全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
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摇 摇 第 猿猿卷 第 员圆期摇 摇 圆园员猿年 远月摇 渊半月刊冤
目摇 摇 次
前沿理论与学科综述
森林低温霜冻灾害干扰研究综述 李秀芬袁朱教君袁王庆礼袁等 渊猿缘远猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
碱蓬属植物耐盐机理研究进展 张爱琴袁庞秋颖袁阎秀峰 渊猿缘苑缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
个体与基础生态
中国东部暖温带刺槐花期空间格局的模拟与预测 徐摇 琳袁陈效逑袁杜摇 星 渊猿缘愿源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
长白山林线树种岳桦幼树叶功能型性状随海拔梯度的变化 胡启鹏袁郭志华袁孙玲玲袁等 渊猿缘怨源冤噎噎噎噎噎噎
油松天然次生林居群遗传多样性及与产地地理气候因子的关联分析 李摇 明袁王树香袁高宝嘉 渊猿远园圆冤噎噎噎
施氮对木荷 猿 个种源幼苗根系发育和氮磷效率的影响 张摇 蕊袁王摇 艺袁金国庆袁等 渊猿远员员冤噎噎噎噎噎噎噎噎
围封对内蒙古大针茅草地土壤碳矿化及其激发效应的影响 王若梦袁董宽虎袁何念鹏袁等 渊猿远圆圆冤噎噎噎噎噎噎
干热河谷主要造林树种气体交换特性的坡位效应 段爱国袁张建国袁何彩云袁等 渊猿远猿园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
生物降解对黑碳及土壤上苯酚脱附行为的影响 黄杰勋袁莫建民袁李非里袁等 渊猿远猿怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
猿 个树种对不同程度土壤干旱的生理生化响应 吴摇 芹袁张光灿袁裴摇 斌袁等 渊猿远源愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
冬小麦节水栽培群体野穗叶比冶及其与产量和水分利用的关系 张永平袁张英华袁黄摇 琴袁等 渊猿远缘苑冤噎噎噎噎
不同秧苗素质和移栽密度条件下臭氧胁迫对水稻光合作用尧物质生产和产量的影响
彭摇 斌袁李潘林袁周摇 楠袁等 渊猿远远愿冤
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根域限制下水氮供应对膜下滴灌棉花叶片光合生理特性的影响 陶先萍袁罗宏海袁张亚黎袁等 渊猿远苑远冤噎噎噎噎
光照和生长阶段对菖蒲根系泌氧的影响 王文林袁王国祥袁万寅婧袁等 渊猿远愿愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
植物病原菌拮抗性野生艾蒿内生菌的分离尧筛选和鉴定 徐亚军袁赵龙飞袁陈摇 普袁等 渊猿远怨苑冤噎噎噎噎噎噎噎
不同生物型棉蚜对夏寄主葫芦科作物的选择 肖云丽袁印象初袁刘同先 渊猿苑园远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
性别和温度对中华秋沙鸭越冬行为的影响 曾宾宾袁邵明勤袁赖宏清袁等 渊猿苑员圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
种群尧群落和生态系统
基于干扰的汪清林区森林生态系统健康评价 袁摇 菲袁张星耀袁梁摇 军 渊猿苑圆圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
洞庭湖森林生态系统空间结构均质性评价 李建军袁刘摇 帅袁张会儒袁等 渊猿苑猿圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
景观尧区域和全球生态
川西米亚罗林区不同海拔岷江冷杉生长对气候变化的响应 徐摇 宁袁王晓春袁张远东袁等 渊猿苑源圆冤噎噎噎噎噎噎
圆园园员要圆园员园 年内蒙古植被净初级生产力的时空格局及其与气候的关系
穆少杰袁李建龙袁周摇 伟袁等 渊猿苑缘圆冤
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地形因子对盐城滨海湿地景观分布与演变的影响 侯明行袁刘红玉袁张华兵袁等 渊猿苑远缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
毛乌素沙地南缘植被景观格局演变与空间分布特征 周淑琴袁荆耀栋袁张青峰袁等 渊猿苑苑源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
贵州白鹇湖沉积物中孢粉记录的 缘援 缘 噪葬月援 孕援以来的气候变化 杜荣荣袁陈敬安袁曾摇 艳袁等 渊猿苑愿猿冤噎噎噎噎
典型河谷型城市春季温湿场特征及其生态环境效应 李国栋袁张俊华袁王乃昂袁等 渊猿苑怨圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
秦岭南北近地面水汽时空变化特征 蒋摇 冲袁王摇 飞袁喻小勇袁等 渊猿愿园缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
露天矿区景观生态风险空间分异 吴健生袁乔摇 娜袁彭摇 建袁等 渊猿愿员远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于 匀燥造凿则蚤凿早藻和 悦悦粤分析的中国生态地理分区的比较 孔摇 艳袁江摇 洪袁张秀英袁等 渊猿愿圆缘冤噎噎噎噎噎噎噎
资源与产业生态
中国农业生态效率评价方法与实证要要要基于非期望产出的 杂月酝模型分析 潘摇 丹袁 应瑞瑶 渊猿愿猿苑冤噎噎噎噎
舟山市东极大黄鱼养殖系统能值评估 宋摇 科袁赵摇 晟袁蔡慧文袁等 渊猿愿源远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
不同基因型玉米间混作优势带型配置 赵亚丽袁康摇 杰袁刘天学袁等 渊猿愿缘缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
气候与土壤对烤后烟叶类胡萝卜素和表面提取物含量的影响 陈摇 伟袁熊摇 晶袁陈摇 懿袁等 渊猿愿远缘冤噎噎噎噎噎
城乡与社会生态
成都市沙河主要绿化树种固碳释氧和降温增湿效益 张艳丽袁 费世民袁李智勇袁等 渊猿愿苑愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎
期刊基本参数院悦晕 员员鄄圆园猿员 辕 匝鄢员怨愿员鄢皂鄢员远鄢猿圆远鄢扎澡鄢孕鄢 预 怨园郾 园园鄢员缘员园鄢猿猿鄢圆园员猿鄄园远
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封面图说院 长白山南坡的岳桦林要要要长白山岳桦林位于海拔约 员苑园园要圆园园园皂之间的山坡遥 这种阔叶林分布在针叶林带的上
面袁成为山地森林的上缘种类袁在世界山地森林中实属罕见遥 岳桦能够顽强地抗御长白山潮湿尧寒冷尧强风等恶劣气
候因素袁在严酷的环境条件下形成纯林袁是与其独特的生长发育机理密切相关的遥 岳桦的枝干颇具韧性袁在迎风处袁
由于风吹雪压袁树干成片地向背风侧倾斜袁这种特性使它能不畏风雪袁顽强生存遥 随着海拔的升高袁岳桦林也逐渐矮
化袁这是岳桦林保护自身生存袁适应大自然的结果遥
彩图及图说提供院 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 耘鄄皂葬蚤造院 糟蚤贼藻泽援 糟澡藻灶躁憎岳 员远猿援 糟燥皂
第 33 卷第 12 期
2013 年 6 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 33,No. 12
Jun. ,2013
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:林业公益性行业科研专项(20100400201鄄01)
收稿日期:2012鄄05鄄10; 摇 摇 修订日期:2013鄄03鄄04
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: liangjun@ caf. ac. cn
DOI: 10. 5846 / stxb201205100690
袁菲,张星耀,梁军.基于干扰的汪清林区森林生态系统健康评价.生态学报,2013,33(12):3722鄄3731.
Yuan F, Zhang X Y, Liang J. Assessment indicators system of forest ecosystem health based on the disturbance in Wangqing forestry. Acta Ecologica Sinica,
2013,33(12):3722鄄3731.
基于干扰的汪清林区森林生态系统健康评价
袁摇 菲1,2,张星耀1,梁摇 军1,*
(1. 中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所 森林保护学国家林业局重点实验室, 北京摇 100091;
2. 北京市林业保护站, 北京摇 100029)
摘要:以汪清林区 60 个林班为研究对象,提出基于干扰的森林生态系统健康评价模型 H = 移B2W2 -移B1W1,构建了基于干
扰理论的汪清林区森林生态系统健康评价体系。 其中,有害干扰指标层选取 4 个指标:森林病害、森林虫害、森林火险以及人为
干扰,生态系统内部的增益指标层选取 4 个指标:树种多样性、群落层次结构、林分更新状况以及近自然度。 利用层次分析法和
变异系数结合的主客观赋权法计算得到各指标的权重,提出基于干扰的健康评价模型和等级划分标准。 最终评价结果显示:汪
清林区 60 个样地中,处于优质状态的样地有 6 块,占总样地数的 10% ,健康指数均大于 0. 2;处于健康状态的林分 13 块,占总
样地数的 21. 67% ,健康指数在 0. 1—0. 2 之间;处于亚健康状态的林分 23 块,占总样地数的 38. 33% ,健康指数在 0—0. 1 之间;
处于不健康的林分 18 块,占总样地数的 30% ,健康指数小于 0。 结果表明,在天然林中,无论是针叶纯林还是针阔混交林、阔叶
混交林,大多处于亚健康和健康的状况,这与他们近自然度高,物种多样性丰富、具有良好的自我调节能力有关。 而在落叶松人
工林分中,由于林分物种多样性低,群落结构简单,近自然度最小,林分的增益能力弱,因此不健康的占有绝大多数。 该评价结
果可为该林场展开相关的健康经营措施提供参考。
关键词:汪清林区; 生态系统健康评价; 干扰; 评价指标; 评价方法
Assessment indicators system of forest ecosystem health based on the disturbance
in Wangqing forestry
YUAN Fei1,2, ZHANG Xingyao1, LIANG Jun1,*
1 Key Laboratory of Forest Protection of State Forestry Administration,Research Institute of Forest Ecology,Environment and Protection,Chinese Academy of
Forestry, Beijing 100091, China
2 Beijing forestry protection station, Beijing, 100029, China
Abstract: Currently, the study of forest ecosystem health, a new and controversial research field within forestry and forest
ecology, provides a scientific basis for forest protection. The study of forest ecosystem health also provides a significant
practical service by suggesting ways to increase the level of sustainability in forest management although the definition of
forest health remains controversial. The concept of health is well understood as applied to humans but the human concept of
health may not be appropriate for ecosystems. The difficulties of defining the optimal conditions for ecosystem health have
led to a lack of universally accepted indicators used to measure ecosystem health. Several forest ecosystem health assessment
systems have already been developed. For example, ecosystem health can be assessed using measures of resilience, vigor
and organization and most of today忆s assessment systems are based on these concepts. In this research, the forest ecosystem
health of 60 sample plots in Wangqing Forest was investigated. A new assessment model of forest ecosystem health based on
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the disturbance, H =移B2W2 -移B1W1, is proposed and used in this study, where H represents a measure of ecosystem
health and B1, B2, W1 and W2 represent harmful sources of disturbance, forest ecosystem stability, the weights of B1 and
B2, respectively. Based on qualitative analysis of existing data, eight indices which were divided into two categories were
selected as assessment indices of forest ecosystem health in Wangqing Forest. Several harmful sources of disturbance were
considered including forest diseases, forest pest species, wildfires and human鄄caused disturbances. Measurements of forest
ecosystem stability include measurements of biological diversity, forest community structure and measurements documenting
how closely a forest study plot resembles expected natural forest conditions. These types of data have frequently been used to
measure ecosystem complexity and health. Additionally, two types of analysis, the Analytic Hierarchy Process and
coefficient of variation analysis, were used in combination with weighted evaluation indictors to objectively evaluate the
forest health of the study plots. We propose a new forest ecosystem healthy assessment model and classification system. The
60 sample plots of Wangqing Forest were divided into four health risk categories: very healthy, healthy, fairly healthy and
unhealthy. By calculating a composite value for forest health, the status of forest ecosystem health of individual Wangqing
Forest plots was determined. As the results showed, 6, 13, 23 and 18 (or 10% , 21. 67% , 38. 33% , and 30% of all
plots) plots were categorized as very healthy, healthy, fairly healthy, and unhealthy, respectively; the health indices for
these four groups of plots were measured as 0. 5 逸 0. 2, 0. 2 逸 0. 1, 0 逸 0. 1, -0. 5< 0, respectively. Most of the forest
plots with conditions resembling natural forest conditions, high levels of biodiversity and a strong ability to adjust to
environmental change, such as pure natural forest, natural mixed needleleaf / broadleaf forest and mixed broadleaf forest,
were categorized as healthy or fairly鄄healthy, while nearly all plantation forests plots which did not have conditions
resembling natural forest conditions, but had low levels of biodiversity and a weak ability to adjust to environmental change
were classified as unhealthy. This forest health assessment / indicator system establishes a scientific basis for conducting
forest health analysis, provides a context for planning ecosystem restoration, and contributes to the understanding of the
physical, biological, and human dimensions of these ecosystems. This research may enrich current theories and methods
used in assessing the health of ecological systems.
Key Words: Wangqing forestry; ecosystem health assessment; disturbance; assessment indicator; assessment method
森林健康评价是当前热门的研究方向之一,可用来判断一个地区森林健康状况和森林经营趋势,是进行
森林健康经营的重要基础[1]。 不同的专家学者根据其学术侧重点不同,选取的评价指标也大不一样。 鲁绍
伟等[2]提出物种多样性、群落层次结构、郁闭度、灌木层盖度、年龄结构、林分蓄积量、病虫危害程度、土壤侵
蚀程度 8 项指标,指标容易测量便于野外操作;李静锐等[3]选取了生长状况、有机质含量、地类、土层厚度、灌
木丰富度、草本丰富度共 6 个指标,指标选取没有考虑抗干扰能力指标和外界环境指标,指标涵盖面较小;高
志亮等[4]提出结构性指标、功能性指标和适应性指标 3 大类包括物种多样性、平均生物量、叶面积指数、土壤
有机质和森林病虫害程度等 8 个指标,对于林分尺度森林健康研究具有指导意义;姬文元等[5]从森林群落方
面入手提出郁闭度、下木总盖度、地被物总盖度、幼树中建群种数量比例、更新等级、幼树幼苗生长情况、单位
面积活立木蓄积量、建群种的平均胸径、建群种的平均树高共 9 个指标,未考虑抗干扰能力指标;张仁等[6]提
出单位面积蓄积量、林龄结构、土层厚度、群落结构、乔木郁闭度、灌木盖度、草本盖度、腐殖质厚度、天然更新
状况及病虫害危害程度 10 个评价指标,指标选取合理,但未考虑到森林火险等指标。
从上述可以看出,目前很多研究者提出的评价指标,实际上很多都是从 Costanza提出的系统活力、系统组
织、系统恢复力 3 个方面演化而来,指标构成过于理论化。 有些指标选取时因为所学专业的限制,没有考虑到
森林火灾、森林病虫害或者大气污染等目前对森林生态系统健康影响较大的有害干扰因子。 而近几年来,我
国森林受到的有害干扰越来越重,方式也越来越多样化,严重影响了森林生态系统的健康。 针对于此,本文根
据对汪清林区的实地调查,采取一种全新的评价模式,即提出基于干扰理论的森林生态系统健康评价体系和
3273摇 12 期 摇 摇 摇 袁菲摇 等:基于干扰的汪清林区森林生态系统健康评价 摇
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评价模型,在一定程度上丰富了森林生态系统健康评价的研究理论和方法体系,对将来的生态系统健康评价
工作有一定的借鉴意义。
1摇 试验地概况
本文选择处于寒温带森林生态系统的吉林省汪清林业局经营区为研究区。 林区位于吉林省延边朝鲜族
自治州的东北部,长白山系的中低山区(43毅05忆—43毅40忆N,129毅56忆—131毅04忆E),东、北部与黑龙江省宁安市、
穆陵县、东宁县接壤,东南部与珲春市、图们市毗邻,西南部与敦化市、龙井市相接。 总面积 30. 4 万 hm2。 汪
清林区属于中温带湿润温凉季风气候区。 春季温度变化剧烈,冷暖干湿无常;夏季短暂,温凉而潮湿;秋季凉
爽,昼夜温差大;冬季漫长而寒冷。 年平均气温 3. 9益,最高年份 4. 9益,最低年份 2. 9益。 年平均降水量为
547 mm,集中在 6—8月,占全年降水量的 65% 。 年平均无霜期 135 d,无霜期最长的年份 157 d,终霜期一般
在 5 月 9 日左右,初霜期在 9 月 24 日左右出现。 年平均日照时数 2 358 h。 林区地面高程为 360—1 477 m,坡
度变化范围为 0—45毅。 该区域植物种类繁多,结构复杂。 深山区林相以针阔混交林为主,呈带状分布在海拔
500—1100 m之间。 针叶树主要有落叶松 Larix spp. 、红松 Pinus koraiensis Sieb. et Zucc. 、云杉 Picea meyeri
Rehd. et Wils. ,阔叶树多为蒙古栎 Quercus mongolica Fisch. ex Ledeb. var. mongolicodentata、枫桦 Betula
costata Trautv. 、色木槭 Acer mono Maxim和白桦 Betula platyphylla Suk等,平均树高为 26 m。 主要土壤类型为
暗棕色森林土,其间穿插有少量的沼泽土和草甸土。
2摇 研究方法
2. 1摇 调查方法
2. 1. 1摇 样地设置
综合考虑海拔、坡向、龄组、经营历史、森林健康状况等因素,将林区分为 4 种类型:天然落叶松林(针叶
树比例 91%—100% )15 块、人工落叶松林(针叶树比例 100% )15 块、针阔混交林(针叶树比例 11%—90% )
14 块和阔叶混交林(针叶树比例 0—10% )16 块,共选取临时样地 60 块。 样地为圆形,半径为 8. 92 m,面积为
250 m2。 确定样地中心点后,用皮尺实测半径 8. 92 m之内的树木。 同时记载样地号、森林类型、样地面积、优
势树种、林分起源、林种、样地位置(林场、林班、小班)、GPS坐标、坡向、坡度、坡位、海拔、调查者、设置日期等
内容。
2. 1. 2摇 样地调查
调查样地基本状况包括:海拔、坡度、坡向、坡位、林龄结构、林分郁闭度、灌木总盖度、草本总盖度、群落层
次结构、近自然等级、火源管控力度等。 植被调查,对胸径>4 cm 的乔木进行每木检尺,记载其树种、胸径、树
高、发病率、有虫株率及病虫害的发生程度。 沿样地坡面设置 1 m伊1 m的草本样方 2 个,并以此扩大成 5 m伊5
m的灌木样方 2 个。 记录 1 m伊1 m样方内所有草本植物种类、数量、高度、盖度,记录 5 m伊5 m的灌木样方内
所有灌木的种类、数量、高度、盖度,在样地中心附近设 2 m伊2 m 的乔木更新调查样方,分别记载 2 径阶以下
苗木的各树种名称和株数。 样地中随机选取 10 个点,调查枯枝落叶层的厚度。 此外,样地所属林班森林病虫
害发生历史、火灾频度数据、经营管理、抚育间伐措施亦可通过向有关部门搜集获取。
2. 2摇 基于干扰理论的森林健康评价体系构建及指标说明
2. 2. 1摇 评价指标体系的构建
根据汪清林区的实地情况最终确定有害干扰指标层:森林病害、森林虫害、森林火险以及人为干扰,生态
系统内部的增益指标层:树种多样性、群落层次结构、林分更新状况、近自然度,即一个目标层 A,两个约束层
B,8 个指标层 C以及 12 个分项指标 D(表 1)。
2. 2. 2摇 评价指标的测定
2. 2. 2. 1摇 有害干扰指标
(1)森林病害
森林病害指标由发病率和病情指数来决定。
4273 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 33 卷摇
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D1 = 感病株数 / 林木总株数
表 1摇 基于干扰的汪清林区森林生态系统健康评价指标体系
Table 1摇 Forest ecosystem health indicator system based on disturbance of WangQing forestry
目标层 A
Target layer A
约束层 B
Restraint layer B
评价指标 C
Asessment indicator C
分项指标 D
Individual index D
森林生态系统健康 A 有害干扰 B1 森林病害 C1 发病率 D1
Forest ecosystem healthy A 病情指数 D2
森林虫害 C2 有虫株率 D3
危害程度 D4
森林火险 C3 乔木树种易燃等级 D5
灌木植物盖度 D6
草本植物盖度 D7
枯枝落叶层厚度 D8
火源管控力度 D9
人为干扰 C4
增益指标 B2 物种多样性 C5 乔木多样性 D10
灌木多样性 D11
草本多样性 D12
群落层次结构 C6
林分更新状况 C7
近自然度 C8
病情指数(D2)是根据一定数目的植株各病级(把植株感染病害的轻重程度划分为等级成为病级)来核计
其发病株数所得平均发病程度的数值。 计算公式为:
D2 =移(病级代表值 伊 株树) / (总株数 伊 发病最重级的代表值) 伊 100
计算病情指数时,首先应该清楚林分的主要森林病害,然后根据病害的不同类型查出不同的病级分类标
准,最后依据公式计算出病情指数。 发病率与病情指数属于负向指标,值越大说明森林病害程度越严重,即生
态系统越不健康。 森林病害计算公式为:
C1 = w1D1 + w2D2
式中,w1、w2 分别为 D1 和 D2 的权重。
(2)森林虫害
森林虫害指标由有虫株率和虫害危害程度来决定:
D3 = 有虫株树 / 林木总株数
不同的有害生物引起的灾害程度不一样。 本文将森林虫害按不同的危害程度分为轻、中、重 3 个等级
(表 2)。 根据样地内虫害的 3 个等级轻、中、重分别赋值 1、2、3,无危害赋值为 0,如果样地内同时有几种虫
害,以危害程度最重的一种进行分级和赋值。 有虫株率与虫害程度属于负向指标,值越大说明森林虫害越严
重,即生态系统越不健康。
表 2摇 森林虫害危害程度等级分级标准
Table 2摇 Classification of forest pests damage degree
虫害类型
Pest type
危害程度 Damage degree
轻 Light 中 Miderate 重 Heavy
松树(针叶树)叶部虫害
Leaf pests of pine trees(conifer trees) 针叶被害率 10%—20% 针叶被害率 21%—50% 针叶被害率 51%以上
树干、枝梢虫害 Pests in trunk or branches 被害率 10%—20% 被害率 21%—40% 被害率 41%以上
蛀干害虫 Insect borers 被害株率 1%—5% 被害株率 6%—15% 被害株率 16%以上
杨树(阔叶树)叶部虫害
Leaf pests of poplar trees(broadleaf trees) 树叶被害率 10%—30% 树叶被害率 31%—60% 树叶被害率 61%以上
5273摇 12 期 摇 摇 摇 袁菲摇 等:基于干扰的汪清林区森林生态系统健康评价 摇
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摇 摇 森林虫害计算公式为
C2 = w3D3 + w4D4
式中,w3、w4 分别为 D3 和 D4 的权重。
(3)森林火险
构成森林火灾的主要要素是火源、可燃物、适合的气象条件,一定的地形条件则加快火灾的蔓延速度。 从
历年我国森林火灾发生统计资料来看,我国每年发生的森林火灾大部分都是由人为火源引发的,人为火源不
仅与聚居人口多少、人口分布状况等相对稳定人口因素有关,而且还与交通、旅游等动态人口因素有关,这方
面数据调查受随机概率的影响很大,直接获得数据资料比较困难,因此本研究中应用火源管控力度来反映火
源对森林火险等级的影响。 另外,在目前全国的森林气象条件等级中,不同的气象条件形成不同的森林火险,
适用于一定区域内的森林火险气象等级。 但是气象条件每天都有不同,在本文中不考虑气象条件。
因此,本研究主要从火源管控力度和可燃物两个方面来对森林火险进行分级。
火源一般包括野外生产用火、生活用火、上坟烧纸等现象,根据这些现象以及人为旅游、砍伐等活动出现
的频率来划分火源管控力度,并对其进行赋值(表 3)。
表 3摇 不同火源管控力度赋值及依据
Table 3摇 Fire source control grade and valuation
赋值
Evaluation 火源管控力度 Fire source control grade
0 火源管控严格,无野外生产用火、生活用火或上坟烧纸等现象,人为旅游、放牧、砍伐或采集药材等活动非常少
1 火源管控力度一般,偶见野外生产用火、生活用火或上坟烧纸等现象,人为旅游、放牧、砍伐或采集药材等活动较少
2 火源管控力度很小,常野外生产用火、生活用火或上坟烧纸等现象,人为旅游、放牧、砍伐或采集药材等活动较频繁
3 林区无火源管控措施,野外生产用火、生活用火或上坟烧纸等现象经常发生,人为旅游、放牧、砍伐或采集药材等活动非常频繁
森林可燃物主要由枯枝落叶层、草本植物和林木可燃树种组成,因此用枯枝落叶层厚度、草本植物盖度以
及乔木树种的易燃等级来决定可燃物的等级。 其中,草本植物盖度、枯枝落叶层厚度可由调查获得。 根据李
艳梅等[7]可得,中国森林主要树种的燃烧等级可以分为 3 类,分级情况与赋值见表 4。
表 4摇 中国森林主要树种燃烧等级划分[7]
Table 4摇 Classification of combustibility of major trees inChina[7]
分类 Grade 主要树种(组)Main tree species 等级 Class 赋值 Scores
难燃类 Difficult to be burning 阔叶混交、槐(Robinia pseudoacacia)、榆(Ulmus spp. ) 一级 1
可燃类 Could to be burning 针阔混交、杉(Picea)类、桦(Betulla spp. )、杨(Populus spp. )、柳(Salix spp. )、椴(Tilia spp. )、 二级 2
易燃类 Easy to be burning 松(Pinus)、柏(Cupressus funebris)类、栎(Quercus spp. )、针叶混、矮木 三级 3
森林火险包括火源和可燃物,不同指标内容的权重比例不一样,也决定了森林火险的最后数值的不同。
森林火险指标属于负向指标,值越大说明森林火险等级越高,即生态系统越不健康。 森林火险公式为:
C3 = w5D5 + w6D6 + w7D7 + w8D8 + w9D9
式中,w5、w6、w7、w8、w9 分别为 D5、D6、D7、D8、D9 的权重。
(4)人为干扰
由于人为干扰方式较多,很多人为干扰无法定量表示,因此,参考艾儒训[8]人为干扰的分级标准,本研究
对不同程度的抚育采伐强度、采伐后林分郁闭度大小、灌木和草本层结构、林相结构等人为干扰进行划分(表
5),达到其中一项即按照表 5 情况赋值。
2. 2. 2. 2摇 增益指标
(1)物种多样性
物种多样性指数反映了群落的物种多样性的空间分布和变化特征的分析,群落中生物种类(乔木、灌木
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和草本)增多,代表群落的复杂程度增高,即群落所含的信息量愈大。 本文采用 Simpson指数分别计算林区乔
木、灌木和草本的多样性。 Simpson指数公式为:
C5 = 1 - 移
s
i = 1
(pi) 2
式中,P i =Ni / N,是种 i的个体数占所有种的个体数的比率,N 是样地的总个体数,Ni 是第 i 种的个体数,S 为
种 i所在样方的物种数。 分别计算乔木层、灌木层、草本层的多样性指数,群落多样性指数公式为
C5 = w10D10 + w11D11 + w12D12
式中,w10、w11、w12 分别为 D10、D11、D12 的权重。 物种多样性属于正向指标,值越大说明森林生态系统越健康。
表 5摇 不同人为干扰程度的分级标准和赋值
Table 5摇 Human鄄caused disturbances grade and valuation
干扰级 Disturbance grade 赋值 Scores 基本特征 Basic characteristics
未干扰 Without disturbance 0 样地内无乔木树种被伐现象;灌木层和草本层保存完好;林相完整,垂直结构分层现象明显的天然林;20 年生以上的人工林
轻度干扰 With light disturbance 1 择伐和抚育采伐强度<20% ,伐后林分郁闭度>0. 7;灌木层和草本层基本保存完好,盖度>60% ;林相较完整,有垂直结构分层现象;或 15—20 年生的人工林
中度干扰
With miderate disturbance 2
择伐和抚育采伐强度 20%—30% ,伐后林分郁闭度 0. 6—0. 7;灌木层和草本层有破坏现象,盖
度 40%—60% ;林相基本完整,有垂直结构分层现象;或 10—15 年生人工林
重度干扰
With heavy disturbance 3
择伐和抚育采伐强度 31%—50% ,伐后林分郁闭度 0. 4—0. 6;灌木层和草本层破坏严重,盖度
20%—40% ;林相残缺不全,垂直结构较单一;或 5—10 年生人工林
严重干扰
With serious disturbance 4
择伐和抚育采伐强度>50% ,伐后林分郁闭度应<0. 4;灌木层和草本层破坏十分严重,盖度<
20% ;林相破坏,垂直结构单一;或 5 年生以内的人工林
(2)群落层次结构
林分层次结构完备、合理是森林生态系统完整性的重要体现。 根据北京市“十五冶森林资源二类调查技
术规程,层次结构依据植被层次确定记载,森林群落结构具体可分为完整结构、复杂结构、简单结构 3 种。
完整结构摇 具有乔木层、下木层、草本层和地被层 4 个植被层的森林;
复杂结构摇 具有乔木层和其它 1—2个植被层的森林;
简单结构摇 只有乔木 1 个植被层的森林。
该指标值直接由二类调查数据获得。 其中,完整结构赋值 3,复杂结构赋值 2,简单结构赋值 1。 群落层
次结构属于正向指标,值越大说明森林生态系统越健康。
(3)林分更新状况
林分更新状况主要根据林分中乔木树种的更新数量来确定,该指标可以通过森林二类调查的数据获得。
林分更新数量属于正向指标,值越大说明森林生态系统越健康。
(4)近自然度
近自然度是根据外业调查中对具体地段上的不同植物群落的空间位置、物种组成、立地条件、演替阶段等
因素的综合评定。 近自然度属于正向指标,值越大说明森林生态系统越健康。 调查时可根据北京市“十五冶
森林资源二类调查技术规程将近自然度分为如下 5 个等级,等级分级和赋值详见表 6。
表 6摇 近自然度等级及赋值
Table 6摇 Nature closeness grade and valuation
等级 Grade 赋值 Scores 森林群落组成 Forest community composition
玉 5 顶极群落森林
域 4 由顶极种和先锋种组成的过度性群落森林
芋 3 先锋群落森林
郁 2 含有非乡土树种的先锋群落森林
吁 1 引进树种或者由乡土树种组成但在不适合的立地上造林形成的森林群落
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2. 2. 3摇 指标权重的确定
本文采用主客观相结合的权重赋值法,即运用层次分析法[9鄄12]计算评价指标相对重要性的大小,用变异
系数法[13]来确定相对离散程度大小,根据二者的算数平均数[13]来确定最后的权重值。 这样,既考虑了相对
重要性的大小又考虑了相对离散程度大小,得到较为理想且实际的权重值。
各指标的变异系数[13]。
Vi =
滓i
軃xi
( i=1,2,…,n)
式中,滓i 是第 i项指标的标准差,軃xi 是第 i项指标的均值。 各指标的权重[13]:
Wi =
Vi
移
10
i = 1
Vi
( i = 1,2,…,n)
主观客观相结合赋权法的公式为[13]:
啄i = (W主 + W客) / 2( i = 1,2,…,n)
式中,W主表示第 i个指标的主观权重即层次分析法求得的权重;W客表示第 i个指标的客观权重即变异系数法
求得的权重; 啄i 表示第 i个指标的综合指标权重;n 为指标数目。 这也意味着综合指标权重是客观权重和主
观权重的算术平均,即为算术均数组合赋权法。
2. 2. 4摇 评价指标的标准化
由于评价指标体系的参评因子来自不同的方面,直接利用它们去评价是困难的,因为各系数间的量纲不
统一,所以没有对比性。 即使对于同一个参数,尽管可以根据它们的实测值的大小来判断他们对健康影响程
度,但也缺乏一个可以比较的环境标准而无法确切的反映其对健康的贡献。 因此,应该对参评因子进行量化
处理,用标准化方法来解决参数间不可比性的难题。 标准化方法如式:
Si =
xi - xmin
xmax - xmin
式中,Si 为参评因子标准化值,xi 为参评因子实测值,xmax 为实测最大值,xmin 为实测最小值。 参评因子原始数
据和标准化数据在 SPSS中处理。
2. 2. 5摇 评价模型
本研究是基于干扰的森林生态系统健康评价,根据评价指标体系,将评价指标分为了两个方面即有害干
扰与增益指标。 其中有害干扰为负向指标,增益指标为正向指标,即有害干扰越严重,增益指标越小,森林生
态系统越不健康,反之亦然。 因此,根据研究指标体系构建原则与意义,作者首次提出基于干扰的森林生态系
统健康评价模型:
H =移B2W2 - 移B1W1
式中,H为森林健康综合指数,系量纲数值;B1、B2 分别为有害干扰和增益指标值,W1 和 W2 分别为有害干扰
和增益指标的权重值。
2. 2. 6摇 评价等级划分
根据基于干扰的森林生态系统健康综合评价模型,可以将其森林生态系统健康等级可划分为优质、健康、
亚健康和不健康 4 个等级(表 7)。
表 7摇 汪清林区林分健康等级划分范围
Table 7摇 Grade division of Wangqing forest health
健康等级 Healthy grade 优质 Very healthy 健康 Healthy 亚健康 Fairly healthy 不健康 Unhealthy
综合分值 Comprehensive score [0. 5,0. 2] (0. 2,0. 1] (0. 1,0] (0,-0. 5]
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3摇 结果与分析
3. 1摇 评价指标权重
运用层次分析法和变异系数法对汪清林区的森林生态系统健康评价指标权重进行赋值。 本研究认为约
束层有害干扰、增益指标两个方面对森林健康的意义相同,因此权重均为 0. 5。 通过主客观赋权法对 C层的 8
个评价指标和 D层的 12 个分项指标的权重值进行归纳(表 8)。
表 8摇 基于干扰的森林生态系统健康评价各指标的最终权重值
Table 8摇 Final weight of forest ecosystem health assessment indicators based on disturbances
目标层 A
Target layer A
约束层 B
Restraint layer B
评价指标 C
Asessment indicator C
分项指标 D
Individual index D 权重 Scores
森林生态系统健康 A 有害干扰 B1 摇 0. 5 森林病害 C1 摇 0. 3315 发病率 D1 0. 621
Forest ecosystem healthy A 病情指数 D2 0. 379
森林虫害 C2 摇 0. 3518 有虫株率 D3 0. 720
危害程度 D4 0. 280
森林火险 C3 摇 0. 1261 乔木树种易燃等级 D5 0. 303
灌木植物盖度 D6 0. 164
草本植物盖度 D7 0. 132
枯枝落叶层厚度 D8 0. 167
火源管控力度 D9 0. 235
人为干扰 C4 摇 0. 1907
增益指标 B2 摇 0. 5 物种多样性 C5 0. 1699 乔木多样性 D10 0. 599
灌木多样性 D11 0. 243
草本多样性 D12 0. 158
群落层次结构 C6 摇 0. 1520
林分更新状况 C7 摇 0. 3099
近自然度 C8 摇 0. 3683
图 1摇 汪清林区四种不同林分抽样样地健康状况
摇 Fig. 1摇 Health situation of four different types in Wangqing
forest sample plots
3. 2摇 不同林分样地的健康评价结果
由各样地健康指数分析可知,汪清林区 60 块样地
中,处于优质状态的样地有 6 块(6、7、11、36、43、58),占
总样地数的 10% ,健康指数均大于 0. 2;处于健康状态
的林分 13 块(1、2、8、12、13、14、37、38、39、41、46、59、
60),占总样地数的 21. 67% ,健康指数在 0. 1 -0. 2 之
间;处于亚健康状态的林分 23 块(3、4、5、9、10、15、28、
31、32、33、34、35、40、42、44、45、47、48、51、53、55、56、
57),占总样地数的 38. 33% ,健康指数在 0-0. 1 之间;
处于不健康的林分 18 块(16、17、18、19、20、21、22、23、
24、25、26、27、29、30、49、50、52、54),占总样地数的
30% ,健康指数小于 0。
从图 1 可知,在落叶松天然林、针阔混交林和阔叶混交林中,亚健康林分所占的比例均最高,分别是 6 块、
8 块和 8 块;其次是健康林分,分别为 6 块、4 块和 3 块;而优质林分分别为 3 块、2 块和 1 块。 这说明在天然林
中,无论是针叶纯林还是针阔混交林、阔叶混交林,大多处于亚健康和健康的状况,林分具有较好的自我调节
能力,一旦爆发有病虫灾害,能够通过自身的能力进行调节并将病虫害控制在不造成大面积危害的限度内,即
维持林分生态系统的稳定性。 而在阔叶混交林中有 4 块不健康的林分,这四块不健康林分中,主要为白桦、青
杨、五角枫、椴树等阔叶树,受食叶害虫危害很大,受害率达到 100% ,且食叶害虫的危害程度严重,林分中一
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些蒙古栎被蛀干害虫蛀食,树木已经枯死,林分中伐桩多,林下枯枝落叶层很厚,且折断的树枝枯枝堆积未清
理,因此与其他的天然林分相比,这四块林分森林病害、森林虫害、森林火险和人为干扰都很严重,如果不及时
控制食叶害虫的危害,这些受食叶害虫危害的树木衰弱后,很容易遭受到蛀干害虫的入侵,加速树木死亡。 同
时,林下的枯枝落叶层应该及时清理,已减少在大风干燥的天气中出现森林火情。
在落叶松人工林分中,不健康的占有绝大多数,14 块,而亚健康的只有 1 块。 落叶松人工林为纯林,林分
自我调节能力差,一旦遭受到森林病虫害的入侵,将造成灾难性的后果,且病虫害在纯林中的传播蔓延速度非
常快,加快树木的死亡。 落叶松纯林属于易燃树种,尤其要注意在高火险天气下的森林火情。 同时,由于落叶
松人工纯林物种多样性低,群落结构简单,近自然度最小,林下几乎未见有自然更新的树种,因此人工林分的
增益能力弱,而有害干扰强,因此呈现出不健康的状态。
4摇 结论与讨论
(1)本文摒弃传统的评价观念提出基于干扰理论的森林生态系统健康评价。 基于干扰的森林生态系统
健康评价指标通过定性筛选出 2 个约束层,8 个指标,包括森林病害、森林虫害、森林火险等级、人为干扰、物
种多样性、群落层次结构、林木更新状况和近自然度,这些都是在综合和分析了以往研究者的评价指标体系,
筛选出最能代表生态系统健康的指标,且指标容易测量,调查时不需要携带大量大型的实验仪器,适合于对林
分进行简单、快速合理的生态系统健康评价。
(2)本文采用了层次分析法和变异系数法相结合的主客观赋权法计算指标的权重值。 层次分析法计算
出来的结果受主观因素干扰较大,主观成分太多;而单纯的客观赋值法通过对评价统计数据本身所包含的客
观信息进行提取分析,从中找出规律,以确定权重系数的大小,该方法过分依赖客观数据,而忽视了专家在确
定权重中应有的重要性,计算出的结果往往不尽人意或差别甚远。 因此,主客观相结合的赋权法克服了层次
分析法和变异系数法的缺点,保留了二者的优点,是确定权重一个不错的方法。
(3)根据本文基于干扰的森林生态系统健康评价体系,首次提出森林生态系统健康评价的模型,即增益
干指标减去有害干扰的综合健康指数。 此模型的提出是建立在基于干扰的森林生态系统健康评价体系的基
础之上的,其中有害干扰包括了人们熟知的“森林三害冶:森林火灾、林业有害生物和滥砍滥伐,增益指标包括
物种多样性、群落层次结构、林木更新状况和近自然度,基于干扰的森林生态系统健康模型能够全面的反映森
林生态系统的健康程度。 这个模型保留了传统的前者关于生态系统组织结构、系统活力最有代表性的指标,
同时有将有害干扰指标单提出来,第一是在指标选取上是一种创新,第二也保留了最能代表森林生态系统健
康的指标,第三是指标的赋值和测量都比较简单,有利于野外基层工作人员的掌握和应用。
(4)基于干扰的森林生态系统健康评价体系有一定的局限性。 因为在不同时期,影响森林生态系统健康
的因子也是不一样的,人们关注的热点也在不停的变化。 比如某些地区可能大气污染比较严重,某些地区可
能森林鼠兔害严重,因此对于基于干扰的森林生态系统健康评价模型,应该根据所选择区域和时期的不同,有
针对性的对指标进行筛选,特别是有害干扰层的指标,这样才能更准确的反应目前森林生态系统的健康状况。
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1373摇 12 期 摇 摇 摇 袁菲摇 等:基于干扰的汪清林区森林生态系统健康评价 摇
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载哉 再葬躁怎灶袁 在匀粤韵 蕴燥灶早枣藻蚤袁 悦匀耘晕 孕怎袁 藻贼 葬造 渊猿远怨苑冤
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杂澡葬 砸蚤增藻则袁 悦澡藻灶早凿怎 在匀粤晕郧 再葬灶造蚤袁 云耘陨 杂澡蚤皂蚤灶袁 蕴陨 在澡蚤赠燥灶早袁 藻贼 葬造 渊猿愿苑愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
愿愿愿猿 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 猿猿 卷摇
《生态学报》2013 年征订启事
《生态学报》是由中国科学技术协会主管,中国生态学学会、中国科学院生态环境研究中心主办的生态学
高级专业学术期刊,创刊于 1981 年,报道生态学领域前沿理论和原始创新性研究成果。 坚持“百花齐放,百家
争鸣冶的方针,依靠和团结广大生态学科研工作者,探索生态学奥秘,为生态学基础理论研究搭建交流平台,
促进生态学研究深入发展,为我国培养和造就生态学科研人才和知识创新服务、为国民经济建设和发展服务。
《生态学报》主要报道生态学及各分支学科的重要基础理论和应用研究的原始创新性科研成果。 特别欢
迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章;研究简报;生态学新理论、新方法、新技术介绍;新书评价和
学术、科研动态及开放实验室介绍等。
《生态学报》为半月刊,大 16 开本,300 页,国内定价 90 元 /册,全年定价 2160 元。
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生摇 态摇 学摇 报
(SHENGTAI摇 XUEBAO)
(半月刊摇 1981 年 3 月创刊)
第 33 卷摇 第 12 期摇 (2013 年 6 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA
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Vol郾 33摇 No郾 12 (June, 2013)
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