森林多功能评价与表达方法1)

殷鸣放

(沈阳农业大学，沈阳，110866)

郑小贤

(北京林业大学)

殷炜达

(东京大学)

传统森林经理学简单地把森林作为木材生产的“场所”来对待，将森林的木材生产以外其它的资源视为“附属”性的存在而未予重视。这显示出人们对森林各种功能的认识力缺乏和科学方法的不足，因而受到了来自学科内部与社会各方面的批评和质疑[1]。我国现有森林资源的人均占有量很低，森林资源利用上更需要充分利用各种功能，社会迫切需要森林在生态环境建设中发挥更大的作用[2]。我国林业在经历了森林过度利用阶段、森林恢复与发展阶段之后，正在向多功能利用阶段发展[3]，许多学术和实践方面问题都亟待解决。因此，对森林多功能评价进行研究，无论从学术方面，还是从社会需要方面，都已十分紧迫。

森林多功能是指在同一空间中的森林由于自身特点和周边环境不同所具有的多种功能的集合，它是由森林的自然属性与周边环境决定的，其分类地位与商品林、公益林并列成为一类。对于森林多功能评价问题，大尺度的研究国内曾经有一些报道[4－5]，但在小班尺度上的研究成果非常少见[6]。森林经营上更需要了解小班的各种功能和整体功能状况，因此，开展多功能森林评价与直观表达的研究，是森林多功能经营上的需要。

1 研究地概况

研究对象为辽宁东部山区清原县大边沟林场。该场属于长白山脉的西南延伸部分，属温带季风气候，气候湿润，雨量充沛。年平均气温5.2℃，无霜期120～130 d，年降水量800～1000 mm。天然植被为次生阔叶林与针阔叶混交林，土壤为棕色森林土和暗棕色森林土。人工造林树种主要有日本落叶松(Larix kaempferi)、长白落叶松(Larix olgensis)、红松(Pinus koraiensis)、油松(pinus tabulaeformis)等[7]。

2 研究对象与方法

2.1 研究对象

选择林相比较均匀的1个集水区进行了调查。本研究数据主要采取标准地和解析木调查为主。比如，碳吸收与碳储存计量、林木生长量与蓄积量、生物多样性、树种丰富性、自然性等数据。共调查标准地48块，林木碳储量和生长量测定用解析木367株。此外，其它小班数据采用最新二类调查数据以及林场档案资料。比如，小班面积、小班界线、小班集材距离等。

2.2 方法

在借鉴国内外森林多功能研究成果的基础上[4－6]，结合当地自然条件与社会需求，提出森林经营上的主要功能及其评价方法。评价目的是为了满足森林经营需要，并不涉及各种生态价值问题。在1个集水区内，采用相对值比较法进行各种子功能评价，用高、中、低表达小班各种子功能大小。高、中、低等级划分可以采用各种方法，本研究采用极差均分法。再用雷达图法对各种子功能评价结果进行全面表达，最后用多功能值和多功能指数表达整体功能大小和森林多功能类型，实现小班层次的森林多功能评价与表达一体化，为森林经营提供科学依据。

2.2.1 主要功能种类的确定

根据日本学术会议公布的研究成果，森林多功能种类可以划分为8类36子类[8]。本研究认为这些功能种类并不都适合森林经营需要。森林经营单位应该根据森林特点和经营需要确定主要经营功能。主要经营功能确定依据:①现阶段森林经营水平可及;②可进行定量化评价;③利于制定经营措施;④区域社会急需。本研究对辽宁东部山区森林确定的主要经营功能是水土保持与水源涵养功能、减少温室气体功能、保护生物多样性功能和可持续木材生产功能。

2.2.2 小班功能评价方法

水土保持与水源涵养功能是指森林对土壤的保护、形成和促进降水向其渗透的作用。根据以往大量研究成果可知，该功能与林木和林下植被的覆盖度密切相关[9]。本研究采用林木和林下植被覆盖指标进行评价，计算与评价缓和枯水洪水功能、保护水质功能、防止泥沙流失功能、防止林地崩塌功能等4项子功能，再将这些评价值进行平均作为水土保持与水源涵养功能的评价结果[6]。

减少温室气体功能是指森林可以吸收和储存温室气体二氧化碳方面的功能。通过计量森林吸收、储存二氧化碳子功能来评价。二氧化碳吸收量=生长量/hm2×扩大系数×木材密度×含碳率;二氧化碳储存量=蓄积量/hm2×扩大系数×木材密度×含碳率[6]。其中含碳率、木材密度通过解析木进行树干解析和元素分析方法获得[9];林木生长量和蓄积量通过标准地调查获得。

保护生物多样性功能是指森林通过为生物物种提供生存与繁衍的场所，从而起到对其保育作用的功能。本研究采用稀少性、多样性和自然性等指标评价[6]。稀少性评价采用调查评价对象里是否存在国家及省级濒危灭绝植物种。多样性评价根据植被调查判断植物多样性。自然度评价采用近自然林理论，将近自然度分为7个等级，通过对小班实际调查数据进行评价。

可持续木材生产功能是指森林能持续、高效率地生产优良材，并确保林分自身健康生长的功能。评价指标是形状比、生长量、蓄积量、修枝情况、集材距离、平均坡度、小班面积、木材缺欠等8项[6]。数据通过小班档案数据和实际调查获得。

2.2.3 整体功能综合评价与表达

整体功能综合评价需要把小班各子功能评价结果与整体功能综合评价结果进行同时表达，将其作为一个多因素评价问题。本研究采用雷达图法来解决这个问题[10－11]，以子功能评价结果雷达图为基础开发了多功能值S和多功能指数M(见3.2)，以进行整体功能综合评价与表达。

3 结果与分析

3.1 子功能评价

采用上述评价方法，对1个集水区的14个小班进行各项子功能评价。按照上述小班功能评价方法(见2.2.2)计算各项评价指标，按照相对值法划分功能大小，根据雷达图方法要求对各小班子功能评价结果赋值，见表1。

表1 森林子功能评价结果

“高”的赋值3，“中”的赋值2，“低”的赋值1，得到制作雷达图的基础数据。用这些数据制作各小班功能雷达图(以42、44、47小班为代表，见图1)。

图1 森林多功能类型

3.2 整体功能综合评价

森林整体功能综合评价通过计算雷达图中闭合多边形面积得到[10－11]。各小班森林多功能值S由(1)式得到，多功能指数M由(2)式计算得到，再根据多功能指数划分多功能类型。结果见表2。

式中:L1、L2为三角形的两个边长;θ为 L1、L2构成的夹角;M0为理想林分多功能值，即用已经确定的子功能全部达到最大值时的多功能值;S为多功能值;M为多功能指数。

表2 小班多功能评价

根据表2多功能值可进行各小班整体功能大小比较，得出各小班综合功能大小排序为:47＞43=45＞44=46＞50=54＞42=51＞56＞53＞52＞55＞48。

结果表明，各小班整体功能差异很大，最大的是47小班，评价值为24.63;最小值是48小班，评价值为8.99;最大与最小值差2.73倍，多功能经营潜力很大。

3.3 森林多功能类型划分

进一步对获得的雷达图进行分析，根据表2多功能指数划分森林多功能类型。

a型(优势齐备型):多功能指数为0.9～1.0。43、45、47等3个小班在各功能上的评价值基本上都是最大值，个别子功能处于中等水平，所构成的多边形饱满并从圆心向外扩张，说明这些小班的多功能呈现优势齐备态势，是理想的森林多功能类型，可采取保持现状的经营措施。

b型(稳定平衡型):多功能指数为0.7～0.8。42、44、46、50、51、54 等 6 个小班若干方面表现好，具有优势主导功能，部分子功能有缺欠，整体上处于稳定平衡状态。评价结果表明其多功能属于中等状态，呈现稳定平衡态势，可根据优势主导功能进行适度经营。

c型(弱势缺失型):多功能指数为0.6以下。48、50、53、55、56 等 5 个小班整体功能处于低水平状态，并存在1个“低”的子功能，评分结果构成的多边形向圆心收缩，说明这些小班的整体功能较差，呈现整体功能软弱缺失态势。对该类型可采取发挥优势主要功能，改善林分结构，促进林木健康发展的经营措施。

4 结论与讨论

4.1 结论

从森林多功能经营的需求与森林自身特点出发，提出了基于小班森林多功能经营要求的森林多功能计量与评价方法，对研究区域水土保持与水源涵养功能、减少温室气体、保护生物多样性功能和可持续木材生产功能等4项主要经营功能进行了评价，得出了对于森林多功能经营具有实际指导意义的结果。

建立多功能评价指标体系对各小班多功能进行评价，用相对值比较法，即用“高、中、低”直观表达小班主要经营功能大小。并以此为基础，将各小班主要功能用雷达图方法全面表达，实现了小班层次的多功能评价与表达。这种评价结果不同与以往的只进行功能的物理量与价值量评价，而是建立在森林经营需要的基础之上，可以针对弱势功能采取恰当的经营措施。

引入雷达图法，并在此基础上提出了多功能值和多功能指数的概念及其计算公式，用以表达小班整体功能。并将森林多功能划分为优势齐备型、稳定平衡型、弱势缺失型等3个类型，从理论上为森林多功能经营奠定了基础，使每个小班多功能状况具有了可比性，进而使经营者可以针对各个小班的特点，分门别类地采取森林经营措施。

4.2 讨论

森林生态系统服务价值评价方面的研究在国内外已经取得大量成果;但是，将这些成果应用到森林经营上还有很多工作要做。本研究在森林经营框架下，从森林多功能经营的社会需要与森林自身具有多功能属性的实际情况出发，提出了基于小班森林多功能经营要求的评价与表达方法。该方法的提出为今后开展森林多功能经营提供了新的途径。

采用常规调查方法进行各子功能计量与评价，对森林经营有较强的实用价值和指导意义。4种主要森林功能均可通过测树学、森林生态学等方法，利用既有资料与常规森林调查获得评价指标。这些评价指标不但可以实现多功能大小的评价和排序，还有助于在经营多功能森林时针对各个小班的特点采取相应的经营措施，使森林多功能经营具有可操作性。

采用雷达图法表达森林多功能综合信息，可以把复杂的多因素评价问题简单化。这种方法实现了小班森林子功能信息全面表达和小班整体功能计量与排序。本研究提出的用无量纲方法表达多功能值、用多功能指数划分多功能类型的新方法，为森林多功能经营提供了科学的方法。

本研究提出的基于森林经营框架的多功能评价与表达方法，还只是一个初步探索，方法本身可能还存在一些预料不到的问题，比如，各子功能的权重确定等问题，还需要进一步研究解决，使森林多功能经营技术得到不断完善。

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