李小剛

【摘要】：森林健康評價是當前國內外的熱點問題，已成為國內外森林狀況評估和森林資源管理的重要手段，但目前森林健康評價指標體系差別較大。對森林這樣一個復雜系統(tǒng)的健康狀況進行綜合評價的方法很多，但是每種方法考慮問題的側重點不盡相同。鑒于所選擇的方法不同，有可能導致評價結果的不同，因而在進行不同類型森林健康評價時，應具體問題具體分析。與國外相比國內森林健康指標過多、過泛，部分指標可操作性差含義不清。 需要制定統(tǒng)一和標準的森林健康評價指標每個指標的閾值可因地域、經營目標、森林類型各異。本文介紹了各種評價方法的優(yōu)缺點以及應用實例，并對森林生態(tài)系統(tǒng)健康評價的研究趨勢做了一個展望。

【關鍵詞】：森林健康；評價方法；體系研究

1、 引言

森林健康研究最早出現(xiàn)是在20世紀60年代，當時森林健康作為森林管理者的一個基本概念，強調的是森林病蟲害、森林火災和干旱等脅迫因子對森林的影響以及如何實施有效的治理等[1]。從60年代到80年代初期，隨著人們對森林作為生態(tài)系統(tǒng)總體認識的不斷深入以及環(huán)境污染、木材的過量消耗而造成的森林生態(tài)系統(tǒng)的不斷退化對森林健康的理解也隨之發(fā)生變化，對森林健康的研究也逐步從林分轉移到森林生態(tài)系統(tǒng)上來[2] 。當時對森林健康的研究主要從兩方面進行，一方面研究森林生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)和能量流動，主要是關于凈初級生產力（NPP ）、碳截留與碳分配、營養(yǎng)物質循環(huán)等。一個健康的森林生態(tài)系統(tǒng)能夠有效地利用資源并快速從脅迫狀態(tài)中恢復；而一個亞健康或不健康的森林生態(tài)系統(tǒng)則包括森林生產力和多樣性非正常地減少營養(yǎng)物質過快淋失，土壤侵蝕從脅迫狀態(tài)恢復過程慢甚至不能恢復等。另一方面則是調查林分的生長率、死亡率和林冠狀態(tài)這主要也是源于酸沉降和其他大氣污染物的影響而造成對森林的損害。

到 80年代，隨著對物種多樣性瀕危物種以及非經濟森林價值概念的深入理解，森林健康的概念和研究內容也發(fā)生了變化，研究內容也涵蓋了生態(tài)系統(tǒng)的結構和功能的變化、物種多樣性保護和森林資源的持續(xù)管理等[3]?，F(xiàn)代森林生態(tài)系統(tǒng)健康的概念己逐步發(fā)展為包括林分、森林群落、森林生態(tài)系統(tǒng)以及森林景觀在內的一個復雜的系統(tǒng)概念。目前對森林生態(tài)系統(tǒng)健康的研究一方面強調森林生態(tài)系統(tǒng)健康與森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能的關系[4-5]；另一方面強調森林生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況研究、森林健康脅迫因子、活力、組織、承載能力和恢復能力等[6]。隨著遙感和G1S技術的發(fā)展，森林生態(tài)系統(tǒng)健康的監(jiān)測與評價方法也得到很大提高，研究方法也逐步從定性化到定量化方向發(fā)展[7]。

2 、森林健康概述

一般認為，健康的森林是生物因素和非生物因素對森林的影響不會威脅到現(xiàn)在或將來森林資源經營的目標。健康的森林并非沒有病蟲害、沒有枯立木、沒有瀕死木，而是它們一般只在較低水平存在，它們對于維護林中的生物鏈和生物多樣性以及保持森林結構的穩(wěn)定是有益的[8]。

2.1 健康森林的特征

在對森林進行健康評價時，首先要介紹一下健康森林具有什么特征。一個健康的森林不僅要有自持力和恢復力，更要能夠滿足人類日益增長的物質文化需要。健康的森林在整個演替過程中應遠離生態(tài)系統(tǒng)失調綜合癥。生態(tài)系統(tǒng)失調綜合癥是指系統(tǒng)被破壞后導致其在正常生命期限前終結的不可逆過程[9]。目前，大量事實表明，許多受人類支配地區(qū)的諸多森林生態(tài)系統(tǒng)，均已受到高度脅迫而處于功能失調的境地。

健康的森林對災難變化具有恢復力?；謴土κ欠从成稚鷳B(tài)系統(tǒng)抵抗外界壓力并且在外界壓力消失的情況下逐步恢復到穩(wěn)定狀態(tài)的能力。事實上，破壞和恢復是森林生態(tài)系統(tǒng)永久循環(huán)的組成部分。盡管人類活動對森林造成了破壞，但是森林卻呈現(xiàn)出了驚人的恢復力。主要植被生長所需的關鍵性資源的供給和需求處于平衡狀態(tài)。對于生存所需必要資源，健康的森林是可以自給自足的。演替階段的多樣性及管理實踐和生態(tài)系統(tǒng)過程不會危害鄰近的生態(tài)系統(tǒng)。健康森林必須能為人類提供一定量的物質產品，因此生產力的大小是反映森林健康與否的重要特征之一。

2.2 影響森林健康的因素

影響森林健康的因素很多，這些因素不僅能影響個體樹木的健康，也能引起林分甚至森林生態(tài)系統(tǒng)的健康。認識并掌握這些因素的作用機制和途徑對于選擇合適的評價指標有很大幫助。對森林健康有影響的因素分為自然因素和人為因素[10]，這2種因素或單獨或同時起作用[11-12]。另外，人為因素的影響能夠改變自然因素的發(fā)生及其嚴重性。各種影響森林健康的因素都可能會發(fā)生變化，相同的因素在不同的時間所起的作用也不一樣。

3 、森林健康評價方法研究進展

森林健康評價是診斷由于人類活動和自然因素引起森林生態(tài)系統(tǒng)的破壞和退化所造成的森林生態(tài)系統(tǒng)的結構紊亂和功能失調使森林生態(tài)系統(tǒng)喪失服務功能和價值的一種評估[13] ，是指采用完善的評估指標體系來診斷和評估現(xiàn)有森林生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況是對森林生態(tài)系統(tǒng)生產力水平、結構狀態(tài)、抵抗外界干擾能力以及服務功能等多方面綜合能力的一種評估[14]。

3.1 指示物種類群評價法

指示物種評價森林健康，主要是依據生態(tài)系統(tǒng)的關鍵物種、特有物種、指示物種、瀕危物種、長壽命物種和環(huán)境敏感物種等的數(shù)量、生物量、生產力、結構指標、功能指標及其一些生理生態(tài)指標來描述生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況[15]。主要分為當生態(tài)系統(tǒng)受到外界脅迫后，生態(tài)系統(tǒng)的結構和功能受到影響，這些指示物種的適宜生境受到脅迫，指示物種結構功能指標將產生明顯的變化。因此，可以通過這些指示物種的結構功能指標和數(shù)量的變化來表示生態(tài)系統(tǒng)的健康程度或受脅迫程度，同時也可以通過這些指示物種的恢復能力表示生態(tài)系統(tǒng)受脅迫的恢復能力。

主要優(yōu)點：生物指示法是生態(tài)系統(tǒng)中的動物、植物或微生物，但某一生態(tài)系統(tǒng)受到自然力和人類獲得的干擾后，生物指示法可以發(fā)生種群數(shù)量或種群行為的明顯變化。因此，生物指示物平價法具有快捷、高效的特點符合生態(tài)系統(tǒng)健康評價的實用可操作原則。

主要缺點：指示物種的篩選標準不明確，找到真正合理的指示物種組合決非易事，有些采用了不合適的類群等，同時難于測定每個物種的作用[16]；此外指示物種的一些監(jiān)測參數(shù)的選擇不恰當也會給生態(tài)系統(tǒng)健康評價帶來偏差。

3.2 綜合指標評價法

綜合指標評價法評價生態(tài)系統(tǒng)健康，首先要選用能夠表征生態(tài)系統(tǒng)主要特征的指標，其次要對這些特征進行歸類區(qū)分分析各個特征對生態(tài)健康的意義，再次是對這些特征因子進行度量，最后建立生態(tài)系統(tǒng)健康評價的指標體系。

綜合運用不同尺度信息的指標體系，應該是未來生態(tài)系統(tǒng)健康評價的發(fā)展方向。生態(tài)系統(tǒng)健康的評價指標有活力、組織結構、恢復力、生態(tài)系統(tǒng)服務功能的維持、管理選擇、外部輸入減少、對鄰近系統(tǒng)的影響及人類健康影響等 8個方面[17]。

綜合指標評價法評價生態(tài)系統(tǒng)健康的優(yōu)點是，綜合了生態(tài)系統(tǒng)的多項指標，通過指標體系評價，將這些信息進行綜合反映了生態(tài)系統(tǒng)的健康程度。同時也反映生態(tài)系統(tǒng)的健康負荷能力及其受脅迫后的健康恢復能力，反映了生態(tài)系統(tǒng)的不同尺度的健康評價轉換，這類方法適用于任何類型的生態(tài)系統(tǒng)，是目前比較完善的森林生態(tài)系統(tǒng)健康評價方法。

3.3 健康距離（HD）法

陳高[18]以闊葉紅松林生態(tài)系統(tǒng)為例，從對森林生態(tài)系統(tǒng)健康的理解和評價出發(fā)，通過引入模式生態(tài)系統(tǒng)集的思想，提出了對森林生態(tài)系統(tǒng)健康理解的獨創(chuàng)看法，并以此提出生態(tài)系統(tǒng)健康評估的一種方法——健康距離（HD）法。并推導出計算公式，提出一般的干擾越大壓力越大健康損益值越大HD 越大，該生態(tài)系統(tǒng)（群落）就偏離模式生態(tài)系統(tǒng)越遠越不健康，對人類的服務功能就越弱，這樣通過建立一個指標體系集來綜合說明，將可以很方便地對森林生態(tài)系統(tǒng)健康進行評估操作。

3.4 主成分分析法

主成分分析 （簡稱 PCA）是由卡爾（Karl）和皮爾遜（Pearson）最早在 1901 年提出，只不過當時是應用于非隨機變量。1933 年霍蒂林（Hotelling）將這個概念推廣到隨機向量。該方法是利用降維的思想把多指標轉化為幾個綜合指標的多元統(tǒng)計分析方法。

趙小亮[19]以河北省承德縣森林生態(tài)系統(tǒng)為研究對象，將數(shù)學統(tǒng)計方法中的主成分分析法應用于指標選取和健康值的計算中，探討了該方法在森林生態(tài)系統(tǒng)健康評價中應用的合理、可操作性。部分評價指標之間有時存在一定程度的相關關系，若直接應用該指標體系可能會使被評價對象反映的信息有所重復。

主要優(yōu)點：根據評價指標中存在著一定相關性的特點，用較少的指標來代替原來較多的指標，并使這些較少的指標盡可能地反映原來指標的信息，從根本上解決了指標間的信息重疊問題，又大大簡化了原指標體系的指標結構；另外各綜合因子的權重不是人為確定的，而是根據綜合因子的貢獻率的大小確定的。這就克服了某些評價方法中人為確定權數(shù)的缺陷使得綜合評價結果唯一而且客觀合理。

主要缺點：計算過程比較繁瑣且對樣本量的要求較大；評價的結果跟樣本量的規(guī)模有關系；主成分分析法假設指標之間的關系都為線性關系。但在實際應用時，若指標之間的關系并非為線性關系，那么就有可能導致評價結果的偏差。

3.5 層次分析法

層次分析法是美國著名運籌學家 F.L. Santy 于 20 世紀 70 年代提出的 （簡稱 AHP），這種方法可將一些量化困難的定性問題在嚴格數(shù)學運算基礎上定量化將一些定量、定性混雜的問題綜合為統(tǒng)一整體進行綜合分析。在目前所有確定指標權重的方法中AHP 因是一種較為科學合理、簡單易行的方法而被廣泛使用。是目前確定森林生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標權重最普遍的一種方法。

主要優(yōu)點：把定性分析與定量分析有機結合起來的較好的科學決策方法。它通過兩兩比較標度值的方法，把人們依靠主觀經驗來判斷的定性問題，定量化既有效地吸收了定性分析的結果又發(fā)揮了定量分析的優(yōu)勢；既包含了主觀的邏輯判斷和分析又依靠客觀的精確計算和推演。

主要缺點：雖然層次分析法較好地考慮和集成了綜合評價過程中的各種定性與定量信息，但是在應用中仍擺脫不了評價過程中的隨機性和評價專家主觀上的不確定性及認識上的模糊性。

3.6 模糊綜合評價法

模糊綜合評判法是由 1980 年汪培莊教授提出的。利用多個指標刻畫事物的本質與特征，由于對一個事物的評價往往不是簡單的好與不好，而是采用模糊語言分為不同程度的評語。由于森林生態(tài)系統(tǒng)及其健康評價系統(tǒng)的動態(tài)性和復雜性其健康程度評價往往設計多指標、多因素這時就要根據多個因素對生態(tài)系統(tǒng)作綜合評價，且各評價因素的評價具有模糊性，因此采用模糊綜合評判法對各要素進行評判可獲得科學的評價結果。

阮作慶[20]以森林生態(tài)系統(tǒng)健康評價理論為基礎，通過定性和定量分析相結合的方法，建立了森林生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標體系，同時應用模糊數(shù)學法中的多層次綜合評判法，建立評價模型評價結果符合實際具有較好的評價效果。

主要優(yōu)點：首先隸屬函數(shù)和模糊統(tǒng)計方法為定性指標定量化提供了有效的方法，實現(xiàn)了定性和定量方法的有效集合；其次在客觀事物中一些問題往往不是絕對的肯定或絕對的否定，涉及到模糊因素而模糊綜合評判方法，則很好地解決了判斷的模糊性和不確定性問題。最后所得結果為一向量克服了傳統(tǒng)數(shù)學方法結果單一性的缺陷。

主要缺點：該方法不能解決評價指標間相關造成的評價信息重復問題；且各因素權重的確定帶有一定的主觀性；同時在某些情況下隸屬函數(shù)的確定有一定困難；尤其是多目標評價模型要對每一目標、每個因素確定隸屬度函數(shù)過于繁瑣實用性不強。

3.7 人工神經網絡法

人工神經網絡 （簡稱 ANN）是在對大腦的生理研究的基礎上，用模擬生物神經元的某些基本功能元件（即人上神經元），按各種不同的聯(lián)結方式組成的一個網絡。模擬大腦的某些機制，實現(xiàn)某個方面的功能可以用在模仿視覺、函數(shù)逼近、模式識別、分類和數(shù)據壓縮等領域。它不需要任何先驗公式就能從已有數(shù)據中自動地歸納規(guī)則，獲得這些數(shù)據的內在規(guī)律，具有自學習性、自組織性、自適應性和很強的非線性映射能力，特別適合于因果關系復雜的非確定性推理、判斷、識別和分類等問題。

甘敬，朱建剛[21]在擬定 RAFH 指標后通過對訓練樣本的模式識別來構建一個 BP神經網絡，并以測試樣本為新的輸入項進行模擬將模擬值與森林健康精準評價（簡稱 PAFH）結果（期望值）進行誤差分析比較，檢驗了指標的合理性為森林生態(tài)系統(tǒng)健康實踐提供理論依據。

李靜銳[22]根據神經網絡模型原理，從生態(tài)系統(tǒng)健康評價的基礎理論和原理出發(fā)，同時結合實際調查情況對生態(tài)系統(tǒng)進行單項健康指標的分析和評價。然后以生態(tài)系統(tǒng)綜合健康評價的模式為基礎，利用BP神經網絡模型根據生態(tài)系統(tǒng)的組織結構、生態(tài)功能和社會效益等健康指標，對八達嶺地區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)的健康進行數(shù)字化表達。

3.8 灰色關聯(lián)度法

灰色關聯(lián)度分析，是根據系統(tǒng)各個因素間或系統(tǒng)行為間的數(shù)據列或指標列的發(fā)展態(tài)勢與行為作相似或相異程度的比較，以判斷因素的關聯(lián)度和行為的接近。灰色關聯(lián)度是一種多因素統(tǒng)計分析方法。它以各因素的樣本數(shù)據為依據用灰色關聯(lián)度來描述因素間關系的強弱、大小和次序其基本思想是根據曲線幾何形狀的相似程度來判斷關聯(lián)度程度。該方法定量考慮多個因子的作用得出具有可比性的綜合性指標，從而提高綜合評估的準確性和有效性，避免了人為評判的主觀性。

4 、我國森林健康評價存在的問題與趨勢展望

現(xiàn)階段我國學者研究森林健康問題，已經不僅僅是簡單的介紹國外的觀點和理念，而是更加注重引進再創(chuàng)新，并開始試著構建適合我國國情和林情的森林健康理論體系和評價體系。但是由于森林健康評價在我國開展的時間很短，對森林健康的認識無法統(tǒng)一，導致森林健康評價依然面臨諸多問題。

4.1森林健康概念和內涵不統(tǒng)一，評價尺度劃分模糊

很多學者都是從自己所研究的領域定義森林健康的概念，同時，不同的尺度所研究的內容有很大的不同，所采用的評價指標和方法也有差異，尺度劃分不清導致大量工作重復。

4.2 評價指標片面化和評價方法不統(tǒng)一。

國內學者在選擇森林健康評價指標時往往出現(xiàn)片面化現(xiàn)象，只注重森林內部結構指標，卻很少涉及經濟和社會屬性等方面的指標；在森林健康評價中所采取的定性指標較多，缺少定量化研究。另外，我國對于森林健康綜合評價還缺乏具體可行的評價方法。

4.3 森林健康評價不能夠充分利用現(xiàn)有的監(jiān)測數(shù)據

不能夠充分利用現(xiàn)有的監(jiān)測數(shù)據使健康監(jiān)測和評價的發(fā)展非常不平衡，從而導致了數(shù)據和資源的浪費。同時，我國森林一、二類調查存在著調查內容不全面的問題，這使我們在進行森林健康評價時需要重新調查很多指標。

4.4 現(xiàn)階段的森林健康評價沒有考慮森林經營目的

經營目的不同的森林，達到健康狀態(tài)時的林分結構及生態(tài)系統(tǒng)結構不同，因此，不同林種的森林不能用同一個標準進行評價。森林健康評價直接關系到人類的生存和發(fā)展。要對森林健康進行更加深入的研究，統(tǒng)一森林健康的概念，界定好各個評價尺度之間的關系；對森林健康進行評價必須進行綜合性的評價，這主要體現(xiàn)在評價指標體系要能充分體現(xiàn)森林的整體情況，不能以偏概全；在對評價指標選擇時，既要考慮定量和定性指標的比例，也要充分考慮生態(tài)、經濟和社會指標對森林健康的不同影響。同時，對森林健康進行評價必須進行動態(tài)的評價，如果只在一點對森林的健康狀況進行評價，那就有可能會出現(xiàn)錯誤的情況。另外，對森林進行健康評價時，應對不同林種的森林建立不同的評價指標體系，也可以通過對不同林種相同的指標賦予不同的權重值來進行評價。我國森林健康研究還處于起步階段，依然存在著很多問題，這些問題有待進一步研究。

5 、評價方法總結和未來研究趨勢

綜上所述，對森林生態(tài)系統(tǒng)這樣一個復雜系統(tǒng)的健康狀況進行綜合評價的方法很多。但是，每種方法考慮問題的側重點不盡相同。鑒于所選擇的方法不同有可能導致評價結果的不同。因而，在進行不同類型森林生態(tài)系統(tǒng)健康評價時，應具體問題具體分析，根據被評價對象本身的特性在遵循客觀性、可操作性和有效性原則的基礎，選擇合適的評價方法。

6、 森林生態(tài)系統(tǒng)健康評價未來研究趨勢

第一，森林生態(tài)系統(tǒng)健康不僅僅反應在自然生態(tài)層面上，還反映在其他方面，我國許多研究者提出的社會、經濟等方面指標。因為健康是一個綜合概念，各方面都需要考慮到形成一套綜合的量化的森林健康評價體系，是我國森林健康評價的一個研究發(fā)展。

第二，綜合考慮森林生長發(fā)育的歷史過程，并綜合考慮環(huán)境因素的影響來評估森林的健康狀況，并通過動態(tài)的健康評價預測未來的森林健康變化，即森林健康的動態(tài)評價方向。

第三，包括 3S 技術在內的多方面的技術、方法長時間的健康監(jiān)測和健康狀況預測也是今后森林健康研究的發(fā)展方向。

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