合评价结果可信度较高的森林生态效益评价方法。综上可知，结合现有的主要评价方法可以看出，各种评价方法都有其不足之处，在实际操作中需要依据不同研究目的，综合各类方法的优缺点对研究区进行森林生态系统健康评价。评价森林生态系统健康状况时，虽然不能把与森林健康研究方面的指标面面俱到，但可针对不同的森林生态系统特点，选择最有效最关键且能对健康状况有直接影响的指标[27]。

3森林生态系统健康评价指标体系的研究

要使生态系统健康更具有现实意义，需要建立一套有针对性、可靠的、可操作的、综合的、可推广的，并能为环境评价、系统管理提供指导信息的评价指标体系，往往直接关系到森林健康评价的科学性和准确程度。

针对森林的单一问题，健康指标体系是明确的和具体的，如对于森林火灾管理，美国学者采用林分密度、树种组成、生长率与死亡率之比、生长量与采伐量之比4个指标对美国国有林的健康进行评级分析[28]。然而，对于综合意义上的森林健康，建立森林健康的指标体系仍然存在较大困难。目前多数学者主要是以活力、组织结构和恢复力为基础的指标体系，进行进一步的细化，使得评价工作变得更具有可操作性。如肖风劲等[3，25]从森林生态系统的生态要素、生理要素、胁迫要素、环境要素和气象要素等五个方面来进行森林健康评价，指标体系相应地分为郁闭度、死亡率、林龄结构、生物多样性、植被结构、植被类型、NPP、光和速率、呼吸速率，污染灾害、病虫灾害、气象灾害、火灾、大气组分、土壤组分、地理位置，有效积温、总辐射、年均降水等19个评价指标。陈高等[1，29]在采用健康距离法评估森林健康状况时，基于自然——经济——社会的框架，采用了组织结构、生物多样性、物质流、能量流、弹性维持力，价值产出、经济投入，社会健康度、社会化水平、社会环境等健康成分，并具体到林分垂直层次、林窗、不同年龄结构的斑块、国际保护运动的力量和影响等64项具体指标。李金良等[30]对北京市水源涵养林健康状况评价提出了包括物种多样性、群落层次结构、林分郁闭度、灌木层盖度、草本层盖度、枯落物层厚度、年龄结构、林分蓄积量、病虫危害程度等9个评价指标。刘苑秋等[31]提出，人工恢复和重建的森林生态系统的健康指标应该包括土壤健康指标、生物多样性、环境健康、生产功能健康等。还有的许多学者[32，33，34]采用联合国经济合作开发署建立的压力——状态——响应（PSR）框架模型来构建流域生态系统健康评价指标体系。

可以看出，目前森林生态系统健康评价指标的选择基本上是围绕以下2种框架进行：一是生态系统健康指数模型，即HI=V×O×R（HI表示系统健康指数；V表示系统活力；O是系统组织指数；R是系统恢复力指数），所有这些能反映生态系统活力、组织状态和恢复力的因素都可以作为生态系统健康评价指标；二是根据联合国经济合作开发署提出的压力——状态——响应（PSR）框架模型，其中“压力”包括直接或间接的人类活动对环境的改变；“状态”主要指流域物理、化学和生物条件，或自然系统的状态，包括人类的健康和财富；“响应”包括政府行为或政策、部门、个人对环境改变的应对和治理，此类方法一般适用于大尺度森林生态系统健康植被的筛选。同时，研究者们试图建立多要素、多尺度、多层次的评价指标体系，尽管有些指标还不尽完善，评价结果也可以在一定程度上反映一些森林健康的实质[35]。

4问题与展望

虽然，森林生态系统健康评价的发展时间相对较短，其发展速度较快，产生了许多研究成果，但仍然存在许多问题尚未解决，主要概括为以下几点：①森林生态系统的复杂性致使其健康水平不同采用某些简单测定的具体指标进行概括，其评估方法的科学也仍然存在疑问，因此很难准确评估生态系统健康受害程度；②森林生态系统的发展呈现为不断变化的动态过程，很难准确判断出哪些症状是演替过程中的产生的，哪些症状是由于干扰或不健康形成的，特别对于那些处于幼年的和老年阶段时。因此，对于不同类型森林生态系统或者同一类型森林生态系统的不同演替阶段，建立其健康标准就至关重要；③森林生态系统健康受多个因素共同影响，且森林生态系统有一定缓冲能力，很难获得各影响因素和森林健康相互对应的数量关系，导致现有森林健康评价严重滞后于健康监测，尚不能充分利用丰富的健康监测数据综合评价森林健康程度；④不同地区、不同森林类型、不同森林功能要求条件下的森林健康标准存在差异，在森林健康综合评价时必须要考虑众多因素；⑤不同森林结构、经营措施、森林健康之间的关系缺乏定量的和机理性的认识，现有评价多表现为单项因素的评价，导致现有森林健康评价技术尚不能满足指导森林健康经营的要求。

总之，森林生态系统健康评价研究还存在许多问题，还有许多工作要做，针对上述不足，我们对未来森林健康监测与评价的发展提出以下几点建议：

（1）选择合适的健康指标是科学合理的进行森林健康评价的关键，如何确定不同健康指标成为森林生态系统健康状况准确评价的关键所在。不同经营目的、不同地区、不同类型的森林生态系统其健康标准往往具有自身特点，比如用材林生态系统经营为的是提供更加优质的林产品，其可持续经营为的是保证森林生态系统的稳定性和高生产力；生态防护林经营主要是为实现森林的环境服务功能，其可持续性经营及生态系统健康重要的是保证森林生态系统稳定地维持生态服务功能的充分发挥；退化森林生态系统健康恢复与重建的主要是为了恢复系统自然合理的结构和功能，尽可能恢复到原有水平。因此，在评价某个具体生态系统健康与否，要着重考虑特定生态系统所具有的独特性，而不应该采用相同的生态系统的评价标准。

（2）由于影响森林生态系统健康发展的因子较多，因此要不断加强森林生态系统健康维持机理研究，从根本上揭示森林健康各影响因子建的关系和过程，寻到到影响森林生态系统健康的关键因子，并建立相关预测模型，进而进行定量评价。

（3）我国森林健康监测与评估除了依赖于现有监测网络体系外，还应将不同研究者长期监测与网络分析和模型模拟研究成果相结合，采用多种研究手段，多尺度多方位多角度定位研究，并结合环境学、社会学、经济学等全面可靠的进行森林生态系统健康综合评价。

（4）根据我国森林经营和发展的实际状况，结合现有森林健康评价指标体系和理论技术和方法，建立一套适合我国国情的森林健康评价体系。

参考文献

[1]陈高，代力民，姬兰柱，等.森林生态系统健康评估Ⅰ、模式、计算方法和指标体系[J].应用生态学报，2004，15（10）：17431749.

[2]李静锐，张振明，罗凯.森林生态系统健康评价指标体系的建立.水土保持研究[J].2007， 14（3）：173179.

[3]肖风劲，欧阳华，傅伯杰，等.森林生态系统健康评价指标及其在中国的应用[J].地理学报，2003，58（6）：803809.

[4]肖风劲，欧阳华，程淑兰，等.中国森林健康生态风险评价[J].应用生态学报，2004，15（2）：349353.

[5]O'Laughlin J. Forest ecosystem health assessment issues： definition， measurement and management implications[J]. Ecosystem Health， 1996， 2（1）： 1939.

[6]O'Laughlin J， Livingston RL， Their R， et al. Defining and MeasuringForest Health[J].Journal of Sustainable Forestry， 1994， 2（1）：6585.

[7]Szepesi A. Forest health status inHungary[J]. Environmental Pollution， 1997， 98（3）：393398.

[8]任海，邬建国.生态系统健康的评估[J].热带地理，2000，20（4）：310316.

[9]孔红梅，赵景柱，姬兰柱，等.生态系统健康评价方法初探[J].应用生态学报，2002，13（4）：486490.

[10]马向前，王兵，郭浩，等.江西大岗山森林生态系统健康研究[J].江西农业大学学报，2008，30（1）：5964.

[11]王妍，刘杏娥.森林生态系统健康评价的研究与展望[J].世界林业研究，2008，21：115118.

[12]Vora R S. Developing programs to monitoring ecosystem health and effectiveness of management practices on lakes states national forests， USA[J]. Biological Conservation， 1997，80（3）：289302.

[13]王彦辉，肖文发，张兴耀.森林健康监测与评价的国内外现状和发展趋势[J].林业科学，2007，43（7）：7885.

[14]Oszlanyi J. Forest health and environmental pollution inSlovakia. Environment pollution[J]， 1997，98（3）：389392.

[15]Paul R. Use forest health monitoring to assess aspen forest cover change in the southernRockies ecoregion[J]. Forest Ecology and Management， 2002，155（13）：223236.

[16]Alan A L.Criteria for success in managing forested landscapes[J]. Journal of Forestry， 1994，7：2024.

[17]李洪珍.我国酸雨的现状[J].科技通报，1987，3（2）：2931.

[18]杨昂，孙波.中国酸雨的分布、成因及其对土壤环境的影响[J].土壤，1999，31（1）：1318.

[19]马连祥，周定国.酸雨对杨树生长和木材化学性质的影响[J].林业科学，2000，36（6）：9599.

[20]刘菊秀.酸沉降下铝毒对森林的影响[J].热带亚热带植物学报，2000，8（3）：269274.

[21]尹华军，刘庆.森林生态系统健康诊断研究进展及亚高山针叶林健康诊断的思考[J].世界科技研究与发展，2003，25（5）：5661.

[22]Costanza R， Norton B， Haskell BD. Ecosystem health： New goods for environment management[M]. Washington DC： Island press，1992.

[23]阮作庆.森林生态系统健康评价研究——以广东古兜山自然保护区为例[M].广州：华南师范大学出版社，2007.

[24]马克明，孔红梅，关文彬，等.生态系统健康评价：方法与方向[J].生态学报，2001，21（12）：21062116.

[25]肖风劲，欧阳华.生态系统健康及其评价指标和方法[J].自然资源学报，2002，17（2）：203209.

[26]刘君昂，刘红娟.森林健康评价方法与应用[J].中南林业科技大学学报，2009，29（6）：197203.

[27]王兵，郭浩，王燕，等.森林生态系统健康评估研究进展[J].中国水土保持科学，2007，5（3）：114121.