淺析生態(tài)系統(tǒng)健康理論在森林健康研究中的應(yīng)用

馬志林1,2，陳麗華1，于顯威1,3，李曉鳳1

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淺析生態(tài)系統(tǒng)健康理論在森林健康研究中的應(yīng)用

馬志林，陳麗華，于顯威，李曉鳳

（1. 北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院，北京 100083；2. 陜西省治沙研究所，陜西 榆林 719000；3. 沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 沈陽 110122）

森林生態(tài)系統(tǒng)健康是生態(tài)系統(tǒng)健康研究的重要組成部分。當前，不同類型生態(tài)系統(tǒng)健康研究的深度和側(cè)重點有所不同，但存在相似的研究思路，并且研究的目標均為生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)性。本文以系統(tǒng)工程學(xué)思想為指導(dǎo)，在分析生態(tài)系統(tǒng)（大系統(tǒng)）健康和各類型生態(tài)系統(tǒng)（小系統(tǒng)）健康基本問題的基礎(chǔ)上，探討了森林生態(tài)系統(tǒng)（小系統(tǒng)）健康的概念內(nèi)涵、尺度特征、評價標準、評價指標和評價方法，并給出了相應(yīng)的建議。

生態(tài)系統(tǒng)健康；森林健康；理論；比較

森林生態(tài)系統(tǒng)是全球陸地上最大的生態(tài)系統(tǒng)，與陸地其他生態(tài)系統(tǒng)相比，森林生態(tài)系統(tǒng)有著最復(fù)雜的組成，最完整的結(jié)構(gòu)，最旺盛的能量轉(zhuǎn)換和物質(zhì)循環(huán)，最高的生物生產(chǎn)力，最強的生態(tài)效應(yīng)等特點。森林生態(tài)系統(tǒng)研究是生態(tài)系統(tǒng)研究的重要組成部分。森林生態(tài)系統(tǒng)（小系統(tǒng)）與各類型生態(tài)系統(tǒng)（小系統(tǒng)）的研究構(gòu)成和豐富了生態(tài)系統(tǒng)（大系統(tǒng)）理論，并且各個類型生態(tài)系統(tǒng)研究以生態(tài)系統(tǒng)理論為平臺相互見解不斷完善。生態(tài)系統(tǒng)健康理論最早是美國生態(tài)學(xué)家、土地倫理學(xué)家Aldo Leopold于1941年提出的土地健康（Land health）概念基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，到目前為止，生態(tài)系統(tǒng)健康理論在土地、河流、湖泊、城市、草地、農(nóng)業(yè)、森林、海洋等生態(tài)系統(tǒng)管理中得到應(yīng)用并不斷完善。本文以系統(tǒng)論思想為指導(dǎo)，通過對生態(tài)系統(tǒng)健康的概念、生態(tài)系統(tǒng)健康的尺度特征、生態(tài)系統(tǒng)健康評價標準、生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標和評價方法幾個方面的分析，探討森林生態(tài)系統(tǒng)健康的概念內(nèi)涵、尺度特征、評價標準、評價指標和評價方法，并給出相應(yīng)的建議。

1 不同類型生態(tài)系統(tǒng)健康的概念比較

生態(tài)系統(tǒng)健康是保證生態(tài)系統(tǒng)發(fā)揮服務(wù)功能的前提，一個結(jié)構(gòu)完整充滿活性并具有抵抗干擾和恢復(fù)能力的健康生態(tài)系統(tǒng)，可以為人類社會提供長期的服務(wù)。

目前，得到研究者普遍關(guān)注和引用的生態(tài)系統(tǒng)健康概念有：Rapport（1998）認為生態(tài)系統(tǒng)健康（Ecosystem health）是指一個生態(tài)系統(tǒng)所具有的穩(wěn)定性和可持續(xù)性，即在時間上具有維持其組織結(jié)構(gòu)、自我調(diào)節(jié)和對脅迫的恢復(fù)能力。生態(tài)系統(tǒng)健康可以通過活力、組織結(jié)構(gòu)和恢復(fù)力3個特征定義，活力（Vigor）表示生態(tài)系統(tǒng)的功能，可根據(jù)新陳代謝或初級生產(chǎn)力等來測度；組織結(jié)構(gòu)（Organization）是根據(jù)系統(tǒng)組分間相互作用的多樣性及數(shù)量來評價；恢復(fù)力（Resilience）也稱抵抗力，是指系統(tǒng)在脅迫下維持其結(jié)構(gòu)和功能的能力。

Costanza認為，如果一個生態(tài)系統(tǒng)是穩(wěn)定和持續(xù)的，也就是說它是活躍的能夠維持它的組織結(jié)構(gòu)，并能夠在一段時間后自動從脅迫狀態(tài)恢復(fù)過來的話，這個生態(tài)系統(tǒng)就是健康的，不受脅迫綜合癥的影響。

1.1 城市生態(tài)系統(tǒng)健康

Hancock認為，城市生態(tài)系統(tǒng)健康至少有兩種不同的含義：城市人居環(huán)境的健康和城市生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)人類種群的健康。具體歸結(jié)為六個要素：城市人群的健康狀況、城市區(qū)域內(nèi)的社會福利狀況、政府管理的有效性、人居環(huán)境質(zhì)量、城市自然環(huán)境質(zhì)量、城市內(nèi)生物物種的健康狀況、城市生態(tài)系統(tǒng)對自然生態(tài)系統(tǒng)的影響。

1.2 濕地生態(tài)系統(tǒng)健康

崔保山等指出，濕地生態(tài)系統(tǒng)健康是指系統(tǒng)內(nèi)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動未受到損害，關(guān)鍵生態(tài)組分和有機組織被保存完整且缺乏疾病，對長期或突發(fā)的自然或人為擾動能保持著彈性和穩(wěn)定性，整體功能表現(xiàn)出多樣性、復(fù)雜性和活力，濕地健康是濕地生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的保障。

1.3 草地生態(tài)系統(tǒng)健康

草地生態(tài)系統(tǒng)健康應(yīng)從草地的自然與社會兩個屬性考慮。自然屬性是指草地生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能的完整性，其中的各種功能流（能量流、物質(zhì)流、信息流和價值流）都能正常進行，系統(tǒng)能夠維持自身的組織結(jié)構(gòu)長期穩(wěn)定，具有自我運作能力，對自然干擾的長期效應(yīng)具有抵抗力和恢復(fù)力；社會屬性是指草地生態(tài)系統(tǒng)有利于滿足社會經(jīng)濟及人類生存的可持續(xù)發(fā)展的需要。草地生態(tài)系統(tǒng)健康研究的主要任務(wù)是，草地生態(tài)系統(tǒng)健康的評價內(nèi)容和方法，以及不同尺度下草地生態(tài)系統(tǒng)健康管理。

1.4 森林生態(tài)系統(tǒng)健康

森林生態(tài)系統(tǒng)健康（Forest ecosystem health）也稱森林健康（Forest health）。最早提出森林健康的概念是研究森林所受的脅迫，以及在脅迫條件下森林的變化。1992年美國出臺《森林生態(tài)系統(tǒng)健康和恢復(fù)法》使研究者對森林健康的認識趨于統(tǒng)一。目前，森林生態(tài)系統(tǒng)健康概念最具代表性的有三種：目標途徑的概念，以森林資源管理目標的可獲取性作為森林健康的評價標準；生態(tài)系統(tǒng)途徑的概念，強調(diào)森林生態(tài)系統(tǒng)自身物質(zhì)和能量的循環(huán)，并以生態(tài)系統(tǒng)自身的平衡和穩(wěn)定作為健康評價標準；綜合途徑的概念，是在權(quán)衡上述兩個定義的基礎(chǔ)上，以森林生態(tài)系統(tǒng)既能維持自身復(fù)雜性又能向人類提供需要的功能性作為健康評價的標準。

分析不同類型生態(tài)系統(tǒng)健康的概念，可以看出在森林生態(tài)系統(tǒng)健康概念的界定上應(yīng)該考慮以下幾點：

（1）各種類型生態(tài)系統(tǒng)都表現(xiàn)出自然—社會—經(jīng)濟復(fù)合體的特性，因此進行生態(tài)系統(tǒng)健康研究的初衷是以實用為目的，研究結(jié)果可以直接運用于生態(tài)系統(tǒng)管理，并產(chǎn)生效益。

（2）在各種類型生態(tài)系統(tǒng)健康研究中，生態(tài)系統(tǒng)的自然屬性和社會屬性分別得到體現(xiàn)，二者的權(quán)衡是生態(tài)系統(tǒng)健康的必要手段。

（3）在生態(tài)系統(tǒng)綜合管理中，生態(tài)系統(tǒng)健康屬于生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)管理的低級階段，生態(tài)系統(tǒng)健康的目標是生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)性。

（4）研究各類生態(tài)系統(tǒng)健康時可以用活力、組織結(jié)構(gòu)、抵抗力三個指標來表征生態(tài)系統(tǒng)的自然屬性。

2 不同類型生態(tài)系統(tǒng)健康的尺度特征比較

生態(tài)系統(tǒng)具有層次性和復(fù)雜性的特征，并且構(gòu)成生態(tài)系統(tǒng)的生物和非生物組分在時刻變化中得以生存和完善。所以，進行時間和空間尺度的研究是揭示生態(tài)系統(tǒng)固有規(guī)律的必然途徑。生態(tài)系統(tǒng)健康尺度研究有兩個方面：一是摸清不同尺度下生態(tài)系統(tǒng)的內(nèi)部和外部規(guī)律；二是尺度間的轉(zhuǎn)換。

生態(tài)系統(tǒng)健康研究在空間尺度上分為：斑塊尺度、景觀尺度、區(qū)域尺度、大陸尺度及全球尺度。尺度選擇的主要依據(jù)是研究對象的大?。娣e）和開展研究的目的。例如：在城市生態(tài)系統(tǒng)中，從小區(qū)、城區(qū)、城市到城市群，不同的空間尺度城市生態(tài)系統(tǒng)表現(xiàn)出不同的特征，比較而言，與人類感知能力最為密切的應(yīng)該是前三個尺度。不同時間尺度對應(yīng)的生態(tài)學(xué)結(jié)構(gòu)和過程不同，以秒和分為間隔的小時間尺度對應(yīng)于生物成分的生理變化，生態(tài)系統(tǒng)的演替對應(yīng)幾十年到幾百年的中時間尺度，而大地構(gòu)造變化、生態(tài)系統(tǒng)演化是以幾千年至幾百萬年記的長時間尺度。如城市生態(tài)系統(tǒng)研究中可以選取和人類生存相關(guān)度高的小時間尺度（通常以年、季、天為時間單位）和中時間尺度（數(shù)十年至數(shù)百年）。

通過考察森林生態(tài)系統(tǒng)與其他類型生態(tài)系統(tǒng)的差異，在確定森林生態(tài)系統(tǒng)健康研究的尺度時應(yīng)綜合考慮以下幾點：

（1）根據(jù)研究區(qū)域森林的面積和開展森林健康研究的目的，在空間尺度上適當選擇小班尺度、林分尺度、景觀尺度和區(qū)域尺度；在時間尺度上選擇不同發(fā)育階段的林分，如：幼齡林、中齡林、近熟齡、成熟林和過熟林。

（2）森林生態(tài)系統(tǒng)健康研究的最低尺度是開展調(diào)查的小班面積（種群、群落或其他），最高尺度是從區(qū)域尺度說明森林生態(tài)系統(tǒng)對區(qū)域的影響（生態(tài)、經(jīng)濟和社會三個方面）。

（3）在不同尺度的森林生態(tài)系統(tǒng)健康研究中，相應(yīng)選擇的健康評價標準和評價方法應(yīng)該有所不同。

（4）如何用特定尺度上的研究結(jié)果推測其他尺度森林生態(tài)系統(tǒng)的狀況，即研究不同尺度之間的相互轉(zhuǎn)換是森林生態(tài)系統(tǒng)健康研究的又一內(nèi)容。

3 不同類型生態(tài)系統(tǒng)健康的評價標準比較

只有選擇和采用合適的生態(tài)系統(tǒng)健康標準才能對所研究生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況做出合理評價，并且使評價結(jié)果在生態(tài)系統(tǒng)管理中具有指導(dǎo)意義。但生態(tài)系統(tǒng)的多變量性和動態(tài)性，使生態(tài)系統(tǒng)健康標準具有多尺度性和動態(tài)性。如何選取生態(tài)系統(tǒng)健康評價各指標的標準，具有代表性的思路有：

草地生態(tài)系統(tǒng)健康評價標準：單貴蓮等選取的標準區(qū)域為一個景觀單元，在其生態(tài)過程在正常變化范圍內(nèi)起作用，植物群落對大多數(shù)干擾具有足夠的抗性和彈性。并且要求參照區(qū)域應(yīng)能代表大部分草地的特征和變異性，參照區(qū)域不一定是原始的、從未利用過的區(qū)域（如頂級植物群落），也可將放牧干擾較輕的地段選為評價區(qū)域內(nèi)的參照區(qū)域。

城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價標準：依據(jù)人類對城市健康的要求將評價標準分為五個等級，疾病、不健康、亞健康、一般健康、很健康，具體指標的評價標準來源有兩個方面，參考國內(nèi)外規(guī)定的標準如大氣環(huán)境質(zhì)量水環(huán)境質(zhì)量等；參考國內(nèi)城市的現(xiàn)狀值作趨勢外推，首先確定指標的很健康標準值，然后以全國最低值為疾病的指標標準值，在很健康和疾病標準值之間劃分出不健康、亞健康、一般健康三個等級。

森林生態(tài)系統(tǒng)健康的評價標準：通常把未受或少受人類干擾的森林生態(tài)系統(tǒng)作為健康的森林，但要找到這樣的森林也非常困難。比較可行的途徑是搜集被評價森林生態(tài)系統(tǒng)的歷史資料，從歷史資料中找出較少受人類干擾時該森林生態(tài)系統(tǒng)的描述，作為該森林健康的參照?？墒?，這種方法的困難是難以收集到符合要求的資料和難以準確判定森林是否受干擾和受干擾的程度。

分析不同類型生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標標準建立的思路，在森林生態(tài)系統(tǒng)健康的評價標準確立時應(yīng)該可以借鑒的有以下幾個方面：

（1）直接引用其他行業(yè)中已明確做出規(guī)定的指標標準，此時應(yīng)該注意指標在不同生態(tài)系統(tǒng)中的意義是否一致，考慮通過一定處理使標準的引用更加合理。

（2）采用健康分級并結(jié)合專家打分或統(tǒng)計推斷的方法訂立健康標準，主要是針對定性指標和半定量指標。

（3）選取健康標準森林小班的方法，然后通過調(diào)查標準森林小班上的各項指標得到健康的標準，這一方法的關(guān)鍵是選取具有代表性的健康標準森林小班以及小班面積林分的確定。

（4）在一次評價中根據(jù)所選指標的特點對上述三種方法綜合利用。

4 不同類型生態(tài)系統(tǒng)健康的評價指標和評價方法比較

（1）生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標在選擇時，Rapport認為應(yīng)該包括系統(tǒng)綜合水平、群落水平、種群及個體水平等多尺度的生態(tài)指標，還包括物理、化學(xué)方面以及社會經(jīng)濟、人類健康指標。肖風(fēng)勁等認為應(yīng)該包括活力、恢復(fù)力、組織結(jié)構(gòu)、維持生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)、管理的選擇、減少投入、對相鄰系統(tǒng)的危害和人類健康影響八個方面。

圖1 森林健康評價指標體系構(gòu)建基本思路

Figure 1 Establishment of assessment indicators for forest health

生態(tài)系統(tǒng)健康評價方法中最具影響力的是Costanza提出的系統(tǒng)健康公式：

=

式中，表示系統(tǒng)健康指數(shù)，表示系統(tǒng)活力，是系統(tǒng)組織指數(shù)，是系統(tǒng)恢復(fù)力指數(shù)，并要求使用權(quán)重因素去比較和綜合系統(tǒng)中的不同組分。

（2）通常把森林生態(tài)系統(tǒng)健康特征概括為具有好的穩(wěn)定性、活力、組織結(jié)構(gòu)、服務(wù)能力、對外界的抵抗力和恢復(fù)力，在評價森林生態(tài)系統(tǒng)是否健康時采用活力、組織結(jié)構(gòu)、恢復(fù)力和生態(tài)服務(wù)功能四方面的指標。

目前森林健康評估的方法主要有：VOR模型法、綜合構(gòu)成指數(shù)法、層次分析法、健康距離法、指示物種法、層次分析法＋模糊綜合評估法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法。

分析生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標和評價方法選擇的思路，在森林生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標和評價方法選取時應(yīng)重點考慮以下幾個方面：

（1）森林生態(tài)系統(tǒng)具有自然—社會—經(jīng)濟綜合體的屬性，所以在評價指標選取時應(yīng)該包括森林的自然屬性指標、社會屬性指標和經(jīng)濟屬性指標。指標選取應(yīng)該遵循科學(xué)性、代表性、主導(dǎo)性、可操性、差別性和動態(tài)性六項原則。

（2）森林健康的評價方法在選擇時應(yīng)該體現(xiàn)研究的目的和側(cè)重點，并注意各種方法的使用條件和適當進行方法間的比選。

（3）快速、高效、高質(zhì)量對森林生態(tài)系統(tǒng)健康狀況做出評估，是開展指標選擇和評價方法選擇的目的，但評價指標并非越少越好，并且評價方法應(yīng)該體現(xiàn)評價過程。

（4）評價結(jié)果應(yīng)該體現(xiàn)森林生態(tài)系統(tǒng)正常運行的關(guān)鍵限制因子，并提出指導(dǎo)性的森林生態(tài)系統(tǒng)健康經(jīng)營措施。

5 小結(jié)

我國森林健康經(jīng)營理念最先由國外引入，自2002年中美合作森林健康示范項目開展以來，森林健康理念備受政府和學(xué)者的關(guān)注。森林健康理念在歐美等國家的應(yīng)用主要針對森林病蟲害、森林火災(zāi)、森林風(fēng)害、雪壓等；但在我國，廣大研究者力圖以森林健康這一森林經(jīng)營理念重新詮釋各種森林經(jīng)營活動，這其中常常沿用、套用生態(tài)系統(tǒng)健康的相關(guān)概念。筆者認為，森林健康應(yīng)該形成自己獨立的理論體系和實踐應(yīng)用方法，而不是直接套用和照搬相關(guān)各類生態(tài)系統(tǒng)健康的方法，由此本文以不同類型生態(tài)系統(tǒng)健康比較的方式探討了森林健康概念、尺度、評價標準、評價指標和評價方法，并給出了相應(yīng)的建議和觀點。

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Application of Ecosystem Health in the Research of Forest Health

MA Zhi-lin，CHEN Li-hua，YU Xian-wei，LI Xiao-feng

（）

Forest ecosystem health is one of important parts of ecosystem health research. At the present, ecosystem health researches have different focus, but the same target for sustainable development. Discussion was made on the concept, properties, criterion, index and assessment of forest health based on the analysis of ecosystem health. Proposals were offered.

ecological system healthy, forest healthy theory, compare

1001-3776（2010）01-0089-05

S718.5

B

2009-08-09；

2009-11-30

國家林業(yè)局林業(yè)公益性行業(yè)科研專項經(jīng)費項目（200804022）

馬志林（1982－），男，陜西靖邊人，博士研究生，從事森林健康研究。