全球陸續開展了森林生態系統健康評價與森林可持續發展進程,提出了相應的指標體系。美國針對森林生態系統健康與管理的FIM計劃[1],含9個評價因子[2-3]。歐洲森林生態系統健康評價方案主要為ICP[4],包括3個水平的檢測因子。《圣地亞哥宣言》提出了7項森林可持續經營的戰略性標準(Criteria)和67款建設性指標(Indicators)。7項標準分別是:生物多樣性保護,森林生態系統生產能力的維持,森林生態系統健康和活力的維持,水土資源的保持和維護,森林對全球碳循環貢獻的維持,滿足社會需求的長期多種社會經濟效益的保持和加強,森林保護和可持續經營的法規、政策和經濟體制。

千年生態系統評估從森林面積、聚集森林類型分布、木材蓄積和生物量、天然林數量、林外樹木、林區人口分布幾個方面評價了森林生態系統的現狀和變化趨勢[5]。我國學者也從森林生態系統健康,生態功能與效益以及可持續發展方面展開了研究[6-12],取得了比較豐富的成果。森林生態質量對指森林生態系統的生態服務功能、健康狀況以及自調節功能的綜合測度。本文在總結國內外前人研究的基礎上,對森林生態質量評價體系與方法做了初步的探索。

1研究區概況

研究區主要設在徐州市區、賈汪區、銅山縣和新沂市周邊的石灰巖山地。全區屬于暖溫帶半濕潤季風氣候區,干濕季節明顯,年平均降水量869mm,年平均蒸發量為1702•6mm。光照、熱量充足,全年無霜期209d,年平均氣溫1℃,年平均風速3m/s,冬季旱風強烈,風日頻率高。石灰巖山地土壤類型主要為石灰巖風化淀積形成的堿性土,土層瘠薄,養分匱乏。山地森林主要為人工營造的側柏純林,天然林位于保護區內,面積較小,其中混交林是林地在原先天然更新的基礎上人工又補植側柏、黑松等樹種的林分。

2研究對象與方法

2.1研究對象研究對象為徐州市區、賈汪區、銅山縣和新沂市周邊的石灰巖山地人工營造的側柏純林,以及位于保護區里的天然次生林、混交林。其中絕大部分為人工營造的側柏純林,且林分長勢差,多數為小老頭樹。

2.2研究方法

2.2.1標準樣地調查法選擇位于馬陵山與艾山風景區內的天然林與混交林標準樣地5塊,分別在位于邳州市巨山,新沂市馬陵山冷水泉,銅山縣鳳凰山、大窩山、尖山、道疃林場和賈汪區大洞山等地人工營造的林分選取標準樣地34塊,每座山的樣地選擇按山麓到山頂依次選擇3塊,較矮山地依據實地情況選擇1~2塊標準地。每個樣地都是面積為400m2的正方形,對樣地內的樹木做每木檢尺,即測定每株樹木的胸徑、樹高、冠幅、落葉比例、種類和年齡,測定樣地內天然林比例、郁閉度、灌草蓋度、土壤厚度、腐殖質層厚度和枯落物厚度。每塊樣地取土樣3份,在實驗室測定樣地土壤的理化性質。

2.2.2森林生態質量評價方法從森林結構與功能和森林健康狀況2個方面來構建森林生態質量評價指標體系,通過層次分析法、等級評分法和加權綜合指數法來評價徐州山地森林生態質量。

3森林生態質量評價理論方法

3.1評價指標體系與層次結構的構建

森林生態質量主要反映在森林結構與功能和健康狀況2個方面。根據標準地調查資料,按照科學性、系統性、可操作性、獨立性和代表性的原則,從森林結構與功能和健康狀況2方面來構建評價指標體系。對于徐州山地森林生態質量的綜合評價,依據層次分析法進行,以森林健康狀況和結構與功能為基礎開展。其評價指標的選取與層次分析如圖1。3.1.1森林健康狀況指標選取抗干擾能力、抗病蟲害能力和森林生長活力來反映森林的健康狀況。抗干擾能力由樹種多樣性與森林火險等級構成,樹種多樣性是森林內喬灌木樹種物種多樣性的體現,物種多樣性與森林的穩定性和抗外界干擾能力有著直接的關系,物種多樣性越高的森林越穩定、抗外界干擾能力也越強、生態系統也越健康;森林火險等級是森林抗火災能力的直接標準;樹葉損失率是森林受到病蟲危害程度的劃分標準,森林病蟲害等級從反面反映了森林抗病蟲害的能力。3.1.2森林結構與功能指標森林結構與功能指標選取郁閉度、灌草蓋度、天然林比例、涵養水源能力和改良土壤能力5個指標。結構與功能密不可分,結構好的林分其生態系統服務功能也相應較好。郁閉度和灌草蓋度越大的林分越接近成熟,森林的防風固沙、調節氣候能力也越強;天然林比例大的林分其生態系統的功能與穩定性以及生態效益明顯強于人工林;對于山地森林其涵養水源的功能尤其重要,土壤孔隙度和含水量是涵養水源能力的直接反應,枯落物層越厚,其吸收的降水量越大,森林涵養水源能力越強,同時也減少表土層的土壤流失。對于山地瘠薄土層,森林改良土壤能力非常重要,有機質含量、腐殖質層厚度和土壤厚度是森林改良土壤能力的直接量度。

3.2評價權重的確定

評價權重的確定是整個評價過程中關鍵的一步,權重的大小分配是否合理關系到評價成果是否合理。本文應用層次分析方法[13],來確定評價權重。層次分析法(AHP)確定權重的步驟是:(1)確定目標和評價因子集U。(2)構造判斷矩陣。(3)計算重要值排序。根據A-U矩陣,求出最大特征根所對應的特征向量,所求的特征向量即為各評價指標重要性排序,也就是權數分配。本次評價權重是用以上層次分析法確定,權重確定的判斷矩陣如下:A-B1判斷矩陣如下:1121121/21/21其最大特征根λmax1=3,對應的特征向量為XB1=(2、2、1),對其標準化和歸一化,得到(0•40,0•40,0•20),即為所求的森林健康狀況評價指標的權重(見表1)。用同樣方法得到森林結構與功能評價指標的權重(見表1)。對于森林生態質量的綜合評價體系(A)的2個約束層(B1和B2)權重的確定,認為森林結構與功能要比森林健康狀況稍微重要,故2者的權重經過標準化處理后,為B1=0•40,B2=0•60。(4)一致性檢驗。其方法是通過計算判斷矩陣的隨機一致性比率(CR)來檢驗,即:CR=CI/RI,當CR<0•1,即可認為判斷矩陣具有滿意的一致性,說明權重分配是合理的。下面以森林健康狀況的判斷矩陣為例來檢驗。CI=λmax-nn-1=3-33-1=0那么CR=CI/RI=0/0•90=0<0•10,認為該判斷矩陣具有滿意的一致性,說明權重分配是合理的。本文的其他指標權重分配均通過了一致性的檢驗,檢驗過程略。經構建判斷矩陣,并通過一致性檢驗后,建立徐州山地森林生態質量的評價體系,各指標的權重確定結果見表1。

3.3標準化處理為更好地進行標準化處理,反映實地調查的情況與數據來源的真實性和復雜性,列出徐州山地不同林分類型的標準地調查數據(如表2)。由于各指標的含義不同,指標值的計算方法也不同,會造成各指標量綱的差異,因此即使各指標全部定量化,也不能直接進行計算,須先對指標進行標準化處理。結合徐州山地森林的特點與標準地調查的各指標值情況和以前的研究工作基礎[14-19],對各指標進行等級劃分并給以適當的分值,來達到對指標進行標準化處理的目的(見表3)。