山西省關帝山國有林區南海灘林場森林生態系統健康評價研究

王曉康

(山西省關帝山國有林管理局，山西文水 032100)

森林生態系統作為全球生物圈重要的生態系統，不僅能夠為人類提供眾多生態產品，更是我國生態文明建設的重要載體。目前，山西全省僅有宜林荒山地107余萬hm，按照目前山西省每年33余萬hm的造林速度，3年內將基本實現綠化任務。因此，積極開展森林經營，精準提升森林質量必將成為林草發展的轉型方向。根據2019年山西省森林資源年度清查數據，全省森林覆蓋率達23.18%，首次超過全國平均水平，但山西省森林蓄積量僅為8 126萬m，平均蓄積僅為52.95 m/hm，僅為全國平均水平(94.80 m/hm)的44.15%，更是遠低于世界平均水平(138.00 m/hm)，與德國、日本、加拿大等發達國家差距更大。關帝林局蓄積103.50 m/hm，略高于全國平均水平，但遠低于世界平均水平。山西省把提高森林質量作為“十四五”林草發展規劃的重點任務，提出到2025年實現全省森林蓄積量達到1.69億m。關帝山國有林區作為山西省最大的省直國有林區，針對山西森林由增量向提質的轉變，筆者以林區南海灘林場為例，進行了森林健康評價，對進一步豐富森林經營技術，培育穩定優質的森林生態系統，提升森林生態系統服務功能價值有著重要的理論支撐。

森林健康評價是基于生態系統健康評價理論的基礎上提出的。森林健康是指森林生態系統能夠維持林分結構穩定，增強抗干擾免疫，保持生物多樣性。隨著森林經營理論和森林經營技術的不斷發展，森林生態系統健康的概念也逐漸被各領域的專家學者接受和利用，對森林進行健康評估工作也越來越受到森林資源管理者和經營者的重視，同時，很多森林資源管理機構在開展森林經營活動中，將構建健康穩定的森林作為林草工作的標準和目標。

森林健康的概念于20世紀70年代由德國學者提出，并制定出監測方法和評價體系，90年代又提出了新的“近自然經營”理論，目前，成為山西省森林經營的主要理論。我國森林健康評價研究起步較晚，始于21世紀初，陳高等從不同角度對森林健康進行了定義，孔紅梅等從生物多樣性、結構功能、養分循環的角度制定了評價體系，曹小玉等則運用基于結構方程的方法對森林健康構建了評價模型。目前，全國各地均開展了森林健康評價工作，周泉等利用VOR模型對阿爾泰山林區開展了森林生態系統健康，譚繼旭對青海高寒地區人工林開展了健康評價，劉芬利用遙感技術建模對大興安嶺森林生態系統進行了健康評價。國家林業和草原局在理論研究的基礎上，分別在北京八達嶺、江西信豐縣、云南麗江市、貴州麻江縣和陜西佛坪縣建立了森林健康示范區，這些示范區基本上涵蓋了我國黃河、長江流域的主要森林類型，既有天然林又有人工林，既有次生林又有低效改造林，既有國有林場又有國家級自然保護區。

1 研究區概況

南海灘林場位于關帝山國有林區西部，屬于呂梁山生態脆弱區，為溫帶大陸性氣候，年均氣溫8.5 ℃，年均降水量480 mm，無霜期100～125 d。林場經營總面積12 806.37 hm，林木活立木總蓄積量6.69萬m。其中，有林地8 016.45 hm，灌木林地2 671.75 hm，宜林荒山地225.69 hm，基礎數據為2019年林業資源二類調查數據。

2 森林健康評價體系構建原則

森林健康評價是對森林在生長過程中，受人為干擾或自然因素，進行林分結構、生態功能的診斷。對森林生態系統健康進行評價，指標體系的選擇是重點，指標的選取將對評價結果的科學性產生最直接的影響。森林健康指標的選取必須實現3個目標：一是指標體系能精準地反映該區域森林生態系統特點；二是能科學地反映該區域森林的健康狀況；三是通過長期觀測，能夠反映該區域森林生態系統變化的趨勢，分析出合理的原因。綜合所述，主要包含以下幾個原則：

(1)遵循科學性。指標體系必須建立在科學理論的基礎上才能客觀、準確地評價該區域森林健康狀況，并且將來能夠指導森林經營。

(2)有可操作性。指標要簡單明了，易監測，易獲取。同時，在評價計算中，不宜過于煩瑣復雜。

(3)具有推廣性。指標的選擇要面對服務基層林業技術人員，易理解，并得到基層林區技術人員的認可，在林區開展森林撫育等經營活動中易于推廣。

3 森林健康評價體系構成

根據構建原則，結合關帝山國有林區南海灘林場森林生態系統的實際情況，從生長結構指標、生長活力指標、抵抗能力指標3個層次構建關帝山國有林區南海灘林場森林生態系統健康評價體系。林木生長結構主要有林木空間結構、群落層次結構、草本灌木層蓋度；生長活力指標主要有公頃活立木蓄積、天然更新能力、林齡結構、郁閉度；抵抗能力指標主要有抗有害生物能力、火災風險等級、土壤侵蝕度。具體指標等級見表1。

表1 研究區森林健康評估指標體系Table 1 Forest health assessment index system in the study area

應用下式對研究區各小班森林生態系統進行健康型評價。

(1)

式中，為各小班森林健康評價的得分，為各小班不同指標森林健康的等級得分，為各指標的權重；為小班；為森林生態系統健康評價指標。

式中分值采取指標賦值法，對評價的小班按指標予以賦值進行計算，表1中，Ⅰ級分值為≥8.5～10.0分，Ⅱ級分值為6.0～<8.5分，Ⅲ級分值為<6.0分。根據研究區的林分特點，采用層次分析法，對各指標相應賦權。不同指標的權重值見表2。

4 評價結果

根據式(1)，對關帝山國有林區南海灘林場各小班森林

表2 不同指標權重值Table 2 Weights of different indicators

健康分值進行計算。根據總體得分，將健康等級劃分為健康(分值≥7.5)、亞健康(分值為6.0～7.4)、不健康(分值為4.0～5.9)和極不健康(分值為<4.0)4個等級，并利用AcrGIS繪制南海灘林場森林健康等級分布圖(圖1)。

圖1 研究區小班森林生態系統健康等級分布Fig.1 Distribution of the health level of Xiaoban forest ecosystem in the study area

評價結果顯示，健康的森林小班有119個，占小班總數的8.7%，面積1 237.24 hm，天然林以遼東櫟為主的闊葉混交林，人工林為2018—2020年人工撫育的小班。其主要特點為系統結構復雜，各要素之間形成良好的生物循環，物種多樣性豐富，林木凈生產力旺盛，土壤層厚，抵抗病蟲害、火災能力強，在森林經營中不需要進行過多的人為撫育措施。

亞健康小班有193個，占小班總數的14.0%，面積為1 668.34 hm。主要由人工油松、落葉松純林或針葉混交林、楊樺混交林組成，其主要特點為群落層次為復合層，但生物多樣性相對不足，抵抗能力偏弱，在森林經營中，需要進行衛生伐、生長伐等較多的撫育措施。

不健康小班有318個，占小班總數的23.1%，面積為3 048.33 hm。主要由人工油松、落葉松中幼齡純林、闊葉樹純林組成，主要特點為群落結構單一，生物多樣性偏少，生長力不足，穩定性差，火險和病蟲害等級高。需要采取生長伐的方式，提高林木生長力。

極不健康小班有746個，占小班總數的54.2%，面積為6 852.46 hm。主要為人工針葉林幼林、闊葉樹幼林、灌木林地、疏林地、荒山荒地等。主要特點為密度過大，結構單一，生產力極低，病蟲害、火災等級高，生態系統極不穩定。需要采取透光伐、生長伐、疏伐、灌木林改造、低效林改造等撫育措施，調整結構，提高生長力，調節生態系統。

5 結論與討論

通過以小班為單位，運用林木空間結構、群落層次結構、草本灌木層蓋度、公頃活立木蓄積、天然更新能力、林齡結構、郁閉度、抗有害生物能力、火災風險等級、土壤侵蝕度10個指標對關帝山國有林區南海灘林場森林生態系統進行健康評價，反映南海灘林場森林生態系統的健康狀況，評價結果顯示，健康林分主要表現為混交復層林、異齡林、灌木草本層較為發達，郁閉度為0.5～0.7，天然更新良好，生物多樣性豐富，這樣的森林生態結構具有一定的穩定性和抗干擾性，是健康森林的標準化結構，但南海灘林場1 376個小班中，有54.2%的小班處于極不健康狀況，這說明應該加快森林經營步伐，運用人工撫育措施，改良林分結構，釋放林木生長力，從而提升森林質量，培育穩定健康的林分結構。

在不健康小班中，主要是人工油松幼林純林，這主要是由于南海灘林場20世紀60年代為造林站，是老林業人留下的廣大一片人工林，這說明南海灘林場應該將中幼林人工林撫育作為森林經營的重點。

森林生態系統的健康狀況是動態變化的，因此，今后林區應設置固定樣地，開展長期穩定的森林生態系統效益監測評價，積累更為精準動態監測數據，為森林經營提供科學支撐。該研究僅以關帝山國有林管理局1個林場進行小尺度研究，林區經營面積30.71萬hm，包含1個國家級保護區、1個國家級濕地公園、2個省級保護區、20個國有林場，下一步將對關帝山國有林區開展大尺度評價研究，為整個林區科學開展森林經營提供有力支撐。