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浅析我国森林健康评价体系的研究现状
日期:2016-09-07 16:19:40作者:来源:点击量: 0

浅析我国森林健康评价体系的研究现状

引言

森林健康研究最早出现是在20世纪60年代,当时森林健康作为森林管理者的一个基本概念,强调的是森林病虫害、森林火灾和干旱等胁迫因子对森林的影响以及如何实施有效的治理等。从60年代到80年代初期,随着人们对森林作为生态系统总体认识的不断深入,以及环境污染、木材的过量消耗而造成的森林生态系统的不断退化,对森林健康的理解也随之发生变化,对森林健康的研究也逐步从林分转移到森林生态系统上来。当时对森林健康的研究主要从两方面进行,一方面研究森林生态系统的物质循环和能量流动,主要是关于净初级生产力(NPP )、碳截留与碳分配、营养物质循环等。一个健康的森林生态系统能够有效地利用资源并快速从胁迫状态中恢复;而一个亚健康或不健康的森林生态系统(森林生产力和多样性非正常地减少、营养物质过快淋失)从胁迫状态恢复过程慢甚至不能恢复等。另一方面则是调查林分的生长率、死亡率和林冠状态,这主要也是源于酸沉降和其他大气污染物的影响而造成对森林的损害。

80年代中期,随着对物种多样性、濒危物种以及非经济森林价值概念的深入理解,森林健康的概念和研究内容也发生了变化,研究内容也涵盖了生态系统的结构和功能的变化、物种多样性保护和森林资源的持续管理等。现代森林生态系统健康的概念己逐步发展为包括林分、森林群落、森林生态系统以及森林景观在内的一个复杂的系统概念。目前对森林生态系统健康的研究一方面强调森林生态系统健康与森林生态系统服务功能的关系;另一方面强调森林生态系统的健康状况研究、森林健康胁迫因子、活力、组织、承载能力和恢复能力等。

1 森林健康概述

一般认为,健康的森林是生物因素和非生物因素对森林的影响不会威胁到现在或将来森林资源经营的目标。健康的森林并非没有病虫害、没有枯立木、没有濒死木,而是它们一般只在较低水平存在,它们对于维护森林中的生物链和生物多样性以及保持森林结构的稳定是有益的。

1.1 健康森林的特征

在对森林进行健康评价时,首先要介绍一下健康森林具有什么特征。一个健康的森林不仅要有自持力和恢复力,更要能够满足人类日益增长的物质文化需要。健康的森林在整个演替过程中应远离生态系统失调综合症。生态系统失调综合症是指系统被破坏后导致其在正常生命期限前终结的不可逆过程。目前,大量事实表明,许多受人类支配地区的诸多森林生态系统,均已受到高度胁迫而处于功能失调的境地。

健康的森林对灾难变化具有恢复力。恢复力是反映森林生态系统抵抗外界压力并且在外界压力消失的情况下逐步恢复到稳定状态的能力。事实上,破坏和恢复是森林生态系统永久循环的组成部分。尽管人类活动对森林造成了破坏,但是森林却呈现出了惊人的恢复力。主要植被生长所需的关键性资源的供给和需求处于平衡状态。对于生存所需必要资源,健康的森林是可以自给自足的。演替阶段的多样性及管理实践和生态系统过程不会危害邻近的生态系统。同时,健康森林必须能为人类提供一定量的物质产品,因此生产力的大小是反映森林健康与否的重要特征之一。

1.2 影响森林健康的因素

影响森林健康的因素很多,这些因素不仅能影响个体树木的健康,也能引起林分甚至森林生态系统的健康。认识并掌握这些因素的作用机制和途径对于选择合适的评价指标有很大帮助。对森林健康有影响的因素分为自然因素和人为因素,自然因素是指无人为因素直接介入的,由自然条件变化对森林产生作用的干扰类型;人为因素是指直接对森林产生影响的生产或生活活动。其中人为火、空气污染和不当的经营管理是主要的3个方面。这2种因素或单独或同时起作用。另外,人为因素的影响能够改变自然因素的发生及其严重性。各种影响森林健康的因素都可能会发生变化,相同的因素在不同的时间所起的作用也不一样。

2 森林健康评价方法研究进展

森林健康评价是诊断由人类活动和自然因素引起森林生态系统的破坏和退化,从而导致森林生态系统的结构紊乱和功能失调,使森林生态系统丧失服务功能和价值的一种评估。是指采用完善的评估指标体系来诊断和评估现有森林生态系统的健康状况,是对森林生态系统生产力水平、结构状态、抵抗外界干扰能力以及服务功能等多方面综合能力的一种评估。目前森林生态系统健康的评价与研究方法逐步从定性化到定量化方向发展。

2.1 指示物种类群评价法

指示物种评价森林健康,主要是依据生态系统的关键物种、特有物种、指示物种、濒危物种、长寿命物种和环境敏感物种等的数量、生物量、生产力、结构指标、功能指标及其一些生理生态指标来描述生态系统的健康状况。主要分为当生态系统受到外界胁迫后,生态系统的结构和功能受到影响,这些指示物种的适宜生境受到胁迫,指示物种结构功能指标将产生明显的变化。因此,可以通过这些指示物种的结构功能指标和数量的变化来表示生态系统的健康程度或受胁迫程度,也可以通过这些指示物种的恢复能力表示生态系统受胁迫的恢复能力。

2.2 综合指标评价法

综合指标评价法评价生态系统健康,首先要选用能够表征生态系统主要特征的指标,其次要对这些特征进行归类区分分析各个特征对生态健康的意义,再次是对这些特征因子进行度量,最后建立生态系统健康评价的指标体系。

综合运用不同尺度信息的指标体系,应该是未来生态系统健康评价的发展方向。生态系统健康的评价指标有活力、组织结构、恢复力、生态系统服务功能的维持、管理选择、外部输入减少、对邻近系统的影响及人类健康影响等 8个方面。这类方法适用于任何类型的生态系统,是目前比较完善的森林生态系统健康评价方法。

2.3 健康距离(HD)法

陈高以阔叶红松林生态系统为例,从对森林生态系统健康的理解和评价出发,通过引入模式生态系统集的思想,提出了对森林生态系统健康理解的独创看法,并以此提出生态系统健康评估的一种方法——健康距离HD法。并推导出计算公式,提出一般的干扰越大压力越大、健康损益值越大、HD 越大,该生态系统群落就偏离模式生态系统越远越不健康,对人类的服务功能就越弱,这样通过建立一个指标体系集来综合说明,将可以很方便地对森林生态系统健康进行评估操作。

2.4 主成分分析法

主成分分析即 Principal Component Ananysis简称 PCA是由卡尔(Karl)和皮尔逊(Pearson)最早在1901年提出,只不过当时是应用于非随机变量。1933 年霍蒂林(Hotelling)将这个概念推广到随机向量。该方法是利用降维的思想把多指标转化为几个综合指标的多元统计分析方法。PCA克服了某些评价方法中人为确定权数的缺陷,使得综合评价结果唯一而且客观合理。但计算过程比较繁琐且对样本量的要求较大,在实际应用时,若指标之间的关系并非为线性关系,那么就有可能导致评价结果的偏差。

2.5 层次分析法

层次分析法即Analytic Hierarchy Process简称 AHP是美国着名运筹学家 F.L.Santy 20 世纪 70 年代提出的,这种方法可将一些量化困难的定性问题在严格数学运算基础上定量化将一些定量、定性混杂的问题综合为统一整体进行综合分析。在目前所有确定指标权重的方法中,AHP 因是一种较为科    学合理、简单易行的方法而被广泛使用。是目前确定森林生态系统健康评价指标权重最普遍的一种方法。

2.6 模糊综合评价法

模糊综合评判法是由 1980 年汪培庄教授提出的。利用多个指标刻画事物的本质与特征,由于对一个事物的评价往往不是简单的好与不好,而是采用模糊语言分为不同程度的评语。由于森林生态系统及其健康评价系统的动态性和复杂性,其健康程度评价往往设计多指标、多因素,这时就要根据多个因素对生态系统作综合评价,且各评价因素的评价具有模糊性,因此采用模糊综合评判法对各要素进行评判可获得科学的评价结果。但该方法不能解决评价指标间相关造成的评价信息重复问题,且各因素权重的确定带有一定的主观性,同时在某些情况下隶属函数的确定有一定困难,尤其是多目标评价模型要对每一目标、每个因素确定隶属度函数过于繁琐实用性不强。

2.7 人工神经网络法

人工神经网络 (artificial  neural  network简称 ANN)是在对大脑的生理研究的基础上,用模拟生物神经元的某些基本功能元件(即人上神经元),按各种不同的联结方式组成的一个网络。模拟大脑的某些机制,实现某个方面的功能可以用在模仿视觉、函数逼近、模式识别、分类和数据压缩等领域。它不需要任何先验公式就能从已有数据中自动地归纳规则,获得这些数据的内在规律,具有自学习性、自组织性、自适应性和很强的非线性映射能力,特别适合于因果关系复杂的非确定性推理、判断、识别和分类等问题。

2.8 灰色关联度法

灰色关联度分析,是根据系统各个因素间或系统行为间的数据列或指标列的发展态势与行为作相似或相异程度的比较,以判断因素的关联度和行为的接近。灰色关联度是一种多因素统计分析方法。它以各因素的样本数据为依据用灰色关联度来描述因素间关系的强弱、大小和次序其基本思想是根据曲线几何形状的相似程度来判断关联度程度。该方法定量考虑多个因子的作用得出具有可比性的综合性指标,从而提高综合评估的准确性和有效性,避免了人为评判的主观性。

3 我国森林健康评价存在的问题与趋势展望

现阶段我国学者研究森林健康问题,已经不仅仅是简单的介绍国外的观点和理念,而是更加注重引进再创新,并开始试着构建适合我国国情和林情的森林健康理论体系和评价体系。但是由于森林健康评价在我国开展的时间很短,对森林健康的认识无法统一,导致森林健康评价依然面临诸多问题。

3.1森林健康概念和内涵不统一,评价尺度划分模糊

很多学者都是从自己所研究的领域定义森林健康的概念,同时,不同的尺度所研究的内容有很大的不同,所采用的评价指标和方法也有差异,尺度划分不清导致大量工作重复。

3.2 评价指标片面化和评价方法不统一。

国内学者在选择森林健康评价指标时往往出现片面化现象,只注重森林内部结构指标,却很少涉及经济和社会属性等方面的指标;在森林健康评价中所采取的定性指标较多,缺少定量化研究。另外,我国对于森林健康综合评价还缺乏具体可行的评价方法。

3.3 森林健康评价不能够充分利用现有的监测数据

不能充分利用现有的监测数据,这使健康监测和评价的发展非常不平衡,从而导致了数据和资源的浪费。同时,我国森林一、二类调查存在着调查内容不全面的问题,这使我们在进行森林健康评价时需要重新调查很多指标。

3.4 现阶段的森林健康评价没有考虑森林经营目的

经营目的不同的森林,达到健康状态时的林分结构及生态系统结构不同,因此,不同林种的森林不能用同一个标准进行评价。森林健康评价直接关系到人类的生存和发展。要对森林健康进行更加深入的研究,统一森林健康的概念,界定好各个评价尺度之间的关系;对森林健康进行评价必须进行综合性的评价,这主要体现在评价指标体系要能充分体现森林的整体情况,不能以偏概全;在对评价指标选择时,既要考虑定量和定性指标的比例,也要充分考虑生态、经济和社会指标对森林健康的不同影响。同时,对森林健康进行评价必须进行动态的评价,如果只在一点对森林的健康状况进行评价,那就有可能会出现错误的情况。另外,对森林进行健康评价时,应对不同林种的森林建立不同的评价指标体系,也可以通过对不同林种相同的指标赋予不同的权重值来进行评价。我国森林健康研究还处于起步阶段,依然存在着很多问题,这些问题有待进一步研究。

4 评价方法总结和未来研究趋势

综上所述,对森林生态系统这样一个复杂系统的健康状况进行综合评价的方法很多。但是,每种方法考虑问题的侧重点不尽相同。鉴于所选择的方法不同有可能导致评价结果的不同。因而,在进行不同类型森林生态系统健康评价时,应具体问题具体分析,根据被评价对象本身的特性在遵循客观性、可操作性和有效性原则的基础,选择合适的评价方法。

5 森林生态系统健康评价未来研究趋势

第一,森林生态系统健康不仅仅反应在自然生态层面上,还反映在其他方面,我国许多研究者提出的社会、经济等方面指标。因为健康是一个综合概念,各方面都需要考虑到,形成一套综合的量化的森林健康评价体系,是我国森林健康评价的一个研究发展。

第二,综合考虑森林生长发育的历史过程,并综合考虑环境因素的影响来评估森林的健康状况,并通过动态的健康评价预测未来的森林健康变化,即森林健康的动态评价方向。

第三,包括 3S 技术在内的多方面的技术、方法长时间的健康监测和健康状况预测也是今后森林健康研究的发展方向。