森林生物多样性评价指标选择分析

吴金卓　冯亮　蔡小溪　孔琳琳

摘要：森林是陆地生态系统中生物多样性最丰富的生态系统。森林生物多样性对于维持陆地生态系统平衡，保证人类生存和社会经济可持续发展起着不可替代的重要作用。对森林生物多样性进行评估、监测和报告是有效保护生物多样性、合理利用其资源、保证其可持续发展的基础和关键。建立一个有效的生物多样性评价指标体系是对生物多样性正确评估的前提和基础，而合适的指标的筛选是构建这一体系的首要工作。本文从文献分析的角度，分析了生物多样性的评价方法，提出了森林生物多样性评价指标的选择原则以及其中需要注意的一些问题，提出了基于林分水平上的生物多样性评价指标的初步构想，为全面构建森林生物多样性评价指标体系奠定理论基础。

关键词：森林；生物多样性；评价指标；生态系统

中图分类号：S 718；X 176文献标识码：A文章编号：1001-005X（2015）01-0030-04

Analysis on the Selection of Evaluation Indicators of Forest Biodiversity

Wu Jinzhuo，Feng Liang，Cai Xiaoxi，Kong Linlin

（College of Engineering and Technology，Northeast Forestry University，Harbin 150040）

Abstract：Forest is the ecosystem with the richest biodiversity among all the terrestrial ecosystems.Forest biodiversity is critically important for the balance of terrestrial ecosystem，which ensures the livings of human beings and the sustainable social development.The assessment and monitoring on forest biodiversity is the foundation and key to the effective protection of biodiversity and reasonable use of resources.The premise is to establish an effective biodiversity evaluation system to correctly assess the forest biodiversity and selection of appropriate evaluation indices is the first task.In this paper，from the aspect of literature review，the evaluation methods for forest biodiversity are analyzed，and the principles of selection and some key points that should be paid more attention during evaluation are proposed.Finally，a primitive thought about the framework of forest biodiversity evaluation system is proposed，which can provide references for the establishment of the entire forest biodiversity evaluation system.

Keywords： forest；biodiversity；indicator；ecosystem

收稿日期：2014-11-20

基金項目：国家“十二五”科技支撑计划专题（2012BAC01B03-3），东北林业大学大学生科研训练项目（2012038）

第一作者简介：吴金卓，博士，副教授。研究方向：森林作业与环境。Email：wujinzhuo1980@163.com

引文格式：吴金卓，冯亮，蔡小溪，等.森林生物多样性评价指标选择分析[J].森林工程，2015，31（1）：30-33.生物多样性研究已经引起众多学者、环保主义者和政府规划部门的重视。生物多样性研究是为了能够制定合理的有利于保护生物多样性这个重要的人类财产的管理策略。生物多样性受自然因素和人类活动的双重影响。从自然因素方面来看，地质的变更及地理环境的变化、气候条件、自然灾害都会影响生物多样性[1]。从人为因素方面来看，由于人类的不当活动造成了生境破坏和生境破碎；一些地区人为因素导致的外来物种入侵打破了原有生态平衡，从而破坏了生物多样性；人们对自然资源的过度开发、滥捕滥杀动物、滥砍滥伐植物，对非生物资源过度与盲目的开发，导致生物赖以生存的资源和环境被破坏。另外，大规模使用杀虫剂，使得环境负担逐渐增加，在某些地区甚至已经超出了环境的承受能力，对生物多样性造成了很大的影响。

在众多生态系统中，森林生态系统的生物多样性是最丰富的。森林生物多样性对于维持陆地生态系统平衡，保证人类生存和社会经济可持续发展有着十分重要的作用。然而，由于森林生境的丧失和退化，全球森林生物多样性正面临着严重的威胁。目前，世界各国已经积极开展森林生物多样性的保护工作。其中，对森林生物多样性进行评估、监测和报告是有效保护生物多样性、合理利用其资源、保证其可持续发展的基础和关键[2]。建立一个有效的生物多样性评价指标体系是对生物多样性正确评估的前提和基础，而合适的指标的筛选是构建这一体系的首要工作。

本文从文献分析的角度，分析了生物多样性的评价方法，提出了森林生物多样性评价指标的选择原则以及其中需要注意的一些问题，提出了基于林分水平上的生物多样性评价指标的初步构想，为全面构建森林生物多样性评价指标体系奠定理论基础。

1生物多样性的评价方法

生物多样性评价研究主要包括指示物种和指标体系两个方面。鉴于不同类型的生态系统的复杂程度，人们经常采用一些指示物种类群来监测生物多样性的变化情况。

指示物种可以包含许多层意思。比如，一个物种的出现表明一系列的其他物种的出现或者某物种的缺乏表明一系列的其他物种的不存在。指示物种也可以是关键种，其数量在整个生态系统中的增减导致至少其他一种物种在数量上的显著变化。指示物种也可以是特定的生态系统中的优势种，它提供了大部分的生物量或者个体数量最多。比如，澳大利亚北部昆士兰地区热带雨林中的鹤鸵就是一种指示物种。它是100多种结有大果实的植物物种的唯一传播者，因此，这一物种的锐减直接导致了其他依靠它们传播种子的物种的减少。

第1期吴金卓等：森林生物多样性评价指标选择分析

森林工程第31卷

通过建立评价指标体系来评估和监测生物多样性是另一种被广泛采用的方法。目前，国际上已经在生物多样性评估监测指标体系方面有很多有益的尝试，开发了一系列理论框架模型，如PSR 模型、DPSIR 模型和等级模型等。PSR模型是生物多样性监测指标和其他指标体系构建中最常用的模型。DPSIR概念模型是PSR模型的扩展，在其基础上又考虑了造成环境变化的潜在原因和环境所处的状态对人类健康和社会经济的影响。加拿大最常使用的生物多样性评价指标是加拿大林业部制定的标准以及指标框架。在这个框架下，包含7个标准，生物多样性保护就是其中之一，它包含22个元素和83个评价指标。这个工作绝大部分是基于“蒙特利尔进程”，一个由12个拥有温带和阔叶林的国家开发的框架，里面包含7个标准和67个评价指标来确定森林条件的状况。美国和其他的国家也开发了类似的评价指标。通过这个框架体系，决策者和利益相关方能够针对森林经营做出更为科学合理的决策。

我国学者在构建森林生物多样性评价体系方面也取得了很多成果。如，张明如在对内蒙古寒温带针叶林植物多样性研究中通过自然和人为干扰方式对植物种多样性产生的影响进行评价来说明该区域植物种多样性特征和在外力干扰下的变化规律[3]。臧润国等针对阔叶红松林可持续经营中的多样性保护问题，提出了一套生物多样性间接评价体系，采用综合打分法计算出森林生物多样性[4]。李金良采用目标法与专家咨询法相结合的方法，创建了一套东北过伐林区林业局级森林生态系统多样性和物种多样性的指标体系和评价方法[5]。该指标体系包含森林类型多样性、森林龄组结构多样性、公益林占森林总面积比重、天然林占森林总面积比重、森林自然度、森覆盖率、森林破碎化、森林植物物种丰富度、植物物种多样性指数和珍稀植物物种丰富度共10项指标。程志楚基于我国森林资源清查的结果建立了森林生物多样性（生态系统多样性和物种多样性）的评估指标[6]。

总体来看，我国的森林生物多样性的研究还处于发展阶段。现有的森林生物多样性指标体系无论是在指标筛选还是应用层次上还不能完全满足在林分这一水平上的森林生物多样性评估。

2评价指标的选择原则

森林生物多样性的评价指标有很多。以物种多样性评价为例，在研究植物群落物种多样性测度指数时多采用物种丰富度指数、物种多样性指数、均匀度指数和生态优势度。而国内外的学者针对各个指数又提出了不同的算法，因此，评价指标的选择是需要考虑的问题。一般地，在选择森林生物多样性评价指标时，应当遵循以下几个原则：

（1）指标的选择要以生态学理论为基础。选择的大部分森林生物多样性评价指标应具有一定的生态学意义，以生态学理论，尤其是生态系统生态学和群落生态学理论为基础[7]。

（2）数据的可获得性和量化性。Hagan 和 Whitman指出數据的可获得性约束了生物多样性评价指标的选择[8]，因为某些指标的获得通常受到可使用资金（如国家公益性项目、科研项目等）的约束。选取的指标应该在林业样地里可以很容易的测量，而且获取成本在可以接受的范围之内。另外，选择的评价指标应该比较容易数量化，以利于定量评价。

（3）统计分析的适用性。选取的评价指标应该能够进行统计分析以达到客观和科学的评价目的，这就需要大量的研究样本，或者指示物种的样本特性具有比较低的随机化。

（4）数据的可移植性。使用评价指标进行实地研究或者检验方法应该是可以重复的并且可以数据是可以重新获得的。这就要求采用标准的测量方法和实验室操作指南来进行测量，并且可以对同类的结果进行合理有效地比较分析。

（5）参考值是否存在。对于一个评价指标，参考值可以帮助评价者来评价某个测量指标的高低以及高低的程度。以枯死木为例，它是森林生态系统不可少的组成部分，为其它生物提供了特殊栖息地，其残体的分解也为其它生物提供了养分，是生物多样性评价的一个重要方面。从经营管理的角度上看，对于林地内的枯死木（包括枯立木和倒木）要求其蓄积控制在整个林地蓄积的10%[9]。

3选择评价指标需要注意的问题

3.1明确评价的最终目的

生物多样性评价有很多目的，既可以是为了生态环境保护，也可以为了社会和经济价值的实现。如果最基本的目标是生产社会和经济价值，那么合适的评价指标应该是与遗传多样性或特殊性有关。然而，如果最基本目的是保护生态服务和未来提供弹性服务的能力，那么合适的指标应该是与主要生产力，或者是景观或者是生态系统多样性相关。类似地，如果最终目的是保护一小部分目标物种，那么评价指标可以是森林净生产力、 遗传多样性，而此时物种多样性可能显得不是非常重要或者说是与此相反的评价指标。

3.2考虑评价指标权重以及它们之间的关系

生物多样性需要从多个方面进行全面综合地评价。在诸多评价指标选择之后，一个重要的议题就是评价指标权重的确定。对于林业工作者而言，这并不是件容易的事情。一方面感觉到每个指标对最终的评价都很重要，很难抉择；另一方面，由于生物多样性的组成部分具有感官上的不确定性。然而，没有给出评价指标权重的后果就是所有的评价指标具有同等的重要性，即权重相同。决策者面对长长的评价在认为比较突出的评价指标中选择他们有更多更丰富的实践经验或者专业知识的指标。因此，如果需要使用多个评价指标来报告对生物多样性的影响，我们必须要了解每个评价指标的相对重要性以及它们之间的关系。

3.3重视森林经营环境

每当提到森林生物多样性，人们总会用所有水平上的生物多样性（基因、物种、生态系统）和所有空间范畴内的生物多样性（微环境、栖息地、生物圈）来定义。生物多样性评价必须要在特定的森林经营环境下做出。生物多样性必须与其他同等关键的目标相协调，这样才能促进森林的可持续发展。众所周知，皆伐迹地的次生演替可形成异质斑块，使景观异质性增加，从而有利于森林的稳定性和生物多样性。择伐较皆伐更有利于保持动植物结构的完整性、鸟类群体的生活和林地中鸟类的再繁殖力[10]。在某些情况下，最适宜的森林经营实践可能是降低生物多样性或者临时的降低。当然这一观点也不是被广泛认同。当前，各国的森林正向森林认证的方向发展，因此在考虑生物多样性和可持续森林经营之间的关系开发一个一致认同和现实的评价指标显得尤为重要。

4基于林分水平上的生物多样性评价

指标初步构想基于林分水平的森林生物多样性评估对于指导森林经营活动，如森林采伐、择伐、森林更新等，制定有效的森林生物多样性保护政策具有非常重要的意义。林分水平上的森林生物多样性评价指标可以包括组成、结构、功能等方面的指标。林分组成因子和结构因子决定和构成了某一地区的森林生物多样性[11-12]，而功能因子（例如，不同物种、枯死木分解以及土壤微生物的功能调节作用）则对于保持森林生态系统的一体性起到积极的作用[13]。生态学家已经开发了一系列的指标和模型来测度林分水平上的森林生物多样性。目前采用的评价指标多为与结构和组成相关的指标，因为他们更易于测量[14]。Lindenmayer等人将林分水平上的森林生物多样性指标归为两类，即基于关键物种识别的指标和基于关键结构识别的指标[15]。然而，Margules等人指出没有充分的证据能够表明物种能够完全代表生物多样性[16]。林分结构方面的指标对于评估森林生物多样性同样重要，因为具体的森林经营活动都是在这一层次上实现的[17]。

在林分组成方面，可以考虑植物群落（乔木、灌木和草本）物种多样性、动物群落物种多样性、土壤微生物物种多样性以及物种的其他属性。植物群落物种多样性指标可以分为三类：α多样性指数、β多样性指数和γ多样性指数[18]。近年来，我国学者在研究植物群落物种多样性测度指数时多采用：物种丰富度指数、物种多样性指数、均匀度指数和生态优势度[19]。动物是生物界的一个重要组成部分。动物群落多样性、丰富度及均匀度随着海拔会有一定的变化，另外种群的时间动态也会呈现季节性波动。在研究针阔混交林生物多样性时，可以以鸟类多样性为基础。国外研究表明，当叶层高度被分为0～0.61、0.61～7.62和>7.62 m三个等级时，叶层高度多样性与鸟类多样性有显著的相关关系[20]。我国也有研究表明，鸟类多样性与叶层高度多样性显著相关，因此，可以用叶层高度多样性指标来代替鸟类多样性[21]。土壤微生物是土壤形成和营养元素循环的主体，其含量及活性是反映土壤供肥能力和土壤健康状况的重要指标。土壤微生物的多样性不仅是维持生态系统稳定及生产力的关键，还在维持遗传基因多样性和物种多样性中起到至关重要的作用。可以用微生物总量、细菌总量和真菌总量来反映土壤微生物多样性。物种的其他属性可以考虑濒危物种百分比、珍惜物种百分比和外来入侵物种百分比。

林分结构因子可以考虑空间結构指标和非空间结构指标。非空间结构指标即与距离无关的指标，如林分郁闭度、树种直径分布、大径木百分比、粗木质残体。林分中树木的空间布局决定了鸟类、昆虫、附生生物、下层植物及土壤微生物的生境的三维空间，也决定了林分内的生境和物种多样性，对林分的发展有十分重要的影响[22]。林地内树木的水平分布格局，分为随机分布、均匀分布和集群分布3 种。可以采用多个指标进行测试，如应用扩散系数、Lloyd的平均拥挤度、聚块指数和负二项参数等进行主要种群分布格局的测定[23]。

5结束语

森林生物多样性是维持生态系统平衡和森林生产力持续发展的重要条件，也是人类社会生存和发展的物质基础[24]。本文从文献分析的角度，分析了生物多样性的评价方法，提出了森林生物多样性评价指标的选择原则以及其中需要注意的一些问题，并对林分水平上的生物多样性评价指标提出了初步的构想。未来的研究方向将以针阔混交林不同演替阶段针阔混交林样地为研究对象，根据初步构建的指标体系具体选择评价指标，并运用数学分析方法确定指标的权重。

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[责任编辑：李洋]