胡 爽 徐譽遠 王本洋

（華南農業(yè)大學 林學與風景園林學院，廣東 廣州 510642）

我國森林健康評價方法綜述*

胡 爽 徐譽遠 王本洋

（華南農業(yè)大學 林學與風景園林學院，廣東 廣州 510642）

文章對森林健康評價對象進行分類，總結了我國森林健康評價的方法以及其適用性。我國學者進行森林健康評價的主要方法包括指示物種法、指標體系法、健康距離法、主成分分析法、層次分析法、模糊綜合評價法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡法等。文章討論了森林健康評價分級標準及其應用。在分析森林健康及其相關工作中存在問題的基礎上，對未來我國森林健康監(jiān)測、評價工作進行了展望。

森林健康；分類；評價方法；提升

20世紀70年代末期德國發(fā)現(xiàn)森林生活力缺失的現(xiàn)象，從而提出森林健康狀態(tài)的概念，開始了觀測工作，并迅速影響整個歐洲的森林健康狀態(tài)觀測和評價工作[1]。森林健康最初是針對人工造林林分結構單一、森林病蟲害防治能力差、水土保持能力薄弱等問題提出來的理念[2]。城市化干擾、空氣污染、濕地退化、生態(tài)環(huán)境變化等都會對森林健康產生重要威脅[3]。目前世界森林資源面臨原始森林不斷遭受破壞、面積持續(xù)減少、生物多樣性下降的威脅[4]。

我國森林健康研究大致與國際同步。20世紀80年代我國學者開始了酸雨對單一物種及林分影響的研究[1]。近年來，我國已逐步認識并接受森林健康的理念，重視培育多功能、多目標、生物多樣性豐富的健康森林，如國家林業(yè)局制定了《中國森林可持續(xù)經(jīng)營標準與指標》，為人們提供了在生物多樣性、地力維持、森林健康等方面的綜合衡量依據(jù)[5]。

我國森林健康評價基礎研究還不足，缺乏規(guī)范化，國內的森林健康評價工作還有很長的路要走[6]。本文通過查閱森林健康及其評價研究有關文獻，總結森林健康評價方法和適用條件，為改進和完善森林資源健康監(jiān)測體系、提升森林質量提供相關理論支持和方法借鑒。

表1 森林健康評價的森林類型分組

1 森林健康評價的對象

1.1 森林類型分組

我國森林按用途劃分為防護林、用材林、經(jīng)濟林、薪炭林、特種用途林5類。每一類下分為不同類型，如特種用途林包括國防林、試驗林、母樹林等。在森林健康評價中，在按用途或者經(jīng)營方式劃分的基礎上，以森林的自然生長特征為主要依據(jù)再劃為3類，其評價結果更具可比性（表1）[7]：第一組，為基本允許自然生長的森林。經(jīng)營目的內允許其自然演替，沒有或較少干預森林結構；第二組，為林分結構受到限定的森林。為滿足防護、綠化、環(huán)境保護、用材等需求而調整森林結構，基本不允許其自然演替；第三組，為其他類，自然生長特征等與前兩類都不同，各分項之間也不同，在健康評價中對各分項單獨進行比較，或視其自身生長特點歸入第一或第二組中。

1.2 相關森林類型的研究

針對上述3組森林，我國學者開展了森林健康評價研究。如李梅[8]對冀北山地華北落葉松（Larix principis-rupprechtii）人工林健康評價開展了研究，對象為水源涵養(yǎng)林和水土保持林；王剛[9]對臥龍自然保護區(qū)森林健康進行研究；馬志林[10]對北京山區(qū)典型小流域防護林進行了健康診斷及分析；封煥英[11]選擇安徽省黃山、福建省順昌和永安等區(qū)域毛竹林（Phyllostachys heterocycla）為研究對象，進行了健康評價分析；張營等[12]對滇東北方竹林（Chimonobambusa utilis）健康評價指標體系進行了研究；張志永等[13]研究討論了城市森林健康的監(jiān)測評價，并提出了相關意見。

我國是人工林面積最大的國家，人工林是我國森林重要組成部分，其健康狀況不佳嚴重制約了我國的整體森林健康狀況。我國人工林多為同齡純林，結構和功能單一，生態(tài)系統(tǒng)較為脆弱，抗災害能力弱，立地條件差，單位面積蓄積量比較低[14]。因此，人工林的健康問題非常值得關注。

2 森林健康評價的方法

森林生態(tài)系統(tǒng)健康評估是指用相應評價指標體系診斷森林生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況，對森林生態(tài)系統(tǒng)生產力水平、結構狀態(tài)、抵抗外界干擾能力以及服務功能等多方面綜合能力做出評估[15]。通過運用各種科學技術手段，可以得出森林健康狀況的診斷結果，并在此基礎上指導森林改善工作，使森林經(jīng)營更加科學地進行。

2.1 指示物種類群評價法

該方法以森林的關鍵物種、特有物種、指示物種、瀕危物種、長壽命物種和環(huán)境敏感物種等的數(shù)量、生物量、生產力、結構指標、功能指標及其一些生理生態(tài)指標來描述森林健康程度[16]。當生態(tài)環(huán)境遭受改變，指示物種監(jiān)測指標則發(fā)生改變，可藉此分析生態(tài)環(huán)境的變化，判斷森林健康狀況。

指示物種法的優(yōu)點是簡單快捷，具有良好的操作性[17]。但指示物種的篩選標準不明確，不易找到合適的指示物種；監(jiān)測參數(shù)選擇不當會導致評價結果出現(xiàn)偏差[18]。

宋艷[19]利用土壤昆蟲、授粉昆蟲和天敵昆蟲的種群豐富度，以及各保護區(qū)的昆蟲群落多樣性為指標，對天目山、龍王山和百山祖3個國家級自然保護區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)健康程度進行評估。王健敏[20]以蛀干昆蟲松墨天牛（Monochamus alternatus）為例，將其作為森林生態(tài)系統(tǒng)健康評價的主體指標進行探索，證明蛀干昆蟲能夠作為森林健康診斷和評價的指示生物。

2.2 指標體系法

該方法首先確定能夠表示生態(tài)系統(tǒng)主要特征的指標，然后把各特征指標進行歸類，分析各指標與生態(tài)系統(tǒng)的意義，并確定在生態(tài)系統(tǒng)健康中的權重系數(shù)，最后確立健康評價的指標體系[21]。

指標體系評價法的優(yōu)點在于，運用指標體系多項指標反應其生態(tài)系統(tǒng)的健康程度，同時反映了生態(tài)系統(tǒng)的健康負荷能力以及受脅迫后的健康恢復能力，并能反映生態(tài)系統(tǒng)不同尺度的健康評價轉換[22]。但權重確定主觀性較強，有時難以準確、客觀反應指標體系的內在結構關系[23]，主要原因包括：社會經(jīng)濟指標不易定量分析，部分評價指標重復[24]。

肖風勁等[25]提出的森林健康系統(tǒng)評價框架包括了活力、組織結構、抵抗力、恢復力4個評價標準，可細分為8個專題（森林生理要素、森林生態(tài)要素、環(huán)境要素、氣象要素、脅迫要素），共19個指標。李秀英[26]提出了生產力、結構組織、抵抗力、土壤狀況綜共4個方面29個指標的森林生態(tài)系統(tǒng)健康評價體系。

2.3 健康距離法

陳高等[27]利用模式生態(tài)系統(tǒng)集的思想，提出健康距離(HD)法，并推導出計算公式。一般生態(tài)系統(tǒng)受干擾越大，HD越大，該生態(tài)系統(tǒng)(群落)就越不健康。該方法通過建立一個指標體系集進行運算來評估森林生態(tài)環(huán)境健康狀況。

代力民等[28]運用健康距離法對經(jīng)不同干擾方式產生的過伐天然林、次生白樺林（Betula platyphylla）和人工落葉松林等群落的結構組成進行健康評估，得到系列評價結果，支持指導該區(qū)域林業(yè)工作的開展。聶力[29]通過東錢湖區(qū)域森林野外群落調查和室內實驗分析獲得的有關研究數(shù)據(jù)，采用綜合指數(shù)法和健康距離法對東錢湖區(qū)域森林的健康狀況進行評價，兩種評價方法結果基本一致，并且符合實際情況。

2.4 主成分分析法

主成分分析(PCA)是由Pearson最早在1901年提出，一種將多變量問題轉化為較少綜合變量的方法。利用該方法，可把高維空間問題轉化到低維空間處理，并簡化變量系統(tǒng)的統(tǒng)計數(shù)字特征，使問題變得相對簡單直觀，同時還能簡化變量系統(tǒng)的統(tǒng)計數(shù)字特征[30]。

主成分分析法能夠消除指標間的相關影響，客觀確定主成分權重，簡化指標[31]。但其計算過程比較繁瑣，對樣本量要求較大；該法假設指標間為線性關系，若指標間為非線性關系時，評價結果會出現(xiàn)偏差[32]。

章伶俐[33]選擇組織結構、活力、抵抗力以及土壤狀況4個方面的23個指標，并運用主成分分析法從23個指標提取出9個主成分變量，建立了北京地區(qū)蒙古櫟林（Quecus mongolica）生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標體系。王雄賓[34]從活力、組織結構、恢復力3個方面選取了23個指標，用主成分分析法進行降維并建立指標體系，對八達嶺林場油松林（Pinus tabuliformis）生態(tài)系統(tǒng)健康狀況進行了評價。

2.5 層次分析法

層次分析法（AHP）由T. L. Santy教授于70年代初期提出，該方法的基本步驟為將復雜問題劃分為多個相互聯(lián)系的有序層次，對各層次進行專業(yè)判斷，以定量值表示重要性，在此基礎上建立數(shù)學模型，計算出每一層次全部因素相對重要性的權值并排序，根據(jù)排序結果進行規(guī)劃決策和選擇解決問題的措施[35]。

該方法的特點是將專業(yè)人員的主觀經(jīng)驗判斷量化，在目標（因素）結構復雜且缺乏必要數(shù)據(jù)的情況下更為適用[36]。同時該方法定量數(shù)據(jù)較少，定性成分多，評價結果不易令人信服，且指標過多時數(shù)據(jù)統(tǒng)計量大，權重難以確定[37]。

張桓[38]用層次分析法分析了北京百花山自然保護區(qū)河北塞罕壩自然保護區(qū)和山西龐泉溝自然保護區(qū)森林健康狀況，并在此基礎上為保護區(qū)管理工作提出建議。倪莉莉[39]從生產力、組織結構、抵抗力3個方面，選擇12個指標及6個亞指標，構建了基于小班水平的縣級森林健康評價指標體系，運用層次分析法確定指標權重，對開化縣進行小班水平的森林健康評價。

2.6 模糊綜合評價法

模糊綜合評價法是汪培莊教授在1980年提出的[40]。該方法綜合考慮影響評價對象的多重因素，以模糊集合的形式表示其最終評價，而不是得出“非黑即白”的結論[41]。

模糊綜合評價法的優(yōu)點是隸屬函數(shù)和模糊統(tǒng)計方法能夠有效將定性指標定量化；充分考慮了客觀事物內部關系的復雜性和價值系統(tǒng)的模糊性[42]。缺點是評價指標間相關時評價信息會重復，權重確定帶有主觀性，有時隸屬度函數(shù)可能難以確定，在多目標評價模型中，若確定每一目標、因子的隸屬度函數(shù)，工作過于繁瑣[43]。

樊建霞[44]構建了模糊綜合評價模型，對北川縣自然保護區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)健康進行了綜合評價。沈泉林[45]運用模糊綜合評價法對南平市延平區(qū)人工林健康進行評價，探討了影響南平市延平區(qū)人工林健康發(fā)展的主要因子，并提出了科學有效的森林經(jīng)營措施。

2.7 人工神經(jīng)網(wǎng)絡法

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(artificial neural network, 簡稱ANN)是由大量人工神經(jīng)元相互聯(lián)系構成的模擬生物神經(jīng)系統(tǒng)的網(wǎng)絡，在此基礎上能夠模擬生物神經(jīng)網(wǎng)絡機制從而實現(xiàn)一定的功能[46]。

該法的優(yōu)點是具有自學習、自適應的能力，模擬人類作出簡單決策判斷。但收斂速度較慢，難以在有限時間內達成目標；完成訓練的網(wǎng)絡推廣能力不強[47]。

李靜銳[48]以八達嶺林場為對象，采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡模型的方法，在小班、地塊的尺度上，對八達嶺林場森林健康狀況等級進行了劃分。王剛[9]運用MATLAB軟件構建神經(jīng)網(wǎng)絡模型，根據(jù)小班數(shù)據(jù)描述了臥龍自然保護區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)的整體健康狀況。

3 森林健康評價分級標準

現(xiàn)在對于森林健康的劃分尚未有一個統(tǒng)一的標準，根據(jù)不同的對象研究者們運用不同的方法構建指標體系、模型來描述森林健康狀態(tài)。李暉等[49]依據(jù)森林生長發(fā)育、外觀特征、受災情況，將森林健康狀況定性分為健康、亞健康、中健康、不健康4類（表2）。

在對北京地區(qū)的水源涵養(yǎng)林進行健康評價的研究中，李金良和鄭小賢[50]構建了如表3所示的定量評價體系。

4 與森林健康評價相關的3個問題

4.1 我國森林健康問題

我國森林覆蓋率近年來基本保持增長趨勢，但實際增加的是人工林，天然林退化，面積減少[51]。經(jīng)過長期的森林改造，我國大部分森林結構變得單一，且向純林方向發(fā)展[52]，導致森林難以對病蟲害進行有效自我調節(jié)，森林健康狀況進一步惡化[53]。我國森林病蟲害的危害面積以每年3%～4%的速率遞增[54]。

人為干擾使無林地轉化為有林地、經(jīng)營環(huán)節(jié)缺失、高利用壓力、有害生物、空氣污染和氣候變化都威脅著我國森林健康[55]。在2001年的記錄中，森林的破壞已經(jīng)威脅到我國15%～20%動植物的生存，植被破壞繼而又導致了嚴重的水土流失。森林植被和土地系統(tǒng)的破壞，加劇了我國的水土流失[56]。

4.2 森林健康評價問題

我國現(xiàn)階段的森林健康評價工作基本為定性描述，定量化研究薄弱，限制了森林健康評價工作的開展與相關研究的發(fā)展；基礎數(shù)據(jù)不足，無法構建與森林所在地社會經(jīng)濟狀況相應的評價指標體系，導致評價結果不夠科學合理[57]；缺乏森林健康的動態(tài)狀況研究；尚未考慮森林經(jīng)營目的；沒有統(tǒng)一森林評價指標及其評價標準；森林健康評價指標體系與森林經(jīng)營關系不明確，缺乏對森林健康經(jīng)營的指導[58]。

4.3 森林資源監(jiān)測的問題

我國森林面臨破碎化、人工化、生物多樣性低，森林病蟲害、森林火災高發(fā)等問題[55]，健康狀況堪憂，而目前我國尚未建立森林健康的系統(tǒng)性檢測。我國森林經(jīng)營體系較為簡單，森林健康相關研究不足，各部門、地區(qū)、學科協(xié)同工作薄弱，在實際工作中沒有足夠的理論技術支持，也沒有成熟的森林健康技術體系與監(jiān)測網(wǎng)絡[27,59]。

人力、財力投入有限，無法以當前監(jiān)測工作管理辦法的標準高效完成工作。5 a一次的清查工作對于監(jiān)測工作來說周期太長，無法及時掌握相關動態(tài)信息[51]。同時，一、二類調查中調查內容并不全面，地面監(jiān)測內容和技術落后，缺少健康評價的重要因子[1,60]。

表2 森林健康等級劃分

表3 森林健康評價標準

5 展望

林業(yè)相關部門需加強森林健康基礎理論研究，不斷完善工作內容、方法，逐漸規(guī)范有關方面的工作。在參考借鑒國外先進研究成果同時，立足我國森林健康問題重點開展研究。通過不斷改進森林資源監(jiān)測工作，掌握森林健康狀況的動態(tài)信息，同時更加全面地綜合考慮各種經(jīng)濟社會因素，發(fā)展科學統(tǒng)一的評價準則，建立更為全面的評價體系。

政府相關部門間應注重合作與交流，多技術領域協(xié)同發(fā)展。森林生態(tài)系統(tǒng)健康研究涉及到除林學外其他的學科領域，需要諸如生命科學、資源環(huán)境科學、氣象學和計算機技術等領域的方法和技術支持。在森林健康監(jiān)測評價過程中，特別是以3S技術為核心的現(xiàn)代林業(yè)信息技術能夠實現(xiàn)監(jiān)測評價工作的動態(tài)化、實時化、智能化，使一系列工作手段和成果更加精準、詳實[61]，有助于建立完善森林健康評價工作體系，在森林健康監(jiān)測中擁有廣闊的應用前景。

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Review of Forest Health Monitoring and Assessment in China

HU Shuang XU Yuyuan WANG Benyang
(College of Forestry and Landscape Architecture, South China Agricultural University, Guangzhou,Guangdong 510642, China)

The paper discussed the classification of forest types for assessing forest health, summarized the approaches for forest health assessment in China. The main methods of forest health assessment in China include biological indicator method, index system method, health distance meethod, principal component analysis, analytic hierarchy process, fuzzy comprehensive evaluation and artificial neural net work, etc. The paper also discussed the standard and their application of forest health assessment. Based on the analysis of forest health and problems related with forest activities, the paper proposed an outlook of forest health monitoring and assessment.

forest health；classification；assessment method；promotion

S76

A

2096-2053（2017）01-0090-07

國家林業(yè)局軟科學研究項目“森林資源監(jiān)測體系的改進研究”（2013-R17）。

胡爽（1993— ），男，在讀碩士研究生，研究方向為森林資源動態(tài)監(jiān)測，E-mail: 847269095@qq.com。

王本洋（1973— ），男，副教授，主要從事森林經(jīng)理學、植被生態(tài)學、林業(yè)信息技術應用與開發(fā)等方面的教學與科研工作，E-mail: bygnaw@163.com。