基于景觀多樣性的北京市域森林質量綜合評價

劉海軒

李 鋒*

馬 遠

張益賓

賈舉杰

生物多樣性是國內外學者關注的前沿和熱點[1-2]，包括遺傳多樣性、物種多樣性、群落多樣性、生態(tài)系統(tǒng)多樣性和景觀多樣性等。其中，景觀多樣性是景觀水平上生物組成多樣化程度的表征[3]，一般指由不同類型的景觀要素或生態(tài)系統(tǒng)構成的景觀在空間結構、功能機制和時間動態(tài)方面的多樣性或變異性。在較大尺度上，景觀多樣性制約著其他層次生物多樣性的時空格局和變化過程，是綜合評價社會經濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境損益的重要抓手[4-6]。

2020年，世界自然保護聯盟(IUCN)發(fā)布了

第一版《基于自然的解決方案全球標準》?；谧匀坏慕鉀Q方案作為一種新的理念，提倡依靠自然的力量應對風險，為協(xié)同經濟發(fā)展和生物多樣性保護、促進人與自然和諧共生提供了新思路。同年，中央全面深化改革委員會通過了《全國重要生態(tài)系統(tǒng)保護和修復重大工程總體規(guī)劃(2021—2035年)》，進一步強調堅持新發(fā)展理念，統(tǒng)籌山水林田湖草一體化保護和修復，促進自然生態(tài)系統(tǒng)質量的整體改善，與國際社會普遍認可的基于自然的解決方案達成了共識。森林是陸地最大的生態(tài)系統(tǒng)，是發(fā)揮生物多樣性功能的重要載體[7]，對生態(tài)安全乃至國民經濟的可持續(xù)發(fā)展影響極大[8-10]。森林質量是指反映森林所有生態(tài)、社會和經濟效益的功能和價值[11]，既包含森林內在屬性，也包括森林提供的生態(tài)系統(tǒng)服務，可以在林分和景觀層次上進行評價[12]。森林景觀多樣性是表征森林質量的重要內容之一[13]。

目前，森林質量評價尚無統(tǒng)一的標準[13]，國內相關學者一般根據研究需要，以標準地調查數據、全國森林資源清查數據等[14]為基礎，參考前人研究成果，運用理論分析法、頻度分析法、專家咨詢法等，構建符合研究地特征的森林質量評價指標體系，開展綜合評價[15]。在國際上，普遍依靠實地調查和遙感相結合的手段獲取數據，并采取層次分析法構建森林質量評價指標體系[16-17]。在景觀尺度上，現有研究多基于景觀指數評價森林景觀質量，主要依據面積、形狀、斑塊數量、分布格局等指標開展評價，但森林群落內部結構信息及生境信息無法體現，然而，森林的垂直結構及生境因子均是影響森林綜合質量的重要指標[12]。隨著國內對生物多樣性保護工作的逐漸深入，管理者對森林景觀規(guī)劃、經營及管理的決策需求越來越大[18-19]。因此，本文基于實地調查的森林群落結構指標和生境指標數據，開展森林景觀綜合質量評價，可以反映景觀內部結構特征，為管理者提供更全面更精準的決策依據。

北京是典型的超大型城市，建設用地的擴張是北京市生態(tài)安全格局的最大威脅[20]，而森林是重要生態(tài)用地和生態(tài)廊道的骨架，提高森林景觀多樣性是增加北京市生態(tài)用地整體性和連通性并維護生態(tài)安全格局的重要途徑[21]。近年來，北京市開展了百萬畝造林工程、森林廊道建設、森林城鎮(zhèn)和森林村莊建設、低效林改造、廢棄礦山生態(tài)修復等一系列森林景觀保護與修復工作[22]。其中，百萬畝造林工程是北京市生物多樣性保護工作的里程碑，第一期植樹5 400萬株，在建設規(guī)模、造林速度、質量水平、景觀效果等方面均創(chuàng)造了北京植樹造林的歷史。工程完成后，北京平原地區(qū)的森林覆蓋率由14.85%提高到了25%，目前第二期正在進行中[23]。

開展森林質量綜合評價是保護森林景觀多樣性的重要基礎，是決策者開展城市生態(tài)修復工作、維護城市生態(tài)安全的前提和保障，有利于構建完善的社會-經濟-自然復合生態(tài)系統(tǒng)[24-26]。那么，北京市開展森林生態(tài)保護和修復工作十幾年來，森林景觀現狀如何？森林景觀質量存在哪些問題？基于此，本研究根據實地調查的群落結構數據，采用層次分析法評價了北京市森林的綜合質量，并提出相應的保護修復對策，為城市森林質量評估、修復與管理提供理論支撐，為改善城市森林景觀多樣性提供研究基礎和決策思路。

1 研究地概況

北京市處于中緯度(N39.4°～41.6°，E115.7°～117.4°)地區(qū)，位于華北平原北部，面積1.64萬km2，地勢西北高、東南低，西部屬于太行山脈，北部屬于燕山山脈，東南部為平原。

北京屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，夏季高溫多雨，年均降水量571.9mm左右，但季節(jié)分配不均，主要集中在6—8月。全年平均太陽輻射量112～136Kcal/cm。年均氣溫12.3℃，7月最熱，平均氣溫26.2℃。北京市的土壤類型，低山區(qū)以山地淋溶褐土為主，平原區(qū)以潮土為主；主要植被類型，太行山脈為暖溫帶落葉闊葉林并間有溫性針葉林，而燕山山脈為落葉闊葉林并混生暖性針葉油松林，其中落葉闊葉林主要為櫟類林。

北京市森林群落的優(yōu)勢樹種(建群種)主要為殼斗科的落葉喬木。典型的森林群落包括遼東櫟(Quercus wutaishangensis)林、胡桃楸(Jugians mandshurica)林、白樺(Betula platyphylla)林、華北落葉松(Larix principisrupprechtii)林、油松(Pinus tabulaeformis)林、側柏(Platycladus orientalis)林等[27]。目前，原始的落葉闊葉林僅殘留在山地，一般處于演替中期，物種豐富度最高，生態(tài)系統(tǒng)最穩(wěn)定，生態(tài)功能最完整。

2 研究方法

2.1 數據獲取

依據2004、2009、2014、2019年北京市森林實地調查數據(林業(yè)部門森林資源連續(xù)清查數據)及森林遙感圖(含森林結構及生境數據的矢量圖)，提取主要體現森林景觀結構和功能的指標，包括自然度、群落結構、林層結構、生態(tài)脆弱性、郁閉度、健康等級等[28]。

自然度，按照森林斑塊與頂極森林類型的差異程度，或次生林位于演替中的階段，劃分為5級。自然度數據為實地調查測得，詳見表1。

表1 自然度劃分標準

群落結構，分為完整結構、較完整結構、簡單結構3個等級。完整結構的群落具有喬木層、灌木層、地被物層(含草本、苔蘚、地衣)3個層次；較完整結構的群落具有喬木層和其他1個植被層(灌木層或地被物層)；簡單結構的群落只有喬木1個植被層。群落結構數據為實地調查測得。

林層結構，專指喬木層的結構特征，分為單層林和復層林。復層林的劃分條件是：主林層、次林層平均高相差20%以上；各林層平均胸徑在8cm以上；主林層郁閉度不少于0.30，次林層郁閉度不少于0.20。

生態(tài)脆弱性，參考張麗謙[29-30]等的評價體系，根據坡度、坡位、土壤質地、土壤厚度等森林生境指標綜合判定，分為一般脆弱、比較脆弱、非常脆弱和極端脆弱4個等級。詳見表2。

表2 生態(tài)脆弱性評定標準

郁閉度是林地中林冠垂直投影面積與林地面積之比，其值在0～1.00，實地調查一般以目測估計。

健康等級是根據林木的生長發(fā)育、外觀表象特征及受災情況來綜合評定林木健康狀況，分為健康、亞健康、中健康和不健康。森林健康用森林災害、樹冠脫葉、樹葉褪色3項指標來綜合評價。健康等級數據為實地調查獲得，詳見表3。

表3 森林健康等級評定標準

2.2 評價方法

傳統(tǒng)的森林景觀多樣性評價主要依據森林空間格局及其空間變化規(guī)律[1-4]，僅能反映森林景觀的整體結構和空間特征。本研究從森林結構和生態(tài)系統(tǒng)服務的角度進行更全面的評價，選取森林斑塊結構和功能相關指標，反映森林景觀綜合質量狀況，為提高森林景觀多樣性提供理論依據。以2019年北京市森林調查數據為基礎，采用層次分析法，參考相關文獻[25-27]，由21位具有林學、生態(tài)學、風景園林學等專業(yè)背景的老師和研究生，篩選評價指標并賦予權重，對北京市森林綜合質量進行評價，用自然間斷點分級法，將森林綜合質量評價結果進行分級，并對森林景觀現狀及改善對策開展進一步分析研究。

結合前人對北方(主要為華北地區(qū))森林生態(tài)系統(tǒng)評價的研究成果[25-30]，提出本研究的森林綜合評價指標體系，從生態(tài)系統(tǒng)狀況和林木生長狀況2個方面評估森林綜合質量。其中，生態(tài)系統(tǒng)狀況包括自然度、群落結構、林層結構、生態(tài)脆弱性4個指標；生長狀況包括郁閉度和健康等級2個指標。本指標體系數據獲取方便、可操作性強，且能更加全面客觀地評價森林綜合質量，詳見表4。

表4 北京市森林質量綜合評價指標

采用自然間斷點法對評價結果進行分級，北京市森林綜合質量共分為優(yōu)、良、中、差4個等級。其中，等級為優(yōu)的森林綜合評分為3.5～4.0；等級為良的森林綜合評分為3.1～3.4；等級為中的森林綜合評分為2.2～3.0；等級為差的森林綜合評分為1.0～2.1。不同等級的森林具有不同的生長特點，結合評價指標對各等級森林特征進行描述，詳見表5。

表5 北京市森林生態(tài)系統(tǒng)綜合質量等級描述

2.3 數據分析

采用ArcGIS 10.2提取森林實地調查數據，賦予指標權重，計算綜合評分并繪圖；采用Excel 2016分析2004—2019年北京市森林景觀規(guī)模和結構的變化情況。

3 結果與分析

3.1 北京市森林規(guī)模與結構的動態(tài)變化

2004—2019年，森林景觀覆蓋面積由3 529.91km2增長到8 540.22km2，增加了141.94%(圖1)。可見，15年來北京市造林規(guī)模成效顯著，實現了從局部覆蓋到區(qū)域覆蓋再到全面覆蓋的巨大變化。同時，宜林荒山荒地面積也在不斷減少，2019年僅剩164.54km2，說明從規(guī)模上北京市森林景觀已無較大增長空間。

15年來，具有簡單結構(單層林，喬或喬草結構)的森林景觀面積比例在減少，具有完整結構(復層林，喬灌草結構)的森林景觀面積比例大幅增加(表6)。簡單結構森林景觀面積比例由2004年的82.57%降低為2019年的6.36%，完整結構森林景觀面積比例由2004年的2.16%增加到2019年的32.92%，說明北京市的森林修復工程不僅注重了規(guī)模的增加，同時注重優(yōu)化森林結構，且成效顯著。

從森林健康度上來看，北京市不健康森林的面積及比例均逐漸降低。2004年以來，不健康森林的面積從3.87km2降低到了1.74km2，所占比例從0.11%降低到了0.02%(圖2)。整體上看，森林景觀的健康程度有所提升，但是中健康和亞健康的森林仍占據很大比例(2019年的比例為74.83%)。

3.2 北京市森林綜合質量評價

根據北京市森林綜合質量評價結果，北京市森林景觀分為優(yōu)、良、中、差4個等級。其中，等級為優(yōu)的森林景觀面積為635.35km2，占總面積的7.45%，主要分布在北部和西部山區(qū)；等級為良的森林景觀面積為4 896.78km2，占總面積的57.41%，主要分布在山區(qū)；等級為中的森林景觀面積為2 224.38km2，占總面積的26.08%，廣泛分布于山區(qū)和城區(qū)；等級為差的森林景觀面積為772.44km2，占總面積的9.06%，主要分布在淺山區(qū)和平原區(qū)交界處，以及南部平原區(qū)(圖3)。

圖3 北京市森林質量綜合評價結果

低質量森林主要指的是綜合評價等級為差的林分，主要分布在大興、通州和延慶的平原區(qū)，以及部分淺山和平原的交界區(qū)，包括大面積的新造林和過熟林。這些低質量林分缺乏撫育，樹種相對單一，結構簡單，林木長勢衰弱，抗逆性差，生物多樣性不夠豐富，碳匯能力差，存在嚴重的火災、蟲害隱患，森林的生態(tài)系統(tǒng)服務不能得到有效發(fā)揮，將是保護修復的重點區(qū)域。

一般情況下，低質量的森林所處的生態(tài)環(huán)境非常脆弱，林分群落結構簡單、自然度低，林木長勢較弱；又或者，在生態(tài)環(huán)境較好的區(qū)域分布了較多的幼齡林及過熟林，也會導致森林景觀整體質量變差。低質量森林斑塊嚴重影響森林景觀空間、功能及時間動態(tài)上的多樣性和變異性，最終導致森林景觀多樣性的降低。

4 結論與討論

4.1 北京市森林規(guī)模已無較大的增長空間

通過森林保護與修復工程的實施，北京市森林資源大幅增長。森林景觀規(guī)模的增加，使北京市生態(tài)空間分布均勻度和覆蓋范圍顯著增加，促進了三生空間的融合。其中，百萬畝造林工程發(fā)揮了顯著的作用，連接了山地、農田和建成區(qū)，促使以山區(qū)森林景觀、平原區(qū)田園景觀和城區(qū)公園景觀為代表的生態(tài)網絡逐步完善，加快了生態(tài)、生產、生活空間的交融發(fā)展，同時增加了森林的邊緣效應，保障了森林生態(tài)系統(tǒng)的健康成長[21]。

關于提高森林景觀規(guī)模的對策，宜林荒山荒地在持續(xù)減少，森林面積已經無較大的增長空間，森林建設的重點需要轉變。一方面，充分利用現有荒山荒地及騰退地，繼續(xù)推動見縫插綠等政策，增加森林覆蓋度，增加生態(tài)系統(tǒng)服務[31-33]；另一方面，做好高質量城市設計，加強城市森林建設[34]，珍惜用好每一塊土地，增加口袋公園和小微綠地[35]，拓展城市綠色生態(tài)空間，為百姓提供活動場所，讓更多居民有“綠色獲得感”。

4.2 北京城市森林健康等級有待進一步提升

雖然北京市不健康的森林景觀面積比例在不斷降低，但是中健康和亞健康的森林景觀仍占主要比例，森林景觀整體健康等級有待提升。健康的森林生態(tài)系統(tǒng)可以保障高效的水土保持、水源涵養(yǎng)、降溫增濕等生態(tài)系統(tǒng)服務[31-32]，促進森林生態(tài)資產價值正向增長。

關于提升森林景觀健康等級的對策。首先，針對中健康森林，整體長勢一般，不能高效發(fā)揮水土保持、水源涵養(yǎng)等功能。因此，優(yōu)化目標以優(yōu)化森林的垂直結構、植被群落結構等，提升森林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性為主。堅持適地適樹，將人工種植和自然生長相結合，培育喬、灌、藤、草相結合的森林生物群落[3]。

其次，針對新造林及不健康的中幼林，要注重提高苗木成活率，降低造林成本，加強種質資源保護，注重優(yōu)良鄉(xiāng)土樹種使用，建設林木種質資源庫，提高鄉(xiāng)土樹種使用比例。正確使用本土植物配置、種植本土植被是維系天然動植物棲息地的最好方式，培育鳥和昆蟲，建立生物循環(huán)系統(tǒng)[36-37]。

最后，對亞健康及健康的森林，仍需重點提高生物多樣性，維持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性，充分發(fā)揮生態(tài)系統(tǒng)服務。在綠色空間中加入生物走廊，為野生動植物提供旅行和尋找新的食物來源、水源及伙伴的路線，并注重鏈接現有的森林、濕地、蓄水池等。使用有機維護方法，避免使用化學肥料和殺蟲劑[37]。

4.3 森林質量評價方法與提升技術

由于森林具有面積大、分布廣、地勢復雜等特點，對森林進行全面的調查和客觀定量的評價極其困難，因此，森林質量的評價方法尚無統(tǒng)一的標準[11]，專家咨詢法等雖然具有明顯的主觀因素，但仍然是評價森林質量較為常用的方法[16-17]。森林質量的評價指標具有尺度性和目標相關性，涉及的尺度包括單木、林分、景觀等多個層次。這是由森林涉及的空間尺度的復雜性所決定的。針對不同的經營目標，人們關注的森林質量并不相同，如對水源林和景觀林的評價指標主要體現在功能指標上。從多功能的角度來看，森林質量評價指標應關注森林生態(tài)系統(tǒng)本身，而功能指標可以作為附加部分。評價過程中要綜合考慮指標的可操作性和科學性等原則[12]，在生物多樣性保護、生態(tài)修復等迫切需求下，本研究結合森林的垂直結構及生境因子信息綜合評價森林質量，評價結果可以為管理者提供更全面更精準的決策依據。

森林質量精準提升就是在精準化森林經營技術的支持下，實現森林經營全過程的精細化、差異化管理。加速森林的生長和正向演替，提高森林的生產力，增強森林的供給、調節(jié)、文化和支持功能。目前，我國林業(yè)已經進入提高森林資源質量和轉變發(fā)展方式的關鍵階段，在未來，結合新技術，開展森林經營優(yōu)化決策、森林經營監(jiān)測與評價、森林經營可視化模擬等，實現多維多元數據可視化模擬，應用于不同經營環(huán)境，指導經營方式是未來研究的重點[12]。

根據北京市森林的綜合評價結果，綜合質量等級為差的森林將是未來保護和修復的重點。低質量森林分布區(qū)域與百萬畝造林區(qū)域及成、過熟林分布區(qū)域重合度較高。因此，低質量森林存在的原因主要有兩方面：1)近幾年百萬畝造林工程造林速度快，導致中幼林、單層林面積迅速增長，林分人工痕跡明顯，基本處在自然演替的初級階段[22]；2)成熟林、過熟林缺乏撫育管理，導致過熟林面積增加，森林生態(tài)系統(tǒng)綜合質量降低[38]。

對于新營造的森林景觀，密度高，結構單一，靠林分自然演替到頂極群落耗時較長，光靠自然恢復達不到人們對森林生態(tài)系統(tǒng)服務的需求。對于低效的過熟林，生態(tài)效益差，自然更新緩慢，因此需人工促進生態(tài)修復[38]。未來，補植補造、修枝整形、移植間伐、林業(yè)有害生物防治等基礎管護工作仍是重點。對于進入營林期的森林，要逐步將工作重點從管護轉向經營。根據區(qū)位和功能需求堅持科學規(guī)劃引領、因地制宜，大力推進平原森林養(yǎng)護經營產業(yè)，助力經濟社會發(fā)展[12]。

4.4 提升森林質量的風景園林途徑

面對城市森林規(guī)模增長空間有限、森林健康等級有待提升的現實困境，風景園林工作者需要發(fā)揮自身優(yōu)勢，探索最佳的路徑，解決居民對森林生態(tài)系統(tǒng)服務需求增加與城市生態(tài)空間不足的矛盾。區(qū)域層面，在風景園林規(guī)劃實踐中注重前期評估、生態(tài)系統(tǒng)保護與修復、生態(tài)網絡構建、規(guī)劃績效測算及多領域協(xié)同等內容，優(yōu)化具體技術方法[39]，保護、修復和提升風景品質；同時，密切關注風景變化，鼓勵公眾參與風景規(guī)劃，以便動態(tài)調整風景規(guī)劃策略[40]。場地層面，通過“梳理褶皺、刻畫表面”[41]，充分利用每一寸土地，根據原生地貌和氣候特征進行種植設計，模擬自然生態(tài)環(huán)境，提升生態(tài)功能的同時，注重結合當地文化特色，有效傳達場地歷史及生態(tài)與社會過程的緊密關系。此外，要注重施工與設計相協(xié)調，通過參照地帶性植物群落及模擬自然群落的方法，落實群落的生態(tài)設計工作，既要有效改善居住環(huán)境，又要保障原本生態(tài)平衡，實現生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展[42]。

4.5 保護森林景觀多樣性有利于生態(tài)資產正向增長

改善森林景觀的多樣性，促使森林景觀規(guī)模增長、結構豐富，使得森林生態(tài)系統(tǒng)健康良性發(fā)展，保障了生態(tài)系統(tǒng)服務的正常供給。由此，森林資源本身價值量和生態(tài)系統(tǒng)服務價值量均正向增加，促進了森林生態(tài)資產的良性發(fā)展和增值[18]。

結構決定功能，北京市森林景觀結構的改善，一方面優(yōu)化了野生動物的棲息地，維持著較高的生物多樣性[43]；另一方面，有利于增加碳匯，為實現碳中和目標作出巨大貢獻[44]。因此，持續(xù)實施碳匯造林、營林工程，維持較高的森林景觀多樣性，是森林保護、修復與管理工作的重點[45]。此外，還要注重森林全生命周期的管理，創(chuàng)造綠色就業(yè)機會，充分發(fā)揮森林生態(tài)系統(tǒng)服務，才能全面高效地提升人類福祉。

注：文中圖片均由劉海軒、馬遠繪制。