全球陸續(xù)開展了森林生態(tài)系統(tǒng)健康評價與森林可持續(xù)發(fā)展進(jìn)程,提出了相應(yīng)的指標(biāo)體系。美國針對森林生態(tài)系統(tǒng)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(tài)系統(tǒng)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(xù)經(jīng)營的戰(zhàn)略性標(biāo)準(zhǔn)(Criteria)和67款建設(shè)性指標(biāo)(Indicators)。7項標(biāo)準(zhǔn)分別是:生物多樣性保護(hù),森林生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)能力的維持,森林生態(tài)系統(tǒng)健康和活力的維持,水土資源的保持和維護(hù),森林對全球碳循環(huán)貢獻(xiàn)的維持,滿足社會需求的長期多種社會經(jīng)濟(jì)效益的保持和加強(qiáng),森林保護(hù)和可持續(xù)經(jīng)營的法規(guī)、政策和經(jīng)濟(jì)體制。

千年生態(tài)系統(tǒng)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?jǐn)?shù)量、林外樹木、林區(qū)人口分布幾個方面評價了森林生態(tài)系統(tǒng)的現(xiàn)狀和變化趨勢[5]。我國學(xué)者也從森林生態(tài)系統(tǒng)健康,生態(tài)功能與效益以及可持續(xù)發(fā)展方面展開了研究[6-12],取得了比較豐富的成果。森林生態(tài)質(zhì)量對指森林生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)服務(wù)功能、健康狀況以及自調(diào)節(jié)功能的綜合測度。本文在總結(jié)國內(nèi)外前人研究的基礎(chǔ)上,對森林生態(tài)質(zhì)量評價體系與方法做了初步的探索。

1研究區(qū)概況

研究區(qū)主要設(shè)在徐州市區(qū)、賈汪區(qū)、銅山縣和新沂市周邊的石灰?guī)r山地。全區(qū)屬于暖溫帶半濕潤季風(fēng)氣候區(qū),干濕季節(jié)明顯,年平均降水量869mm,年平均蒸發(fā)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(fēng)速3m/s,冬季旱風(fēng)強(qiáng)烈,風(fēng)日頻率高。石灰?guī)r山地土壤類型主要為石灰?guī)r風(fēng)化淀積形成的堿性土,土層瘠薄,養(yǎng)分匱乏。山地森林主要為人工營造的側(cè)柏純林,天然林位于保護(hù)區(qū)內(nèi),面積較小,其中混交林是林地在原先天然更新的基礎(chǔ)上人工又補(bǔ)植側(cè)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(qū)、賈汪區(qū)、銅山縣和新沂市周邊的石灰?guī)r山地人工營造的側(cè)柏純林,以及位于保護(hù)區(qū)里的天然次生林、混交林。其中絕大部分為人工營造的側(cè)柏純林,且林分長勢差,多數(shù)為小老頭樹。

2.2研究方法

2.2.1標(biāo)準(zhǔn)樣地調(diào)查法選擇位于馬陵山與艾山風(fēng)景區(qū)內(nèi)的天然林與混交林標(biāo)準(zhǔn)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(qū)大洞山等地人工營造的林分選取標(biāo)準(zhǔn)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(jù)實地情況選擇1~2塊標(biāo)準(zhǔn)地。每個樣地都是面積為400m2的正方形,對樣地內(nèi)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(nèi)天然林比例、郁閉度、灌草蓋度、土壤厚度、腐殖質(zhì)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(zhì)。

2.2.2森林生態(tài)質(zhì)量評價方法從森林結(jié)構(gòu)與功能和森林健康狀況2個方面來構(gòu)建森林生態(tài)質(zhì)量評價指標(biāo)體系,通過層次分析法、等級評分法和加權(quán)綜合指數(shù)法來評價徐州山地森林生態(tài)質(zhì)量。

3森林生態(tài)質(zhì)量評價理論方法

3.1評價指標(biāo)體系與層次結(jié)構(gòu)的構(gòu)建

森林生態(tài)質(zhì)量主要反映在森林結(jié)構(gòu)與功能和健康狀況2個方面。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)地調(diào)查資料,按照科學(xué)性、系統(tǒng)性、可操作性、獨立性和代表性的原則,從森林結(jié)構(gòu)與功能和健康狀況2方面來構(gòu)建評價指標(biāo)體系。對于徐州山地森林生態(tài)質(zhì)量的綜合評價,依據(jù)層次分析法進(jìn)行,以森林健康狀況和結(jié)構(gòu)與功能為基礎(chǔ)開展。其評價指標(biāo)的選取與層次分析如圖1。3.1.1森林健康狀況指標(biāo)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(gòu)成,樹種多樣性是森林內(nèi)喬灌木樹種物種多樣性的體現(xiàn),物種多樣性與森林的穩(wěn)定性和抗外界干擾能力有著直接的關(guān)系,物種多樣性越高的森林越穩(wěn)定、抗外界干擾能力也越強(qiáng)、生態(tài)系統(tǒng)也越健康;森林火險等級是森林抗火災(zāi)能力的直接標(biāo)準(zhǔn);樹葉損失率是森林受到病蟲危害程度的劃分標(biāo)準(zhǔn),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(jié)構(gòu)與功能指標(biāo)森林結(jié)構(gòu)與功能指標(biāo)選取郁閉度、灌草蓋度、天然林比例、涵養(yǎng)水源能力和改良土壤能力5個指標(biāo)。結(jié)構(gòu)與功能密不可分,結(jié)構(gòu)好的林分其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能也相應(yīng)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(fēng)固沙、調(diào)節(jié)氣候能力也越強(qiáng);天然林比例大的林分其生態(tài)系統(tǒng)的功能與穩(wěn)定性以及生態(tài)效益明顯強(qiáng)于人工林;對于山地森林其涵養(yǎng)水源的功能尤其重要,土壤孔隙度和含水量是涵養(yǎng)水源能力的直接反應(yīng),枯落物層越厚,其吸收的降水量越大,森林涵養(yǎng)水源能力越強(qiáng),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(jī)質(zhì)含量、腐殖質(zhì)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(quán)重的確定

評價權(quán)重的確定是整個評價過程中關(guān)鍵的一步,權(quán)重的大小分配是否合理關(guān)系到評價成果是否合理。本文應(yīng)用層次分析方法[13],來確定評價權(quán)重。層次分析法(AHP)確定權(quán)重的步驟是:(1)確定目標(biāo)和評價因子集U。(2)構(gòu)造判斷矩陣。(3)計算重要值排序。根據(jù)A-U矩陣,求出最大特征根所對應(yīng)的特征向量,所求的特征向量即為各評價指標(biāo)重要性排序,也就是權(quán)數(shù)分配。本次評價權(quán)重是用以上層次分析法確定,權(quán)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(yīng)的特征向量為XB1=(2、2、1),對其標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)的權(quán)重(見表1)。用同樣方法得到森林結(jié)構(gòu)與功能評價指標(biāo)的權(quán)重(見表1)。對于森林生態(tài)質(zhì)量的綜合評價體系(A)的2個約束層(B1和B2)權(quán)重的確定,認(rèn)為森林結(jié)構(gòu)與功能要比森林健康狀況稍微重要,故2者的權(quán)重經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)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(jī)一致性比率(CR)來檢驗,即:CR=CI/RI,當(dāng)CR<0•1,即可認(rèn)為判斷矩陣具有滿意的一致性,說明權(quán)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(rèn)為該判斷矩陣具有滿意的一致性,說明權(quán)重分配是合理的。本文的其他指標(biāo)權(quán)重分配均通過了一致性的檢驗,檢驗過程略。經(jīng)構(gòu)建判斷矩陣,并通過一致性檢驗后,建立徐州山地森林生態(tài)質(zhì)量的評價體系,各指標(biāo)的權(quán)重確定結(jié)果見表1。

3.3標(biāo)準(zhǔn)化處理為更好地進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,反映實地調(diào)查的情況與數(shù)據(jù)來源的真實性和復(fù)雜性,列出徐州山地不同林分類型的標(biāo)準(zhǔn)地調(diào)查數(shù)據(jù)(如表2)。由于各指標(biāo)的含義不同,指標(biāo)值的計算方法也不同,會造成各指標(biāo)量綱的差異,因此即使各指標(biāo)全部定量化,也不能直接進(jìn)行計算,須先對指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。結(jié)合徐州山地森林的特點與標(biāo)準(zhǔn)地調(diào)查的各指標(biāo)值情況和以前的研究工作基礎(chǔ)[14-19],對各指標(biāo)進(jìn)行等級劃分并給以適當(dāng)?shù)姆种?來達(dá)到對指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理的目的(見表3)。