森林資源生態(tài)功能質(zhì)量評價因子探討

何歡 張蓓 劉金山

（1 浙江省森林資源監(jiān)測中心 浙江杭州310020；2 國家林業(yè)局中南林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計院 湖南長沙410014）

引言

隨著社會的發(fā)展，人們對林業(yè)和森林功能的認(rèn)識不斷深入，森林資源的功能內(nèi)涵逐漸擴(kuò)大，由最初的發(fā)揮經(jīng)濟(jì)效益逐漸演變成經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)社會效益并重，森林保持水土、涵養(yǎng)水源、美化環(huán)境等生態(tài)環(huán)境效益日益受到重視。因此，適應(yīng)新時期的森林資源生態(tài)功能質(zhì)量評價顯得更加重要和迫切，科學(xué)、合理、完整的評價體系是制定森林經(jīng)營策略、評價森林工作與培育成效的基礎(chǔ)。

對森林生態(tài)功能質(zhì)量進(jìn)行評價，指標(biāo)因子的確立及相應(yīng)等級的劃分是首要和關(guān)鍵的一步，指標(biāo)因子的優(yōu)劣直接關(guān)系到評價結(jié)果的科學(xué)性和可操作性。過少的評價因子會造成評價的不全面，而過多的因子則會加大評價過程中獲取結(jié)果的工作量。目前，《國家森林資源連續(xù)清查技術(shù)規(guī)定》中森林生態(tài)功能評價因子共有8個，主要反映森林生物量、生物多樣性和森林結(jié)構(gòu)三個方面的狀況。本文以《國家森林資源連續(xù)清查技術(shù)規(guī)定》為基礎(chǔ)，結(jié)合前人對森林資源評價及森林生態(tài)功能影響因素的研究成果，根據(jù)評價指標(biāo)的可行性、科學(xué)性及獲取評價數(shù)據(jù)難易程度、政策和技術(shù)支持程度，對森林資源生態(tài)功能質(zhì)量評價因子進(jìn)行探討。為不增加評價工作量，本文所設(shè)立評價因子的數(shù)值均可從森林資源連續(xù)清查結(jié)果中獲取，評價周期為五年。

1 因子選取原則、評價對象與作用

1.1 因子選取原則

為全面、有效地評價森林資源生態(tài)功能質(zhì)量，選取評價因子時，必須制定并遵循某些基本原則，包括：①綜合性原則，②科學(xué)性與可比性原則，③可操作性與方便性原則。

評價因子相關(guān)數(shù)據(jù)的獲取以全國森林資源連續(xù)清查調(diào)查內(nèi)容為基礎(chǔ)。選取的調(diào)查因子有喬木樹種組成、齡組、樹高、胸徑、郁閉度、林齡、徑級、更新幼苗數(shù)、灌木蓋度、草本蓋度、生物多樣性、枯枝落葉層厚度、土層厚度等。在建立森林資源評價指標(biāo)體系時，多數(shù)學(xué)者認(rèn)為指標(biāo)體系不能存在關(guān)聯(lián)和交叉關(guān)系[1-4]。本文認(rèn)為，在構(gòu)建評價體系時出現(xiàn)關(guān)聯(lián)關(guān)系是不可避免的，甚至是必要的。如同齡組、同樹種和同樣的經(jīng)營水平下，不同樹高、胸徑及單位面積蓄積量反映的是自然、地理條件的差異及立地條件的不同；而在相似的自然條件和立地條件下，同一齡組、同一樹種表現(xiàn)出的樹高、胸徑和單位面積蓄積量差異則可能受森林干擾程度及經(jīng)營水平的影響。不管是跨氣候帶的大尺度區(qū)域還是林分或森林群落等小尺度區(qū)域，森林生產(chǎn)力與林分因子（如年齡、林分高度、郁閉度等）、氣候因子（如年均溫、年降水等）、地形因子（如海拔等）、土壤因子（如土壤厚度等）都顯著相關(guān)，因此在預(yù)測森林生產(chǎn)力時宜選用多因子混合模型[5]。基于此，本文認(rèn)為關(guān)聯(lián)因子共同使用是允許的，甚至可以提高評價的準(zhǔn)確程度。

1.2 等級劃分方法

在對評價因子進(jìn)行等級劃分時，參考并吸取已有研究者的等級劃分標(biāo)準(zhǔn)；尚無評價標(biāo)準(zhǔn)的因子，在劃定標(biāo)準(zhǔn)時，則根據(jù)全國森林資源連續(xù)清查成果中該因子的平均值及分布規(guī)律，制定劃分標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 評價對象與作用

森林資源生態(tài)功能質(zhì)量評價對象既包括以保護(hù)和改善人類生存環(huán)境和維持生態(tài)平衡為目的的生態(tài)公益林，也包括以生產(chǎn)木材、工業(yè)原料等為主要經(jīng)營目的的商品林。評價結(jié)果反映全國和地方森林資源生態(tài)狀況，為制定和調(diào)整林業(yè)政策、規(guī)劃提供依據(jù)，對基層林業(yè)生產(chǎn)部門和森林經(jīng)營單位編制森林經(jīng)營方案、林業(yè)區(qū)劃與規(guī)劃設(shè)計和各項技術(shù)措施等也具有一定的借鑒意義。通過評價，有助于凸顯林業(yè)具備的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會和文化四大功能。

2 評價指標(biāo)選取與等級劃分

2.1 群落結(jié)構(gòu)性指標(biāo)

群落結(jié)構(gòu)是指群落內(nèi)物種組成及個體在群落空間中的配置情況，它反映森林生長狀況、森林生態(tài)環(huán)境的好壞和林分的穩(wěn)定性，是評價森林資源質(zhì)量的重要內(nèi)容。群落結(jié)構(gòu)包括空間上的垂直結(jié)構(gòu)、水平結(jié)構(gòu)和時間上的結(jié)構(gòu)等。垂直結(jié)構(gòu)指標(biāo)一般以林層結(jié)構(gòu)多樣性反映，水平結(jié)構(gòu)指標(biāo)主要包括樹種組成和樹種結(jié)構(gòu)，時間上的結(jié)構(gòu)主要指齡組結(jié)構(gòu)。

（1）樹種組成

根據(jù)林分優(yōu)勢樹種和伴生樹種情況將樹種組成劃分為5 級：優(yōu)勢種明顯、多個伴生樹種為Ⅰ級，有優(yōu)勢種、少數(shù)伴生樹種為Ⅱ級，一個優(yōu)勢樹種、一個伴生樹種為Ⅲ級，無優(yōu)勢樹種為Ⅳ級，單種為Ⅴ級[6]。

（2）樹種結(jié)構(gòu)

樹種結(jié)構(gòu)是指構(gòu)成森林的樹種成分及其所占比例，反映喬木林分的針闊葉樹種組成。樹種結(jié)構(gòu)的7 級劃分標(biāo)準(zhǔn)，按照《國家森林資源連續(xù)清查技術(shù)規(guī)定》[7]對樹種結(jié)構(gòu)的劃分標(biāo)準(zhǔn)。

（3）齡組結(jié)構(gòu)

按不同地區(qū)不同樹種的生長周期，劃分為幼齡林、中齡林、近熟林、成熟林和過熟林，不同齡組按照面積或蓄積劃分齡組構(gòu)成，即為森林的齡組結(jié)構(gòu)。齡組結(jié)構(gòu)等級劃分：異齡林或近、成熟林為Ⅰ級，中齡林為Ⅱ級，過熟林或幼齡林為Ⅲ級[8]。

（4）林層與群落結(jié)構(gòu)

反映群落垂直結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和垂直層次多樣性。群落結(jié)構(gòu)等級劃分：完整結(jié)構(gòu)（具有喬木層、下木層和地被物層3 個層次的林分）為Ⅰ級， 較完整結(jié)構(gòu)（具有喬木層和其它1 個植被層的林分）為Ⅱ級，簡單結(jié)構(gòu)（只有喬木1 個植被層的林分）為Ⅲ級[7]。有關(guān)研究中對于林層結(jié)構(gòu)的評價指標(biāo)和劃分標(biāo)準(zhǔn)不盡相同。具有喬灌草層的復(fù)層林結(jié)構(gòu)為Ⅰ級，具有喬灌草層的單層林結(jié)構(gòu)為Ⅱ級，缺少灌木或草本層林分為Ⅲ級[8]。按照群落具有的層次數(shù)目（主林層、演替層、更新層、灌木層、活地被物層）劃分層次結(jié)構(gòu)等級[6]：5 層為Ⅰ級，4 層為Ⅱ級，3 層為Ⅲ級，2 層為Ⅳ級，單層為Ⅴ級。對于林層結(jié)構(gòu)的評價指標(biāo)則為完整群落結(jié)構(gòu)比重，完整群落結(jié)構(gòu)是指同時具有喬木層（郁閉度0.2以上）、灌木層（蓋度0.1 以上）的森林群落[9]。結(jié)合第八次全國森林資源清查結(jié)果來看，按《國家森林資源連續(xù)清查技術(shù)規(guī)定》[7]的標(biāo)準(zhǔn)來衡量，群落結(jié)構(gòu)完整的面積占63.46%，較完整的占33.96%，簡單結(jié)構(gòu)的占2.58%，可以看出該標(biāo)準(zhǔn)科學(xué)且易操作。

2.2 生物多樣性

在保證目的樹種林分生長的前提下，多樣性的喬灌草植被和其他物種，是森林發(fā)揮生態(tài)功能的重要前提?？紤]數(shù)據(jù)獲取的方便性，本指標(biāo)體系中僅采用了5個生物多樣性評價指標(biāo)，通過物種均勻度指數(shù)進(jìn)行衡量：

①植被類型多樣性；

②森林類型多樣性；

③喬木林齡組結(jié)構(gòu)多樣性；

④喬木林林種結(jié)構(gòu)多樣性；

⑤喬木層徑級結(jié)構(gòu)多樣性。

Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)：

基于Shannon-Wiener多樣性指數(shù)的物種均勻度指數(shù)：Jsw=H/lnS

式中S為類型數(shù)量，pi為第i種類型的面積占全部類型面積的比例。

采用加權(quán)平均法測算森林群落總體生物多樣性指標(biāo)值。根據(jù)喬木層、灌木層和草本層在森林生態(tài)系統(tǒng)中生態(tài)功能的大小，權(quán)重分別采用0.5、0.3、0.2[10]。群落總體均勻度指數(shù)：

均勻度指數(shù)劃分標(biāo)準(zhǔn)：≥0.80為Ⅰ級，0.70-0.79為Ⅱ級，0.60-0.69為Ⅲ級，0.50-0.59為Ⅳ級，＜0.50為Ⅴ級[11]。

2.3 林分和林地生產(chǎn)力

2.3.1 林分生產(chǎn)力指標(biāo)

林分生物量和生產(chǎn)力是森林生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)的基礎(chǔ)[12]。林分生長的過程即能量積累的過程，林分生產(chǎn)力既關(guān)乎森林資源，又關(guān)系到森林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性和森林的健康。生產(chǎn)力是基礎(chǔ)，生產(chǎn)力的大小對于森林生態(tài)系統(tǒng)在涵養(yǎng)水源、保育土壤、固碳釋氧、積累營養(yǎng)物質(zhì)、凈化大氣環(huán)境、森林防護(hù)、生物多樣性保護(hù)和森林游憩等方面發(fā)揮生態(tài)服務(wù)功能提供了物質(zhì)基礎(chǔ)和生態(tài)環(huán)境條件。研究和評價林分生物量、林分生產(chǎn)力對于提高營林水平具有重要意義。

（1）森林單位面積蓄積量（m3hm-2）。等級劃分標(biāo)準(zhǔn)為：≥150 為Ⅰ級，50-149 為Ⅱ級，＜50 為Ⅲ級[7]。

（2）森林蓄積年生長量。第八次全國森林資源清查數(shù)據(jù)顯示，全國喬木林每公頃蓄積量為89.79m3，每公頃年均生長量為4.23m3[13]。近似認(rèn)為全國喬木林的單位面積蓄積生長量符合正態(tài)分布，根據(jù)年均生長量為4.23m3劃定的等級標(biāo)準(zhǔn)為：森林蓄積年生長量≥4.5 m3hm-2為Ⅰ級，3.5-4.5 m3hm-2為Ⅱ級，＜3.5 m3hm-2為Ⅲ級。

（3）平均樹高（m）。等級劃分標(biāo)準(zhǔn)為：≥15.0為Ⅰ級，5.0-14.9 為Ⅱ級，＜5.0 為Ⅲ級[7]。

（4）平均胸徑（cm）。等級劃分標(biāo)準(zhǔn)為[6]：＞20 cm 為Ⅰ級，14-20 cm 為Ⅱ級，10-14 cm為Ⅲ級，8-10 cm 為Ⅳ級，＜8 cm 為Ⅴ級。尹峰等[14]建立的生態(tài)公益林質(zhì)量評價指標(biāo)體系對平均胸徑的劃分標(biāo)準(zhǔn)為：＞25 cm 為Ⅰ級，15-25 cm 為Ⅱ級，＜15 cm 為Ⅲ級。第八次全國森林資源清查結(jié)果表明，全國喬木林平均胸徑為13.6cm，按此結(jié)果確定趙惠勛等[6]的等級劃分可用來作為喬木林胸徑劃分標(biāo)準(zhǔn)。

（5）林分郁閉度指數(shù)。郁閉度指森林中喬木樹冠遮蔽地面的程度，它是反映林分密度的指標(biāo)，是以林地樹冠垂直投影面積與林地面積之比。等級劃分標(biāo)準(zhǔn)為：≥0.70 為Ⅰ級，0.40-0.69為Ⅱ級，0.20-0.39 為Ⅲ級[7]。也有研究者認(rèn)為適宜的林分郁閉度分級：＞0.8 為Ⅰ級，0.7-0.8為Ⅱ級，0.6-0.7 為Ⅲ級，0.4-0.6 為Ⅳ級，0.2-0.4 為Ⅴ級[6]。對于林分郁閉度與資源質(zhì)量或健康的關(guān)系，許多研究者認(rèn)為林分郁閉度不是越高越好。0.70-0.84 為Ⅰ級，≥0.85 為Ⅱ級，0.50-0.69 為Ⅲ級，0.3-0.49 為Ⅳ級，＜0.3 為Ⅴ級[11]。周潔敏[15]認(rèn)為最適宜的林分郁閉度為0.7，高于或低于該值郁閉度質(zhì)量都下降。綜合以上研究者的劃分標(biāo)準(zhǔn)來看，以張仁等構(gòu)建的森林健康評價指標(biāo)體系中林分郁閉度劃分標(biāo)準(zhǔn)較為適宜，即0.6-0.9 為Ⅰ級，0.4-0.6 為Ⅱ級，＞0.9 或＜0.4 為Ⅲ級[8]。

（6）枯枝落葉層厚度?？葜β淙~層厚度越大，森林承雨、固土、保水保肥功能就越大。等級劃分標(biāo)準(zhǔn)為：≥10 cm為Ⅰ級，5-9 cm為Ⅱ級，＜5 cm為Ⅲ級[7]。

（7）灌草蓋度。灌草生物量和蓋度不但對于森林生產(chǎn)力有貢獻(xiàn)，對于水土保持、防止水土流失也具有重要意義。但是過高的灌草蓋度和生物量會影響喬木的生長，所以適宜的灌草蓋度應(yīng)該在一定的范圍內(nèi)。灌木蓋度等級劃分：0.5-0.8為Ⅰ級，0.3-0.5為Ⅱ級，0.8-1或＜0.3為Ⅲ級[8]。草本蓋度等級劃分：0.2-0.5為Ⅰ級，0.5-0.9為Ⅱ級，0.9-1或＜0.2為Ⅲ級[8]。

（8）植被總覆蓋度?！?0%為Ⅰ級，50%-69%為Ⅱ級，＜50%為Ⅲ級[7]。

2.3.2 林地生產(chǎn)力指標(biāo)

林地生產(chǎn)力綜合反映了林地的生產(chǎn)能力、潛能和森林經(jīng)營水平的高低。其中，立地條件是林木生長、生產(chǎn)力大小和林業(yè)生態(tài)安全的基礎(chǔ)。因此，設(shè)立立地指標(biāo)因子對于評價區(qū)域森林資源生態(tài)功能質(zhì)量也就變得十分重要。地貌、坡向、坡位、坡度等地形因子和土壤類型、土壤厚度、腐殖質(zhì)厚度、枯枝落葉厚度等土壤因子都影響到立地條件的好壞。一方面，立地狀況與森林蓄積量等有直接關(guān)聯(lián)，可以通過森林資源的數(shù)量狀況來反映；另一方面，立地條件的好壞還影響到后期林木生長和未來資源量等結(jié)果，因此在評價體系中并未忽略該指標(biāo)。

（1）土層厚度、腐殖質(zhì)厚度3 級標(biāo)準(zhǔn)按照《國家森林資源連續(xù)清查技術(shù)規(guī)定》標(biāo)準(zhǔn)。

（2）土壤肥力、土壤養(yǎng)分。根據(jù)陳靈芝等[16]對我國主要森林土壤類型營養(yǎng)元素特征的分析，綜合考慮不同土壤類型的氮、磷、鉀含量，等級劃分標(biāo)準(zhǔn)為：N、P（P2O5）、K（K2O）總含量≥24g kg-1為Ⅰ級，18g kg-1-24g kg-1為Ⅱ級，＜18g kg-1為Ⅲ級。

（3）土壤有機(jī)質(zhì)。土壤有機(jī)質(zhì)本身是土壤肥力高低的指標(biāo)，且土壤有機(jī)質(zhì)對于形成良好的土壤結(jié)構(gòu)、固土保肥具有重要作用。解憲麗等[17]基于第二次土壤普查典型土壤剖面數(shù)據(jù)和1：400萬中國植被圖，估算了中國森林植被下土壤表層（20cm）碳密度為4.24kg m-2，按照土壤容重1.2g cm-3、有機(jī)質(zhì)平均含碳量58%計算，則全國森林表層土壤有機(jī)質(zhì)含量約為30.4g kg-1。等級劃分標(biāo)準(zhǔn)為：表層有機(jī)質(zhì)含量≥34 g kg-1為Ⅰ級，29 g kg-1-34 g kg-1為Ⅱ級，＜29 g kg-1為Ⅲ級。

2.4 生態(tài)因子及生態(tài)環(huán)境因子

（1）天然林面積比例。第八次全國森林資源清查期間，全國天然林面積12184萬公頃，占有林地面積的63.73%[13]。等級劃分標(biāo)準(zhǔn)為：天然林面積比例≥75%為Ⅰ級，60%-75%為Ⅱ級，＜60%為Ⅲ級。

（2）生態(tài)公益林面積占森林面積比例。第八次全國森林資源清查結(jié)果表明，森林中公益林和商品林各占56.43%和43.57%[13]。等級劃分標(biāo)準(zhǔn)為：生態(tài)公益林面積比例≥65%為Ⅰ級，50%-65%為Ⅱ級，＜50%為Ⅲ級。

（3）混交林比例。第八次全國森林資源清查結(jié)果表明，喬木林中喬木純林占61%，混交林占39%[13]。等級劃分標(biāo)準(zhǔn)為：混交林比例≥45%為Ⅰ級，35%-45%為Ⅱ級，＜35%為Ⅲ級。

（4）森林覆蓋率。第八次全國森林資源清查期間，森林覆蓋率21.63%[13]。等級劃分標(biāo)準(zhǔn)為：森林覆蓋率≥35%為Ⅰ級，20%-35%為Ⅱ級，＜20%為Ⅲ級。

2.5 林分健康水平及穩(wěn)定性指標(biāo)

森林資源生態(tài)功能健康評價作為森林生態(tài)狀況良好和森林資源可持續(xù)永續(xù)利用的經(jīng)營決策條件之一，在森林經(jīng)營發(fā)展中越來越受到人們的重視。健康和穩(wěn)定的林分并不僅僅是蓄積量大、森林病蟲害少的問題，而是是否有一個穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)，能否滿足人們?nèi)找嬖黾拥纳稚鷳B(tài)需求和社會需求的問題。森林災(zāi)害是一種偶然性和必然性并存的破壞行為，受自然因素和人為因素共同影響，對森林資源具有很大的破壞力。由于森林災(zāi)害如水土流失等實時監(jiān)測的難度以及突發(fā)災(zāi)害如滑坡泥石流等的評估難度，在指標(biāo)的選取和指標(biāo)體系的構(gòu)建及各指標(biāo)權(quán)重的確定方面，難以形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，本文選取了幾個影響程度廣泛且易量化的指標(biāo)，對森林生態(tài)功能健康狀況進(jìn)行評估。

（1）森林健康。等級評定4 級標(biāo)準(zhǔn)按照《國家森林資源連續(xù)清查技術(shù)規(guī)定》標(biāo)準(zhǔn)。

（2）森林病蟲鼠害發(fā)生率。2015年林業(yè)有害生物成災(zāi)率控制在4.5‰以下[18]。等級劃分標(biāo)準(zhǔn)為：成災(zāi)率＜4‰為Ⅰ級，4‰-5‰為Ⅱ級，≥5‰為Ⅲ級。

（3）森林火災(zāi)受害率。2015年森林火災(zāi)受害率穩(wěn)定控制在1‰以下[18]。等級劃分標(biāo)準(zhǔn)為：火災(zāi)受害率＜0.7‰為Ⅰ級，0.7‰-1.3‰為Ⅱ級，≥1.3‰為Ⅲ級。

（4）林木天然更新株數(shù)。天然更新等級評定標(biāo)準(zhǔn)按照《國家森林資源連續(xù)清查技術(shù)規(guī)定》標(biāo)準(zhǔn)。

（5）森林資源消耗度。區(qū)域森林蓄積年消耗量占森林蓄積年生長量的比例。森林生態(tài)功能的發(fā)揮是以森林資源為主體，因此保護(hù)和培育森林資源，減少森林資源消耗量，是森林發(fā)揮良好生態(tài)功能的基礎(chǔ)。2009-2013年，林木蓄積年凈生長量6.44 億立方米，年采伐消耗量3.92 億立方米，采伐消耗量占凈生長量的61%[13]。等級劃分標(biāo)準(zhǔn)為：森林資源消耗度＜63%為Ⅰ級，63%-69%為Ⅱ級，≥69%為Ⅲ級。

（6）自然度。按照《國家森林資源連續(xù)清查技術(shù)規(guī)定》對自然度的5級劃分標(biāo)準(zhǔn)劃分。

3 不足與展望

本研究在總結(jié)前人工作的基礎(chǔ)上，探討了森林資源生態(tài)功能評價因子及等級劃分標(biāo)準(zhǔn)。由于評價的復(fù)雜性及工作的延續(xù)性，本文尚未就每個標(biāo)準(zhǔn)的理想值與評定辦法展開詳述，研究尚不充分。目前，我國森林資源評價工作仍處于逐步發(fā)展階段，還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和模式，需要根據(jù)我國國情和林業(yè)發(fā)展水平，從林學(xué)、生態(tài)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、社會學(xué)等多方面進(jìn)行綜合探索，構(gòu)建較為全面、合理的評價體系。森林資源具有經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會效益，因此在評價時需多學(xué)科綜合考慮，在此背景下被廣泛應(yīng)用的Delphi-AHP法確定指標(biāo)、指標(biāo)權(quán)重與指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值時受到專家專業(yè)背景的局限，影響了評價指標(biāo)的全面性。發(fā)展和使用客觀的、可量化的主成分分析法和區(qū)域尺度上不同評價因子與森林質(zhì)量的混合模型，在一定程度上解決了涉及多學(xué)科的評價問題。隨著科技和社會的發(fā)展，理論研究將日趨成熟，森林資源的生態(tài)功能質(zhì)量評價指標(biāo)也將逐漸形成，并為森林經(jīng)營決策提供參考。

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