露水河林业局森林健康多尺度评价*

沈 园，许 东，邓红兵，孔庆文

(1.中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室，北京 100085； 2.中国科学院大学，北京 100049；3.沈阳师范大学旅游管理学院，沈阳 110034； 4.吉林省长白山保护开发区自然保护管理中心，长白山保护开发区 133613)

·研究报告·

露水河林业局森林健康多尺度评价*

沈 园1， 2，许 东3※，邓红兵1，孔庆文4

(1.中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室，北京 100085； 2.中国科学院大学，北京 100049；3.沈阳师范大学旅游管理学院，沈阳 110034； 4.吉林省长白山保护开发区自然保护管理中心，长白山保护开发区 133613)

作为我国森林分布的重要区域，长白山区在木材生产以及维护生态平衡中起着重要作用，承担着区域生态安全等重大责任，因而该区域的森林健康程度在很大程度上影响着其相应功能的发挥。基于露水河林业局森林资源二类调查数据和样地调查数据等，从森林小班、景观尺度构建森林健康评价指标。在森林经营小班尺度上，以现代系统科学理论为基础，从完整性、稳定性和可持续性3个方面初步构建健康评价指标，得到小班健康评价指标7个； 在景观尺度上，以景观生态学理论为基础，从结构与格局、功能与过程两个方面初步构建健康评价指标，得到景观健康评价指标5个。在以上指标的基础上，分别对露水河林业局2003年、2010年的森林健康情况进行了评价和比较。结果表明： 2003年与2010年，露水河林业局林分水平上处于中等健康和较不健康的最多，面积比例分别为35.32%、35.67%(2003年)和31.30%、40.26%(2010年)，属于健康和不健康的小班较少，面积比分别占7.59%、7.71%(2003年)和14.98%、7.20%(2010年)，两个年份相比， 2010年健康林分的比例和较不健康林分的比例都有所增加。在景观尺度上，杂木林、胡桃楸林、水曲柳林、云杉林等森林景观健康情况较差， 2010年与2003年相比，榆树林、樟子松林景观健康状况有了一定好转，而水曲柳林则仍然健康状况堪忧。因此，整体来看露水河林业局森林亟需进行健康经营和管理以提高健康等级。

森林健康 尺度 林分 景观 长白山 露水河林场

0 引言

健康的森林能够提供包括木材生产、生态安全和社会文化等多样化的产品，因而森林健康是森林经营中的重要问题，受到研究者和林业管理人员的重视。不同学者从概念[1-6]、理念与问题[6-15]、监测与变化[16-23]、经营方式[24-25]以及城市森林健康管理[16， 26]等不同的角度对森林健康进行了研究。而无论是在这些研究中还是实际的森林经营中，森林健康与否以及森林健康程度是进行后续监测以及经营的前提，通过对森林健康进行诊断与评价，来揭示森林病变原理，提出健康调控机制，是森林可持续发展的重要基础。目前，国内外学者和相关经营机构已经从诸多方面对森林健康评价进行了大量工作，提出了不同的评价指标，采用的评价方法也很多样。然而分析发现，目前研究多关注于某单一尺度，如林分尺度、景观尺度乃至区域尺度等。但森林是一个具有时空异质性和等级结构的复杂系统，其健康本质很难通过单一尺度上的评价得以全面揭示[27]，近年来兴起的近自然林业、森林多目标经营等现代森林经营理念和方式也要求从林分、景观等多个尺度来考虑森林经营，因此进行多尺度评价是进行科学经营，实现森林健康的关键。

长白山区是我国重要的林区，在区域木材生产以及维护生态平衡中起着重要作用，但由于受到多年的人为不合理开发和破坏，森林质量明显下降，因此研究此区域不同尺度上的森林健康状况对于在不同经营尺度水平上采取合理措施具有重要意义。文章尝试以长白山区露水河林业局为例，从林分和景观两个尺度对其森林健康状况进行分析评价，以实现森林健康评价尺度之间的转换和耦合，一是为长白山区森林健康评价管理提供科学依据； 二是为我国森林健康评价提供新的视角和方法。

1 研究区概况

研究区位于长白山西北麓，吉林省抚松县境内(42°24′～42°49′N， 127°29′～128°02′E)，东西宽约40 km，南北长约50 km，总经营面积为1212.95 km2，是长白山林区具有代表性的森林经营区域之一。海拔600～800 m，属于寒温带大陆性气候，土壤亚类主要有白浆暗棕壤、典型暗棕壤和暗色暗棕壤，低洼处有小面积的沼泽土，水平分布和垂直分布规律比较明显。植被属于长白山顶级植物群落区系，地带性植被为阔叶红松林(Pinuskoraiensis)。

该局为我国重要的木材生产基地，主要从事木材和锯材生产。其采伐经营过程经历了皆伐到采育兼顾伐和径级伐，又到皆伐，直至20 世纪80 年代末才转向较为合理的采伐经营方式。在历年的采伐之后，该局目前出现了很多问题，如采伐量大于生产量等，大量的采伐使林区资源已经进入困危时期，造成采伐木林龄不合理，森林健康状况堪忧。

2 数据来源与研究方法

2.1 评价尺度与数据来源

考虑森林结构的空间异质性以及现代森林经营要求等，确定从林分和景观两个尺度对露水河森林健康进行评价。

在林分尺度上，采用露水河林业局森林资源二类调查的各小班数据； 在景观尺度上，将地类、森林类型和优势树种作为景观类型划分的标准，划分为15类森林景观类型。

以上两个尺度评价分析均采用2003年与2010年的露水河林业局森林资源二类调查数据，以反映两个年份的森林健康状况，分析露水河林业局森林健康变化趋势。

2.2 指标体系

2.2.1 林分尺度评价体系

在系统分析和整合国内外现有研究成果的基础上，以近自然林业、森林演替、森林多目标经营等理论为指导依据，综合考虑系统性、科学性、实用性等评价原则，采用复合结构功能指标法，从完整性、稳定性和可持续性3个方面构建林分尺度上的森林健康评价指标体系。完整性指标包括群落层次结构、林分郁闭度、物种多样性； 稳定性指标包括病虫害程度、火险等级、生态重要性、林分年龄，考虑到生态重要性、林龄指标与火险等级有较大重复，因此舍弃； 可持续性指标包括土壤厚度、近自然度(表1)。

应用以下数学模型对林分尺度上的森林健康进行评价：

(1)

式中，Si为第i号小班森林健康的评价得分，Mij为第i号小班第j个指标森林健康等级得分，Wij为第i号小班第j个指标的权重。

在确定评价指标体系的基础上，各指标的权重直接影响着综合评价的结果，科学计算各指标的权重是森林健康评价过程中的一个重要步骤。在参考专家意见的基础上，采用层次分析法来推算各个指标的权重[27](表1)。

表1 森林健康评价指标分级标准(林分尺度)

权重指标体系权重级别ⅠⅡⅢⅣⅤ完整性指标0.4群落层次结构(C1)0.7乔灌草复层林乔灌草单层林只有乔木灌草草本林分郁闭度(C2)0.20.5～0.70.3～0.5或0.7～0.80.2～0.3或0.8～0.90.1～0.2或0.9～0.950～0.1或0.95～1.0树种组成(C3)0.154321稳定性指标0.4病虫害程度(是否针阔混交)(C4)0.8无危害轻微危害中等危害较重危害严重危害火险等级(林龄)(C5)0.2一级二级三级四级五级可持续性指标0.2土壤厚度(C6)/cm0.8厚中薄近自然度(C7)0.2极近似近似较为近似基本近似不近似

2.2.2 景观尺度评价体系

结构与功能，格局和过程之间的联系与反馈是景观生态学的基本命题，依据景观生态学相关理论，结合森林多目标经营需求，根据系统性、科学性和完整性等原则，从结构与格局，功能与过程两个方面来建立露水河林业局森林景观健康评价的指标体系。

其中景观结构与格局指标采用斑块个数、斑块平均大小、分形维数、边缘密度等指标，景观功能与格局指标这里采用小班健康评价的结果：小班健康分级指数，即采用每种景观不同等级面积占其总面积的比例进行评价。

应用以下数学模型对森林景观健康进行评价：

(2)

式中，Si为第i种森林景观类型健康的评价得分，Mij为第i种森林景观类型第j个指标森林健康等级得分，Wij为第i种森林景观类型第j个指标的权重。

由于景观结构与格局、功能与过程是来自研究对象健康属性的两个方面，同等重要，因此赋予相同的权重，即景观结构与格局指标和景观功能与格局指标的权重分别为0.5、0.5[27]。景观结构与格局指标间相对重要性的确定采用专家打分法，得到森林景观健康评价指标权重(表2)。

表2 森林景观健康评价指标权重

准则层权重景观结构与格局Bl景观功能与过程B2层次总排序权重0.50.5目标层权重拼块个数C10.25000.1250拼块平均大小C20.25000.1250分形维数C30.25000.1250边缘密度C40.25000.1250小班健康分级指数C510.5000

表3 森林健康评价分级标准

2.3 判断标准与分类依据

采用自然断点法对林分和景观尺度的森林健康评价结果进行判定分级，划分为5个等级：健康、较健康、中等健康、较不健康、不健康(表3)。

3 结果分析

3.1 林分尺度森林健康评价

通过上述的评价方法及步骤，分别对露水河林业局2003年、2010年的森林小班进行健康评价，得到结果见表4、图1和图2。

根据2003年和2010年的统计结果，可以发现露水河林业局森林经营小班处于中等健康和较不健康的最多，面积比例分别为35.32%、35.67%(2003年)和31.30%、40.26%(2010年)，属于健康和不健康的小班较少，面积比分别占7.59%、7.71%(2003年)和14.98%、7.20%(2010年)，两个年份相比， 2010年健康林分的比例和较不健康林分的比例都有所增加。从整体来看，这说明露水河林业局亟需进行森林健康可持续经营，提高森林健康等级。

表4 林分尺度健康评价结果

种类年份健康较健康中等健康较不健康不健康白桦200311.261.958.2753.3825.1420105.4037.423.9736.9916.23变化-5.8635.47-4.30-16.39-8.91椴树20030.003.1143.5742.1411.1820100.000.00100.000.000.00变化0.00-3.1156.43-42.14-11.18红松20030.438.3026.9948.8215.4720100.004.7020.5450.8123.95变化-0.43-3.60-6.451.998.48胡桃楸20036.731.9220.2255.7615.3820100.001.110.0041.8457.05变化-6.73-0.81-20.22-13.9241.67混交20035.258.7341.4739.445.1120108.7311.0030.3044.675.31变化3.482.27-11.175.230.20阔叶20037.3714.8345.5129.382.9120104.6217.0736.3337.224.75变化-2.752.24-9.187.841.84落叶松200315.879.754.5945.5324.26201018.3326.426.3832.4216.45变化2.4616.671.79-13.11-7.81水曲柳20030.004.807.1463.7724.2820100.000.000.5460.6838.78变化0.00-4.80-6.60-3.0914.50杨树200317.7535.4118.6123.165.0720108.6215.9439.7434.301.40变化-9.13-19.4721.1311.14-3.67榆树20030.000.0012.3270.7116.9820100.000.000.00100.000.00变化0.000.00-12.3229.29-16.98云杉20034.180.488.3967.5819.3720100.000.000.3875.0124.61变化-4.18-0.48-8.017.435.24杂木200352.790.002.7228.5915.9020107.720.0012.720.0079.56变化-45.070.0010.00-28.5963.66柞树200311.3628.1226.1723.6710.67201010.0221.153.306.7358.80变化-1.34-6.97-22.87-16.9448.13樟子松20031.340.167.0359.9631.51201025.2534.614.9020.8814.36变化23.9134.45-2.13-39.08-17.15针叶20033.981.4827.7754.7911.9920105.0012.6412.2850.7119.37变化1.0211.16-15.49-4.087.38

图1 2003年露水河林业局林分尺度森林健康分布 图2 2010年露水河林业局林分尺度森林健康分布

在林分水平上，在所有森林小班类型中，除针阔混交、落叶松、樟子松等类型的森林小班处于健康的比例增大以外，其他类型都有所减少。

露水河林业局主要的优势类型为阔叶混交林和针阔混交林，其森林健康状况的好坏变化影响着整个研究区域森林生态的好坏和生态功能的发挥，对露水河林业局的生态环境调控起着极为重要的作用。但从分析结果看，阔叶林和针阔混交林的健康状况并不理想， 2003年中等健康以下的分别占到了77.8%和86.02%； 2010年则分别为78.3%和80.28%。阔叶林在健康水平上的林分的比例在2010年下降了2.75%，而针阔混交林的森林健康状况则呈现出转好的趋势，健康水平和较为健康水平的比例均有所增加(分别增加了3.48%和2.27%)。除阔叶林和针阔混交林之外，露水河林业局的另外一种主要森林类型，即针叶林在健康和较健康水平上的比例也都有所增加。这很有可能是1995年后露水河林业局的采伐方式改为采阔保针，致使阔叶林的健康程度受到一定的影响，森林采伐造成的干扰使阔叶混交林部分转变为阔叶混交林和针叶林。

在空间上看，健康状况转好的区域主要集中在东升、清水河、红光等林场，健康状况转差的林分主要集中在黎明、四湖和西林河等林场。这也说明了2003～2010年间露水河林业局森林采伐的重点放在了黎明、四湖和西林河等，而东升、清水河、红光等原来森林资源较好的林场已经由采伐为重点转变为营林为重点。

3.2 景观尺度森林健康评价

根据景观尺度计算方法得到露水河林业局森林景观健康结果如表5。

表5 景观尺度健康评价结果

级别年份健康较健康中等健康较不健康不健康景观类型2003杨树、针阔混交、阔叶混交落叶松、红松白桦、杂木、柞树胡桃楸、云杉、椴树、针叶榆树、水曲柳、樟子松2010针阔混交林、阔叶混交林落叶松林、杨树林红松林、针叶混交林、樟子松林榆树林、椴树林、柞树林、白桦林杂木林、胡桃楸林、水曲柳林、云杉林

从以上结果中可以看出，在景观尺度的健康评价上，处于中等以下的森林景观类型比例较大， 2003年为10种，而2010年则变为了11种，说明在景观尺度上，露水河林业局森林健康也处于不理想的状态。

从景观水平来看，针阔混交林、阔叶林等该区重要的景观生态类型呈现出健康的状态，说明在景观水平上，对整个露水河林业局的生态环境演变起到主导作用的景观类型未受到根本性的破坏，与上述林分水平的分析结果相结合，未来阔叶林、针阔混交林在森林经营上应逐渐走向更加合理化，使阔叶林、针阔混交林等森林景观类型在保持景观水平健康的同时，林分健康质量得到明显改善。

杂木林、胡桃楸林、水曲柳林、云杉林等森林景观被确定为不健康，其原因主要是：景观的平均斑块面积、边缘密度都较小，景观多样性指数值均显著偏低，另外其小班健康度也较低。

而2010年和2003年相比，榆树林、樟子松林景观健康状况有了一定好转，而水曲柳林则仍然健康状况堪忧； 杨树林景观则由原来的健康转变为较健康。

通过以上分析可以看出，露水河林业局的森林无论是在森林小班水平上还是在森林景观斑块水平上较不健康和不健康的比例很大，说明亟需进行可持续经营。

4 结论与讨论

森林健康评价是实现森林可持续发展的重要基础工作，经过对露水河林业局林分、景观两个尺度的分析，发现在林分尺度上， 2003年和2010年露水河林业局森林经营小班处于中等健康和较不健康的最多，面积比例分别为35.32%、35.67%(2003年)和31.30%、40.26%(2010年)，属于健康和不健康的小班较少，两个年份相比， 2010年健康林分的比例和较不健康林分的比例都有所增加。健康林分的增加主要表现在针叶林和针阔混交林健康林分的增多上，而不健康林分比例的增大则主要是由阔叶林不健康林分的增多而引起的。这种现象的产生很有可能是1995年后露水河林业局的采伐方式改为采阔保针，森林采伐造成的干扰使阔叶混交林部分转变为阔叶混交林和针叶林，从而使阔叶林健康程度降低。

而从景观水平来看，处于中等健康以下的景观类型有10种，所占比例较大。2010年与2003年相比，中等健康以下的景观类型增加了一种，没有出现太大变化。针阔混交林、阔叶林等该区重要的景观生态类型两个年份都呈现出健康的状态，说明在景观水平上，对整个露水河林业局的生态环境演变起到主导作用的景观类型未受到根本性的破坏。与林分尺度上的森林小班类型相对照可以发现，无论是在林分尺度还是景观尺度，水曲柳、樟子松等不健康的比例都较大，表明在未来的森林经营中，这两种林型应作为重点进行对待。从露水河整体未来森林发展来看，近年来虽然随着我国林业经营主导思想的转变和天保工程的实施，该局生产经营方式和经营格局进行了调整，一定程度上保证了森林资源的接续，但须采取切实可行的森林经营管理措施，提高经营管理水平，提高森林健康水平，发挥森林更大的综合效益。

从林分和景观尺度对森林健康进行评价能够避免单一尺度的不足，切合了森林生态系统本身的性质，满足了森林多目标经营的需求。森林健康评价所选择的方法和指标不同，可能导致评价结果的不同，该研究中从林分尺度提出了7个评价指标，景观尺度上提出了5个评价指标，基本上满足了两个尺度的评价需求。针对林业经营实际需求，建立有效、统一的评价指标体系和科学合理、因地制宜的健康标准是未来森林经营工作中开展森林生态系统健康多尺度评价的重点，具体的阈值可以根据地理环境、森林类型以及经营目标从不同尺度上来设定。从基层林业需求来看，建立简洁的指标测度方法也将是未来森林健康多尺度评价的趋势。

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MULTI-SCALE ASSESSMENT OF FOREST HEALTH IN LUSHUIHE FORESTRY BUREAU

Shen Yuan1， 2，Xu Dong3※，Deng Hongbing1，Kong Qingwen4

(1. Research Center for Eco-Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100085, China;2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China;3.Shenyang Normal University, Shenyang 110034, China;4.Natural Conservation Center, Changbai Mountain Protection & Development Zone 133613, China)

The forests in the Changbai Mountain area play an important role in maintaining ecological balance and regional ecological security. Based on Forest Resource Inventory data and samples survey data of Lushuihe Forestry Bureau, forest health was evaluated at stand and landscape scale. At stand scale, 7 evaluation indexes were established in terms of integrity, stability and sustainability based on modern systems science theory. At landscape scale, 5 evaluation indexes were established from the structure and pattern, function and process based on landscape ecology theory. The results showed that: in 2003 and 2010, at stand level, the area of healthy and less healthy accounted for 35.32%, 35.67% (2003) and 31.30%, 40.26% (2010) of the total forest area, the less healthy and unhealthy area accounted for 7.59%, 7.71% (2003) and 14.98%, 7.20% (in 2010), respectively. The proportion of healthy and less healthy of forest stands arised in 2010. At landscape scale, the health conditions of weed, walnut, ash, spruce and other forests were poor. From 2003 to 2010, health status at landscape scale of elm forest and pine forest had been improved except the ash forest. Therefore, it was urgent to enhance the comprehensive management of forest health in Lushuihe Forestry Bureau.

forest health; scale; stand; landscape; Changbai Mountain; Lushuihe woodland

10.7621/cjarrp.1005-9121.20160404

2015-04-08

沈园(1989—)，女，江苏苏州人，博士研究生。研究方向：生态系统健康与管理。※通讯作者：许东(1979—)，男，山东单县人，博士、副教授。研究方向：景观生态学。Email：xudong1222@126.com

*资助项目：“十二五”农村领域国家科技支撑计划重点项目“长白山森林多目标经营规划技术研究与示范”(2012BAD22B0409)

X173； F307.2

A

1005-9121[2016]04-0024-07