自然保護區森林健康評價體系的構建與應用

張 桓，韓海榮，康峰峰，劉 利，2，伊力塔

（1.北京林業大學 省部共建森林培育與保護教育部重點實驗室，北京 100083；2.遼東學院，遼寧 丹東 118003；3.浙江農林大學 林業與生物技術學院，浙江 臨安 311300）

森林健康是近年來熱門的研究方向之一，是通過一系列的手段（實地調查、監測、模型分析和遙感數據等）對森林的健康狀況進行評價分析，從而為進一步采取措施提供依據和指導，在森林管理和保護中發揮著越來越重要的作用[1－3]。中國大部分自然保護區都是建立在森林生態系統基礎之上的。這些森林生態系統在保障和維持自然保護區方面起著重要的作用。正因如此，自然保護區中森林的健康就關系到自然保護區的存在與否，關系到國家對自然資源、環境、珍貴瀕危物種等的保護效果，是自然保護區存在的一個重要的保障。自然保護區的森林健康評價就是在自然保護區這一特定環境內對區內的森林健康進行分析評價，以此來判斷自然保護區的穩定性與安全性，進而針對反映出的結果進行管理和改進，確保自然保護區能夠更好地發揮森林生態系統的服務功能。我們通過對森林健康和自然保護區的研究，構建出一整套適合自然保護區森林健康評價的指標體系，為評價自然保護區森林的健康進行有益的嘗試，為自保護區管理提供依據。

1 指標體系構建的原則和思路

1.1 指標體系構建的原則

自然保護區森林健康評價指標體系的構建必須達到3個目標：①能夠完整準確地反映森林的健康狀況。②及時反映自然保護區內森林健康現狀、變化和趨勢。③定期為政府決策、自然保護區管理提供其保護目標的現狀和發展趨勢策。因此，要制定一套科學、合理、可操作和普遍適用性的自然保護區森林健康評價指標體系需遵循以下2個原則：①客觀性原則。所有選取的指標要有科學依據，同時要能正確地反映出森林健康狀況。②可操作性原則。每個指標應涵義明確，易于獲得，簡便易算。

1.2 構建思路

評價自然保護區森林的健康應當在自然保護區這一特定條件下進行，所以評價方向主要從自然保護區建立的目標和意義上入手。只有當森林充分發揮它在自然保護區中的作用時，才能被稱之為森林的健康狀態，其健康的標準以森林對自然保護區影響作用的大小和優劣來判定?？v觀現階段的自然保護區體系，主要分為保護自然生態系統的保護區、保護珍稀物種資源的保護區和保護自然遺跡的保護區[4]。在此只討論前兩類自然保護區中的森林健康的評價，此兩類自然保護區最根本的目標就是保持現有自然生態系統的完整性和可持續性，所以對自然保護區森林健康的評價主要圍繞森林在維持當前自然生態系統的穩定與可持續性中發揮作用的大小和優劣而展開。

2 指標體系的構建

2.1 指標體系的構成

目前，常用的森林健康的評價方法分為指示物種法和指標體系法[5]。指示物種法[6－7]主要是依據生態系統的關鍵物種、特有物種、指示物種、瀕危物種、長壽命物種和環境敏感物種等的數量、生物量、生產力、結構指標、功能指標及一些生理生態指標來描述生態系統的健康狀況。陸慶軒等[8]選取光肩星天牛Anoplophora glabripennis作為指示物種評價了沈陽城市生態系統健康。但由于指示物種的特殊性以及森林生態系統的復雜性，選取合適的指示物種存在一定的難度，既要綜合考慮到它們的敏感性和可靠性，又要明確它們對生態系統健康指示作用的強弱。指標體系法就是選取一些具有代表性的指標來綜合評價生態系統健康，是從生態系統的結構、功能演替過程，生態服務和產品服務的角度來度量生態系統健康，強調生態系統與區域環境的演變關系，同時也反映生態系統的健康負荷能力及受脅迫后的健康恢復能力，反映了生態系統的不同尺度的健康評價轉換[9]。陳高等[10－12]選取自然、經濟、社會等指標構建了森林生態系統健康評價體系，并對長白山闊葉樹-紅松Pinus koraiensis生態系統進行了健康評價。

本研究整合國內外自然保護區和森林健康的研究成果，采用指標體系法，構建了自然保護區森林健康評價指標體系（表1）。原有生態系統的穩定是自然保護區存在和發展最大的保障因素，所以評價自然保護區森林健康的出發點就是評價森林在維持原有生態系統上所產生的影響。構建的指標體系從森林保持森林生態系統結構的完整性、維持其功能的穩定性以及保證其發展的可持續性等3個方面去考察評價森林對生態系統的影響。保持森林生態系統結構的完整性選取了群落層次結構、灌木層蓋度和草本層蓋度等3個具體指標反映。森林維持其生態系統功能的穩定主要體現在森林對生態系統物質和能量的供應價值上，所以選取林分蓄積量等指標反映。森林保證其生態系統發展的可持續性則選擇林下更新和一些抗性指標反映。此外，自然保護區還發揮著教育、科研、科普及旅游等功能，指標體系選取了森林的社會價值去評價這一類功能。采用游憩價值和科研價值反映森林的社會價值，而具體的游憩價值采用旅游者數量的多少和景觀結構的好壞評價，科研價值則用生態系統的典型代表性和物種的珍稀性反映。以上森林對森林生態系統的影響和森林的社會價值兩類指標構成了自然生態類保護區森林健康評價體系。自然保護區另外的一項重要功能就是對特殊物種（特有物種和瀕危物種）及棲息地的保護功能，體系設置了評價森林對珍稀物種影響的指標。加上之前的兩大類指標共同構成了珍稀物種資源保護區森林健康評價體系。森林對于珍稀動物的影響選取森林對珍稀動物棲息地環境和提供食物兩方面來反映評價。森林對于珍稀植物的影響則選取森林與其競爭關系這一指標反映。

表1 自然保護區森林健康評價指標體系Table1 Assessment system of forest health in nature reserves

2.2 評價模型

本研究采用加權平均法計算自然保護區森林健康綜合指數（health comprehensive index，IHC）[14]，IHC=其中：n為各級指標層中指標總數；Si為各指標層中第i項度量指標的分值；Wi為各指標層層中第i項度量指標的權重值。

因為構建的評價體系之各指標的來源不同，其數據間的量綱不統一，無可比性，必須對參評指標數據進行標準化處理，標準化的方法為：ν′= （ν- νmin）/（νmax- νmin）。式中：ν′為各要素指標標準化后的數值；ν為各要素指標數值；νmax為各要素指標中的最大值；νmin為各要素指標中的最小值。

2.3 指標的度量與權重的確定

指標的測度可以直接用數值度量，對于無法確定具體數值的，采用定性評分中的等級評分法進行數量化，將指標根據優劣分為幾個等級。有些指標既可以采用數值度量，也可以根據具體的度量情況采用定性的等級標準，由于各項指標的計算方法及考核目標不同，分級標準也有所不同[13]。各指標具體等級劃分如表2。本研究根據實際情況采用Delphi-AHP法[14]確定指標的權重。首先請林業專家、生態專家、保護區專家和保護區管理人員等25人，按照郭鵬等[17]改進的9級記分法作相對重要性判斷，得各指標權重的判斷矩陣；再采用幾何平均法計算劃分指標的權重；最后進行一致性檢驗：當判斷矩陣一致性指標IC＜0.1和隨機一致性比率CR＜0.1，即通過檢驗，否則須調整判斷矩陣。

2.4 健康等級的劃分

根據自然保護區的特點和實際情況，結合專家意見，將保護效果評價等級和森林自身健康評價等級劃分為5個級別[16]：優秀健康（72≤健康綜合指數≤100），良好健康（63≤健康綜合指數＜72），一般健康（54≤健康綜合指數＜63），亞健康（40≤健康綜合指數＜54）和不健康（健康綜合指數＜40）等5個狀態。

3 案例分析

3.1 研究地概況

百花山國家級自然保護區位于北京西郊，39°49′～ 39°53′N，115°30′～ 115°38′E，總面積 2.17 萬hm2，其中核心區面積0.68萬hm2，緩沖區面積0.49萬hm2，試驗區面積1.00萬hm2，屬于森林生態系統類型自然保護區，是北京市目前面積最大的高等植物和珍稀野生動物自然保護區。百花山屬于典型大陸性季風氣候，冬季寒冷干燥，最冷月均溫為-10.0℃；夏季炎熱，最熱月均溫為21.0℃；年降水量為700 mm，主要集中在6-8月。百花山地區的原始天然植被是典型暖溫帶落葉闊葉林，但由于長期的人為破壞，原始植被幾乎不存在，現在多為天然次生林和人工林。該地區的主要天然森林群落類型包括白樺Betula platyphylla林，遼東櫟Quercus liaotungensis林，山楊Populus davidiana林，棘皮樺Betula dahurica林等。人工林主要為華北落葉松Larix principis-rupprechtii林和油松Pinus tabulaeformis林等[17]。主要灌木有小花溲疏Deutzia parviflora，胡枝子Lespedeza bicolor，絨毛繡線菊Spiraea dasyantha等。草本主要有糙蘇Phlomis umbrosa，玉竹Polygonatum odoratum和藜蘆Veratrum nigrum等。

表2 各指標等級劃分標準Table2 Index grade division criterion

3.2 調查研究方法

采用標準地調查法于2008年7月對百花山國家級自然保護區進行全面踏查，從中選擇具有代表性的15個樣地（P1～P15）進行研究，樣地面積為600 m2。這些樣地包含了華北落葉松、白樺、山楊、棘皮樺、遼東櫟等保護區的主要樹種。樣地調查的內容有樣地總面積、海拔、坡度和坡向。植物多樣性調查采用樣方調查，其中喬木調查涉及喬木的種類、林齡、郁閉度、胸徑、樹高、枝下高和冠幅。灌木調查涉及灌木的種類、高度、蓋度和數量。草本調查涉及草本植物的種類、高度、蓋度和數量。

3.3 評價結果

圖1 百花山保護區各樣地健康等級Figure1 Health grade of plots in Baihuashan Nature Reserve

表3 百花山國家級自然保護區各樣地部分指標得分Table3 Some index scores in Baihuashan National Nature Reserve

3.3.1 百花山國家級自然保護區不同區域標準地健康狀況 如表3和圖1所示，P1～P5為核心區內的樣地，其中只有P1是健康狀態，其健康綜合指數達到了55.5，其余的4塊為亞健康狀態，主要原因是P1為遼東櫟林，是典型的溫帶闊葉天然林，位于百花山保護區的百花草甸的南坡，生長優秀，具有較高的生物多樣性指數和完整喬灌草結構，受旅游影響小。P2同樣為遼東櫟天然林，但與P1相離較遠，位于百草畔的東南坡，生態條件較P1差，其群落層次結構得分和生物多樣性指數較P1低，受旅游影響較P1大，故健康綜合指數也低。P3為棘皮樺天然林，處于百花山山頂草甸，生長環境較惡劣，缺少灌木層，生物多樣性較低，靠近旅游道路，受到了一定的人為干擾，故健康綜合指數為15塊樣地中最低，僅為41.7，需要加強有效管理和保護。P4和P5是華北落葉松林，處于亞健康狀態，其健康綜合指數較低的主要原因是2塊樣地處于百花山的頂峰，生長環境較惡劣，同時由于是飛播造林，林分密度大，林下缺少灌草，華北落葉松下枝由于缺少光照而大部分枯死。P6～P12位于緩沖區，其中天然林的健康綜合指數相對人工林高，它們具有比較高的生物多樣性指數，旅游影響總體上比較小，自然性保存完好。P6為白樺天然林，群落層次完整，生物多樣性高，病蟲害很少，其健康綜合指數為63.5，是15塊樣地中最高的，但是自身的易燃性和較大的林下蓋度，以及離游覽道路較近，受旅游危害大，影響了其健康程度，這是保護區需要特別注意和改善的方面。P7，P8，P9均為遼東櫟天然林，其中P7和P8較P9群落層次完整，生物多樣性指數高，其健康程度也較P9高。P10為棘皮樺天然林，由于生長環境較P3良好，群落層次也較完整，故其健康綜合指數比P3高。P11和P12為落葉松人工林，但P11距離旅游道路近，附近建有供游人休息的木亭，受旅游影響較大，同時其生物多樣性指數較低，抗火災能力較弱，使得它處于亞健康狀態。而P12則有完整的群落結構，更新情況好以及較高的生物多樣性和林分蓄積量，使它處于健康狀態。P13～P15處于試驗區，由于保護區有效的管理，其層次結構較為完整，生物多樣性指數也較高，健康綜合指數總體較高。尤其是P13為遼東櫟天然林較高的生物多樣性，更新良好，其健康綜合指數為63.2，處于良好健康狀態。

3.3.2 天然林與人工林健康關系 全部樣地中，天然林樣地有10塊，其中健康以上狀態的有6塊，占天然林樣地總數的60%；人工林樣地有5塊，其中健康以上狀態的有2塊，占人工林樣地總數的40%?？傮w上天然林健康程度要高于人工林，主要原因是天然林有完整的群落結構，灌草層較發達，而人工林由于人工撫育等原因，灌草層缺失或長勢不好，生物多樣性較低，造成生態系統不穩定。但是天然林存在一些不穩定因素，如病蟲害較重，林火威脅大等。

3.3.3 標準地病蟲害 由表3可知，在15塊樣地中，落葉松、棘皮樺和白樺的病蟲害比較低，這與其抗病性強有關，遼東櫟大部分都有蟲害，但是很少有嚴重危害其生長的，大部分都在其生態系統可以調節范圍內，但P8的病蟲害較為嚴重。

3.3.4 旅游影響分析 旅游管理是保護區管理中的一個重要環節，15塊樣地中，受旅游影響較大的樣地，其健康綜合指數也較低，反映出旅游對森林健康有較大的影響力。針對旅游的破壞，保護區應當加強旅游管理和游人教育，使其自覺保護自然環境，同時采取有效措施修復受損的生態系統。在百花山國家級自然保護區所有15塊樣地中，有8塊樣地處于健康以上狀態，占全部樣地數的53.3%，而亞健康狀態樣地的比例為46.7%。反映出百花山國家級自然保護區目前的森林總體健康狀況良好，但是處于亞健康狀態的森林數量較多。核心區5塊樣地中只有1塊樣地處于健康狀態，占核心區樣地數的20%，而緩沖區為57.1%，試驗區為100%，所以總體上百花山國家級自然保護區中核心區健康程度較差，主要原因在于核心區的自然條件比較惡劣，旅游干擾比較大。保護區應針對這一情況，加強日常管理與保護，作好病蟲害防治與火災預防，同時加強對游客的宣傳教育和有效管理以減少旅游的干擾破壞，目前在百花草甸已建成的木棧道就是一項比較有效的管理保護措施，但保護與管理仍需加強。

4 討論

對自然保護區的森林進行健康評價是森林健康評價在自然保護區的應用，有別于普通的森林健康評價。普通的森林健康評價，如陳高等[10－11]用健康距離評價分析了長白山闊葉紅松林生態系統健康。魯紹偉等[19]選取群落層次結構等8個指標對北京八達嶺林場森林進行了健康評價。都是針對森林這個整體來評價其健康的，沒有以森林影響力為主要評價對象，這樣的評價對評價自然保護區森林健康不具有適用性。本研究從評價森林影響力入手，考慮到了森林在不同保護區所發揮的不同作用，建立一整套針對自然保護區特定條件的評價指標體系，對自然保護區的發展和管理是一種有意義的嘗試。

指標的選取一直都是困擾森林健康評價的一個重要因素，有的指標選取過于復雜，無法突出重點，如李秀英[20]選取了過多的土壤指標，陳高等[10]的指標過于分散，有的指標選取過少[19，21]，無法全面反映出森林的狀況。目前很多自然保護區的評價多集中在評價自然保護區代表性、自然性和面積適宜性等，多數沒有考慮到森林對自然保護區重要的保障與支撐作用。應該在評價自然保護區時加入對保護區森林的評價，將它作為自然保護區安全性評價的一個重要方面，同時也為保護區的研究開創一個新的方向。

本研究通過建立的自然保護區森林健康的評價指標體系，對北京百花山國家級自然保護區的森林進行了健康評價，得出了其森林健康狀況，結果與實地調查的情況基本一致，說明所建立的指標體系的適用性。希望結果能夠為百花山國家級自然保護區的建設和管理提供一種有價值的參考。

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