森林生物多樣性評價指標(biāo)選擇分析

吳金卓　馮亮　蔡小溪　孔琳琳

摘要：森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)中生物多樣性最豐富的生態(tài)系統(tǒng)。森林生物多樣性對于維持陸地生態(tài)系統(tǒng)平衡，保證人類生存和社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展起著不可替代的重要作用。對森林生物多樣性進(jìn)行評估、監(jiān)測和報告是有效保護(hù)生物多樣性、合理利用其資源、保證其可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。建立一個有效的生物多樣性評價指標(biāo)體系是對生物多樣性正確評估的前提和基礎(chǔ)，而合適的指標(biāo)的篩選是構(gòu)建這一體系的首要工作。本文從文獻(xiàn)分析的角度，分析了生物多樣性的評價方法，提出了森林生物多樣性評價指標(biāo)的選擇原則以及其中需要注意的一些問題，提出了基于林分水平上的生物多樣性評價指標(biāo)的初步構(gòu)想，為全面構(gòu)建森林生物多樣性評價指標(biāo)體系奠定理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：森林；生物多樣性；評價指標(biāo)；生態(tài)系統(tǒng)

中圖分類號：S 718；X 176文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1001-005X（2015）01-0030-04

Analysis on the Selection of Evaluation Indicators of Forest Biodiversity

Wu Jinzhuo，F(xiàn)eng Liang，Cai Xiaoxi，Kong Linlin

（College of Engineering and Technology，Northeast Forestry University，Harbin 150040）

Abstract：Forest is the ecosystem with the richest biodiversity among all the terrestrial ecosystems.Forest biodiversity is critically important for the balance of terrestrial ecosystem，which ensures the livings of human beings and the sustainable social development.The assessment and monitoring on forest biodiversity is the foundation and key to the effective protection of biodiversity and reasonable use of resources.The premise is to establish an effective biodiversity evaluation system to correctly assess the forest biodiversity and selection of appropriate evaluation indices is the first task.In this paper，from the aspect of literature review，the evaluation methods for forest biodiversity are analyzed，and the principles of selection and some key points that should be paid more attention during evaluation are proposed.Finally，a primitive thought about the framework of forest biodiversity evaluation system is proposed，which can provide references for the establishment of the entire forest biodiversity evaluation system.

Keywords： forest；biodiversity；indicator；ecosystem

收稿日期：2014-11-20

基金項(xiàng)目：國家“十二五”科技支撐計劃專題（2012BAC01B03-3），東北林業(yè)大學(xué)大學(xué)生科研訓(xùn)練項(xiàng)目（2012038）

第一作者簡介：吳金卓，博士，副教授。研究方向：森林作業(yè)與環(huán)境。Email：wujinzhuo1980@163.com

引文格式：吳金卓，馮亮，蔡小溪，等.森林生物多樣性評價指標(biāo)選擇分析[J].森林工程，2015，31（1）：30-33.生物多樣性研究已經(jīng)引起眾多學(xué)者、環(huán)保主義者和政府規(guī)劃部門的重視。生物多樣性研究是為了能夠制定合理的有利于保護(hù)生物多樣性這個重要的人類財產(chǎn)的管理策略。生物多樣性受自然因素和人類活動的雙重影響。從自然因素方面來看，地質(zhì)的變更及地理環(huán)境的變化、氣候條件、自然災(zāi)害都會影響生物多樣性[1]。從人為因素方面來看，由于人類的不當(dāng)活動造成了生境破壞和生境破碎；一些地區(qū)人為因素導(dǎo)致的外來物種入侵打破了原有生態(tài)平衡，從而破壞了生物多樣性；人們對自然資源的過度開發(fā)、濫捕濫殺動物、濫砍濫伐植物，對非生物資源過度與盲目的開發(fā)，導(dǎo)致生物賴以生存的資源和環(huán)境被破壞。另外，大規(guī)模使用殺蟲劑，使得環(huán)境負(fù)擔(dān)逐漸增加，在某些地區(qū)甚至已經(jīng)超出了環(huán)境的承受能力，對生物多樣性造成了很大的影響。

在眾多生態(tài)系統(tǒng)中，森林生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性是最豐富的。森林生物多樣性對于維持陸地生態(tài)系統(tǒng)平衡，保證人類生存和社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展有著十分重要的作用。然而，由于森林生境的喪失和退化，全球森林生物多樣性正面臨著嚴(yán)重的威脅。目前，世界各國已經(jīng)積極開展森林生物多樣性的保護(hù)工作。其中，對森林生物多樣性進(jìn)行評估、監(jiān)測和報告是有效保護(hù)生物多樣性、合理利用其資源、保證其可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)和關(guān)鍵[2]。建立一個有效的生物多樣性評價指標(biāo)體系是對生物多樣性正確評估的前提和基礎(chǔ)，而合適的指標(biāo)的篩選是構(gòu)建這一體系的首要工作。

本文從文獻(xiàn)分析的角度，分析了生物多樣性的評價方法，提出了森林生物多樣性評價指標(biāo)的選擇原則以及其中需要注意的一些問題，提出了基于林分水平上的生物多樣性評價指標(biāo)的初步構(gòu)想，為全面構(gòu)建森林生物多樣性評價指標(biāo)體系奠定理論基礎(chǔ)。

1生物多樣性的評價方法

生物多樣性評價研究主要包括指示物種和指標(biāo)體系兩個方面。鑒于不同類型的生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜程度，人們經(jīng)常采用一些指示物種類群來監(jiān)測生物多樣性的變化情況。

指示物種可以包含許多層意思。比如，一個物種的出現(xiàn)表明一系列的其他物種的出現(xiàn)或者某物種的缺乏表明一系列的其他物種的不存在。指示物種也可以是關(guān)鍵種，其數(shù)量在整個生態(tài)系統(tǒng)中的增減導(dǎo)致至少其他一種物種在數(shù)量上的顯著變化。指示物種也可以是特定的生態(tài)系統(tǒng)中的優(yōu)勢種，它提供了大部分的生物量或者個體數(shù)量最多。比如，澳大利亞北部昆士蘭地區(qū)熱帶雨林中的鶴鴕就是一種指示物種。它是100多種結(jié)有大果實(shí)的植物物種的唯一傳播者，因此，這一物種的銳減直接導(dǎo)致了其他依靠它們傳播種子的物種的減少。

第1期吳金卓等：森林生物多樣性評價指標(biāo)選擇分析

森林工程第31卷

通過建立評價指標(biāo)體系來評估和監(jiān)測生物多樣性是另一種被廣泛采用的方法。目前，國際上已經(jīng)在生物多樣性評估監(jiān)測指標(biāo)體系方面有很多有益的嘗試，開發(fā)了一系列理論框架模型，如PSR 模型、DPSIR 模型和等級模型等。PSR模型是生物多樣性監(jiān)測指標(biāo)和其他指標(biāo)體系構(gòu)建中最常用的模型。DPSIR概念模型是PSR模型的擴(kuò)展，在其基礎(chǔ)上又考慮了造成環(huán)境變化的潛在原因和環(huán)境所處的狀態(tài)對人類健康和社會經(jīng)濟(jì)的影響。加拿大最常使用的生物多樣性評價指標(biāo)是加拿大林業(yè)部制定的標(biāo)準(zhǔn)以及指標(biāo)框架。在這個框架下，包含7個標(biāo)準(zhǔn)，生物多樣性保護(hù)就是其中之一，它包含22個元素和83個評價指標(biāo)。這個工作絕大部分是基于“蒙特利爾進(jìn)程”，一個由12個擁有溫帶和闊葉林的國家開發(fā)的框架，里面包含7個標(biāo)準(zhǔn)和67個評價指標(biāo)來確定森林條件的狀況。美國和其他的國家也開發(fā)了類似的評價指標(biāo)。通過這個框架體系，決策者和利益相關(guān)方能夠針對森林經(jīng)營做出更為科學(xué)合理的決策。

我國學(xué)者在構(gòu)建森林生物多樣性評價體系方面也取得了很多成果。如，張明如在對內(nèi)蒙古寒溫帶針葉林植物多樣性研究中通過自然和人為干擾方式對植物種多樣性產(chǎn)生的影響進(jìn)行評價來說明該區(qū)域植物種多樣性特征和在外力干擾下的變化規(guī)律[3]。臧潤國等針對闊葉紅松林可持續(xù)經(jīng)營中的多樣性保護(hù)問題，提出了一套生物多樣性間接評價體系，采用綜合打分法計算出森林生物多樣性[4]。李金良采用目標(biāo)法與專家咨詢法相結(jié)合的方法，創(chuàng)建了一套東北過伐林區(qū)林業(yè)局級森林生態(tài)系統(tǒng)多樣性和物種多樣性的指標(biāo)體系和評價方法[5]。該指標(biāo)體系包含森林類型多樣性、森林齡組結(jié)構(gòu)多樣性、公益林占森林總面積比重、天然林占森林總面積比重、森林自然度、森覆蓋率、森林破碎化、森林植物物種豐富度、植物物種多樣性指數(shù)和珍稀植物物種豐富度共10項(xiàng)指標(biāo)。程志楚基于我國森林資源清查的結(jié)果建立了森林生物多樣性（生態(tài)系統(tǒng)多樣性和物種多樣性）的評估指標(biāo)[6]。

總體來看，我國的森林生物多樣性的研究還處于發(fā)展階段?，F(xiàn)有的森林生物多樣性指標(biāo)體系無論是在指標(biāo)篩選還是應(yīng)用層次上還不能完全滿足在林分這一水平上的森林生物多樣性評估。

2評價指標(biāo)的選擇原則

森林生物多樣性的評價指標(biāo)有很多。以物種多樣性評價為例，在研究植物群落物種多樣性測度指數(shù)時多采用物種豐富度指數(shù)、物種多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)和生態(tài)優(yōu)勢度。而國內(nèi)外的學(xué)者針對各個指數(shù)又提出了不同的算法，因此，評價指標(biāo)的選擇是需要考慮的問題。一般地，在選擇森林生物多樣性評價指標(biāo)時，應(yīng)當(dāng)遵循以下幾個原則：

（1）指標(biāo)的選擇要以生態(tài)學(xué)理論為基礎(chǔ)。選擇的大部分森林生物多樣性評價指標(biāo)應(yīng)具有一定的生態(tài)學(xué)意義，以生態(tài)學(xué)理論，尤其是生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)和群落生態(tài)學(xué)理論為基礎(chǔ)[7]。

（2）數(shù)據(jù)的可獲得性和量化性。Hagan 和 Whitman指出數(shù)據(jù)的可獲得性約束了生物多樣性評價指標(biāo)的選擇[8]，因?yàn)槟承┲笜?biāo)的獲得通常受到可使用資金（如國家公益性項(xiàng)目、科研項(xiàng)目等）的約束。選取的指標(biāo)應(yīng)該在林業(yè)樣地里可以很容易的測量，而且獲取成本在可以接受的范圍之內(nèi)。另外，選擇的評價指標(biāo)應(yīng)該比較容易數(shù)量化，以利于定量評價。

（3）統(tǒng)計分析的適用性。選取的評價指標(biāo)應(yīng)該能夠進(jìn)行統(tǒng)計分析以達(dá)到客觀和科學(xué)的評價目的，這就需要大量的研究樣本，或者指示物種的樣本特性具有比較低的隨機(jī)化。

（4）數(shù)據(jù)的可移植性。使用評價指標(biāo)進(jìn)行實(shí)地研究或者檢驗(yàn)方法應(yīng)該是可以重復(fù)的并且可以數(shù)據(jù)是可以重新獲得的。這就要求采用標(biāo)準(zhǔn)的測量方法和實(shí)驗(yàn)室操作指南來進(jìn)行測量，并且可以對同類的結(jié)果進(jìn)行合理有效地比較分析。

（5）參考值是否存在。對于一個評價指標(biāo)，參考值可以幫助評價者來評價某個測量指標(biāo)的高低以及高低的程度。以枯死木為例，它是森林生態(tài)系統(tǒng)不可少的組成部分，為其它生物提供了特殊棲息地，其殘體的分解也為其它生物提供了養(yǎng)分，是生物多樣性評價的一個重要方面。從經(jīng)營管理的角度上看，對于林地內(nèi)的枯死木（包括枯立木和倒木）要求其蓄積控制在整個林地蓄積的10%[9]。

3選擇評價指標(biāo)需要注意的問題

3.1明確評價的最終目的

生物多樣性評價有很多目的，既可以是為了生態(tài)環(huán)境保護(hù)，也可以為了社會和經(jīng)濟(jì)價值的實(shí)現(xiàn)。如果最基本的目標(biāo)是生產(chǎn)社會和經(jīng)濟(jì)價值，那么合適的評價指標(biāo)應(yīng)該是與遺傳多樣性或特殊性有關(guān)。然而，如果最基本目的是保護(hù)生態(tài)服務(wù)和未來提供彈性服務(wù)的能力，那么合適的指標(biāo)應(yīng)該是與主要生產(chǎn)力，或者是景觀或者是生態(tài)系統(tǒng)多樣性相關(guān)。類似地，如果最終目的是保護(hù)一小部分目標(biāo)物種，那么評價指標(biāo)可以是森林凈生產(chǎn)力、 遺傳多樣性，而此時物種多樣性可能顯得不是非常重要或者說是與此相反的評價指標(biāo)。

3.2考慮評價指標(biāo)權(quán)重以及它們之間的關(guān)系

生物多樣性需要從多個方面進(jìn)行全面綜合地評價。在諸多評價指標(biāo)選擇之后，一個重要的議題就是評價指標(biāo)權(quán)重的確定。對于林業(yè)工作者而言，這并不是件容易的事情。一方面感覺到每個指標(biāo)對最終的評價都很重要，很難抉擇；另一方面，由于生物多樣性的組成部分具有感官上的不確定性。然而，沒有給出評價指標(biāo)權(quán)重的后果就是所有的評價指標(biāo)具有同等的重要性，即權(quán)重相同。決策者面對長長的評價在認(rèn)為比較突出的評價指標(biāo)中選擇他們有更多更豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)或者專業(yè)知識的指標(biāo)。因此，如果需要使用多個評價指標(biāo)來報告對生物多樣性的影響，我們必須要了解每個評價指標(biāo)的相對重要性以及它們之間的關(guān)系。

3.3重視森林經(jīng)營環(huán)境

每當(dāng)提到森林生物多樣性，人們總會用所有水平上的生物多樣性（基因、物種、生態(tài)系統(tǒng)）和所有空間范疇內(nèi)的生物多樣性（微環(huán)境、棲息地、生物圈）來定義。生物多樣性評價必須要在特定的森林經(jīng)營環(huán)境下做出。生物多樣性必須與其他同等關(guān)鍵的目標(biāo)相協(xié)調(diào)，這樣才能促進(jìn)森林的可持續(xù)發(fā)展。眾所周知，皆伐跡地的次生演替可形成異質(zhì)斑塊，使景觀異質(zhì)性增加，從而有利于森林的穩(wěn)定性和生物多樣性。擇伐較皆伐更有利于保持動植物結(jié)構(gòu)的完整性、鳥類群體的生活和林地中鳥類的再繁殖力[10]。在某些情況下，最適宜的森林經(jīng)營實(shí)踐可能是降低生物多樣性或者臨時的降低。當(dāng)然這一觀點(diǎn)也不是被廣泛認(rèn)同。當(dāng)前，各國的森林正向森林認(rèn)證的方向發(fā)展，因此在考慮生物多樣性和可持續(xù)森林經(jīng)營之間的關(guān)系開發(fā)一個一致認(rèn)同和現(xiàn)實(shí)的評價指標(biāo)顯得尤為重要。

4基于林分水平上的生物多樣性評價

指標(biāo)初步構(gòu)想基于林分水平的森林生物多樣性評估對于指導(dǎo)森林經(jīng)營活動，如森林采伐、擇伐、森林更新等，制定有效的森林生物多樣性保護(hù)政策具有非常重要的意義。林分水平上的森林生物多樣性評價指標(biāo)可以包括組成、結(jié)構(gòu)、功能等方面的指標(biāo)。林分組成因子和結(jié)構(gòu)因子決定和構(gòu)成了某一地區(qū)的森林生物多樣性[11-12]，而功能因子（例如，不同物種、枯死木分解以及土壤微生物的功能調(diào)節(jié)作用）則對于保持森林生態(tài)系統(tǒng)的一體性起到積極的作用[13]。生態(tài)學(xué)家已經(jīng)開發(fā)了一系列的指標(biāo)和模型來測度林分水平上的森林生物多樣性。目前采用的評價指標(biāo)多為與結(jié)構(gòu)和組成相關(guān)的指標(biāo)，因?yàn)樗麄兏子跍y量[14]。Lindenmayer等人將林分水平上的森林生物多樣性指標(biāo)歸為兩類，即基于關(guān)鍵物種識別的指標(biāo)和基于關(guān)鍵結(jié)構(gòu)識別的指標(biāo)[15]。然而，Margules等人指出沒有充分的證據(jù)能夠表明物種能夠完全代表生物多樣性[16]。林分結(jié)構(gòu)方面的指標(biāo)對于評估森林生物多樣性同樣重要，因?yàn)榫唧w的森林經(jīng)營活動都是在這一層次上實(shí)現(xiàn)的[17]。

在林分組成方面，可以考慮植物群落（喬木、灌木和草本）物種多樣性、動物群落物種多樣性、土壤微生物物種多樣性以及物種的其他屬性。植物群落物種多樣性指標(biāo)可以分為三類：α多樣性指數(shù)、β多樣性指數(shù)和γ多樣性指數(shù)[18]。近年來，我國學(xué)者在研究植物群落物種多樣性測度指數(shù)時多采用：物種豐富度指數(shù)、物種多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)和生態(tài)優(yōu)勢度[19]。動物是生物界的一個重要組成部分。動物群落多樣性、豐富度及均勻度隨著海拔會有一定的變化，另外種群的時間動態(tài)也會呈現(xiàn)季節(jié)性波動。在研究針闊混交林生物多樣性時，可以以鳥類多樣性為基礎(chǔ)。國外研究表明，當(dāng)葉層高度被分為0～0.61、0.61～7.62和>7.62 m三個等級時，葉層高度多樣性與鳥類多樣性有顯著的相關(guān)關(guān)系[20]。我國也有研究表明，鳥類多樣性與葉層高度多樣性顯著相關(guān)，因此，可以用葉層高度多樣性指標(biāo)來代替鳥類多樣性[21]。土壤微生物是土壤形成和營養(yǎng)元素循環(huán)的主體，其含量及活性是反映土壤供肥能力和土壤健康狀況的重要指標(biāo)。土壤微生物的多樣性不僅是維持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定及生產(chǎn)力的關(guān)鍵，還在維持遺傳基因多樣性和物種多樣性中起到至關(guān)重要的作用?？梢杂梦⑸锟偭俊⒓?xì)菌總量和真菌總量來反映土壤微生物多樣性。物種的其他屬性可以考慮瀕危物種百分比、珍惜物種百分比和外來入侵物種百分比。

林分結(jié)構(gòu)因子可以考慮空間結(jié)構(gòu)指標(biāo)和非空間結(jié)構(gòu)指標(biāo)。非空間結(jié)構(gòu)指標(biāo)即與距離無關(guān)的指標(biāo)，如林分郁閉度、樹種直徑分布、大徑木百分比、粗木質(zhì)殘體。林分中樹木的空間布局決定了鳥類、昆蟲、附生生物、下層植物及土壤微生物的生境的三維空間，也決定了林分內(nèi)的生境和物種多樣性，對林分的發(fā)展有十分重要的影響[22]。林地內(nèi)樹木的水平分布格局，分為隨機(jī)分布、均勻分布和集群分布3 種?？梢圆捎枚鄠€指標(biāo)進(jìn)行測試，如應(yīng)用擴(kuò)散系數(shù)、Lloyd的平均擁擠度、聚塊指數(shù)和負(fù)二項(xiàng)參數(shù)等進(jìn)行主要種群分布格局的測定[23]。

5結(jié)束語

森林生物多樣性是維持生態(tài)系統(tǒng)平衡和森林生產(chǎn)力持續(xù)發(fā)展的重要條件，也是人類社會生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)[24]。本文從文獻(xiàn)分析的角度，分析了生物多樣性的評價方法，提出了森林生物多樣性評價指標(biāo)的選擇原則以及其中需要注意的一些問題，并對林分水平上的生物多樣性評價指標(biāo)提出了初步的構(gòu)想。未來的研究方向?qū)⒁葬橀熁旖涣植煌萏骐A段針闊混交林樣地為研究對象，根據(jù)初步構(gòu)建的指標(biāo)體系具體選擇評價指標(biāo)，并運(yùn)用數(shù)學(xué)分析方法確定指標(biāo)的權(quán)重。

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[責(zé)任編輯：李洋]