北京西山殘次林改造工程生態評價指標體系構建

周建勤，賈宏濤，朱金兆

（1.北京林業大學 水土保持學院，北京 100083；2.新疆農業大學 草業與環境科學學院，烏魯木齊 830052）

關于殘次林的認識，目前研究的成果很少，2007年頒布的中華人民共和國林業行業標準《低效林改造技術規程》將殘次林劃歸為低效次生林，其特點表現為受干擾破壞，林相殘敗，結構失調，郁閉度及植被覆蓋度低，林地土壤侵蝕較嚴重，經濟價值及生態功能低下的林分。2008年潘樹林發表的《論殘次林的形成原因及其改造方向》中殘次林的定義是指歷史上已計入森林面積的天然林和人工林地，由于自然枯死和人為破壞等原因，致使樹木減少，蓋度下降，形成了大小“天窗”和病蟲老化殘株組合的疏林地或“無林”地［1－4］。

隨著我國經濟和社會發展的加快，我國造林工程也從數量上的要求過渡到質量上的要求，伴隨20世紀60年代開始的造林工程，后期樹木老齡、枯梢和斷頂等現象的出現，導致北京西山區域樹木減少，蓋度下降，形成了大小“天窗”和病蟲老化殘株組合的疏林地或“無林”地，容易導致水土流失，甚至滑坡、塌方、泥石流等災害事件的發生［5－6］。因此，必須對各類殘次林進行治理。

關于森林健康指標的構建和低效林評價指標的構建前期已經做了一定的工作，盡管評價體系已經做了大量的改進和完善，但指標的建立缺乏針對性，如高標準的殘次林改造工程的評價指標體系的建立與量化目前都處在探索階段。殘次林改造工程是一門新興造林改植工程，專門針對殘次林改造效果、特別是生態學效益的評價指標體系發展緩慢，大多仍停留在籠統含糊的定性水平，這使得北京市殘次林改造工程的規劃、設計、驗收等過程缺乏定量指標和可操作的手段。目前，國內外生態評價的研究報道多以較大尺度上的目標為主，如河岸、自然保護區、國家公園等［7］。

鑒于這種情況，有必要從殘次林改造工程（下文簡稱“工程”）的實際特點出發，以生態學和工程學的雙重價值為衡量標準，參考并借鑒已有其它生態評價的做法，建立一套適用于殘次林改造工程的評價指標體系［8］。本文結合北京西山殘次林改造實踐經驗，應用生態學和景觀學原理，重點研究殘次林改造工程半自然生態系統的結構、過程和功能，來完善對于此類區域的生態評價，建立一套適用于北京市、乃至整個華北地區的殘次林改造工程生態評價體系［9］。以期作為殘次林改造工程規劃、設計、施工、監理和養護的生態學參考［10］。

1 工程應有特征及生態評價的目標

1.1 殘次林改造工程應有植被特征

所謂生態評價，指的是以自然生產力的合理布局為核心，按資源的可持續利用和優良生態環境的標準而建立評價的指標體系［11］。針對區域的生態環境特點和空間分布規律，定量分析各區域中生態系統類型的空間布局、開發利用狀況及其合理程度，對評價得出的總體得分做出分析，給出進一步改進的意見。因此，殘次林生態評價的具體區域就是林相殘敗，不能完成群落頂級演替，風景區視覺感官效果可進一步改進的區域。伴隨著工程的實施，將產生了以人工重建植被為主的生態集群。作為特殊生態系統的一種形式，工程生態系統包括這一類由人工建植、管理的半自然生態系統，它應具有以下幾個主要特征:

（1）人為干預性。不經過人為干預性自然界中的土石坡面往往要經過漫長的地質和生物作用，才能逐漸產生演替進化的植被群落，或者由于立地條件的限制不能演化為植被頂級群落。殘次林改造工程則通過人為施加的工藝使這一過程縮短，重建綠色景觀［12］。因此，殘次林重建植被從規劃、設計、建植，到建成后的養護管理，都離不開人類的影響。

（2）植被先鋒性。缺乏植物生長必需的固著條件和營養供給是殘次林改造的首要限制因素，因此殘次林改造采用的大多是生長迅速、覆蓋率高、耐旱耐貧瘠能力強的先鋒植物種類，或者景觀價值高的喬木，如側柏、栓皮櫟、油松、加拿大紅楓、五角楓、日本紅楓、胡枝子、刺槐等。

（3）結構穩定性。殘次林改造植被的構建最主要目的是為了穩定坡面、固著土壤、截留降水，防止水土流失，在風景區還有一個重要的目的是美化景觀。這些基礎效用是通過所有個體植株形成的整體植物群落來實現的。因此殘次林改造區植被群落結構穩定性和風景區美化效果是殘次林改造效果的重要考查點。

（4）生態健康性。殘次林改造植被的種類組成和分布格局決定了其生物多樣性的高低，進而影響生態系統抵抗環境干擾的能力強弱。同時，在殘次林改造中引入或帶入的植物種類也可能包含對本地物種產生負面影響的外來入侵種，造成對區域內生態安全的威脅［13－14］。

（5）景觀協調性。在景觀尺度下，殘次林改造后作為廊道和斑塊鑲嵌于更大的綠色植被背景之上。殘次林改造應當盡可能使其融入到周圍的自然生態環境中，逐漸從人工建植的群落向野生的、鄉土的植被群落演替，使殘次林改造景觀既滿足生物防護的功用，又具有景觀美學價值，與周邊環境和諧相融。

1.2 殘次林改造植被生態評價的目標

基于以上各種基本性質，殘次林改造工程生態評價指標體系的目標是為了能夠通過對這些屬性的基礎信息的收集匯總，借助植被調查、確定權重、模糊評判等量化手段，給出殘次林改造植被質量的相對評價結果。

2 工程生態評價的標準、對象和方法

2.1 殘次林改造生態評價的標準

任何一種評價體系都要依照一定的價值標準，殘次林改造工程的生態評價指標體系也是如此。殘次林改造生態評價體系應當符合整合性、可操作性和客觀評判性三方面的標準。

（1）整合性。殘次林改造生態系統有其自身的結構和功能，系統內、外部同時存在著物質、能量和信息的流動和傳遞。各個生態因子之間存在著相互制約、相互影響的網絡關系，共同維持殘次林改造生態系統的穩定和功能的行使。所以其生態評價指標體系必須涵蓋殘次林改造后植被的各方面，并充分考慮各指標之間的聯系，以保證結論的全面、系統。

（2）可操作性。殘次林改造工程生態評價體系是在現場考測數據的基礎上，經過層級分析和統合處理，最后給出評價結論。原始資料的測量內容、層次和方法都影響著殘次林改造工程生態評價的準確和客觀，必須選擇簡單、快捷、多量、易于重復考測的指標。這也是將殘次林改造工程植被生態評價從定性轉為定量、再從量化結論中獲得定性指導結論的關鍵。

（3）客觀評判性。由于殘次林改造工程植被與自然的植被群落相比，有著較大的人為因素影響，因此構建殘次林改造工程生態評價體系時更應當將人的主觀偏好盡可能降低，保證所得到的評價結果盡可能客觀真實，具有實際的指導價值。

2.2 殘次林改造工程生態評價的對象

殘次林改造工程生態評價的對象是其生態效果，即改造后的殘次林改造工程生態系統對于環境的改善作用。例如殘次林改造后對降水有明顯的截流作用，因而能夠保持水土，這種效果與具體的植被配置有關，具有良好層次結構（草灌結合、有效利用空間）的植被，對降水的截流保持作用就越好。如在氣溫較高、光照強烈的夏季，殘次林改造工程植被不但可以逐層吸收利用和重復反射光照，還可以結合蒸騰作用將環境溫度變化控制在較小的幅度內。跟殘次林改造后植被發育生長有關的生態因子包括許多類型，如地理因子、生物因子以及人類活動的影響等。通常生態系統服務的主要內容是通過生態系統的過程而生產產品，以及提供良好的環境支持。但在北京西山上一般不存在生產工農業動植物產品的需求，因此，提供穩定健康的環境就成了判斷殘次林改造工程生態系統服務性能的主要指標。這些都是選擇殘次林改造工程生態評價指標時的依據。

2.3 殘次林改造工程生態評價的方法

本殘次林改造工程生態評價指標體系包括5個層次:植物個體與環境因子的互作、植物種群水平的評價、植物群落水平的評價、生態系統功能與服務的評價，以及景觀尺度的評價。這5個層次的指標分別編號記為A、B、C、D、E。每個指標都包括其名稱、內涵、權重，內涵是該指標具體的操作內容和考測對象，按照計分標準記為0～1分。通過現場考測獲得了每個層次的指標分數后，根據專家經驗獲得各個指標的權重，進行各層次指標的整合，得出殘次林改造工程評價總分，將殘次林改造工程質量分為優、良、中、合格以及不合格5個等級。

3 工程生態評價指標體系建立

殘次林改造工程生態系統是一種復雜的人工系統，是殘敗林相與列隊風景林等與周圍健康森林的交界，因而容易受到周邊環境的影響。在空間尺度上，殘次林改造工程跨越不同區域之間復雜多變的地理環境；在時間尺度上，也要經歷季節的變化所帶來的氣候交替。我們可以將同一殘次林改造效果在不同年份、不同季節的生態特性進行縱向比較；也可將不同區域、不同殘次林改造效果在同一時間進行橫向比較。要建立合理的生態評價體系，必須從生態系統的各個層次細致考慮有可能的影響因素。這包括以下5個水平的評價。

3.1 個體水平

由于殘次林的各種理化條件直接作用于每一植株個體，因而考察植株與環境因子間的作用應為殘次林改造工程評價的首要內容（表1）。具體來說，殘次林改造區的高度、坡度、朝向、巖性、土壤條件、水分條件，以及改造時區域的氣候因素（降雨、氣溫、日照等），都會影響到殘次林改造之后的成活質量［15］。其中又以巖質邊坡的土壤（客土、基質）條件較為關鍵［16］。根據限制因子定律，環境資源中最為匱乏的一項即成為制約生物生長繁殖的關鍵因子。殘次林改造限制新植被生長的關鍵因子是坡面土壤缺失。這些坡面幾乎完全喪失了能提供植物正常萌發生長的土壤，或者只有非常瘠薄的少量土層，立地條件極為苛刻。目前主流的建植工藝（如客土栽培、基盤法等）都是從這一問題出發，借助人工創造的土壤基質環境（如大穴挖坑，客土栽培），營造立地邊坡植被賴以生長的著生基盤。而人工營造的基質是否牢固，能夠經受雨水沖刷、冰雪凍融、熱脹冷縮的考驗，也是評價的主要內容之一。從植物的角度看，首先要求改造后達到一定的存活率，能夠正常生長改變林分結構；而改造植被又通過其根系的生長和發育進一步加強對土壤的固著能力；另外，能夠適應不利生長條件下的耐受性也是殘次林改造工程植被個體應當具有的屬性［17］。

3.2 種群水平

無論是單一的邊坡群落還是種類較為豐富的組合，考察植被的種群特征都對殘次林改造工程生態評價有幫助。通過觀察優勢種的數量（密度）變化，可以了解殘次林改造之后不同季節、不同年份的健康狀況；研究種內分布格局、年齡結構（衰老、穩定、增長型）和生長勢，能幫助我們確定殘次林改造時應如何調整種植的密度，以提高成活率，減少自疏作用造成的損失和種苗浪費；進一步地利用和加強改造引進植物種間的互作關系將有利于提高物種多樣性和改造引進植被群落的穩定性。借助這些指標確定某些跟改造區坡面穩定和水土保持關系特別密切的種類，作為特別考慮種進行研究。這些特別考慮種是生態作用和殘次林改造貢獻較大的植物種（表2）。另外，加強對北京西山風景區殘次林改造區域引進的風景樹種（如日本紅楓，加拿大紅楓等）的存活狀況，生長狀況等的觀測研究。

表1 殘次林改造工程植被個體水平生態評價指標

表2 殘次林改造工程植被種群水平生態評價指標

3.3 群落水平

群落調查是認識植被不可或缺的一環。殘次林改造區域的植被群落指標涉及常見的植被調查、科屬統計、群落基本數量特征（多度、密度、蓋度、頻度），并在此基礎上計算優勢度、重要值；通過群落的聚類分析和排序確定不同殘次林類型改造后群落之間的相似性和差異程度［18］，以期能從中闡明造成這些異同的原因，分析不同改造方法和設計規劃會帶來怎樣不同的改造效果；通過對殘次林改造后植被群落物種多樣性和最小面積的調查，可以為殘次林改造工程生態系統的穩定性提供優劣指標（表3）。

3.4 生態系統水平

殘次林改造區域生態系統中體現的生產價值不明顯，或者說并非直接的；主要通過植物生物量的累積和分布，來達到固土護坡、美化景觀的間接效果。在這一層次考查改造之后西山殘次林生態系統的健康程度、穩定性和服務功能（表4）。其中服務功能包括綠化防護這一基礎功能和其它間接衍生的服務功能。同時將經濟指標和社會指標也放在這一層次考查。

3.5 景觀水平

根據景觀生態學的“基底”－“斑塊”－“廊道”理論，將北京西山數量眾多、分布范圍廣闊的各種殘次林在景觀水平的生態評價納入體系（表5）。使用3S技術，結合殘次林地形圖、衛星影像、航片，繪制景觀圖，分析其改造修復破損景觀的情況。另外，生物廊道對于殘次林改造植被向自然植物群落的演替、保持當地生物多樣性有重要的作用，有必要參考國內外經驗，評價生物廊道設計在豐富殘次林改造后生物多樣性方面的貢獻［19］。

3.6 殘次林改造工程生態評價指標體系的計分

5個層次共有22個指標，將每種指標的得分乘以其權重，求和后換算為百分制，即為該地區殘次林改造工程植被的生態評價總分P。根據已劃分的等級將其評價為優、良、中、合格或不合格（表6）。

4 工程生態評價結果的表述和意義

殘次林改造工程借助上述指標體系的評價，根據其得分高低和具體情況的記錄描述，來分析其改造效果的優劣和原因。得分較高的優良殘次林改造工程，說明該處改造的規劃設計、使用的方法、植物種類、基質配比、施工的組織安排、后期的撫育管理等工作都是卓有成效、值得肯定的；中等得分的殘次林改造工程在保持優點的基礎上，要改進不足，追求進一步的提升；對于得分較低、甚至殘次林越改越差的，則應當及時總結，找出問題所在，對癥下藥，整改返修。

表3 殘次林改造工程植被群落水平生態評價指標

表4 殘次林改造工程生態系統水平評價指標

表5 殘次林改造工程景觀水平評價指標

表6 殘次林改造工程生態評價等級

5 應用展望

北京西山殘次林改造是2010－2020年北京林業規劃中是不可忽視的一環。同其它生態評價一樣，殘次林改造工程的生態評價很難有絕對的量化標準，評價結果反映的是重建植被的相對優劣，為進一步的工作找出方向和重點。為了更全面地實現生態化的殘次林植被改造，有必要從源頭抓起，在殘次林改造規劃初期將北京西山整體的殘次林改造工程環境影響評價引入殘次林改造和生態環境治理規劃等過程中［20］。不斷完善的殘次林改造工程生態評價體系將有助于衡量北京西山殘次林改造質量，提高政府、社會和公眾對殘次林改造工程生態評價必要性的認識，促進相關可持續發展政策的制定和完善。

殘次林改造工程的根本出發點是利用植物的生物學作用，達到抵抗沖蝕、保持水土、增強殘敗林相區域坡面的穩定性和美觀性，因而生態價值是衡量北京西山殘次林改造效果的首要標準，是產生其社會價值和經濟價值的基礎和前提。只有借助科學合理的評價來驗證說明殘次林改造工程成果的好壞優劣，才能夠將更多的經濟投入和社會關注引入到殘次林改造工程中。從經濟效益的角度考慮，殘次林改造工程則是為了更好地發揮北京西山風景林和水保林的功用，另外，在防止水土流失、減少淺層滑塌的基礎上，又能起到提高水土保持林和風景林品質，并進一步帶來審美、旅游、文化宣傳、自然保護等社會效應。不可忽視的是，作為間接效果的經濟和社會效益不只是作為生態改善的結果，更應當反過來促進殘次林改造工程生態建設和殘次林改造相關生態產業的發展［21］。今后在不斷完善殘次林改造工程生態評價指標體系的同時，還要結合國內外的相關經驗，不斷摸索，充實殘次林改造工程評價的經濟和社會評價指標，達到經濟、社會和環境收益的最佳組合和協調發展。

6 應用評價

本指標體系初步建立了殘次林改造工程生態評價的理論框架，方法簡單易行，評價要素明確，層次分明，所構建的殘次林改造工程評價指標可作為殘次林改造發展規劃的生態評價參考。在今后的實踐過程中，要根據具體殘次林改造過程中的情況充實指標內容，進一步細化和調整評價體系結構。該指標體系的完善和應用將有助于北京市乃至華北的殘次林改造工程更加科學地展開，對于改進和調整不同立地條件，不同區域生態環境治理的方向和模式，合理配置利用資源，優化林業撫育管理模式，提高殘次林生態環境治理效益和效率具有重要意義。

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