自然保护区森林生态健康评价研究
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摘要 森林健康评价一直是比较热门的研究课题，但是针对自然保护区的森林生态健康评价较少。在查阅大量文献及咨询相关研究人员的基础上，对自然保护区森林生态健康评价的内涵意义、指标体系的构建及指标权重的确定、评价方法等进行综述及总结，并阐明了自然保护区森林生态健康评价存在的问题及展望，以期对同类或相似研究提供一定的参考价值。
关键词 自然保护区；森林生态健康评价；指标体系；评价方法
中图分类号 S718.5 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）19-0152-03
Abstract Forest health assessment has been a hot research topic，but forest health assessment of the nature reserve is less.After consulting lots of literatures and consulting experts，this paper summarized the connotation of nature reserve forest ecological health assessment，index system construction and the index weight determination，evaluation methods，and it elucidated the problems of forest ecosystem health evaluation of the nature reserve，in order to provide certain references for the same research.
Key words nature reserve；forest ecological health assessment；index system；evaluation method
对自然保护区的森林进行健康评价是森林健康评价在自然保护区的应用，有别于普通的森林健康评价。自然保护区有其特有的功能价值，因此对自然保护区进行森林生态健康评价时就应该结合自然保护区的特点进行研究。自然保护区是国家为保护自然资源和自然环境，拯救濒危物种，恢复被破坏的植被、森林和野生动物种群而划出一定的面积进行保护和管理的区域。我国以森林植被及其生境为保护对象的自然保护区占了所有保护区面积的50%以上，而此类保护区森林的健康状况对保护区的可持续发展息息相关，且对于保护区内珍稀生物的繁衍生息及其生境的良好发展有重要的实践意义[1]。而大部分自然保护区是建立在森林生态的基础上，那么森林生态的健康与否对于自然保护区的维持及可持续发展有着至关重要的作用。本文将对自然保护区森林生态健康评价的指标、方法及趋势发展进行探讨研究。
1 自然保护区森林生态健康的内涵
森林健康概念最早是在19世纪60年代由美国学者提出，以此评价森林各种生物的生存生活状态[2]。19世纪80年代德国林业学家对于森林健康的问题只考虑人为因素及自然灾害，如乱砍乱伐、工业发展所造成的酸雨、大气污染以及因自然因素造成的森林火灾及病虫害[3]。
到20世纪中叶，随着经济的发展，人们对于环境的破坏越来越严重，相关研究者注意到森林生态不断退化，随之对于森林健康的认识也在不断深化，注意力逐渐从林分的健康转移到森林生态健康的方向上，开始研究森林内部物质能量的收支平衡[4]。20世纪末，生物多样性、森林群落结构及森林非经济价值的概念开始深入人心，森林健康的研究内容也开始涵盖森林生态系统的功能及物种多样性、群落结构、林分景观等可持续发展[5]。
近年来，对于森林生态健康的内涵更加综合与科学客观。从森林生态系统的整体性、稳定性及可持续性来研究。整体性即指森林内部林分结构、功能以及生物物理环境属于一个统一健康的整体；稳定性指在受到自然或者人为胁迫干扰下，依然有能力能够自我修复并且维持自身的健康稳定。可持续性主要是指时间尺度上森林生态系统的完整、稳定都能保持可持续的健康，为人类社会的发展提供源源不断的需求[6-7]。
2 指标体系的构建
自然保护区森林健康指标的选取既要保护森林植被和它完整的生态结构不受破坏，又要保护保护区内繁衍生息的珍稀野生动植物物种。因此，指标既要反应森林生态内部结构特点，也要与自然保护区的功能价值相结合，并遵从科学性、系统性、层次性、区域代表性、可操作性、动态性和稳定性以及要素的主导独立性原则进行指标的构建与选取[8-11]。
美国生态学家costanza最早建立森林生态评价公式，公式中包含了森林系统的活力、结构、恢复力，从理论上能较为完整地反映森林系统的整体性。但是此种公式型的评价模型过于理论化，现实中操作不便[12-13]。
20世纪90年代，美国林务局结合森林资源调查及监测建立了森林生态健康评价指标，指标主要侧重于森林的生产力方向，虽然实际操作性强，但过于以经济利益为目的[14-15]。我国生态学者孔红梅21世纪初研究长白山森林生态系统时通过指示物种指标来评价森林生态系统的健康状况，指标对于本区域的研究很有区域代表性，指示物种很详尽，但是土壤生物指标方面占比过大，造成评价的片面性[16]。
随着生态观念越来越深入人心，2004年肖风劲等从生物多样性、生态结构、生态系统功能、稳定性4个方面19个指标建立森林生态健康评价模型，其对于生态环境方面的指标周到全面，但是对于人为因素的考虑较为缺乏[17]。2004年陈 高等以阔叶红松林为例对其进行健康状态评价，从自然、经济、社会三大方面64个指标进行评估，系统全面地反映其健康状态，但是指标太过繁杂，操作性差，且很多指标有叠合[18]。2010年黄宝强从自然性、多样性、代表性、稀有性、生态脆弱性、面积适宜性、人类威胁7个方面对九连山国家级自然保护区森林生态健康进行评价[19]。面积适宜性是本文的一个创新点，其从核心区面积的大小来反映森林生态环境是否能够更好地保护区内珍稀动植物。2012年王彦对小陇山国家级自然保护区森林健康评价从林分结构、植物多样性、林分稳定性3个方面着手，选取12个指标作为要素指标[20]，一定程度上可以代表森林生态健康的因子，但是其对自然保护区这一特定的环境区域不能更好地给出相应的指标，无法涵盖自然保护区特有的功能价值。2015年杨晶对松花湖自然保护区森林生态健康指标的选取从环境因素、组织结构、抵抗力、活力、土壤状况、形态特征6个方面29个指标着手进行指标体系的构建，值得注意的是其中土壤状况和形态特征是一个亮点[21]。土壤状况不仅涉及土壤厚度及密度，而且从土壤各养分指标着手，从而能更精确地预判土壤对森林健康所产生的影响。同时，通过树种、树冠、枝叶和花果等树木的形态特征来反映森林的观赏和游憩价值。
由上述研究综述可以看出，在选取自然保护区森林生态健康评价指标的过程中，应综合考虑自然保护区这一特定的环境，并且考虑其森林生产力、生态功能及其可持续性。
3 指标权重的确定
在森林健康评价指标体系确定的情况下，需对森林得出一个客观的全面的评价，就要通过指标权重的确定把反映森林生态各个方面的指标综合在一起。各指标的权重大小直接影响到综合评价值的高低，从而影响到对森林健康状态的评价。通常对于指标权重的确定有主观赋权法和客观赋权法[22-23]。
主观赋权法多是采取综合咨询评分方法确定权重，然后对标准化后的数据进行分析。常用的主观赋权法有层次分析法、综合指数法、菲尔德法、环比法等，而其中层次分析法在森林健康评级中应用最普遍[24]。层次分析法是20世纪70年代初美国运筹学家萨蒂提出的一种层次权重决策分析方法，在森林生态健康评价中主要用于对定性指标进行赋权。专家通过对每一个指标进行评估打分，然后结合专家意见依据层次分析得到各个指标的权重[25]。张 桓等[26]应用层次分析法对森林健康评价进行指标权重的确定。同样，蔡小溪等[27]、黄宝强[19]、阮作庆[28]、徐丽[29]分别对九连山、古兜山、鼎湖山自然保护区森林健康评价指标权重的确定也采用了层次分析法，主要针对森林生态的群落结构、可持续性及稳定性等不易统计的指标采用此种赋权法。层次分析法虽然在确定指标权重方面运用广泛，但是它在很大程度上依赖于决策者个人的经验，主观因素的影响很大。
客观赋权法是根据各指标间的相互关系或各指标值的变异程度来确定权重，直接用调查的数据计算得出，主要有均方差综合分析法、主成分分析法、因子分析法、变异系数法等，其中均方差综合分析法和主成分分析法最为常用。均方差法确定各指标相对权重的大小取决于在该指标下各样本数据值的相对离散程度，若各样本（或方案）在某指标下数据值的离散程度越大，该指标的权重也越大，反之，该指标权重应越小。若某指标下各样本的原始数据值离散程度为0，则该指标的权重为0[30]。闫东锋等对宝天曼自然保护区森林生态健康评价采用均方差分析法确定各指标权重系数[31]。姬文元在对川西云冷杉林健康评价也采用此方法[30]。主成分分析利用降维的思想，从原始变量中导出少数几个主分量，使它们尽可能多地保留原始变量的信息，既可使各主成分相对独立，舍去重叠的信息，又能将各指标所包含的差异集中地表现出来。高志亮等对于北京松山森林健康评价选用主成分分析法选取5个主成分作为综合评价指标[32]。综合客观赋权法，所选取的指标皆为直接调查可统计计算的数据指标。当然，在评价中往往是定性和定量指标相结合来确定最终所用指标，因此确定指标权重中主观和客观赋权法都是结合而用的[33]。
4 自然保护区森林生态健康评价方法
目前，国内外森林健康评价方法主要有单项评价和综合评价2个方面。单项评价只依据一项指标，而综合评价是根据多项指标，从多个不同侧面对有关现象进行全面的综合判断[34]。
指示物种法是单项评价方法中的一种，该方法主要依据生态的关键物种、特有物种和濒危物种的数量、生物量、结构指标和功能指标等建立简单模型来描述森林生态的健康状况[35]。王义平等[36]对浙江乌岩岭国家级自然保护的森林生态健康采用指示物种法对其进行评价，通过对保护区蝶类的多样性指数、优势度和均匀度等数据的分析来对森林生态健康状况进行评价。李菁[37]对内蒙古阿尔山肢节动物种类组成、优势类群、功能团和营养层及其多样性来判别区域森林健康状况。指示物种法快捷高效，对于自然保护区森林健康评价有很强的可操作性，但也会因物种选择的不恰当造成评价结果的偏差。
目前，国内外学者在对森林健康状况进行综合评价时所用的方法又可分为传统数理统计方法和重新构建的综合评价方法2类。其中，传统数理统计评价方法有模糊综合评价法、综合指数评价；重新构建综合评价法有人工神经网络评价法和聚类分析法等[35]。
模糊综合评价法根据模糊数学的隶属度理论把定性评价转化为定量评价，即用模糊数学对受到多种因素制约的事物或对象做出一个总体的评价。由于对森林生态健康评价时设计指标过于复杂，所以需要对其进行模糊综合评价，可以很好地解决一些指标的不确定性，且实现了定性和定量的有效结合。阮作庆对古兜山自然保护区森林健康评价时采用此种方法，得出森林总体健康状况是从健康状态向亚健康状态发展，并为古兜山自然保护区森林状况做出了预警[28]。
运用多个评价指标，通过多方面地对一个参评单位进行评价的方法，称为综合指数评价方法。这种评价方法的基本思想是通过多方面，选择多个指标，并根据各个指标的不同权重进行综合评价。此方法可以综合地反映森林生态系统的健康状况，并且适用于森林生态受到外界干扰时其自我修复能力，是当前应用较为普遍的一种评价方法，闫东锋等对宝天曼自然保护区森林生态健康评价时即采用此方法[31]。
基于人工神经网络的多指标综合评价方法通过神经网络的自学习、自适应能力和强容错性，建立更加接近人类思维模式的定性和定量相结合的综合评价方法。该网络不仅可以模拟专家进行定量评价，而且避免了评价过程中人为的主观性和不确定性[38]。武巧英等[39]采用BP人工神经网络评价鹫峰国家森林公园森林生态健康，此法理论联系实际，可以很好地检验指标合理性。
聚类分析法是根据对指标因子按照其各自本质特征合理进行分类的一种分析方法，也就是将多个样本进行归类，每一类中包含的数据信息会有较高的相似度，各类别间的数据会有较低的相似度。杨晶对松花湖自然保护区森林生态健康进行评价时采用此方法，将具有较高相似度的健康指数进行聚类分析并采用多种统计量进行判别，最终对保护区森林健康进行分级归类评价[21]。
对于森林生态健康评价的方法很多，但因森林类型或者考虑的侧重点不同，所以在采取的方法上也存在差异，应具体问题具体分析，选择适宜的方法评价森林生态健康[40]。
5 讨论
建立自然保护区的目的之一是保护珍贵稀有的动植物资源，而健康的森林生态环境可为珍稀动植物资源的繁衍生息及可持续发展提供最为自然适宜的场所，因此研究自然保护区森林生态健康问题是一个有意义且长久的课题。但目前对于自然保护区森林生态健康缺乏统一的评价标准，特别是在评价指标体系的确立上，国内相关的研究依然照搬针对普通区域的森林健康评价标准。而事实上，由于自然保护区森林健康在生态意义及科教价值上的独特性，应有别于普通区域的森林健康评价。故希望将来能够建立一套统一的针对自然保护区森林生态健康评价指标体系标准及相应的评价方法，能够为自然保护区的建设管理、生物多样性保护和自然资源可持续利用提供一种科学合理的参考[41-42]。
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