滇东北金佛山方竹林健康评价指标体系构建

张 营董文渊顾 宝王林昊唐海龙罗祥毅陈朝彦（.西南林业大学林学院，云南昆明650；.西南林业大学云南生物多样性研究院，云南昆明650；.西南林业大学环境科学与工程学院，云南昆明650；.云南省彝良县林业局，云南彝良657600）



滇东北金佛山方竹林健康评价指标体系构建

张 营1董文渊2顾 宝1王林昊3唐海龙1罗祥毅4陈朝彦4
（1.西南林业大学林学院，云南昆明650224；2.西南林业大学云南生物多样性研究院，云南昆明650224；3.西南林业大学环境科学与工程学院，云南昆明650224；4.云南省彝良县林业局，云南彝良657600）

摘要：以滇东北金佛山方竹林为对象，在全面调查竹林生长状况、林分结构、立地条件等基础上，构建金佛山方竹林健康评价指标模型。结果表明：通过因子分析方法建立金佛山方竹林健康评价指标体系，第一层为目标层，即竹林健康综合评价；第二层为要素层，包括林分活力指标、外界干扰指标、林分结构指标和冠层结构指标；第三层为12个二级指标，包括胸径、地径、高度、生物量、枯立竹数、郁闭度、年龄结构、乔木层丰富度、灌木层盖度、草本层盖度、抚育管理强度、社会重视程度。基于不同立地条件预测竹林分活力指标，建立了竹林健康评价模型，并将竹林健康等级划分为3个等级，其中金佛山方竹林健康林分占31.11%，亚健康林分占51.11%，不健康林分占17.78%。

关键词：滇东北；金佛山方竹；因子分析法；评价指标；健康等级

Key words：Northeastern Yunnan，Chimonobambusa utilis，factor analysis method，assessment indexes，health level

森林生态系统健康评价是通过一套评估指标体系来诊断和评估现有森林生态系统的健康状况，是对森林生态系统生产力水平、结构状态、抵抗外界干扰能力以及服务功能等多方面的一次综合、全面的评估过程［1］。国内外许多学者对森林健康从单木、林分、景观、区域及全球等层次进行评价，方法各不相同却各有所长，如Costanza-R等［2］就提出了由生态系统的活力、组织力、弹性构成的生态系统健康指数对森林的生态系统健康程度进行评价。

金佛山方竹（Chimonobambusa utilis）是禾本科竹亚科方竹属的竹种，为复轴混生型中小径竹［3］。金佛山方竹竹笋笋肉肥厚，味道鲜美，远销国内外，被称之为“竹类之冠”。由金佛山方竹无性系种群的生长规律可知金佛山方竹的高生长遵循慢—快—慢的过程，持续时间约45 d［4］。竹子生长状况受立体条件限制，竹子的胸径、高度和生物量在不同的立地条件下阈值不同［5］。长期以来，对金佛山方竹的研究主要集中在天然林出笋成竹规律、种子育苗、密度调控与施肥、混交林试验、人工造林和低产林改造［6-9］等方面，而有关金佛山方竹林健康评价的相关研究未见报道。本研究从竹林立地质量和其他方面综合对金佛山方竹林生态系统健康质量进行研究，以期提高金佛山方竹的生态系统服务功能，为改善其健康状况提供理论依据。

1　研究地概况

研究地处于云南省东北部云、贵、川三省结合部的昭通市，属典型的山地构造地形，地势南高北低，海拔1 229～1 931 m。该区有高等植物151科、457属、1 025种（不含苔藓植物），从南亚热带到北温带植物均有分布；已知的珍稀濒危植物有58种，其中国家一级保护植物2种、二级24种、三级32种。

昭通市彝良县牛街镇，位于彝良县东北部，地处东经104°21′58.08″～104°24′43.24″，北纬27°49′10.37″～27°50′54.82″，年均降雨量1136.8 mm，属中亚热带、北亚热带2种气候类型，土壤为微酸性的黄壤土。昭通市彝良县龙安镇位于县城北部，地处东经104°09′20.03″～104°09′21.84″，北纬27°45′43.51″～27°45′46.33″，年平均气温12℃，降雨量1000 mm，土壤有粘土、砂壤土等类型，性状多呈弱酸性。

2　研究方法

2.1数据采集

在试验地中设置不同样地，在样地中选择海拔、坡度、土壤条件基本一致的地段设置2 m×2 m调查样方，共45块。统计样方内金佛山方竹分株数量，并进行每竹检尺，调查竹林生长、结构、立地等基本情况，测定竹子胸径、地径、高度、年龄、郁闭度、病虫害感染程度等数据。

2.2数据处理

数据处理采用SPSS 17.0运用因子分析法，通过KMO统计量的取值及Bartlett′s球形检验结果，以判断能否使用主成份分析法，筛选影响金佛山方竹健康评价的主成分；采用VOR模型主要从活力、组织结构和恢复力3个主要特征构建评价指标体系；结合示性函数，量化所调查数据，以胸径为指标，利用多元回归分析构建回归预测方程，进行立地质量评价的等级划分。

3　结果与分析

3.1评价指标的选取

构建评价指标体系是竹林健康评价的首要步骤和关键内容，指标体系构建的好坏关系后期评价的科学性和准确度［10］。在构建滇东北竹林健康评价指标体系时主要考虑5个原则：科学原则、可操作原则、系统性原则、敏感性原则以及最小数量原则。

根据以上5个原则选取了以下因子，分别包括胸径（X1）、地径（X2）、高度（X3）、生物量（X4）、枯立竹数（X5）、郁闭度（X6）、年龄结构（X7）、乔木层郁闭度（X8）、灌木层盖度（X9）、草本层盖度（X10）、病虫害发生程度（X11）、抚育管理强度（X12）、社会重视强度（X13）等13个因子。

3.2评价指标的因子分析

分析选取因子的相关性，并对其归类划分层次，结果见表1。

由表1可知，前4个主成份的特征值均>1，它们的累积贡献率为71.075%，即约71%的总方差可以由4个潜在因子解释；且由公因子方差结果可知多数变量的共性方差接近或超过0.5，故提取4个因子进行主成分分析，结果见表2。

表1　总方差解释表Table 1 Total variance explained

根据表2的因子载荷矩阵可知，提取的4个公共因子设为F1、F2、F3、F4，分别为第一、第二、第三、第四主因子。故F1的主要构成成分为：胸径、地径、高度、生物量，因此可将F1概括为林分活力指标；F2主要主要构成成分为：枯立竹、抚育管理强度、社会重视强度，因此可将F2概括为外界干扰指标；F3的主要构成成分为：年龄结构、灌木层盖度、草本层盖度，因此可将F3概括为林分结构指标；F4的主要构成成分为：郁闭度、乔木层丰富度，因此可将F4概括为冠层结构指标。

表2　旋转后因子载荷矩阵Table 2 Rotated component matrix

3.3评价指标权重的确定

根据Costanza的系统健康模型［9］构建滇东北金佛山方竹林健康评价指标体系，并计算其权重（wi），结果见表3。

式中：Hi表示系统健康指数；V表示系统活力；O表示系统组织指数；R表示系统恢复力指数。

表3　竹林健康评价指标权重系数Table 3 Weight coefficient of health assessmentindexes of bamboo health

3.4基于立地质量的竹林健康模型构建

3.4.1金佛山方竹立地质量评价与等级划分

1）数据反应表的建立。影响金佛山方竹无性系种群生长的立地质量指标有8个，定量因子有：海拔、坡度、土层厚度。定性因子有：坡位、石砾含量、土壤质地、小气候等。

首先，将定量因子划分为若干等级并转化为定性因子，引入0～1数量化示性函数（δi）：

式中：当第i个样品第j个项目的值属于第k类目时，标注1；在该项目的其他类目中标注0。

编制金佛山方竹林立地质量评价指标数据反映表，见表4。

表4　金佛山方竹林立地质量评价指标数据反映表Table 4 Raw data of evaluating indicators of Chimonobambusa utilis forests site quality in Jinfo Mountain

2）预测方程的建立与检验。根据数量化理论Ⅰ数学模型：

式中：i为样地数，i=l，2，3，…，n；k为类目数，k=1，2，3，…，ri；j为项目数，j = 1，2，3，…，m；εi为第i个样地的抽样误差。

通过最小二乘法回归原理解出上述数学模型bjk的值，得到金佛山方竹林的胸径预测方程，并对预测方程精度进行检验。结果显示：预测方程的复相关系数R = 0.921，F = 35.473 > F0.05，说明金佛山方竹林胸径预测方程显著，预测效果良好。

3）立地质量等级评价。将金佛山方竹林胸径预测方程中各项目得分值代数和的极差（最大代数和与最小代数之差）划分为3个数值范围，即将金佛山方竹林立地质量划分为3个等级（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ），结果见表5。

表5　金佛山方竹林立地质量等级划分及各活力指标阈值Table 5 The site quality classification and the threshold of the vitality indexes of Chimonobambusa utilis forests in Jinfo Mountain

3.4.2金佛山方竹林评价指标的阈值划分

将金佛山方竹的胸径和地径、高度、生物量进行相关分析，并拟合其相关方程，如下：

经检验，胸径和地径预测方程的复相关系数R= 0.969，F = 655.576，P＜0.001；胸径和高度预测方程的复相关系数R = 0.874，F = 44.173，P＜0.001；胸径和生物量预测方程的复相关系数R=0.722，F = 14.897，P＜0.001。说明预测效果均较好，从而得到不同立地质量的金佛山方竹林健康活力指标阈值，见表6。

表6　金佛山方竹林健康评价指标分级赋值Table 6 Graded assignment of health assessment indexes of Chimonobambusa utilis forests in Jinfo Mountain

3.4.3金佛山方竹林健康模型的建立

1）不同立地金佛山方竹林健康评价指标分级赋值。将金佛山方竹林健康评价指标划分为3个等级并列出每个等级相应分值，见表7。

2）金佛山方竹林健康评价。将各指标得分与其权重相乘加和后得到金佛山方竹林健康综合指数：

式中：Hi为健康综合指数，Hi值域为［1-3］，i=1，2，…，45；wi为各评价指标所占权重，w1+w2+…+ w12=1；Xi为各评价指标分值，i=1，2，…，12。

根据得出的健康综合指数，可得金佛山方竹林健康评价结果（表7）。在45个调查样方中，有31.11%的调查样地金佛山方竹林健康质量为健康，51.11%的调查样方为亚健康，17.78%的调查样方为不健康。

表7　竹林健康标准等级划分及生态学特征Table 7 The grading standards of bamboo forests health and its ecological characteristic

4　结论与讨论

1）建立滇东北金佛山方竹林健康评价指标体系。第一层为目标层，即竹林健康综合评价；第二层为要素层，即一级指标，分别为林分活力指标、外界干扰指标、林分结构指标和冠层结构指标；第三层为指标层，即二级指标，共12个，分属于各一级指标。

2）基于不同立地质量等级预测竹林林分活力指标，建立竹林健康评价指标模型，并将竹林健康程度划分为健康、亚健康和不健康3个等级；竹林健康评价表明金佛山方竹林中健康林分仅为31.11%，而亚健康林分高达51.11%，不健康林分占17.78%。总体而言，滇东北金佛山方竹林的主体处于亚健康状态。

3）竹林健康评价的目的是摸清滇东北金佛山方竹林的健康状况，为竹林健康经营提供理论依据。然而，现行的竹林经营技术皆是以获取最大经济效益为出发点，竹林良好的生态功能尚未得到重视和充分发挥［11］。该调查样地由于掠夺式采笋伐竹，致使金佛山方竹林无性系种群严重退化，竹林的相应管理整体上缺乏空间规划和技术引导，使得竹林出现不同的健康等级。

4）根据金佛山方竹无性系种群的生长特点，出笋过程分3个时期，即出笋初期（9月27日—10 月2日）、出笋盛期（10月3—17日）和出笋末期（10月18日—11月12日）［4］。故在竹林采笋最佳时期应为出笋盛期；且在采笋期应采用密度调控和轮闲制采笋想结合的方法，可以在每年的秋季对林内4—5年生老竹进行砍伐，改善方竹无性系种群年龄结构［12］，提高竹笋产量和质量，伐下的老竹应铺于林内，以培肥地力，提高分株个体大小的改良，提升子代分株质量，促进种群的稳定发展。

5）本评价体系是以滇东北金佛山方竹现实林分调查材料为基础，结合理论与实践建立，该指标体系仅适用于滇东北金佛山方竹林，其竹种和地域具有较强的局限性，因此在未来的研究工作中，应根据2个或多个竹种研究在云南省以至西南地区的分布情况，拓展研究范围，以扩大所划分立地类型系统的普适性和针对性，从而更好地服务于林业生产实践。

致谢：感谢韩妍同志在滇东北竹林生态系统健康评价指标体系构建研究方面给予的理论及方法的引导和帮助。同时云南省彝良县林业局对野外调查工作给予了的极大的支持和帮助，在此表示衷心感谢！

［参考文献］

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（责任编辑曹龙）

第1作者：张营（1989—），女，硕士生。研究方向：竹林培育。Email：zy1989wj＠163.com。

Study on the Construction of Health Assessment Index System
of Chimonobambusa utilis Forests in Northeastern Yunnan

Zhang Ying1，Dong Wenyuan2，Gu Bao1，Wang Linhao3，Tang Hailong1，Luo Xiangyi4，Chen Chaoyan4
（1.College of Forestry，Southwest Forestry University，Kunming Yunnan 650224，China；2.Yunnan Academy of Biodiversity，Southwest Forestry University，Kunming Yunnan 650224，China；3.College of Environment Science and Engineering，Southwest Forestry University，Kunming Yunnan 650224，China；4.Yiliang Forestry Bureau，Yiliang Yunnan 657600，China）

Abstract：This study chose the Chimonobambusa utilis forests in Jinfo Mountain，Northeastern Yunnan as the research object，a health assessment index model of bamboo forests in Jinfo Mountain was constructed based on the comprehensive surveys of growth conditions，stand structure，site conditions，etc.The main results were as follows：the health assessment index system of C.uticles bamboo forests established by the method of factor analysis，The first layer was the target layer，which was the health assessment of bamboo forest，the second layer was feature layer，including vitality index，resistance index，stand structure index，and canopy structure index，the third layer was secondary index layer，including 12 indexes：DBH（diameter at breast height），ground diameter，height，biomass，number of dead and erect bamboos，canopy density，age structure，abundance of tree layer，coverage of shrub layer，coverage of herb layer，tending management strength，social importance degree.The health assessment index model of bamboo forests predicted the vitality index based on different site conditions，and divided health condition of bamboo forests into three levels，healthy bamboo forest held 31.11%，sub-health bamboo forest held 51.11%and unhealthy bamboo forest held 17.78%.

通信作者：董文渊（1962—），男，教授，博士生导师。研究方向：竹类无性系种群生态、竹林培育和生态经济。Email：wydong6839＠sina.com。

基金项目：云南省科技惠民计划应用研究开发项目（2013 CA003）资助；西南地区生物多样性保育国家林业局重点实验室开放基金资助。

收稿日期：2015-12-23

doi：10.11929/ j.issn.2095-1914.2016.03.023

中图分类号：S718.55

文献标志码：A

文章编号：2095-1914（2016）03-0131-06