全球陆续开展了森林生态系统健康评价与森林可持续发展进程,提出了相应的指标体系。美国针对森林生态系统健康与管理的FIM计划[1],含9个评价因子[2-3]。欧洲森林生态系统健康评价方案主要为ICP[4],包括3个水平的检测因子。《圣地亚哥宣言》提出了7项森林可持续经营的战略性标准(Criteria)和67款建设性指标(Indicators)。7项标准分别是:生物多样性保护,森林生态系统生产能力的维持,森林生态系统健康和活力的维持,水土资源的保持和维护,森林对全球碳循环贡献的维持,满足社会需求的长期多种社会经济效益的保持和加强,森林保护和可持续经营的法规、政策和经济体制。
千年生态系统评估从森林面积、聚集森林类型分布、木材蓄积和生物量、天然林数量、林外树木、林区人口分布几个方面评价了森林生态系统的现状和变化趋势[5]。我国学者也从森林生态系统健康,生态功能与效益以及可持续发展方面展开了研究[6-12],取得了比较丰富的成果。森林生态质量对指森林生态系统的生态服务功能、健康状况以及自调节功能的综合测度。本文在总结国内外前人研究的基础上,对森林生态质量评价体系与方法做了初步的探索。
1研究区概况
研究区主要设在徐州市区、贾汪区、铜山县和新沂市周边的石灰岩山地。全区属于暖温带半湿润季风气候区,干湿季节明显,年平均降水量869mm,年平均蒸发量为1702•6mm。光照、热量充足,全年无霜期209d,年平均气温1℃,年平均风速3m/s,冬季旱风强烈,风日频率高。石灰岩山地土壤类型主要为石灰岩风化淀积形成的碱性土,土层瘠薄,养分匮乏。山地森林主要为人工营造的侧柏纯林,天然林位于保护区内,面积较小,其中混交林是林地在原先天然更新的基础上人工又补植侧柏、黑松等树种的林分。
2研究对象与方法
2.1研究对象研究对象为徐州市区、贾汪区、铜山县和新沂市周边的石灰岩山地人工营造的侧柏纯林,以及位于保护区里的天然次生林、混交林。其中绝大部分为人工营造的侧柏纯林,且林分长势差,多数为小老头树。
2.2研究方法
2.2.1标准样地调查法选择位于马陵山与艾山风景区内的天然林与混交林标准样地5块,分别在位于邳州市巨山,新沂市马陵山冷水泉,铜山县凤凰山、大窝山、尖山、道疃林场和贾汪区大洞山等地人工营造的林分选取标准样地34块,每座山的样地选择按山麓到山顶依次选择3块,较矮山地依据实地情况选择1~2块标准地。每个样地都是面积为400m2的正方形,对样地内的树木做每木检尺,即测定每株树木的胸径、树高、冠幅、落叶比例、种类和年龄,测定样地内天然林比例、郁闭度、灌草盖度、土壤厚度、腐殖质层厚度和枯落物厚度。每块样地取土样3份,在实验室测定样地土壤的理化性质。
2.2.2森林生态质量评价方法从森林结构与功能和森林健康状况2个方面来构建森林生态质量评价指标体系,通过层次分析法、等级评分法和加权综合指数法来评价徐州山地森林生态质量。
3森林生态质量评价理论方法
3.1评价指标体系与层次结构的构建
森林生态质量主要反映在森林结构与功能和健康状况2个方面。根据标准地调查资料,按照科学性、系统性、可操作性、独立性和代表性的原则,从森林结构与功能和健康状况2方面来构建评价指标体系。对于徐州山地森林生态质量的综合评价,依据层次分析法进行,以森林健康状况和结构与功能为基础开展。其评价指标的选取与层次分析如图1。3.1.1森林健康状况指标选取抗干扰能力、抗病虫害能力和森林生长活力来反映森林的健康状况。抗干扰能力由树种多样性与森林火险等级构成,树种多样性是森林内乔灌木树种物种多样性的体现,物种多样性与森林的稳定性和抗外界干扰能力有着直接的关系,物种多样性越高的森林越稳定、抗外界干扰能力也越强、生态系统也越健康;森林火险等级是森林抗火灾能力的直接标准;树叶损失率是森林受到病虫危害程度的划分标准,森林病虫害等级从反面反映了森林抗病虫害的能力。3.1.2森林结构与功能指标森林结构与功能指标选取郁闭度、灌草盖度、天然林比例、涵养水源能力和改良土壤能力5个指标。结构与功能密不可分,结构好的林分其生态系统服务功能也相应较好。郁闭度和灌草盖度越大的林分越接近成熟,森林的防风固沙、调节气候能力也越强;天然林比例大的林分其生态系统的功能与稳定性以及生态效益明显强于人工林;对于山地森林其涵养水源的功能尤其重要,土壤孔隙度和含水量是涵养水源能力的直接反应,枯落物层越厚,其吸收的降水量越大,森林涵养水源能力越强,同时也减少表土层的土壤流失。对于山地瘠薄土层,森林改良土壤能力非常重要,有机质含量、腐殖质层厚度和土壤厚度是森林改良土壤能力的直接量度。
3.2评价权重的确定
评价权重的确定是整个评价过程中关键的一步,权重的大小分配是否合理关系到评价成果是否合理。本文应用层次分析方法[13],来确定评价权重。层次分析法(AHP)确定权重的步骤是:(1)确定目标和评价因子集U。(2)构造判断矩阵。(3)计算重要值排序。根据A-U矩阵,求出最大特征根所对应的特征向量,所求的特征向量即为各评价指标重要性排序,也就是权数分配。本次评价权重是用以上层次分析法确定,权重确定的判断矩阵如下:A-B1判断矩阵如下:1121121/21/21其最大特征根λmax1=3,对应的特征向量为XB1=(2、2、1),对其标准化和归一化,得到(0•40,0•40,0•20),即为所求的森林健康状况评价指标的权重(见表1)。用同样方法得到森林结构与功能评价指标的权重(见表1)。对于森林生态质量的综合评价体系(A)的2个约束层(B1和B2)权重的确定,认为森林结构与功能要比森林健康状况稍微重要,故2者的权重经过标准化处理后,为B1=0•40,B2=0•60。(4)一致性检验。其方法是通过计算判断矩阵的随机一致性比率(CR)来检验,即:CR=CI/RI,当CR<0•1,即可认为判断矩阵具有满意的一致性,说明权重分配是合理的。下面以森林健康状况的判断矩阵为例来检验。CI=λmax-nn-1=3-33-1=0那么CR=CI/RI=0/0•90=0<0•10,认为该判断矩阵具有满意的一致性,说明权重分配是合理的。本文的其他指标权重分配均通过了一致性的检验,检验过程略。经构建判断矩阵,并通过一致性检验后,建立徐州山地森林生态质量的评价体系,各指标的权重确定结果见表1。
3.3标准化处理为更好地进行标准化处理,反映实地调查的情况与数据来源的真实性和复杂性,列出徐州山地不同林分类型的标准地调查数据(如表2)。由于各指标的含义不同,指标值的计算方法也不同,会造成各指标量纲的差异,因此即使各指标全部定量化,也不能直接进行计算,须先对指标进行标准化处理。结合徐州山地森林的特点与标准地调查的各指标值情况和以前的研究工作基础[14-19],对各指标进行等级划分并给以适当的分值,来达到对指标进行标准化处理的目的(见表3)。#p#分页标题#e#
3•4综合指数计算与等级划分根据各个评价指标的权重值与各个评价指标的等级分值进行逐层次加权计算,得到森林生态质量评价各因素指数与综合评价指数。FEQ=∑ni=1SiWi(i=1,2,…,n)式中,FEQ为森林生态质量综合指数,Si为各因素评分值,Wi为各因素的权重。结合黄国胜[11]等人的研究,把森林生态质量等级划分为3个,森林生态质量等级好、中、差的范围分别为>7•0,4•0~7•0,<4•0。
4结果与分析
通过对天然林、人工林以及混交林3种林地类型的实地调查,选取典型样地39块。运用层次分析法,在以上步骤的基础上,计算出徐州山地不同林分类型的森林生态质量综合指数值和各个评价指标的分指数值(见表4)。从表4中可以明显看出,不同林分类型森林生态质量的差异,天然林大于混交林,混交林大于人工林。天然林的生态质量平均值为7•81,均位于新沂市马陵山风景区,生态质量佳;混交林森林生态质量均值为7•59,位于邳州市铁富镇艾山风景区,生态质量也比较好;人工林森林生态质量均值为3•97,森林生态质量差。从分指数来看,天然林的健康状况好于混交林,混交林好于人工林;结构与功能指数也是天然林好于混交林,混交林好于人工林。由此可以得出无论是森林结构与功能还是森林健康状况,森林生态质量都是天然林好于混交林,混交林好于人工林。评价结果得出森林生态质量综合指数>7的样地有5块,4~7之间的有16块,<4的有18块,森林生态质量中与差的林分占很大比重,说明了徐州山地森林提高生态质量还有很大潜力。通过评价结果得出,保存较好的位于马陵山与艾山风景区内的天然林与混交林森林生态质量较好,而人工营造的位于邳州市巨山,新沂市马陵山冷水泉,铜山县凤凰山、大窝山、尖山、道疃林场和贾汪区大洞山等地林分森林生态质量都比较差。为更好地反映侧柏纯林森林生态质量各因子间的关系与变化情况,用不同林龄样地评价指数平均值来简单直观反映。侧柏纯林不同林龄各评分值的平均值见表5。从表5中可以看出,30年生侧柏林的健康状况好于40,50年生侧柏林,但森林结构功能指数远比40,50年生侧柏林差,故其综合评分小于40,50年生的侧柏林。森林生态质量综合评价指数可明显看出30,40,50年生侧柏林森林的生态质量由差到好递增,40年生侧柏林森林生态质量综合评分值居中,50年生侧柏林森林生态质量综合评分值最好为4•22。森林健康状况指数随林龄增加而下降。同时由于森林生长活力匮乏、抗病虫害能力下降与枯落物积压等导致过熟林火险等级的提高,而又缺乏相应的人工疏伐、间伐等营林措施导致林龄偏大侧柏林健康状况恶化的趋势。森林结构与功能指数随林龄增加表现出与健康指数相反的趋势,随着林龄变大,森林郁闭度提高,枯落物层厚度增加,森林的涵养水源保持水土能力提高,土壤有机质增加,腐殖质层变厚,森林改良土壤的能力充分体现。人工营造的侧柏纯林森林生态质量综合指数平均值为3•88,整体生态质量差,需要对林分进行大规模改良抚育等人工措施,提高侧柏纯林的森林生态质量。
5讨论
本文基于林业标准地调查数据,选取不同类型森林的典型样地,从森林健康状况和森林结构与功能2个方面提出了徐州山地森林生态质量的评价体系。在结合层次分析法的基础上提出了适合徐州山地的森林生态质量评价体系。本评价体系只针对徐州山地森林提出,同时又由于森林生态系统的极端复杂性导致指标的选取具有一定的局限性。开展区域森林生态质量评价可结合本评价体系,在指标体系构建上选取适合当地的森林生态质量评价指标,以期最终形成区域森林生态质量评价体系。
