蔡小溪，林文樹，吳金卓，孔琳琳

(東北林業(yè)大學(xué) 工程技術(shù)學(xué)院，哈爾濱 150040)

森林是人類賴以生存的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、美學(xué)和文化資源，是整個生態(tài)系統(tǒng)的支柱，起到了保護(hù)物種多樣性和避免生態(tài)系統(tǒng)失衡的作用[1]。但是，迫于生存的壓力，人類通過移民墾荒、伐木毀林、過度放牧等方式，對森林的自控系統(tǒng)和維護(hù)功能造成了嚴(yán)重毀壞。從生態(tài)學(xué)的角度來看，幸存的森林必須替補(bǔ)那些已失去機(jī)能的森林去工作，這就要求現(xiàn)在的森林必須是健康的或者有更多的活力來起到額外的作用。此外人類對森林的需求日益增加，使我們不得不重視森林健康問題。近幾年，學(xué)者們逐漸將“健康”這個形容詞發(fā)展為評價森林狀態(tài)的描述符，開展了森林健康研究的新課題。

研究森林健康是個復(fù)雜的學(xué)科，因為樹木健康、森林健康和森林生態(tài)系統(tǒng)健康之間存在密切的聯(lián)系，同時又有著巨大的差異。即使在原則上用于樹木健康的定義可以用在森林上，但目前還沒有明確規(guī)定什么可看作健康或者不健康，甚至對于一個森林來說，可能完全健康才是“健康”的定義[2]。建立一個準(zhǔn)確的指標(biāo)體系是評價森林健康的首要任務(wù)，而搜索合適的指標(biāo)會對評估森林健康的結(jié)果產(chǎn)生很大的影響。植物群落結(jié)構(gòu)、生物多樣性、初級生產(chǎn)力、分解率、消費者或生產(chǎn)者的相互作用、化學(xué)平衡都可以用于評價森林生態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)和趨勢[3]。例如，枝葉中的微量金屬、硫和氮的積累雖然不會直接導(dǎo)致樹的健康狀況惡化，然而脫落的樹葉會使有毒物質(zhì)積累在森林土壤上，被污染的草會影響動物的瘤胃消化，由于瘤胃微生物對N/S非常敏感，通過草食動物對植物的選擇，會對植物群落和主生產(chǎn)者產(chǎn)生影響，于是生態(tài)系統(tǒng)可能通過污染物在微小的過程中被影響，而森林的健康不會表現(xiàn)出明顯的變化，但本身的結(jié)構(gòu)卻已發(fā)生重大變化[4]。從上世紀(jì)80年代至今，國際上關(guān)于森林健康評價體系的文獻(xiàn)多達(dá)百篇，但很少有研究能指出某一片森林健康評價的具體影響因素。因此，如何構(gòu)造評價體系和如何來評價森林健康成為了當(dāng)今林業(yè)研究者探討的熱點。本文通過查閱國內(nèi)外關(guān)于森林健康評價的文獻(xiàn)，概括出森林健康與森林健康評價的概念，總結(jié)出比較有代表性的建立評價指標(biāo)體系的方法，提出評價過程中我國森林出現(xiàn)的問題和未來評價的發(fā)展趨勢。

1 森林健康的概念

森林健康的理念起源于美國，用于觀察和評價各種生物的狀態(tài)。19世紀(jì)的德國林業(yè)學(xué)家指出森林健康往往考慮的是人為因素(濫砍濫伐、開墾農(nóng)業(yè)、酸雨、大氣污染等)以及病蟲害、森林火災(zāi)造成的森林消失和能量供應(yīng)失衡[5]。如今，森林健康的概念擴(kuò)展為森林群落、林分級、森林生態(tài)系統(tǒng)等一個十分復(fù)雜而龐大的系統(tǒng)概念[6]。從森林經(jīng)營角度看，健康的森林可以不受生物因素及非生物因素的影響，能一直達(dá)到森林的經(jīng)營目標(biāo)，長期保持其高價值高利用率的狀態(tài)。從病理角度上來說，森林健康被定義為在生物和非生物影響下的樹木的病發(fā)率[7]。樹木活力和冠活力有時也被當(dāng)作森林健康的代名詞，樹木的活力指的是樹木在假設(shè)最優(yōu)狀態(tài)下樹木的成長。需要注意的是，枯死木在其出生和生長過程中是不可避免的，例如，森林只有一個樹種在減少，我們不能判斷這個森林是不健康的，因為枯死木在一個較小范圍內(nèi)的存在，起到了保持森林物種多樣性、平衡森林結(jié)構(gòu)的作用。對于任何一種環(huán)境資源，尤其是森林，都要依據(jù)其現(xiàn)有的狀態(tài)和在控制范圍內(nèi)的變化提出正確的森林健康管理方案。

結(jié)合我國森林背景，森林健康評價可定義為診斷因人類活動與自然災(zāi)害對森林的整個生態(tài)系統(tǒng)造成難以恢復(fù)的破壞和退化，使其結(jié)構(gòu)紊亂、功能失調(diào)，導(dǎo)致喪失服務(wù)能力和價值的一種評估[8]。現(xiàn)階段，國內(nèi)外專家一般通過對森林的監(jiān)測，選取主要評價指標(biāo)，建立一個合理的評價體系來對森林進(jìn)行健康評價，這種方式簡單而可行，已得到廣泛應(yīng)用。對森林健康進(jìn)行評價是建設(shè)資源節(jié)約型世界的需要，也是地球可持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)路，更是保護(hù)環(huán)境和改善生態(tài)的基石[9]。

2 森林健康的特征

法國木材生產(chǎn)者馬科斯·羅伯特曾說：“在我眼里樹木作為一件上帝給予的經(jīng)濟(jì)藝術(shù)品，如果不利用它來進(jìn)行投資，那它還有什么意義呢？”[10]美國學(xué)者奧多爾·萊偶帕特經(jīng)過對德國林業(yè)的調(diào)查說：“德國森林茂盛蓬勃，但確沒有一只野生動物，感覺這里的森林缺少了某種東西”[11]。不同學(xué)科的專家對森林健康評價的認(rèn)識有一定的差異，同一片森林根據(jù)參照物的不同評價結(jié)果也不同，本文主要從3種角度來總結(jié)森林健康的特征。

(1)森林經(jīng)營者角度的森林健康特征

為了獲得森林效益的政府機(jī)構(gòu)和森林經(jīng)營者，把森林的可利用性作為評價森林是否健康的主要特征。美國林業(yè)部曾說：“阻礙經(jīng)營者獲得利益的森林都是不健康的，一個健康的森林絕不會讓經(jīng)營者的利益受到損失”[12]。經(jīng)營者們認(rèn)為，沒有枯死腐爛的樹木及茂盛的灌木才能夠促進(jìn)保留木的成長，但從生態(tài)學(xué)的角度來看，這卻破壞了森林的生態(tài)結(jié)構(gòu)。從森林經(jīng)營者的角度看森林建康的特征為：①人為因素和自然因素不能威脅到森林的管理目標(biāo)的狀態(tài)[13]；②建康的森林能避免管理者利益減少的因素。

(2)生態(tài)系統(tǒng)角度的森林健康的特征

從生態(tài)系統(tǒng)的角度來評價一片森林是否健康與上述經(jīng)營者的看法明顯不同，生態(tài)學(xué)家考慮的不是木材產(chǎn)量、木材質(zhì)量高低，而是所處森林的多樣性。于是，從生態(tài)系統(tǒng)角度看森林健康的特征如下：①森林健康意味著森林能從損壞中恢復(fù)過來[14]；②森林系統(tǒng)處于一種平衡的狀態(tài)；③健康的森林具有功能完整性。

(3)綜合角度的特征

以上兩種觀點之所以存在如此大的差異，是因為研究者們都為了獲得他們各自的資源利益。在經(jīng)營者眼里只有木材能夠給他創(chuàng)造出的利益，完全不在乎生態(tài)系統(tǒng)中種群的變化。而生態(tài)學(xué)家把一切采伐視為破壞環(huán)境，往往忘記日益增長的人口對木材的需求。于是為了得到一個既實用又健康的森林，結(jié)合這兩種觀點，就要考慮其綜合特征：①對產(chǎn)生迫害的修復(fù)或是外部程度破壞的修復(fù)能力強(qiáng)；②對樹木植被所需資源和釋放能量功能性的平衡；③無論生物環(huán)境、自然環(huán)境還是在幾個演替階段能幫助森林生產(chǎn)的營養(yǎng)網(wǎng)[15]；④多樣性演替階段和多種本地物種的棲息地提供林分結(jié)構(gòu)和生態(tài)系統(tǒng)的過程[16]。

3 國內(nèi)外森林健康評價研究進(jìn)程

綜合近十年來各個學(xué)者對森林健康評價的研究，并參考大量中外文獻(xiàn)，本文對森林健康評價主要從評價指標(biāo)體系建立、評價方法選擇、評價結(jié)果等級三個方面來探討。

3.1 評價指標(biāo)體系的建立

3.1.1 評價指標(biāo)體系

建立評價指標(biāo)體系是進(jìn)行森林健康評價的首要步驟，建立的正確與否直接關(guān)系到評價結(jié)果的準(zhǔn)確性與科學(xué)性。森林健康評價體系中的指標(biāo)可以是一個實體，能夠用來測量評價現(xiàn)狀和目標(biāo)環(huán)境的趨勢[17]。指標(biāo)也可以是個術(shù)語，它能包括有關(guān)評估的：生物、人口、種群、生態(tài)系統(tǒng)的組成部分、過程和特征。指標(biāo)只能定義那些與森林健康有關(guān)的事物，例如，如果目標(biāo)資源是森林生態(tài)系統(tǒng)，樹可能是其中的指標(biāo)之一，如果目標(biāo)資源是一個樹群，樹葉、樹枝和樹干都可以被視為指標(biāo)[18]。由此看來，明確指標(biāo)的定義和進(jìn)一步的規(guī)范是必要的，但由于指標(biāo)性能和良好程度會發(fā)生變化，因此在森林生態(tài)系統(tǒng)水平上定義合適、敏感的指標(biāo)是困難的[19]。例如，經(jīng)常假設(shè)在生態(tài)系統(tǒng)中保護(hù)最敏感的物種就會連帶的保護(hù)所有的一切，這就產(chǎn)生了一個關(guān)于使用單一物種(即使是最敏感的那一個)來推斷其對生態(tài)系統(tǒng)影響的巨大爭論。國內(nèi)外對評價森林健康的指標(biāo)有很多，實際應(yīng)用中要根據(jù)所研究對象來選擇主導(dǎo)因素和限制因素予以評價。

國外學(xué)者Costanza等人最早創(chuàng)建了森林健康評估的合理公式，其中指標(biāo)包括：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)活動和系統(tǒng)恢復(fù)力，充分反映了整體特征，為森林系統(tǒng)健康評價提出了理論依據(jù)，但該公式過于理論化[20]。1993年，美國林業(yè)局與美國環(huán)境保護(hù)署對全國森林健康進(jìn)行測評，提出了林下植被物種多樣性、初級生產(chǎn)力、齡級分布、土壤含氧量、樹冠生長、病蟲害發(fā)生率等指標(biāo)，該評價體系較全面，但主要以森林經(jīng)濟(jì)效益為主，是一種功利主義觀點的評價方法[21]。我國從20世紀(jì)初開始有了本質(zhì)的突破，2002年，中國科學(xué)院的生態(tài)學(xué)專家孔紅梅在對長白山森林系統(tǒng)受到不同人為因素破壞的研究中，提出了功能指標(biāo)與指示物種指標(biāo)兩種共計21個指標(biāo)，雖然這些指標(biāo)都具有代表性，但沒有考慮到指標(biāo)體系中土壤生物權(quán)重過大而產(chǎn)生了片面性[22]。2005年，學(xué)者王亞玲提出社會效益、森林系統(tǒng)、資源環(huán)境三類共計17個指標(biāo)，如此大范圍、多種類的指標(biāo)使得某幾個指標(biāo)與題目關(guān)系不夠密切，對評價結(jié)果產(chǎn)生較大誤差[23]。2006年，李秀英提出包括組織系統(tǒng)、抵抗能力、生產(chǎn)能力、土壤狀況在內(nèi)的4個方面29個指標(biāo)組成的評價指標(biāo)體系，該指標(biāo)側(cè)重于功能和結(jié)構(gòu)，但過分的考慮土壤狀況，造成結(jié)果具有一定的局限性[24]。2009年，姬文元等采用了郁閉度、地被物總蓋度、幼樹中建群種數(shù)量比例、更新等級、幼樹幼苗生長狀況等9個指標(biāo)，雖然這些指標(biāo)數(shù)據(jù)易測量，但是構(gòu)成單一，不能反映森林整體情況[25]。

3.1.2 指標(biāo)權(quán)重的確定

選取的評價指標(biāo)對森林健康評價的影響程度是不同的，這種程度的大小，用權(quán)重來表示，將抽象表述數(shù)字化，而權(quán)重確定的準(zhǔn)確性對評價結(jié)果產(chǎn)生較大影響。近代研究者常用的方法有：均值法、層次分析法、熵值法、綜合指數(shù)法和專家打分法等，我國主要應(yīng)用層次分析法與專家打分法。

(1)層次分析法

層次分析法使用最廣泛，是20世紀(jì)70年代中期由美國著名運(yùn)籌學(xué)家Pittsburgh University 教授Sattay提出的，將決策分解成目標(biāo)、準(zhǔn)則、方案等層次，通過專家對每一個元素進(jìn)行評估，打出自己的分?jǐn)?shù)或等級，再依據(jù)層次來分析，總結(jié)專家們的意見，最終得出各個指標(biāo)的權(quán)重。層次分析法使用起來十分方便易懂[26]。

(2)均值法

均值法將每一個指標(biāo)取算數(shù)平均值，使各個指標(biāo)權(quán)重一致。能夠體現(xiàn)所有指標(biāo)對總得分的貢獻(xiàn)，不會出現(xiàn)人為干擾某些指標(biāo)的權(quán)重得分。該方法比較客觀，沒有突出某些指標(biāo)對總體的特殊性，或者擴(kuò)大小影響因素的權(quán)重。一般適用于快速計算和情況簡單的森林。

(3)專家打分法

專家打分法于20世紀(jì)中期由赫爾墨(Helmer)和戈登(Gordon)提出，通過大范圍征求相關(guān)專家的意見，并對這些意見進(jìn)行分析與歸納，得出某些難以通過技術(shù)手段測量的因素的估計值，最后經(jīng)過多輪征求意見，對價值和價值可行性進(jìn)行分析[27]。該方法結(jié)合不同經(jīng)驗專家的想法，需要多次討論與調(diào)節(jié)，操作起來較困難。

3.2 評價方法

在指標(biāo)確定并建立了指標(biāo)體系后，通過一些方法計算出指標(biāo)的權(quán)重，最后要對森林健康進(jìn)行綜合評價。國外對森林健康的研究時間較長，研究方法較多，其中最具代表性的是Costanza等人提出的系統(tǒng)健康公式——VOR模型，為森林健康奠定了基礎(chǔ)。1997年Mageau等人提出趨勢模擬法，把多時間尺度與多空間尺度結(jié)合，采用信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)分析、模型模擬等方法，進(jìn)行森林健康評價[28]。目前，我國還沒有統(tǒng)一的評價方法，2003年陸凡等針對值域?qū)?、易分等級的森林提出健康評估模型。陳高等人于2004年提出了健康距離法，將受到某種因素影響的森林與它原來的健康狀態(tài)進(jìn)行對比，這之間的變化用健康損益值——健康距離(HD)表示，這種距離是一種象征受破壞影響的森林系統(tǒng)偏離原狀態(tài)的計算表示[29]。李秀英于2006年創(chuàng)建森林生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)公式(FEHI)，通過篩選得出森林結(jié)構(gòu)、土壤、抵抗力、生產(chǎn)力4個最重要指標(biāo)作為公式元素，然后根據(jù)各指標(biāo)的權(quán)重值求出森林健康指數(shù)[30]。

3.3 評價結(jié)果等級

評價所研究的森林健康等級需要結(jié)合采用的森林評價指標(biāo)體系和評價方法來判斷。美國、德國等國家將評價結(jié)果分為3～6個等級，我國主要分健康、亞健康、中健康、不健康4個等級，等級標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 森林健康等級標(biāo)準(zhǔn)

4 森林健康評價的問題與趨勢

聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃局調(diào)查顯示全球森林已減少一半，雖然人工林年均增長近百萬公頃，但是天然林較其10倍的速度在退化[31]。于是進(jìn)行森林健康評價是必要的，只有保護(hù)已有森林的健康才能減緩森林退化的速度。我國在研究森林健康時仍存在許多問題，如何解決這些問題也成為了未來森林健康評價研究的方向。

4.1 存在的問題

(1)森林結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，評價涉及領(lǐng)域更加寬泛。經(jīng)過長期的森林改造，我國大部分森林結(jié)構(gòu)變得單一且向純林方向發(fā)展。這種情況使得森林災(zāi)難發(fā)生頻繁，許多變異害蟲繁衍生息，進(jìn)化真菌引起的病腐難以治理[32]。這都使森林的健康問題變得復(fù)雜，研究的內(nèi)容也更加廣泛。

(2)指標(biāo)選取差異大。在不同專業(yè)領(lǐng)域的研究者對森林健康的標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)識存在著差異，對同一片森林觀察的角度不同，所考慮的指標(biāo)也必然不同。

(3)評價體系不完整。由于研究對象復(fù)雜多樣，研究方法和研究尺度存在差異，目前還沒有標(biāo)準(zhǔn)的森林健康評價體系。

(4)難以選擇適當(dāng)?shù)脑u價方法。對森林進(jìn)行評價的方法多，每一種方法都存在優(yōu)劣性，采用某一種方法不一定能對森林進(jìn)行全面的評價。

4.2 發(fā)展趨勢

(1)加強(qiáng)對森林新結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)機(jī)理的研究，從根本上完善并確立森林健康的概念，多學(xué)科結(jié)合來量化健康森林的影響指標(biāo)。

(2)提高未來森林產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益對森林健康結(jié)果的影響程度，未來森林的生產(chǎn)效率必定比如今用材林產(chǎn)木生產(chǎn)效率高，是否是優(yōu)質(zhì)、價值高、更加適應(yīng)當(dāng)?shù)丨h(huán)境的森林生態(tài)結(jié)構(gòu)，成為森林健康與否的重要評價指標(biāo)[33-36]。

(3)提高對森林?jǐn)?shù)據(jù)的研究能力，推動森林健康的定量研究，深度認(rèn)識各評價指標(biāo)間的關(guān)系，建立完善的評價體系。

(4)采用綜合評價方法，將適合的幾種評價方法結(jié)合起來評價森林健康，并加快評價方法的創(chuàng)新速度，如將3S技術(shù)結(jié)合等，來尋找更切合實際的方法[37-38]。

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