杜 群，季碧勇，徐 軍

（1. 浙江省林業(yè)基金管理服務(wù)中心，浙江 杭州 310020；2. 浙江省森林資源監(jiān)測(cè)中心，浙江 杭州 310020）

基于森林?jǐn)?shù)量、質(zhì)量和空間分布的森林生態(tài)功能評(píng)價(jià)研究

杜 群1，季碧勇2，徐 軍2

（1. 浙江省林業(yè)基金管理服務(wù)中心，浙江 杭州 310020；2. 浙江省森林資源監(jiān)測(cè)中心，浙江 杭州 310020）

以森林?jǐn)?shù)量、質(zhì)量和空間3個(gè)因子分布為基本評(píng)估因素，建立了一個(gè)區(qū)域森林生態(tài)功能評(píng)價(jià)綜合指數(shù)，并利用2004、2009年2期浙江省森林資源連續(xù)清查樣地?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)證研究。結(jié)果表明：浙江省森林生態(tài)功能指數(shù)從2004年的0.580 2上升到2009年的0.600 3，增長(zhǎng)了0.020 1，增長(zhǎng)比例為3.46%，其中森林?jǐn)?shù)量因素推動(dòng)的生態(tài)功能指數(shù)增加0.016 7，森林質(zhì)量因素推動(dòng)的指數(shù)增加0.066 1，森林分布因素推動(dòng)的指數(shù)增加-0.022 4，這與浙江省過(guò)去5年森林的變化是相符的。

森林生態(tài)功能綜合指數(shù)；森林質(zhì)量指數(shù)；森林空間均衡度指數(shù)；

作為陸地生態(tài)系統(tǒng)主體的森林，具有不可替代的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等多重效益和多種服務(wù)功能，其中生態(tài)服務(wù)功能是森林的主要功能，分析和評(píng)價(jià)森林的生態(tài)功能已成為當(dāng)前生態(tài)學(xué)研究的熱點(diǎn)。森林生態(tài)功能是指森林生態(tài)系統(tǒng)及其生態(tài)過(guò)程所形成、所維持的有利于人類(lèi)生存與發(fā)展的生態(tài)環(huán)境條件與效用[1]，包括太陽(yáng)能的固定與轉(zhuǎn)化、有機(jī)質(zhì)的生產(chǎn)與生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)品、生物多樣性的產(chǎn)生與維持、調(diào)節(jié)氣候、減輕洪澇與干旱災(zāi)害、維持土壤肥力、環(huán)境凈化、調(diào)節(jié)物質(zhì)循環(huán)等[2]。

對(duì)森林生態(tài)功能的研究非常多[3~6]。近幾年的森林生態(tài)功能研究主要集中在對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能進(jìn)行定量評(píng)價(jià)上，包括物質(zhì)量評(píng)價(jià)和價(jià)值量評(píng)價(jià)。但由于森林生態(tài)系統(tǒng)及其服務(wù)功能的復(fù)雜性與多樣性，森林生態(tài)功能定量評(píng)價(jià)研究還不成熟，這主要體現(xiàn)在森林生態(tài)服務(wù)功能的機(jī)理研究還很不成熟，用于評(píng)價(jià)的定量參考數(shù)據(jù)還很不全面；評(píng)價(jià)指標(biāo)和評(píng)估方法不全面、不統(tǒng)一，各指標(biāo)之間的關(guān)系不明確，不同方法之間沒(méi)有可比性；森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值化方法還有待進(jìn)一步研究，價(jià)值化參考價(jià)格選擇方面也存在問(wèn)題，影響了評(píng)價(jià)結(jié)果的可信度[6~10]。從現(xiàn)有文獻(xiàn)資料分析，采用不同方法評(píng)估森林生態(tài)功能，其結(jié)果相差很大，有的甚至是數(shù)量級(jí)的差距[11~14]。

從本質(zhì)上講，影響森林生態(tài)功能的基本因素是森林的數(shù)量、質(zhì)量和分布。以上述三因素為基本因子，并應(yīng)用生態(tài)功能指數(shù)的方法對(duì)森林生態(tài)功能的相對(duì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，從文獻(xiàn)檢索的情況看，目前尚不多見(jiàn)。付曉等采用相對(duì)量的方法，對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能質(zhì)量指標(biāo)體系建設(shè)進(jìn)行了研究[15]。本文嘗試以三個(gè)基本因素為基礎(chǔ)，利用森林資源調(diào)查數(shù)據(jù)，建立森林生態(tài)功能評(píng)價(jià)指標(biāo)，并以浙江省為例，進(jìn)行實(shí)證分析。由于森林資源調(diào)查的方法是成熟的，數(shù)據(jù)是可靠的并具有可比性，因此，采用這一方法進(jìn)行森林生態(tài)功能評(píng)價(jià)，其結(jié)果也具有可比性。

1 數(shù)據(jù)

浙江省的森林資源連續(xù)清查體系于1979年始建，每5 a開(kāi)展一次復(fù)查。全省按4 km×6 km的間距機(jī)械設(shè)置固定樣地，樣地面積0.08 hm2，為正方形。森林資源連續(xù)清查數(shù)據(jù)是中國(guó)調(diào)查森林資源的最重要方法之一[16]，是獲得全國(guó)和各?。ㄊ?、區(qū)）森林資源數(shù)據(jù)的最科學(xué)、最成熟、最權(quán)威的方法。

2004年和 2009年，浙江省分別開(kāi)展了兩期森林資源連續(xù)清查。本研究利用了這兩次森林資源連續(xù)清查的樣地?cái)?shù)據(jù)和樣木數(shù)據(jù)，每期數(shù)據(jù)都包括4 252個(gè)固定樣地?cái)?shù)據(jù)和22萬(wàn)余株樣木數(shù)據(jù)，以及根據(jù)這些樣地?cái)?shù)據(jù)計(jì)算的浙江省固定樣地生物量數(shù)據(jù)[17~18]。

2 方法

2.1 森林生態(tài)功能指數(shù)

采用“三因素法”（即森林的數(shù)量、質(zhì)量和空間分布三個(gè)因素）進(jìn)行森林生態(tài)功能評(píng)價(jià)。森林?jǐn)?shù)量因素采用森林覆蓋率；森林質(zhì)量因素以森林資源連續(xù)清查固定樣地為基本評(píng)價(jià)單元，完成各個(gè)森林樣地評(píng)價(jià)后，將其轉(zhuǎn)化為全省森林質(zhì)量指數(shù)；森林分布狀況是指森林在空間上分布的均勻程度，采用空間均衡度指數(shù)（space evenness index of forest）表示。三個(gè)指數(shù)分別計(jì)算后進(jìn)行歸一化處理，得出全省森林生態(tài)功能指數(shù)。

森林生態(tài)功能指數(shù)：

式中，K1為森林?jǐn)?shù)量指數(shù)（森林覆蓋率），K2為森林質(zhì)量指數(shù)，K3為森林空間均衡度指數(shù)。

2.2 森林?jǐn)?shù)量指數(shù)（森林覆蓋率）

根據(jù)《國(guó)家森林資源連續(xù)清查技術(shù)規(guī)定》（2004年），森林覆蓋率是指有林地面積與國(guó)家特別規(guī)定灌木林面積之和占土地面積的百分比。本文的森林即包括有林地面積和國(guó)家特別規(guī)定灌木林。

2.3 森林質(zhì)量指數(shù)

2.3.1 評(píng)價(jià)方法 森林質(zhì)量指數(shù)以森林資源連續(xù)清查固定樣地為基本評(píng)價(jià)單元。逐個(gè)樣地完成評(píng)價(jià)后，再將微觀數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為全省宏觀數(shù)據(jù)?！秶?guó)家森林資源連續(xù)清查技術(shù)規(guī)定》選用蓄積量、自然度、種群結(jié)構(gòu)、樹(shù)種結(jié)構(gòu)、植被總覆蓋度、郁閉度、樹(shù)高、枯枝落葉厚度8個(gè)因子評(píng)價(jià)森林生態(tài)功能。本文認(rèn)為這些因子主要反映了森林的質(zhì)量，因此選用反映森林生物量、生物多樣性和森林結(jié)構(gòu)的有關(guān)特征因子，確定植被生物量、森林自然度、森林群落結(jié)構(gòu)、樹(shù)種結(jié)構(gòu)、郁閉度或覆蓋度、平均樹(shù)高、枯枝落葉厚度7個(gè)方面的評(píng)價(jià)因子，利用專(zhuān)家打分法確定各個(gè)因子的權(quán)重，形成森林質(zhì)量評(píng)價(jià)體系（表 1），對(duì)每個(gè)樣地的森林質(zhì)量指數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，并計(jì)算森林質(zhì)量指數(shù)。

每個(gè)樣地的森林質(zhì)量指數(shù)：

式中，Xi為第i項(xiàng)評(píng)價(jià)因子的類(lèi)型得分值，Wi為各評(píng)價(jià)因子的權(quán)重。

全省的森林質(zhì)量指數(shù)：

式中，n為森林樣地個(gè)數(shù)。

表1 森林質(zhì)量評(píng)價(jià)因子及劃分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Evaluation factors for forest quality and grading

2.3.2 評(píng)價(jià)因子

2.3.2.1 植被生物量 植被生物量是指某一時(shí)刻單位面積內(nèi)實(shí)存生活的有機(jī)物質(zhì)（干重）總量。森林生物量作為森林生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)量特征和森林生態(tài)系統(tǒng)性質(zhì)、狀態(tài)的重要指示特征，是研究許多林業(yè)問(wèn)題和生態(tài)問(wèn)題的基礎(chǔ)[19]。利用2010年浙江省森林植被生物量評(píng)估研究成果計(jì)算生物量評(píng)價(jià)因子[17~18]。為便于2004年和2009

年數(shù)據(jù)比較，本文中喬木林的植被生物量為喬木層（也稱(chēng)優(yōu)勢(shì)層）的地上部分和地下部分生物量。根據(jù)樣地單位面積生物量，等距分為三個(gè)層次，分別賦分。

2.3.2.2 森林自然度 王麗麗和郭晶華認(rèn)為，自然度是指地段的植被狀況與原始頂群落的距離或次生群落演替中的階段[20]?！秶?guó)家森林資源連續(xù)清查技術(shù)規(guī)定》對(duì)自然度的定義與此基本一致，本研究采用這一定義與劃分標(biāo)準(zhǔn)，將自然度分為5類(lèi)，見(jiàn)表2。

表2 自然度劃分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Grading of naturalness

2.3.2.3 森林群落結(jié)構(gòu) 根據(jù)《國(guó)家森林資源連續(xù)清查技術(shù)規(guī)定》，森林群落結(jié)構(gòu)分為完整、復(fù)雜和簡(jiǎn)單三種類(lèi)型，其中完整結(jié)構(gòu)指具有喬木層、下木層、草本層和地被物層4個(gè)層次的森林，復(fù)雜結(jié)構(gòu)是指具有喬木層和其它1 ~ 2個(gè)植被層，簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)是指僅有1個(gè)喬木層或國(guó)家特別規(guī)定灌木林層。從發(fā)揮生態(tài)功能的角度，森林群落結(jié)構(gòu)最復(fù)雜，其質(zhì)量越高。

2.3.2.4 樹(shù)種結(jié)構(gòu) 樹(shù)種結(jié)構(gòu)反映了喬木林的針闊葉樹(shù)種組成，共7個(gè)類(lèi)型，見(jiàn)表3。相關(guān)研究表明，樹(shù)種結(jié)構(gòu)最復(fù)雜，森林所具有的涵養(yǎng)水源、保育土壤、凈化空氣等生態(tài)功能越強(qiáng)，森林質(zhì)量越高。一般而言，混交林的生態(tài)功能大于純林，闊葉林的生態(tài)功能大于針葉林。

2.3.2.5 覆蓋度和平均高 覆蓋度和平均高按森林資源連續(xù)清查的方法進(jìn)行調(diào)查。喬木林的覆蓋度即郁閉度。覆蓋度和平均高越高，森林所發(fā)揮的生態(tài)功能就越強(qiáng)。

表3 樹(shù)種結(jié)構(gòu)劃分標(biāo)準(zhǔn)Table 3 Grading of tree species structure

2.3.2.6 枯落物厚度 森林枯落物是森林生態(tài)系統(tǒng)中養(yǎng)分循環(huán)的重要組成部分，在涵養(yǎng)水源、水土保持和維持改善土壤肥力等方面發(fā)揮著重要作用[21]。森林資源連續(xù)清查固定樣地調(diào)查將枯落物厚度分為 < 5 cm、5 ~ 10 cm、> 10 cm 3個(gè)等級(jí)。

2.4 森林空間均衡度指數(shù)

張建國(guó)等采用均衡度來(lái)表征森林在一個(gè)區(qū)域的分布狀況，并給出了公式[22]。本文參考了其方法。本研究用GIS技術(shù)、1/25萬(wàn)電子圖和固定樣地?cái)?shù)據(jù)結(jié)合進(jìn)行森林空間均衡度指數(shù)的計(jì)算。用arcMAP按經(jīng)緯度將浙江省域國(guó)土劃分為若干個(gè)等大的空間單元（本次暫劃為100個(gè)單元），分別測(cè)算每個(gè)單元中森林樣地占全部樣地的比例，并用（4）式計(jì)算森林空間均衡度指數(shù)。

森林空間均衡度指數(shù)：

式中：K3為森林空間均衡度指數(shù)，n為劃分的空間單元個(gè)數(shù)，F(xiàn)i為第i個(gè)空間單元中森林樣地占全部樣地百分比，為全省森林樣地占全部樣地百分比。

當(dāng)K3= 1時(shí)，說(shuō)明森林的空間分布最均衡，最有利于發(fā)揮生態(tài)功能。當(dāng)K3= 0時(shí)，說(shuō)明森林的空間分布最不均衡。

3 結(jié)果

根據(jù)前述的計(jì)算方法，利用2004年和2009年森林資源連續(xù)清查樣地?cái)?shù)據(jù)，對(duì)這兩年的森林生態(tài)功能指數(shù)及數(shù)量、質(zhì)量、空間均衡度指數(shù)進(jìn)行了測(cè)算，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 2004年、2009年森林生態(tài)功能指數(shù)計(jì)算結(jié)果Table 4 Forest ecological index in 2004 and 2009

4 結(jié)論與討論

（1）研究結(jié)果顯示，浙江省森林生態(tài)功能指數(shù)從 2004年的 0.5802上升到 2009年的 0.600 3，增長(zhǎng)了0.020 1，增長(zhǎng)比例為3.46%。其中森林?jǐn)?shù)量因素推動(dòng)的生態(tài)功能指數(shù)增加0.0167，森林質(zhì)量因素推動(dòng)的指數(shù)增加0.0661，森林分布因素推動(dòng)的指數(shù)增加-0.022 4。三個(gè)因素中，森林質(zhì)量因素對(duì)森林生態(tài)功能指數(shù)的貢獻(xiàn)最大，而森林分布因素致使森林生態(tài)功能指數(shù)下降了，這與浙江省2004-2009年的森林資源發(fā)展趨勢(shì)基本一致。

（2）2004-2009年，森林分布因素導(dǎo)致全省森林生態(tài)功能指數(shù)下降了0.022 4，也就是說(shuō)森林空間分布均衡度降低了，原因是浙江省平原等少林地區(qū)的森林有所減少，導(dǎo)致森林在空間上分布更不均衡。這從一個(gè)側(cè)面反映浙江省平原地區(qū)發(fā)展森林資源的緊迫性和必要性。2011年，浙江省開(kāi)始了大規(guī)模的平原綠化，具有很強(qiáng)針對(duì)性。

（3）從2004年到2009年浙江省的森林覆蓋率僅增加0.016 7，而森林生態(tài)功能指數(shù)增加了0.020 1，森林生態(tài)功能增強(qiáng)的幅度大于森林覆蓋率。采用這一方法，改變以往僅用森林覆蓋率表征森林生態(tài)功能時(shí)的局限性，使結(jié)果更具說(shuō)明力，更能全面體現(xiàn)生態(tài)建設(shè)的成效。

（4）本研究采用的三因素方法，具有方法簡(jiǎn)便、數(shù)據(jù)可得、結(jié)果直觀、可比性強(qiáng)等特點(diǎn)。可應(yīng)用于不同空間尺度，如全國(guó)、省域、流域、縣域等，也可應(yīng)用于不同時(shí)期森林生態(tài)功能的比較。

（5）本文以森林資源連續(xù)清查為數(shù)據(jù)源進(jìn)行評(píng)價(jià)，以樣地為基本評(píng)價(jià)單元。在缺少森林資源連續(xù)清查數(shù)據(jù)時(shí)，也可利用森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查（二類(lèi)）數(shù)據(jù)并以小班為單位進(jìn)行指數(shù)計(jì)算和評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)方法相同。

[1] 歐陽(yáng)志云，王如松，趙景柱. 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能及其生態(tài)經(jīng)濟(jì)價(jià)值評(píng)價(jià)[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，1999，10（5）：635-640.

[2] 靳芳，余新曉，魯紹偉，等. 中國(guó)森林生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)功能及其評(píng)價(jià)[M]. 北京：中國(guó)林業(yè)出版社，2007.

[3] Costanza R, Arge R, Rudolf de Groot, et al. The Value of the World’s Ecosystem Services and Natural Capital[J]. Nature, 1997（387）：253-260.

[4] 米鋒，李吉躍. 森林生態(tài)效益評(píng)價(jià)的研究進(jìn)展[J]. 北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，25（6）：77-83.

[5] 閻水玉，王祥榮. 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究進(jìn)展[J]. 生態(tài)學(xué)雜志，2002，21（5）：61-68.

[6] 劉玉龍，馬俊杰，金學(xué)林，等. 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值評(píng)估方法綜述[J]. 中國(guó)人口、資源與環(huán)境，2005，15（1）：88-92.

[7] 張永利，楊鋒偉，王兵，等. 中國(guó)森要生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能研究[M]. 北京：中國(guó)林業(yè)出版社，2010.

[8] 李少寧，王兵，趙廣東，等. 森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能研究進(jìn)展——理論與方法[J]. 世界林業(yè)研究，2004，17（4）：14-18.

[9] 謝高地，魯春霞，成升魁，等. 全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估研究進(jìn)展[J]. 資源科學(xué)，2001，23（6）：5-9.

[10] 郭中偉，甘雅玲. 關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的幾個(gè)科學(xué)問(wèn)題[J]. 生物多樣性，2003，11（1）：63-69.

[11] 黃平，侯長(zhǎng)謀，張弛，等. 廣東省森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能[J]. 生態(tài)科學(xué)，2002，21（2）：160-163.

[12] 王登峰，薛春泉，劉志武，等. 廣東省森林生態(tài)狀況監(jiān)測(cè)報(bào)告（2002）[M]. 北京：中國(guó)林業(yè)出版社，2004.

[13] 馬定國(guó)，舒曉波，劉影，等. 江西省森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值評(píng)估[J]. 江西科學(xué)，2003，21（3）:211-216.

[14] 王兵，李少寧，郭浩. 江西省森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能及其評(píng)估研究[J]. 江西科學(xué)，2007，25（5）：553-559, 587.

[15] 付曉，王雪軍，孫玉軍，等. 我國(guó)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能質(zhì)量指標(biāo)體系與評(píng)價(jià)研究[J]. 林業(yè)資源管理，2008（2）：32-37.

[16] 肖興威，王祝雄，陳雪峰，等. 中國(guó)森林資源清查[M]. 北京：中國(guó)林業(yè)出版社，2005.

[17] 浙江省林業(yè)廳. 浙江省森林資源狀況及其功能價(jià)值（2010）[N]. 浙江日?qǐng)?bào)，2010-01-16（12）.

[18] 季碧勇，陶吉興，張國(guó)江，等. 高精度保證下的浙江省森林植被生物量評(píng)估[J]. 浙江農(nóng)林大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，29（3）：328-334.

[19] 巨文珍，龍勝奇. 森林生物量研究進(jìn)展[J]. 西南林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，32（2）：78-83, 89.

[20] 王麗麗，郭晶華. 江西大崗山植被類(lèi)型及其自然度與經(jīng)營(yíng)集約度的劃分和評(píng)價(jià)[J]. 林業(yè)科學(xué)研究，1994，7（3）：286-293.

[21] 春敏莉，謝宗強(qiáng)，趙常明，等. 神農(nóng)架巴山冷杉天然林凋落量及養(yǎng)分特征[J]. 植物生態(tài)學(xué)報(bào)，2009，33（3）：492-498.

[22] 張建國(guó). 林業(yè)經(jīng)營(yíng)綜合效益評(píng)價(jià)研究[J]. 林業(yè)資源管理，1994（4）：70-73.

Evaluation of Forest Ecological Function by Coverage, Quality and Distribution

DU Qun1，JI Bi-yong2，XU Jun2
（1. Zhejiang Forest Fund Administration, Hangzhou 310020, China; 2. Zhejiang Forest Resources Monitoring Center, Hangzhou 310020, China）

An integrated index for evaluating regional forest ecological function was proposed taking forest coverage, quality and distribution as basic elements. A case study based on continuous forest inventory data of year 2004 and 2009 of Zhejiang province showed that integrated index during five years increased from 0.5802 to 0.6003. Among the increase, 0.0167 was from forest coverage, 0.0661 from quality and -0.0224 from distribution. The result explained the change of forest in past 5 years in the province.

integrated forest ecological function index; forest quality index; forest space eveness index

S718.55

A

1001-3776（2013）06-0046-05

2013-08-19；

2013-10-18

浙江省森林資源與生態(tài)狀況動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)（335006-2010-0002）

杜群（1974-），男，浙江諸暨人，高級(jí)工程師，碩士，從事森林資源調(diào)查監(jiān)測(cè)研究。