森林生物多樣性評價指標選擇分析

吳金卓　馮亮　蔡小溪　孔琳琳

摘要：森林是陸地生態系統中生物多樣性最豐富的生態系統。森林生物多樣性對于維持陸地生態系統平衡，保證人類生存和社會經濟可持續發展起著不可替代的重要作用。對森林生物多樣性進行評估、監測和報告是有效保護生物多樣性、合理利用其資源、保證其可持續發展的基礎和關鍵。建立一個有效的生物多樣性評價指標體系是對生物多樣性正確評估的前提和基礎，而合適的指標的篩選是構建這一體系的首要工作。本文從文獻分析的角度，分析了生物多樣性的評價方法，提出了森林生物多樣性評價指標的選擇原則以及其中需要注意的一些問題，提出了基于林分水平上的生物多樣性評價指標的初步構想，為全面構建森林生物多樣性評價指標體系奠定理論基礎。

關鍵詞：森林；生物多樣性；評價指標；生態系統

中圖分類號：S 718；X 176文獻標識碼：A文章編號：1001-005X（2015）01-0030-04

Analysis on the Selection of Evaluation Indicators of Forest Biodiversity

Wu Jinzhuo，Feng Liang，Cai Xiaoxi，Kong Linlin

（College of Engineering and Technology，Northeast Forestry University，Harbin 150040）

Abstract：Forest is the ecosystem with the richest biodiversity among all the terrestrial ecosystems.Forest biodiversity is critically important for the balance of terrestrial ecosystem，which ensures the livings of human beings and the sustainable social development.The assessment and monitoring on forest biodiversity is the foundation and key to the effective protection of biodiversity and reasonable use of resources.The premise is to establish an effective biodiversity evaluation system to correctly assess the forest biodiversity and selection of appropriate evaluation indices is the first task.In this paper，from the aspect of literature review，the evaluation methods for forest biodiversity are analyzed，and the principles of selection and some key points that should be paid more attention during evaluation are proposed.Finally，a primitive thought about the framework of forest biodiversity evaluation system is proposed，which can provide references for the establishment of the entire forest biodiversity evaluation system.

Keywords： forest；biodiversity；indicator；ecosystem

收稿日期：2014-11-20

基金項目：國家“十二五”科技支撐計劃專題（2012BAC01B03-3），東北林業大學大學生科研訓練項目（2012038）

第一作者簡介：吳金卓，博士，副教授。研究方向：森林作業與環境。Email：wujinzhuo1980@163.com

引文格式：吳金卓，馮亮，蔡小溪，等.森林生物多樣性評價指標選擇分析[J].森林工程，2015，31（1）：30-33.生物多樣性研究已經引起眾多學者、環保主義者和政府規劃部門的重視。生物多樣性研究是為了能夠制定合理的有利于保護生物多樣性這個重要的人類財產的管理策略。生物多樣性受自然因素和人類活動的雙重影響。從自然因素方面來看，地質的變更及地理環境的變化、氣候條件、自然災害都會影響生物多樣性[1]。從人為因素方面來看，由于人類的不當活動造成了生境破壞和生境破碎；一些地區人為因素導致的外來物種入侵打破了原有生態平衡，從而破壞了生物多樣性；人們對自然資源的過度開發、濫捕濫殺動物、濫砍濫伐植物，對非生物資源過度與盲目的開發，導致生物賴以生存的資源和環境被破壞。另外，大規模使用殺蟲劑，使得環境負擔逐漸增加，在某些地區甚至已經超出了環境的承受能力，對生物多樣性造成了很大的影響。

在眾多生態系統中，森林生態系統的生物多樣性是最豐富的。森林生物多樣性對于維持陸地生態系統平衡，保證人類生存和社會經濟可持續發展有著十分重要的作用。然而，由于森林生境的喪失和退化，全球森林生物多樣性正面臨著嚴重的威脅。目前，世界各國已經積極開展森林生物多樣性的保護工作。其中，對森林生物多樣性進行評估、監測和報告是有效保護生物多樣性、合理利用其資源、保證其可持續發展的基礎和關鍵[2]。建立一個有效的生物多樣性評價指標體系是對生物多樣性正確評估的前提和基礎，而合適的指標的篩選是構建這一體系的首要工作。

本文從文獻分析的角度，分析了生物多樣性的評價方法，提出了森林生物多樣性評價指標的選擇原則以及其中需要注意的一些問題，提出了基于林分水平上的生物多樣性評價指標的初步構想，為全面構建森林生物多樣性評價指標體系奠定理論基礎。

1生物多樣性的評價方法

生物多樣性評價研究主要包括指示物種和指標體系兩個方面。鑒于不同類型的生態系統的復雜程度，人們經常采用一些指示物種類群來監測生物多樣性的變化情況。

指示物種可以包含許多層意思。比如，一個物種的出現表明一系列的其他物種的出現或者某物種的缺乏表明一系列的其他物種的不存在。指示物種也可以是關鍵種，其數量在整個生態系統中的增減導致至少其他一種物種在數量上的顯著變化。指示物種也可以是特定的生態系統中的優勢種，它提供了大部分的生物量或者個體數量最多。比如，澳大利亞北部昆士蘭地區熱帶雨林中的鶴鴕就是一種指示物種。它是100多種結有大果實的植物物種的唯一傳播者，因此，這一物種的銳減直接導致了其他依靠它們傳播種子的物種的減少。

第1期吳金卓等：森林生物多樣性評價指標選擇分析

森林工程第31卷

通過建立評價指標體系來評估和監測生物多樣性是另一種被廣泛采用的方法。目前，國際上已經在生物多樣性評估監測指標體系方面有很多有益的嘗試，開發了一系列理論框架模型，如PSR 模型、DPSIR 模型和等級模型等。PSR模型是生物多樣性監測指標和其他指標體系構建中最常用的模型。DPSIR概念模型是PSR模型的擴展，在其基礎上又考慮了造成環境變化的潛在原因和環境所處的狀態對人類健康和社會經濟的影響。加拿大最常使用的生物多樣性評價指標是加拿大林業部制定的標準以及指標框架。在這個框架下，包含7個標準，生物多樣性保護就是其中之一，它包含22個元素和83個評價指標。這個工作絕大部分是基于“蒙特利爾進程”，一個由12個擁有溫帶和闊葉林的國家開發的框架，里面包含7個標準和67個評價指標來確定森林條件的狀況。美國和其他的國家也開發了類似的評價指標。通過這個框架體系，決策者和利益相關方能夠針對森林經營做出更為科學合理的決策。

我國學者在構建森林生物多樣性評價體系方面也取得了很多成果。如，張明如在對內蒙古寒溫帶針葉林植物多樣性研究中通過自然和人為干擾方式對植物種多樣性產生的影響進行評價來說明該區域植物種多樣性特征和在外力干擾下的變化規律[3]。臧潤國等針對闊葉紅松林可持續經營中的多樣性保護問題，提出了一套生物多樣性間接評價體系，采用綜合打分法計算出森林生物多樣性[4]。李金良采用目標法與專家咨詢法相結合的方法，創建了一套東北過伐林區林業局級森林生態系統多樣性和物種多樣性的指標體系和評價方法[5]。該指標體系包含森林類型多樣性、森林齡組結構多樣性、公益林占森林總面積比重、天然林占森林總面積比重、森林自然度、森覆蓋率、森林破碎化、森林植物物種豐富度、植物物種多樣性指數和珍稀植物物種豐富度共10項指標。程志楚基于我國森林資源清查的結果建立了森林生物多樣性（生態系統多樣性和物種多樣性）的評估指標[6]。

總體來看，我國的森林生物多樣性的研究還處于發展階段?，F有的森林生物多樣性指標體系無論是在指標篩選還是應用層次上還不能完全滿足在林分這一水平上的森林生物多樣性評估。

2評價指標的選擇原則

森林生物多樣性的評價指標有很多。以物種多樣性評價為例，在研究植物群落物種多樣性測度指數時多采用物種豐富度指數、物種多樣性指數、均勻度指數和生態優勢度。而國內外的學者針對各個指數又提出了不同的算法，因此，評價指標的選擇是需要考慮的問題。一般地，在選擇森林生物多樣性評價指標時，應當遵循以下幾個原則：

（1）指標的選擇要以生態學理論為基礎。選擇的大部分森林生物多樣性評價指標應具有一定的生態學意義，以生態學理論，尤其是生態系統生態學和群落生態學理論為基礎[7]。

（2）數據的可獲得性和量化性。Hagan 和 Whitman指出數據的可獲得性約束了生物多樣性評價指標的選擇[8]，因為某些指標的獲得通常受到可使用資金（如國家公益性項目、科研項目等）的約束。選取的指標應該在林業樣地里可以很容易的測量，而且獲取成本在可以接受的范圍之內。另外，選擇的評價指標應該比較容易數量化，以利于定量評價。

（3）統計分析的適用性。選取的評價指標應該能夠進行統計分析以達到客觀和科學的評價目的，這就需要大量的研究樣本，或者指示物種的樣本特性具有比較低的隨機化。

（4）數據的可移植性。使用評價指標進行實地研究或者檢驗方法應該是可以重復的并且可以數據是可以重新獲得的。這就要求采用標準的測量方法和實驗室操作指南來進行測量，并且可以對同類的結果進行合理有效地比較分析。

（5）參考值是否存在。對于一個評價指標，參考值可以幫助評價者來評價某個測量指標的高低以及高低的程度。以枯死木為例，它是森林生態系統不可少的組成部分，為其它生物提供了特殊棲息地，其殘體的分解也為其它生物提供了養分，是生物多樣性評價的一個重要方面。從經營管理的角度上看，對于林地內的枯死木（包括枯立木和倒木）要求其蓄積控制在整個林地蓄積的10%[9]。

3選擇評價指標需要注意的問題

3.1明確評價的最終目的

生物多樣性評價有很多目的，既可以是為了生態環境保護，也可以為了社會和經濟價值的實現。如果最基本的目標是生產社會和經濟價值，那么合適的評價指標應該是與遺傳多樣性或特殊性有關。然而，如果最基本目的是保護生態服務和未來提供彈性服務的能力，那么合適的指標應該是與主要生產力，或者是景觀或者是生態系統多樣性相關。類似地，如果最終目的是保護一小部分目標物種，那么評價指標可以是森林凈生產力、 遺傳多樣性，而此時物種多樣性可能顯得不是非常重要或者說是與此相反的評價指標。

3.2考慮評價指標權重以及它們之間的關系

生物多樣性需要從多個方面進行全面綜合地評價。在諸多評價指標選擇之后，一個重要的議題就是評價指標權重的確定。對于林業工作者而言，這并不是件容易的事情。一方面感覺到每個指標對最終的評價都很重要，很難抉擇；另一方面，由于生物多樣性的組成部分具有感官上的不確定性。然而，沒有給出評價指標權重的后果就是所有的評價指標具有同等的重要性，即權重相同。決策者面對長長的評價在認為比較突出的評價指標中選擇他們有更多更豐富的實踐經驗或者專業知識的指標。因此，如果需要使用多個評價指標來報告對生物多樣性的影響，我們必須要了解每個評價指標的相對重要性以及它們之間的關系。

3.3重視森林經營環境

每當提到森林生物多樣性，人們總會用所有水平上的生物多樣性（基因、物種、生態系統）和所有空間范疇內的生物多樣性（微環境、棲息地、生物圈）來定義。生物多樣性評價必須要在特定的森林經營環境下做出。生物多樣性必須與其他同等關鍵的目標相協調，這樣才能促進森林的可持續發展。眾所周知，皆伐跡地的次生演替可形成異質斑塊，使景觀異質性增加，從而有利于森林的穩定性和生物多樣性。擇伐較皆伐更有利于保持動植物結構的完整性、鳥類群體的生活和林地中鳥類的再繁殖力[10]。在某些情況下，最適宜的森林經營實踐可能是降低生物多樣性或者臨時的降低。當然這一觀點也不是被廣泛認同。當前，各國的森林正向森林認證的方向發展，因此在考慮生物多樣性和可持續森林經營之間的關系開發一個一致認同和現實的評價指標顯得尤為重要。

4基于林分水平上的生物多樣性評價

指標初步構想基于林分水平的森林生物多樣性評估對于指導森林經營活動，如森林采伐、擇伐、森林更新等，制定有效的森林生物多樣性保護政策具有非常重要的意義。林分水平上的森林生物多樣性評價指標可以包括組成、結構、功能等方面的指標。林分組成因子和結構因子決定和構成了某一地區的森林生物多樣性[11-12]，而功能因子（例如，不同物種、枯死木分解以及土壤微生物的功能調節作用）則對于保持森林生態系統的一體性起到積極的作用[13]。生態學家已經開發了一系列的指標和模型來測度林分水平上的森林生物多樣性。目前采用的評價指標多為與結構和組成相關的指標，因為他們更易于測量[14]。Lindenmayer等人將林分水平上的森林生物多樣性指標歸為兩類，即基于關鍵物種識別的指標和基于關鍵結構識別的指標[15]。然而，Margules等人指出沒有充分的證據能夠表明物種能夠完全代表生物多樣性[16]。林分結構方面的指標對于評估森林生物多樣性同樣重要，因為具體的森林經營活動都是在這一層次上實現的[17]。

在林分組成方面，可以考慮植物群落（喬木、灌木和草本）物種多樣性、動物群落物種多樣性、土壤微生物物種多樣性以及物種的其他屬性。植物群落物種多樣性指標可以分為三類：α多樣性指數、β多樣性指數和γ多樣性指數[18]。近年來，我國學者在研究植物群落物種多樣性測度指數時多采用：物種豐富度指數、物種多樣性指數、均勻度指數和生態優勢度[19]。動物是生物界的一個重要組成部分。動物群落多樣性、豐富度及均勻度隨著海拔會有一定的變化，另外種群的時間動態也會呈現季節性波動。在研究針闊混交林生物多樣性時，可以以鳥類多樣性為基礎。國外研究表明，當葉層高度被分為0～0.61、0.61～7.62和>7.62 m三個等級時，葉層高度多樣性與鳥類多樣性有顯著的相關關系[20]。我國也有研究表明，鳥類多樣性與葉層高度多樣性顯著相關，因此，可以用葉層高度多樣性指標來代替鳥類多樣性[21]。土壤微生物是土壤形成和營養元素循環的主體，其含量及活性是反映土壤供肥能力和土壤健康狀況的重要指標。土壤微生物的多樣性不僅是維持生態系統穩定及生產力的關鍵，還在維持遺傳基因多樣性和物種多樣性中起到至關重要的作用?？梢杂梦⑸锟偭?、細菌總量和真菌總量來反映土壤微生物多樣性。物種的其他屬性可以考慮瀕危物種百分比、珍惜物種百分比和外來入侵物種百分比。

林分結構因子可以考慮空間結構指標和非空間結構指標。非空間結構指標即與距離無關的指標，如林分郁閉度、樹種直徑分布、大徑木百分比、粗木質殘體。林分中樹木的空間布局決定了鳥類、昆蟲、附生生物、下層植物及土壤微生物的生境的三維空間，也決定了林分內的生境和物種多樣性，對林分的發展有十分重要的影響[22]。林地內樹木的水平分布格局，分為隨機分布、均勻分布和集群分布3 種。可以采用多個指標進行測試，如應用擴散系數、Lloyd的平均擁擠度、聚塊指數和負二項參數等進行主要種群分布格局的測定[23]。

5結束語

森林生物多樣性是維持生態系統平衡和森林生產力持續發展的重要條件，也是人類社會生存和發展的物質基礎[24]。本文從文獻分析的角度，分析了生物多樣性的評價方法，提出了森林生物多樣性評價指標的選擇原則以及其中需要注意的一些問題，并對林分水平上的生物多樣性評價指標提出了初步的構想。未來的研究方向將以針闊混交林不同演替階段針闊混交林樣地為研究對象，根據初步構建的指標體系具體選擇評價指標，并運用數學分析方法確定指標的權重。

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[責任編輯：李洋]