森林生態(tài)系統(tǒng)健康評價研究進展

潘磊 王曉榮 唐萬鵬 崔鴻俠 龐宏東

摘要：在參閱大量文獻資料的基礎(chǔ)上，綜述國內(nèi)外森林生態(tài)系統(tǒng)健康評價的研究現(xiàn)狀，以及森林生態(tài)系統(tǒng)健康評價的方法與指標體系，針對國內(nèi)外森林生態(tài)系統(tǒng)健康評價中存在的問題進行展望，提出今后森林生態(tài)系統(tǒng)健康評價的研究方向和重點，對進一步準確地進行森林生態(tài)系統(tǒng)健康評價具有重要的理論意義。

關(guān)鍵詞：森林健康；生態(tài)系統(tǒng)健康評價；評價方法；指標體系

中圖分類號：Q948文獻標識碼：A文章編號：1004-3020（2015）06-0035-05

社會發(fā)展片面追求經(jīng)濟利益造成全球森林面積急劇減少，森林生態(tài)系統(tǒng)破碎化現(xiàn)象日益明顯[1，2]，生物多樣性劇減，生態(tài)環(huán)境不斷惡化，森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能發(fā)生極大的減退，加上各種自然災(zāi)害的頻繁發(fā)生，導(dǎo)致各種森林生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生嚴重的退化現(xiàn)象[3，4]。森林生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展面臨著前所未有的威脅，對人類如何合理管理森林生態(tài)系統(tǒng)健康發(fā)展提出了挑戰(zhàn)。

森林生態(tài)系統(tǒng)健康是指森林生態(tài)系統(tǒng)有能力進行資源更新，在生物和非生物因素如病蟲害、環(huán)境污染、營林、林產(chǎn)品收獲等作用下，從一系列的脅迫因素中自主恢復(fù)并能夠保持其生態(tài)恢復(fù)力，而且能夠滿足現(xiàn)在和將來人類對于森林的價值、使用、產(chǎn)品和生態(tài)服務(wù)等不同層次的需要[5]。森林生態(tài)系統(tǒng)健康的提出，為人類保護、管理、利用森林資源提出了新的方向，同時引起了許多學(xué)者的廣泛關(guān)注，對森林生態(tài)系統(tǒng)健康的定義、測定、評估和管理進行積極地探索[6，7，8，9]。目前國內(nèi)外已有多人開展了森林生態(tài)系統(tǒng)健康評價的研究工作，并根據(jù)不同的區(qū)域特征、關(guān)鍵影響因子、評估目的和目標制定了相應(yīng)的評價指標體系[10]，提出一些理論和應(yīng)用上的評價方法、評估途徑和框架[1，3]，但森林生態(tài)系統(tǒng)物復(fù)雜性和功能的多樣化，以及其系統(tǒng)的高度開放性，給評價帶來了更多的不確定性[11]。同時，研究地域差異、層次和尺度差異、氣候影響、人類破壞程度等因素的不同，使得各種評價體系和方法具有較大的差異性。

本文以目前國內(nèi)外森林生態(tài)系統(tǒng)健康評價理論和實踐研究成果為基礎(chǔ)，綜述了國內(nèi)外有關(guān)森林生態(tài)系統(tǒng)健康評價的研究現(xiàn)狀、評價方法和指標體系，提出當前森林生態(tài)系統(tǒng)健康評價存在的問題和發(fā)展趨勢，希望對未來合理選擇森林生態(tài)系統(tǒng)健康評價的方法和指標體系進行森林生態(tài)系統(tǒng)管理提供一定幫助。

1森林生態(tài)系統(tǒng)健康評價發(fā)展狀況

1.1國外發(fā)展狀況

當前森林健康監(jiān)測評價工作做得較多的主要是美國、歐洲、澳大利亞、加拿大等一些森林資源發(fā)達的國家。加拿大在森林健康評價方面的工作做得比較早，從20世紀80年代中期開始對森林生態(tài)系統(tǒng)健康進行了評價[12]。德國從1983年起開始森林健康監(jiān)測[13]，而后歐洲經(jīng)濟委員會于1986年發(fā)起空氣污染對森林影響評價和監(jiān)測計劃[14]，分多層次對全球性森林生態(tài)系統(tǒng)進行監(jiān)測和研究。澳大利亞在90年代中期開展了森林健康管理項目，對全國的森林生態(tài)系統(tǒng)進行健康調(diào)查和評價工作[15]。美國從1990年開始對部分省的森林健康進行評價，隨后成立了一個全國森林健康監(jiān)測的專門機構(gòu)，負責(zé)對全美國的森林健康進行調(diào)查，用以監(jiān)測國家森林健康狀態(tài)變化以及發(fā)展趨勢等[16]。國際現(xiàn)有的8個生態(tài)區(qū)域的森林標準與指標行動和進程，如熱帶木材組織進程、赫爾辛基進程、塔拉波托倡議、非洲干旱地區(qū)進程、萊帕塔瑞克進程、近東進程、非洲木材組織進程、亞洲干旱森林進程都不同程度地強調(diào)了森林健康的問題。從國外近30年的研究實踐，國外主要針對森林生態(tài)系統(tǒng)健康評價的概念意義做了深入細致地研究，構(gòu)建了森林健康綜合評價模型，提出了一系列較為科學(xué)的影響森林生態(tài)系統(tǒng)健康的因素和森林健康評價指標，并試探性地研究了各種森林生態(tài)系統(tǒng)健康指標的監(jiān)測方法和手段。但是，由于影響森林健康的因素較多，森林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相當復(fù)雜，許多研究成果在實際生產(chǎn)和管理中的可操作性不強，尚未仍然未形成一個具有普遍意義的森林健康評價體系。

1.2國內(nèi)發(fā)展狀況

森林生態(tài)系統(tǒng)健康評價雖然是林學(xué)和生態(tài)學(xué)里的一個較新領(lǐng)域，但國內(nèi)關(guān)于此領(lǐng)域的研究也同樣十分活躍。從20世紀80年代，我國就有關(guān)于森林受害問題的報道[17，18，19，20]，可是大部分研究主要集中在酸雨狀況和成因、酸雨對單一物種及林分的影響等方面，而關(guān)于森林生態(tài)系統(tǒng)的健康問題及其監(jiān)測的研究在我國還處于起步階段。2000年，國家林業(yè)局與美國農(nóng)業(yè)部林務(wù)局開始了就森林健康項目合作的討論，將森林健康列為中美林業(yè)合作的重要領(lǐng)域。至此，森林健康正式被引入中國并進行較大范圍的試驗，其最終目標是通過建立示范區(qū)，探索出適合中國的森林健康模式和經(jīng)營措施，標志著我國森林健康與監(jiān)測評價方面的研究從起步到更深一步的發(fā)展。目前，國內(nèi)對森林健康評價的研究主要處于介紹和引用國外評價理論和模型的初級階段，以許多學(xué)者在參考國外研究成果的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新性地提出了健康距離法和綜合指數(shù)法，除了將活力、組織結(jié)構(gòu)和恢復(fù)力這3個方面細化成許多小指標外，還結(jié)合我國實際情況，加入了一些新的衡量因子，使森林健康的衡量標準量化細化，在實際操作上方便易行極大地豐富了國外森林健康評價理論體系，為我國森林生態(tài)系統(tǒng)健康評價提供了新的評價方法。但總體來說，目前我國森林生態(tài)系統(tǒng)健康評價研究領(lǐng)域尚未有一個統(tǒng)一標準，有關(guān)森林健康的研究還是很零散，不同部門、不同學(xué)科、不同地域的合作和交叉嚴重不足，相關(guān)理論和技術(shù)發(fā)展的速度和水平距實踐應(yīng)用相差甚遠，還沒有提出符合國情的成熟的森林健康技術(shù)體系，也沒有建立森林健康監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。

2森林生態(tài)系統(tǒng)健康評價方法研究

森林生態(tài)系統(tǒng)健康評價是診斷由于人類活動或自然因素引起的森林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)紊亂和功能失調(diào)，使森林生態(tài)系統(tǒng)喪失服務(wù)功能和價值的一種評價[4]，采用某種完善的評價指標方法來診斷和評估森林生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況，對合理的森林健康管理起到事半功倍的效果。就目前而言，生態(tài)系統(tǒng)健康研究是一個新領(lǐng)域，森林生態(tài)系統(tǒng)健康評價至今還處于實驗和摸索階段，雖然產(chǎn)生了許多評價方法和技術(shù)手段，但仍然沒有一種有效、簡單、易操作的評價方法，不利于森林生態(tài)系統(tǒng)健康評價研究發(fā)展。所以，本文經(jīng)過查閱文獻，將主要的森林生態(tài)系統(tǒng)健康評價方法進行了總結(jié)，對其使用的范圍、特點、不足之處進行概括（表1）。

在實際評價生態(tài)系統(tǒng)健康時，需要基于組成結(jié)構(gòu)、功能過程、脅迫因素等來確定指標[24，25]，在森林生態(tài)系統(tǒng)中多以指數(shù)物種法、結(jié)構(gòu)功能指示法為主。一般來說，對于結(jié)構(gòu)單一或某一生態(tài)系統(tǒng)的變化主要受某一特征種變化影響的森林生態(tài)系統(tǒng)來說可以采用指示物種法。然而，森林生態(tài)系統(tǒng)比較復(fù)雜，大多學(xué)者采用結(jié)構(gòu)功能評價法對森林生態(tài)系統(tǒng)健康進行評價，因為結(jié)構(gòu)功能指標法綜合了生態(tài)系統(tǒng)的多項指標，通過指標體系評價將這些信息綜合，來反映生態(tài)系統(tǒng)的健康程度，同時也可以反映生態(tài)系統(tǒng)的健康負荷能力及受脅迫后的健康恢復(fù)能力[26]以及生態(tài)系統(tǒng)的不同尺度的健康評價轉(zhuǎn)換，所以指標體系評價法成為目前應(yīng)用最廣，綜合評價結(jié)果可信度較高的森林生態(tài)效益評價方法。綜上可知，結(jié)合現(xiàn)有的主要評價方法可以看出，各種評價方法都有其不足之處，在實際操作中需要依據(jù)不同研究目的，綜合各類方法的優(yōu)缺點對研究區(qū)進行森林生態(tài)系統(tǒng)健康評價。評價森林生態(tài)系統(tǒng)健康狀況時，雖然不能把與森林健康研究方面的指標面面俱到，但可針對不同的森林生態(tài)系統(tǒng)特點，選擇最有效最關(guān)鍵且能對健康狀況有直接影響的指標[27]。

3森林生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標體系的研究

要使生態(tài)系統(tǒng)健康更具有現(xiàn)實意義，需要建立一套有針對性、可靠的、可操作的、綜合的、可推廣的，并能為環(huán)境評價、系統(tǒng)管理提供指導(dǎo)信息的評價指標體系，往往直接關(guān)系到森林健康評價的科學(xué)性和準確程度。

針對森林的單一問題，健康指標體系是明確的和具體的，如對于森林火災(zāi)管理，美國學(xué)者采用林分密度、樹種組成、生長率與死亡率之比、生長量與采伐量之比4個指標對美國國有林的健康進行評級分析[28]。然而，對于綜合意義上的森林健康，建立森林健康的指標體系仍然存在較大困難。目前多數(shù)學(xué)者主要是以活力、組織結(jié)構(gòu)和恢復(fù)力為基礎(chǔ)的指標體系，進行進一步的細化，使得評價工作變得更具有可操作性。如肖風(fēng)勁等[3，25]從森林生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)要素、生理要素、脅迫要素、環(huán)境要素和氣象要素等五個方面來進行森林健康評價，指標體系相應(yīng)地分為郁閉度、死亡率、林齡結(jié)構(gòu)、生物多樣性、植被結(jié)構(gòu)、植被類型、NPP、光和速率、呼吸速率，污染災(zāi)害、病蟲災(zāi)害、氣象災(zāi)害、火災(zāi)、大氣組分、土壤組分、地理位置，有效積溫、總輻射、年均降水等19個評價指標。陳高等[1，29]在采用健康距離法評估森林健康狀況時，基于自然——經(jīng)濟——社會的框架，采用了組織結(jié)構(gòu)、生物多樣性、物質(zhì)流、能量流、彈性維持力，價值產(chǎn)出、經(jīng)濟投入，社會健康度、社會化水平、社會環(huán)境等健康成分，并具體到林分垂直層次、林窗、不同年齡結(jié)構(gòu)的斑塊、國際保護運動的力量和影響等64項具體指標。李金良等[30]對北京市水源涵養(yǎng)林健康狀況評價提出了包括物種多樣性、群落層次結(jié)構(gòu)、林分郁閉度、灌木層蓋度、草本層蓋度、枯落物層厚度、年齡結(jié)構(gòu)、林分蓄積量、病蟲危害程度等9個評價指標。劉苑秋等[31]提出，人工恢復(fù)和重建的森林生態(tài)系統(tǒng)的健康指標應(yīng)該包括土壤健康指標、生物多樣性、環(huán)境健康、生產(chǎn)功能健康等。還有的許多學(xué)者[32，33，34]采用聯(lián)合國經(jīng)濟合作開發(fā)署建立的壓力——狀態(tài)——響應(yīng)（PSR）框架模型來構(gòu)建流域生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標體系。

可以看出，目前森林生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標的選擇基本上是圍繞以下2種框架進行：一是生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)模型，即HI=V×O×R（HI表示系統(tǒng)健康指數(shù)；V表示系統(tǒng)活力；O是系統(tǒng)組織指數(shù)；R是系統(tǒng)恢復(fù)力指數(shù)），所有這些能反映生態(tài)系統(tǒng)活力、組織狀態(tài)和恢復(fù)力的因素都可以作為生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標；二是根據(jù)聯(lián)合國經(jīng)濟合作開發(fā)署提出的壓力——狀態(tài)——響應(yīng)（PSR）框架模型，其中“壓力”包括直接或間接的人類活動對環(huán)境的改變；“狀態(tài)”主要指流域物理、化學(xué)和生物條件，或自然系統(tǒng)的狀態(tài)，包括人類的健康和財富；“響應(yīng)”包括政府行為或政策、部門、個人對環(huán)境改變的應(yīng)對和治理，此類方法一般適用于大尺度森林生態(tài)系統(tǒng)健康植被的篩選。同時，研究者們試圖建立多要素、多尺度、多層次的評價指標體系，盡管有些指標還不盡完善，評價結(jié)果也可以在一定程度上反映一些森林健康的實質(zhì)[35]。

4問題與展望

雖然，森林生態(tài)系統(tǒng)健康評價的發(fā)展時間相對較短，其發(fā)展速度較快，產(chǎn)生了許多研究成果，但仍然存在許多問題尚未解決，主要概括為以下幾點：①森林生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性致使其健康水平不同采用某些簡單測定的具體指標進行概括，其評估方法的科學(xué)也仍然存在疑問，因此很難準確評估生態(tài)系統(tǒng)健康受害程度；②森林生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展呈現(xiàn)為不斷變化的動態(tài)過程，很難準確判斷出哪些癥狀是演替過程中的產(chǎn)生的，哪些癥狀是由于干擾或不健康形成的，特別對于那些處于幼年的和老年階段時。因此，對于不同類型森林生態(tài)系統(tǒng)或者同一類型森林生態(tài)系統(tǒng)的不同演替階段，建立其健康標準就至關(guān)重要；③森林生態(tài)系統(tǒng)健康受多個因素共同影響，且森林生態(tài)系統(tǒng)有一定緩沖能力，很難獲得各影響因素和森林健康相互對應(yīng)的數(shù)量關(guān)系，導(dǎo)致現(xiàn)有森林健康評價嚴重滯后于健康監(jiān)測，尚不能充分利用豐富的健康監(jiān)測數(shù)據(jù)綜合評價森林健康程度；④不同地區(qū)、不同森林類型、不同森林功能要求條件下的森林健康標準存在差異，在森林健康綜合評價時必須要考慮眾多因素；⑤不同森林結(jié)構(gòu)、經(jīng)營措施、森林健康之間的關(guān)系缺乏定量的和機理性的認識，現(xiàn)有評價多表現(xiàn)為單項因素的評價，導(dǎo)致現(xiàn)有森林健康評價技術(shù)尚不能滿足指導(dǎo)森林健康經(jīng)營的要求。

總之，森林生態(tài)系統(tǒng)健康評價研究還存在許多問題，還有許多工作要做，針對上述不足，我們對未來森林健康監(jiān)測與評價的發(fā)展提出以下幾點建議：

（1）選擇合適的健康指標是科學(xué)合理的進行森林健康評價的關(guān)鍵，如何確定不同健康指標成為森林生態(tài)系統(tǒng)健康狀況準確評價的關(guān)鍵所在。不同經(jīng)營目的、不同地區(qū)、不同類型的森林生態(tài)系統(tǒng)其健康標準往往具有自身特點，比如用材林生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)營為的是提供更加優(yōu)質(zhì)的林產(chǎn)品，其可持續(xù)經(jīng)營為的是保證森林生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和高生產(chǎn)力；生態(tài)防護林經(jīng)營主要是為實現(xiàn)森林的環(huán)境服務(wù)功能，其可持續(xù)性經(jīng)營及生態(tài)系統(tǒng)健康重要的是保證森林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定地維持生態(tài)服務(wù)功能的充分發(fā)揮；退化森林生態(tài)系統(tǒng)健康恢復(fù)與重建的主要是為了恢復(fù)系統(tǒng)自然合理的結(jié)構(gòu)和功能，盡可能恢復(fù)到原有水平。因此，在評價某個具體生態(tài)系統(tǒng)健康與否，要著重考慮特定生態(tài)系統(tǒng)所具有的獨特性，而不應(yīng)該采用相同的生態(tài)系統(tǒng)的評價標準。

（2）由于影響森林生態(tài)系統(tǒng)健康發(fā)展的因子較多，因此要不斷加強森林生態(tài)系統(tǒng)健康維持機理研究，從根本上揭示森林健康各影響因子建的關(guān)系和過程，尋到到影響森林生態(tài)系統(tǒng)健康的關(guān)鍵因子，并建立相關(guān)預(yù)測模型，進而進行定量評價。

（3）我國森林健康監(jiān)測與評估除了依賴于現(xiàn)有監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)體系外，還應(yīng)將不同研究者長期監(jiān)測與網(wǎng)絡(luò)分析和模型模擬研究成果相結(jié)合，采用多種研究手段，多尺度多方位多角度定位研究，并結(jié)合環(huán)境學(xué)、社會學(xué)、經(jīng)濟學(xué)等全面可靠的進行森林生態(tài)系統(tǒng)健康綜合評價。

（4）根據(jù)我國森林經(jīng)營和發(fā)展的實際狀況，結(jié)合現(xiàn)有森林健康評價指標體系和理論技術(shù)和方法，建立一套適合我國國情的森林健康評價體系。

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（責(zé)任編輯：鄭京津）