基于森林數量、質量和空間分布的森林生態功能評價研究

杜 群，季碧勇，徐 軍

（1. 浙江省林業基金管理服務中心，浙江 杭州 310020；2. 浙江省森林資源監測中心，浙江 杭州 310020）

基于森林數量、質量和空間分布的森林生態功能評價研究

杜 群1，季碧勇2，徐 軍2

（1. 浙江省林業基金管理服務中心，浙江 杭州 310020；2. 浙江省森林資源監測中心，浙江 杭州 310020）

以森林數量、質量和空間3個因子分布為基本評估因素，建立了一個區域森林生態功能評價綜合指數，并利用2004、2009年2期浙江省森林資源連續清查樣地數據進行實證研究。結果表明：浙江省森林生態功能指數從2004年的0.580 2上升到2009年的0.600 3，增長了0.020 1，增長比例為3.46%，其中森林數量因素推動的生態功能指數增加0.016 7，森林質量因素推動的指數增加0.066 1，森林分布因素推動的指數增加-0.022 4，這與浙江省過去5年森林的變化是相符的。

森林生態功能綜合指數；森林質量指數；森林空間均衡度指數；

作為陸地生態系統主體的森林，具有不可替代的生態、經濟、社會等多重效益和多種服務功能，其中生態服務功能是森林的主要功能，分析和評價森林的生態功能已成為當前生態學研究的熱點。森林生態功能是指森林生態系統及其生態過程所形成、所維持的有利于人類生存與發展的生態環境條件與效用[1]，包括太陽能的固定與轉化、有機質的生產與生態系統產品、生物多樣性的產生與維持、調節氣候、減輕洪澇與干旱災害、維持土壤肥力、環境凈化、調節物質循環等[2]。

對森林生態功能的研究非常多[3~6]。近幾年的森林生態功能研究主要集中在對自然生態系統服務功能進行定量評價上，包括物質量評價和價值量評價。但由于森林生態系統及其服務功能的復雜性與多樣性，森林生態功能定量評價研究還不成熟，這主要體現在森林生態服務功能的機理研究還很不成熟，用于評價的定量參考數據還很不全面；評價指標和評估方法不全面、不統一，各指標之間的關系不明確，不同方法之間沒有可比性；森林生態系統服務功能價值化方法還有待進一步研究，價值化參考價格選擇方面也存在問題，影響了評價結果的可信度[6~10]。從現有文獻資料分析，采用不同方法評估森林生態功能，其結果相差很大，有的甚至是數量級的差距[11~14]。

從本質上講，影響森林生態功能的基本因素是森林的數量、質量和分布。以上述三因素為基本因子，并應用生態功能指數的方法對森林生態功能的相對量進行評價，從文獻檢索的情況看，目前尚不多見。付曉等采用相對量的方法，對森林生態系統服務功能質量指標體系建設進行了研究[15]。本文嘗試以三個基本因素為基礎，利用森林資源調查數據，建立森林生態功能評價指標，并以浙江省為例，進行實證分析。由于森林資源調查的方法是成熟的，數據是可靠的并具有可比性，因此，采用這一方法進行森林生態功能評價，其結果也具有可比性。

1 數據

浙江省的森林資源連續清查體系于1979年始建，每5 a開展一次復查。全省按4 km×6 km的間距機械設置固定樣地，樣地面積0.08 hm2，為正方形。森林資源連續清查數據是中國調查森林資源的最重要方法之一[16]，是獲得全國和各省（市、區）森林資源數據的最科學、最成熟、最權威的方法。

2004年和 2009年，浙江省分別開展了兩期森林資源連續清查。本研究利用了這兩次森林資源連續清查的樣地數據和樣木數據，每期數據都包括4 252個固定樣地數據和22萬余株樣木數據，以及根據這些樣地數據計算的浙江省固定樣地生物量數據[17~18]。

2 方法

2.1 森林生態功能指數

采用“三因素法”（即森林的數量、質量和空間分布三個因素）進行森林生態功能評價。森林數量因素采用森林覆蓋率；森林質量因素以森林資源連續清查固定樣地為基本評價單元，完成各個森林樣地評價后，將其轉化為全省森林質量指數；森林分布狀況是指森林在空間上分布的均勻程度，采用空間均衡度指數（space evenness index of forest）表示。三個指數分別計算后進行歸一化處理，得出全省森林生態功能指數。

森林生態功能指數：

式中，K1為森林數量指數（森林覆蓋率），K2為森林質量指數，K3為森林空間均衡度指數。

2.2 森林數量指數（森林覆蓋率）

根據《國家森林資源連續清查技術規定》（2004年），森林覆蓋率是指有林地面積與國家特別規定灌木林面積之和占土地面積的百分比。本文的森林即包括有林地面積和國家特別規定灌木林。

2.3 森林質量指數

2.3.1 評價方法 森林質量指數以森林資源連續清查固定樣地為基本評價單元。逐個樣地完成評價后，再將微觀數據轉換為全省宏觀數據。《國家森林資源連續清查技術規定》選用蓄積量、自然度、種群結構、樹種結構、植被總覆蓋度、郁閉度、樹高、枯枝落葉厚度8個因子評價森林生態功能。本文認為這些因子主要反映了森林的質量，因此選用反映森林生物量、生物多樣性和森林結構的有關特征因子，確定植被生物量、森林自然度、森林群落結構、樹種結構、郁閉度或覆蓋度、平均樹高、枯枝落葉厚度7個方面的評價因子，利用專家打分法確定各個因子的權重，形成森林質量評價體系（表 1），對每個樣地的森林質量指數進行評價，并計算森林質量指數。

每個樣地的森林質量指數：

式中，Xi為第i項評價因子的類型得分值，Wi為各評價因子的權重。

全省的森林質量指數：

式中，n為森林樣地個數。

表1 森林質量評價因子及劃分標準Table 1 Evaluation factors for forest quality and grading

2.3.2 評價因子

2.3.2.1 植被生物量 植被生物量是指某一時刻單位面積內實存生活的有機物質（干重）總量。森林生物量作為森林生態系統的基礎數量特征和森林生態系統性質、狀態的重要指示特征，是研究許多林業問題和生態問題的基礎[19]。利用2010年浙江省森林植被生物量評估研究成果計算生物量評價因子[17~18]。為便于2004年和2009

年數據比較，本文中喬木林的植被生物量為喬木層（也稱優勢層）的地上部分和地下部分生物量。根據樣地單位面積生物量，等距分為三個層次，分別賦分。

2.3.2.2 森林自然度 王麗麗和郭晶華認為，自然度是指地段的植被狀況與原始頂群落的距離或次生群落演替中的階段[20]。《國家森林資源連續清查技術規定》對自然度的定義與此基本一致，本研究采用這一定義與劃分標準，將自然度分為5類，見表2。

表2 自然度劃分標準Table 2 Grading of naturalness

2.3.2.3 森林群落結構 根據《國家森林資源連續清查技術規定》，森林群落結構分為完整、復雜和簡單三種類型，其中完整結構指具有喬木層、下木層、草本層和地被物層4個層次的森林，復雜結構是指具有喬木層和其它1 ~ 2個植被層，簡單結構是指僅有1個喬木層或國家特別規定灌木林層。從發揮生態功能的角度，森林群落結構最復雜，其質量越高。

2.3.2.4 樹種結構 樹種結構反映了喬木林的針闊葉樹種組成，共7個類型，見表3。相關研究表明，樹種結構最復雜，森林所具有的涵養水源、保育土壤、凈化空氣等生態功能越強，森林質量越高。一般而言，混交林的生態功能大于純林，闊葉林的生態功能大于針葉林。

2.3.2.5 覆蓋度和平均高 覆蓋度和平均高按森林資源連續清查的方法進行調查。喬木林的覆蓋度即郁閉度。覆蓋度和平均高越高，森林所發揮的生態功能就越強。

表3 樹種結構劃分標準Table 3 Grading of tree species structure

2.3.2.6 枯落物厚度 森林枯落物是森林生態系統中養分循環的重要組成部分，在涵養水源、水土保持和維持改善土壤肥力等方面發揮著重要作用[21]。森林資源連續清查固定樣地調查將枯落物厚度分為 < 5 cm、5 ~ 10 cm、> 10 cm 3個等級。

2.4 森林空間均衡度指數

張建國等采用均衡度來表征森林在一個區域的分布狀況，并給出了公式[22]。本文參考了其方法。本研究用GIS技術、1/25萬電子圖和固定樣地數據結合進行森林空間均衡度指數的計算。用arcMAP按經緯度將浙江省域國土劃分為若干個等大的空間單元（本次暫劃為100個單元），分別測算每個單元中森林樣地占全部樣地的比例，并用（4）式計算森林空間均衡度指數。

森林空間均衡度指數：

式中：K3為森林空間均衡度指數，n為劃分的空間單元個數，Fi為第i個空間單元中森林樣地占全部樣地百分比，為全省森林樣地占全部樣地百分比。

當K3= 1時，說明森林的空間分布最均衡，最有利于發揮生態功能。當K3= 0時，說明森林的空間分布最不均衡。

3 結果

根據前述的計算方法，利用2004年和2009年森林資源連續清查樣地數據，對這兩年的森林生態功能指數及數量、質量、空間均衡度指數進行了測算，結果見表4。

表4 2004年、2009年森林生態功能指數計算結果Table 4 Forest ecological index in 2004 and 2009

4 結論與討論

（1）研究結果顯示，浙江省森林生態功能指數從 2004年的 0.5802上升到 2009年的 0.600 3，增長了0.020 1，增長比例為3.46%。其中森林數量因素推動的生態功能指數增加0.0167，森林質量因素推動的指數增加0.0661，森林分布因素推動的指數增加-0.022 4。三個因素中，森林質量因素對森林生態功能指數的貢獻最大，而森林分布因素致使森林生態功能指數下降了，這與浙江省2004-2009年的森林資源發展趨勢基本一致。

（2）2004-2009年，森林分布因素導致全省森林生態功能指數下降了0.022 4，也就是說森林空間分布均衡度降低了，原因是浙江省平原等少林地區的森林有所減少，導致森林在空間上分布更不均衡。這從一個側面反映浙江省平原地區發展森林資源的緊迫性和必要性。2011年，浙江省開始了大規模的平原綠化，具有很強針對性。

（3）從2004年到2009年浙江省的森林覆蓋率僅增加0.016 7，而森林生態功能指數增加了0.020 1，森林生態功能增強的幅度大于森林覆蓋率。采用這一方法，改變以往僅用森林覆蓋率表征森林生態功能時的局限性，使結果更具說明力，更能全面體現生態建設的成效。

（4）本研究采用的三因素方法，具有方法簡便、數據可得、結果直觀、可比性強等特點。可應用于不同空間尺度，如全國、省域、流域、縣域等，也可應用于不同時期森林生態功能的比較。

（5）本文以森林資源連續清查為數據源進行評價，以樣地為基本評價單元。在缺少森林資源連續清查數據時，也可利用森林資源規劃設計調查（二類）數據并以小班為單位進行指數計算和評價，評價方法相同。

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Evaluation of Forest Ecological Function by Coverage, Quality and Distribution

DU Qun1，JI Bi-yong2，XU Jun2
（1. Zhejiang Forest Fund Administration, Hangzhou 310020, China; 2. Zhejiang Forest Resources Monitoring Center, Hangzhou 310020, China）

An integrated index for evaluating regional forest ecological function was proposed taking forest coverage, quality and distribution as basic elements. A case study based on continuous forest inventory data of year 2004 and 2009 of Zhejiang province showed that integrated index during five years increased from 0.5802 to 0.6003. Among the increase, 0.0167 was from forest coverage, 0.0661 from quality and -0.0224 from distribution. The result explained the change of forest in past 5 years in the province.

integrated forest ecological function index; forest quality index; forest space eveness index

S718.55

A

1001-3776（2013）06-0046-05

2013-08-19；

2013-10-18

浙江省森林資源與生態狀況動態監測（335006-2010-0002）

杜群（1974-），男，浙江諸暨人，高級工程師，碩士，從事森林資源調查監測研究。