森林健康評價研究綜述

蔡小溪，林文樹，吳金卓，孔琳琳

(東北林業大學 工程技術學院，哈爾濱 150040)

森林是人類賴以生存的生態、經濟、美學和文化資源，是整個生態系統的支柱，起到了保護物種多樣性和避免生態系統失衡的作用[1]。但是，迫于生存的壓力，人類通過移民墾荒、伐木毀林、過度放牧等方式，對森林的自控系統和維護功能造成了嚴重毀壞。從生態學的角度來看，幸存的森林必須替補那些已失去機能的森林去工作，這就要求現在的森林必須是健康的或者有更多的活力來起到額外的作用。此外人類對森林的需求日益增加，使我們不得不重視森林健康問題。近幾年，學者們逐漸將“健康”這個形容詞發展為評價森林狀態的描述符，開展了森林健康研究的新課題。

研究森林健康是個復雜的學科，因為樹木健康、森林健康和森林生態系統健康之間存在密切的聯系，同時又有著巨大的差異。即使在原則上用于樹木健康的定義可以用在森林上，但目前還沒有明確規定什么可看作健康或者不健康，甚至對于一個森林來說，可能完全健康才是“健康”的定義[2]。建立一個準確的指標體系是評價森林健康的首要任務，而搜索合適的指標會對評估森林健康的結果產生很大的影響。植物群落結構、生物多樣性、初級生產力、分解率、消費者或生產者的相互作用、化學平衡都可以用于評價森林生態系統的狀態和趨勢[3]。例如，枝葉中的微量金屬、硫和氮的積累雖然不會直接導致樹的健康狀況惡化，然而脫落的樹葉會使有毒物質積累在森林土壤上，被污染的草會影響動物的瘤胃消化，由于瘤胃微生物對N/S非常敏感，通過草食動物對植物的選擇，會對植物群落和主生產者產生影響，于是生態系統可能通過污染物在微小的過程中被影響，而森林的健康不會表現出明顯的變化，但本身的結構卻已發生重大變化[4]。從上世紀80年代至今，國際上關于森林健康評價體系的文獻多達百篇，但很少有研究能指出某一片森林健康評價的具體影響因素。因此，如何構造評價體系和如何來評價森林健康成為了當今林業研究者探討的熱點。本文通過查閱國內外關于森林健康評價的文獻，概括出森林健康與森林健康評價的概念，總結出比較有代表性的建立評價指標體系的方法，提出評價過程中我國森林出現的問題和未來評價的發展趨勢。

1 森林健康的概念

森林健康的理念起源于美國，用于觀察和評價各種生物的狀態。19世紀的德國林業學家指出森林健康往往考慮的是人為因素(濫砍濫伐、開墾農業、酸雨、大氣污染等)以及病蟲害、森林火災造成的森林消失和能量供應失衡[5]。如今，森林健康的概念擴展為森林群落、林分級、森林生態系統等一個十分復雜而龐大的系統概念[6]。從森林經營角度看，健康的森林可以不受生物因素及非生物因素的影響，能一直達到森林的經營目標，長期保持其高價值高利用率的狀態。從病理角度上來說，森林健康被定義為在生物和非生物影響下的樹木的病發率[7]。樹木活力和冠活力有時也被當作森林健康的代名詞，樹木的活力指的是樹木在假設最優狀態下樹木的成長。需要注意的是，枯死木在其出生和生長過程中是不可避免的，例如，森林只有一個樹種在減少，我們不能判斷這個森林是不健康的，因為枯死木在一個較小范圍內的存在，起到了保持森林物種多樣性、平衡森林結構的作用。對于任何一種環境資源，尤其是森林，都要依據其現有的狀態和在控制范圍內的變化提出正確的森林健康管理方案。

結合我國森林背景，森林健康評價可定義為診斷因人類活動與自然災害對森林的整個生態系統造成難以恢復的破壞和退化，使其結構紊亂、功能失調，導致喪失服務能力和價值的一種評估[8]。現階段，國內外專家一般通過對森林的監測，選取主要評價指標，建立一個合理的評價體系來對森林進行健康評價，這種方式簡單而可行，已得到廣泛應用。對森林健康進行評價是建設資源節約型世界的需要，也是地球可持續發展的必經路，更是保護環境和改善生態的基石[9]。

2 森林健康的特征

法國木材生產者馬科斯·羅伯特曾說：“在我眼里樹木作為一件上帝給予的經濟藝術品，如果不利用它來進行投資，那它還有什么意義呢？”[10]美國學者奧多爾·萊偶帕特經過對德國林業的調查說：“德國森林茂盛蓬勃，但確沒有一只野生動物，感覺這里的森林缺少了某種東西”[11]。不同學科的專家對森林健康評價的認識有一定的差異，同一片森林根據參照物的不同評價結果也不同，本文主要從3種角度來總結森林健康的特征。

(1)森林經營者角度的森林健康特征

為了獲得森林效益的政府機構和森林經營者，把森林的可利用性作為評價森林是否健康的主要特征。美國林業部曾說：“阻礙經營者獲得利益的森林都是不健康的，一個健康的森林絕不會讓經營者的利益受到損失”[12]。經營者們認為，沒有枯死腐爛的樹木及茂盛的灌木才能夠促進保留木的成長，但從生態學的角度來看，這卻破壞了森林的生態結構。從森林經營者的角度看森林建康的特征為：①人為因素和自然因素不能威脅到森林的管理目標的狀態[13]；②建康的森林能避免管理者利益減少的因素。

(2)生態系統角度的森林健康的特征

從生態系統的角度來評價一片森林是否健康與上述經營者的看法明顯不同，生態學家考慮的不是木材產量、木材質量高低，而是所處森林的多樣性。于是，從生態系統角度看森林健康的特征如下：①森林健康意味著森林能從損壞中恢復過來[14]；②森林系統處于一種平衡的狀態；③健康的森林具有功能完整性。

(3)綜合角度的特征

以上兩種觀點之所以存在如此大的差異，是因為研究者們都為了獲得他們各自的資源利益。在經營者眼里只有木材能夠給他創造出的利益，完全不在乎生態系統中種群的變化。而生態學家把一切采伐視為破壞環境，往往忘記日益增長的人口對木材的需求。于是為了得到一個既實用又健康的森林，結合這兩種觀點，就要考慮其綜合特征：①對產生迫害的修復或是外部程度破壞的修復能力強；②對樹木植被所需資源和釋放能量功能性的平衡；③無論生物環境、自然環境還是在幾個演替階段能幫助森林生產的營養網[15]；④多樣性演替階段和多種本地物種的棲息地提供林分結構和生態系統的過程[16]。

3 國內外森林健康評價研究進程

綜合近十年來各個學者對森林健康評價的研究，并參考大量中外文獻，本文對森林健康評價主要從評價指標體系建立、評價方法選擇、評價結果等級三個方面來探討。

3.1 評價指標體系的建立

3.1.1 評價指標體系

建立評價指標體系是進行森林健康評價的首要步驟，建立的正確與否直接關系到評價結果的準確性與科學性。森林健康評價體系中的指標可以是一個實體，能夠用來測量評價現狀和目標環境的趨勢[17]。指標也可以是個術語，它能包括有關評估的：生物、人口、種群、生態系統的組成部分、過程和特征。指標只能定義那些與森林健康有關的事物，例如，如果目標資源是森林生態系統，樹可能是其中的指標之一，如果目標資源是一個樹群，樹葉、樹枝和樹干都可以被視為指標[18]。由此看來，明確指標的定義和進一步的規范是必要的，但由于指標性能和良好程度會發生變化，因此在森林生態系統水平上定義合適、敏感的指標是困難的[19]。例如，經常假設在生態系統中保護最敏感的物種就會連帶的保護所有的一切，這就產生了一個關于使用單一物種(即使是最敏感的那一個)來推斷其對生態系統影響的巨大爭論。國內外對評價森林健康的指標有很多，實際應用中要根據所研究對象來選擇主導因素和限制因素予以評價。

國外學者Costanza等人最早創建了森林健康評估的合理公式，其中指標包括：系統結構、系統活動和系統恢復力，充分反映了整體特征，為森林系統健康評價提出了理論依據，但該公式過于理論化[20]。1993年，美國林業局與美國環境保護署對全國森林健康進行測評，提出了林下植被物種多樣性、初級生產力、齡級分布、土壤含氧量、樹冠生長、病蟲害發生率等指標，該評價體系較全面，但主要以森林經濟效益為主，是一種功利主義觀點的評價方法[21]。我國從20世紀初開始有了本質的突破，2002年，中國科學院的生態學專家孔紅梅在對長白山森林系統受到不同人為因素破壞的研究中，提出了功能指標與指示物種指標兩種共計21個指標，雖然這些指標都具有代表性，但沒有考慮到指標體系中土壤生物權重過大而產生了片面性[22]。2005年，學者王亞玲提出社會效益、森林系統、資源環境三類共計17個指標，如此大范圍、多種類的指標使得某幾個指標與題目關系不夠密切，對評價結果產生較大誤差[23]。2006年，李秀英提出包括組織系統、抵抗能力、生產能力、土壤狀況在內的4個方面29個指標組成的評價指標體系，該指標側重于功能和結構，但過分的考慮土壤狀況，造成結果具有一定的局限性[24]。2009年，姬文元等采用了郁閉度、地被物總蓋度、幼樹中建群種數量比例、更新等級、幼樹幼苗生長狀況等9個指標，雖然這些指標數據易測量，但是構成單一，不能反映森林整體情況[25]。

3.1.2 指標權重的確定

選取的評價指標對森林健康評價的影響程度是不同的，這種程度的大小，用權重來表示，將抽象表述數字化，而權重確定的準確性對評價結果產生較大影響。近代研究者常用的方法有：均值法、層次分析法、熵值法、綜合指數法和專家打分法等，我國主要應用層次分析法與專家打分法。

(1)層次分析法

層次分析法使用最廣泛，是20世紀70年代中期由美國著名運籌學家Pittsburgh University 教授Sattay提出的，將決策分解成目標、準則、方案等層次，通過專家對每一個元素進行評估，打出自己的分數或等級，再依據層次來分析，總結專家們的意見，最終得出各個指標的權重。層次分析法使用起來十分方便易懂[26]。

(2)均值法

均值法將每一個指標取算數平均值，使各個指標權重一致。能夠體現所有指標對總得分的貢獻，不會出現人為干擾某些指標的權重得分。該方法比較客觀，沒有突出某些指標對總體的特殊性，或者擴大小影響因素的權重。一般適用于快速計算和情況簡單的森林。

(3)專家打分法

專家打分法于20世紀中期由赫爾墨(Helmer)和戈登(Gordon)提出，通過大范圍征求相關專家的意見，并對這些意見進行分析與歸納，得出某些難以通過技術手段測量的因素的估計值，最后經過多輪征求意見，對價值和價值可行性進行分析[27]。該方法結合不同經驗專家的想法，需要多次討論與調節，操作起來較困難。

3.2 評價方法

在指標確定并建立了指標體系后，通過一些方法計算出指標的權重，最后要對森林健康進行綜合評價。國外對森林健康的研究時間較長，研究方法較多，其中最具代表性的是Costanza等人提出的系統健康公式——VOR模型，為森林健康奠定了基礎。1997年Mageau等人提出趨勢模擬法，把多時間尺度與多空間尺度結合，采用信息技術、網絡分析、模型模擬等方法，進行森林健康評價[28]。目前，我國還沒有統一的評價方法，2003年陸凡等針對值域寬、易分等級的森林提出健康評估模型。陳高等人于2004年提出了健康距離法，將受到某種因素影響的森林與它原來的健康狀態進行對比，這之間的變化用健康損益值——健康距離(HD)表示，這種距離是一種象征受破壞影響的森林系統偏離原狀態的計算表示[29]。李秀英于2006年創建森林生態系統健康指數公式(FEHI)，通過篩選得出森林結構、土壤、抵抗力、生產力4個最重要指標作為公式元素，然后根據各指標的權重值求出森林健康指數[30]。

3.3 評價結果等級

評價所研究的森林健康等級需要結合采用的森林評價指標體系和評價方法來判斷。美國、德國等國家將評價結果分為3～6個等級，我國主要分健康、亞健康、中健康、不健康4個等級，等級標準見表1。

表1 森林健康等級標準

4 森林健康評價的問題與趨勢

聯合國環境規劃局調查顯示全球森林已減少一半，雖然人工林年均增長近百萬公頃，但是天然林較其10倍的速度在退化[31]。于是進行森林健康評價是必要的，只有保護已有森林的健康才能減緩森林退化的速度。我國在研究森林健康時仍存在許多問題，如何解決這些問題也成為了未來森林健康評價研究的方向。

4.1 存在的問題

(1)森林結構發生變化，評價涉及領域更加寬泛。經過長期的森林改造，我國大部分森林結構變得單一且向純林方向發展。這種情況使得森林災難發生頻繁，許多變異害蟲繁衍生息，進化真菌引起的病腐難以治理[32]。這都使森林的健康問題變得復雜，研究的內容也更加廣泛。

(2)指標選取差異大。在不同專業領域的研究者對森林健康的標準認識存在著差異，對同一片森林觀察的角度不同，所考慮的指標也必然不同。

(3)評價體系不完整。由于研究對象復雜多樣，研究方法和研究尺度存在差異，目前還沒有標準的森林健康評價體系。

(4)難以選擇適當的評價方法。對森林進行評價的方法多，每一種方法都存在優劣性，采用某一種方法不一定能對森林進行全面的評價。

4.2 發展趨勢

(1)加強對森林新結構基礎機理的研究，從根本上完善并確立森林健康的概念，多學科結合來量化健康森林的影響指標。

(2)提高未來森林產生的經濟效益對森林健康結果的影響程度，未來森林的生產效率必定比如今用材林產木生產效率高，是否是優質、價值高、更加適應當地環境的森林生態結構，成為森林健康與否的重要評價指標[33-36]。

(3)提高對森林數據的研究能力，推動森林健康的定量研究，深度認識各評價指標間的關系，建立完善的評價體系。

(4)采用綜合評價方法，將適合的幾種評價方法結合起來評價森林健康，并加快評價方法的創新速度，如將3S技術結合等，來尋找更切合實際的方法[37-38]。

【參 考 文 獻】

[1]趙良平.森林生態系統健康理論的形成與實踐[J].南京林業大學學報(自然科學版)，2007，31(3)：1-7.

[2]周立江.森林健康內涵及評價指標探討[J].四川林業科技，2008，29(1)：27-30.

[3]Yazvenko S，Rapport D J.A framework for assessing forest ecosystem health[J].Ecosystem Health，1996，45(2)：40-51.

[4]Ulanowicz R E.Growth and Development：Ecosystems Phenomenology[M].New York：Springer-Verlag，1986.

[5]袁興中，葉林奇.生態系統健康評價的群落學指標[J].環境導報，2001，2(1)：45-4.

[6]李 冰.大興安嶺興安落葉松林健康評價研究[D].北京：北京林業大學，2009.

[7]王忠春.林分級森林健康評價研究[D].北京：北京林業大學，2010.

[8]Johnson J，Jacob M.Monitoring the effects of air pollution on forest condition in Europe：Is crown defoliation an adequate indicator[J].Forest-Biosciences and Forestry，2010，3(6)：86-88.

[9]康博文，劉建軍，侯 琳，等.延安市城市森林健康評價[J].西北農林科技大學學報(自然科學版)，2006，34(10)：81-86.

[10]中國可持續發展林業戰略研究課題組.中國可持續發展林業戰略研究總論[M].北京：中國林業出版社，2002.

[11]陽 彬，王熙錢.森林健康的概念、特征及影響因素探析[J].江西林業科技，2007，67(6)：2-5.

[12]郭艷榮，鐵 牛，張秋良，等.內蒙古中部山地油松人工林健康評價研究-以蠻漢山油松人工林為例[J].干旱區資源與環境，2012，26(2)：145-150.

[13]王 兵，郭 浩，王 燕，等.森林生態系統健康評估研究進展[J].中國水土學，2007，5(3)：114 -121.

[14]姜鳳岐，朱教君.林帶的防護成熟與更新[J].應用生態學報，1994，5(4)：337-341.

[15]Woodall C W，Amacher M C，Bechtold W A，et al.Status and future of the forest health indicators program of the USA[J].Environmental Monitoring and Assessment，2011，177(1-4)：419-436.

[16]Duchesne L，OuimetR，Houle D.Basal area growth of sugar maple in relation to acid deposition stand health and soil nutrients[J].Journal of Environmental Quality，2002，31(5)：1676-1683.

[17]De Dios V R，Fischer C，Colinas C.Climate change effects on Mediterranean forests and preventive measures[J].New Forests，2007，33(1)：29-40.

[18]Ostry M E，Laflamme G.Fungi and diseases-natural components of healthy forests[J].Botany，2009，87(5)：22-25.

[19]張國慶.森林健康與林業有害生物管理[J].四川林業科技，2008，29(6)：77-80.

[20]虎陳霞，傅伯杰，陳利頂.可持續農業評價研究進展[J].中國生態農業學報，2005，13(2)：11-14.

[21]費 滕.以病蟲害為主的森林健康評價指標體系構建[D].北京：北京林業大學，2012.

[22]孔紅梅，趙景柱，等.生態系統健康評價方法初探[J].應用生態學報，2002，4(13)：486-490.

[23]王亞玲.潭江流域森林生態系統健康評價[D].廣州：中山大學，2005.

[24]李秀英.森林健康評價指標體系初步研究與應用[D].北京：中國林業科學研究院，2006.

[25]刑韶華，姬文元，郭 寧，等.森林生態系統健康研究進展[J].生態學雜志，2009，28(10)：2102-2106.

[26]殷鳴放，鄭小賢，殷煒達.森林多功能評價與表達方法[J].東北林業大學學報，2012，5(6)：23-25.

[27]孫玉軍.資源環境監測與評價[M].北京：高等教育出版社，2007.

[28]施明輝，趙翠薇，等.森林健康評價研究進展[J].生態雜志，2010，29(12)：2498-2506.

[29]陳峻崎，王春能，王 玲，等.推進森林健康經營打造首都多功能林業的戰略思考[J].河北林業科技，2011，89(1)：2-6.

[30]肖風勁，歐陽華，孫江華，等.森林生態系統健康評價指標與方法[J].林業資源管理，2004，3(1)：28-30.

[31]曹源烈，陳建明，祁紅艷，等.信豐森林健康示范區蕭氏松莖象防治技術研究[J].江西林業科技，2012(6)：16-19.

[32]Marco F.Forest health assessment and monitoring issues for consideration[J].Environmental Monitoring and Assessment，1997，48：45-47.

[33]Alexander S A，Palmer C J.Forest health monitoring in the United States First four years[J].Environmental Monitoring and Assessment，1999，55(2)：267-277.

[34]周新華.基于ISM結構模型的可持續林業分析與評價[J].江西林業科技，2013(6)：49-54.

[35]衷玉紅，詹春森，張揚純.鄱陽湖防護林體系工程建設可持續發展對策研究[J].江西林業科技，2014(2)：30-33.

[36]高瑞鑫.林口林業局可持續發展綜合評價指標體系研究[D].哈爾濱：東北林業大學，2004.

[37]胡華林，宋育英.江西九連山國家級自然保護區森林生態系統服務價值評估[J].江西林業科技，2014(3)：45-49.

[38]彭萱亦，吳金卓，欒兆平，等.中國典型森林生態系統生物多樣性評價綜述[J].森林工程，2013，29(6)：4-10.