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中山大学坝士学位论文潭江流域森林生态系统健康评价 明：近年来，潭江流域森林生态系统的健康状况有了较大的改善，生态系统的健 康水平逐年提高。从影响森林生态系统健康的三个子系统柬看，自然环境背景的 健康状况较好，一直处于健康状态；森林生态系统本身的健康状况不是太好，处 于中度健康水平，但其健康水平也是在稳定的逐年上升状态：社会经济状况的变 化幅度比较大，从1 9 9 0 年的中度健康状态，变化到2 0 0 2 年的健康状态。根据分 析结果本文也提出了相应的改善其健康状况的策略和方法。 关键词：森林生态系统，层次分析一模糊综合评价，评价指标体系，指标标准， 健康评价 中山大学硕士学位论文 潭江流域森林生态系统健康评价 t h ea s s e s s m e n to ff o r e s te c o s y s t e mh e a l t hi n t a n j i a n gv a l l e y m a j o r ： e n v i r o n m e n t a ls c i e n c e n a m e ： y a l i n gw a n g s u p e r v i s o r ：p r o f d o n g s h e n gg u a n a b s t r a c t t h ef o r e s te c o s y s t e mh a sb e e no c c u p y i n gv e r yi m p o r t a n tp o s i t i o na l lt h et i m e i nv a r i o u sk i n d so fe c o l o g i c a lt y p e so ft h el a n d e c o s y s t e mw i t hi t s e n o r m o u s e n v i r o n m e n t a l e c o l o g i c a l b e n e f i t s b u tw i t ht h ec o n s t a n t d e v e l o p m e n to ft h e e c o n o m i cl e v e lo fh u m a ns o c i e t y , t h ed e s t r u c t i o nt of o r e s te c o s y s t e mi sa g g r a v a t e d d a y b y - d a y , w h i c hc a u s e st h ef o r e s te c o s y s t e mh e a l t hl a s t i n gd e c l i n e t h ef o r e s t e c o s y s t e mh e a l t h i san e wm e t h o do ff o r e s t r ym a n a g e m e n tt op u tf o r w a r da n d d e v e l o p e dr e c e n t l y a n di t i san e wg o a lo ff o r e s t r ym a n a g e m e n t f o r e s te c o s y s t e m h e a h h yr e f e rt o f o r e s tc a nb ed e v e l o p e dc o n t i n u o u s l y , c a nr e s u m eo n e s e l ff r o m v a r i o u sk i n d so fb a de n v i r o n m e n t a li m p a c t ，t h ef u n c t i o na n ds t r u c t u r ec a nr e a c h r e l a t i v e l ys t a b l y , b i o - d i v e r s i t ya n de c o l o g i c a lb a l a n c ec a nb em a i n t a i n e db a s i c a l l y , a n d c a no f f e rt h eb e s ts t a t eo fc o n s t a n ts e r v i c e a b i l i t yt ot h es o c i e t y i ti s af o r e s t e c o s y s t e mw i t he c o l o g y , s o c i e t ya n de c o n o m i cb e n e f i t sa tt h es a m et i m et o o t h ep a p e ru s e dt h ea s s e s s m e n tm e t h o do ft h ee n v i r o n m e n t a lb a c k g r o u n d f o r e s t e c o s y s t e m s o c i a le c o n o m yi n d e xs y s t e m t h et h e o r i e so fa n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s a n df u z z ym a t h e m a t i c sw e r ea p p l i e d t h ef o r e s te c o s y s t e mi nt h et a n j i a n gv a l l e yw a s c h o s e nt ob es t u d i e df r o mt h r e e a s p e c t s o fe n v i r o n m e n t a l b a c k g r o u n d ，f o r e s t e c o s y s t e ma n ds o c i a le c o n o m y t h r o u g ht h es t u d yo nt h eh e a l t hs i t u a t i o no ft h ef o r e s t e c o s y s t e m , t h ee c o s y s t e mh e a l t ha s s e s s i n gi n d e xs y s t e ma n dt h ew e i g h ts y s t e mt h a t a d a p t e dt ot h i sr e g i o nw e r ep u tf o r w a r d ，a n dt h ee c o s y s t e mh e a l t hi n d e xa s s e s s i n g m o d e la n dt h ei n d e xl e v e ls t a n d a r d sw e r ee s t a b l i s h e d t h er e s t o r a t i o nr o u t e so ft h e e c o s y s t e mh e a l t hw e r ea l s od i s c u s s e di nt h ee n d t h er e s u r ss h o w e dt h a tt h e 山大学硕士学位论文潭江流域森林生态系统健康评价 a s s e s s m e n ti n d e xs y s t e m , w e i g h ts y s t e m , a s s e s s m e n tm o d e la n di n d e xl e v e ls t a n d a r d s p u tf o r w a r db yt h i sp a p e rw e r ep r a c t i c a la n dr e a l i s t i c ，a n dt h e yw e r ea l s or e a s o n a b l e a n ds c i e n t i f i c t h er e a s o n sw e r e ：( 1 ) o nt h ef o u n d a t i o no ft h ew o r k so fp r e h u m a n ， c o m b i n e dw i t ht h ef a c t so ft h ef o r e s te c o s y s t e mi nt h et a n j i a n gv a l l e y , c o n s u l t e dt h e r e l a t e dr e s e a r c hr e s u l t si na n do u to fc o u n t r y , t h ei n t a c ta s s e s s m e n ti n d e xs y s t e mo f e c o s y s t e mh e a l t h w a sp u tf o r w a r df r o mt h ep o i n to fv i e w so fe n v i r o n m e n t a l b a c k g r o u n d ，f o r e s te c o s y s t e ma n d s o c i a le c o n o m i c ；( 2 ) o nt h ef o u n d a t i o no f e x t e n s i v ec o n s u l t a t i o nt ol o t so fs p e c i a l i s t s ，c o m b i n e dw i t ht h et h e o r yo fa n a l y t i c h i e r a r c h yp r o c e s s ，t h r o u g he n d o w i n gw i t hw e i g h tv a l u eo ne a c hi n d i c a t o ro fe a c h l e v e l ，t h er e a s o n a b l ew e i g h ts y s t e mw a sp u tf o r w a r d ；( 3 ) t h r o u g ha p p l y i n gt h et h e o r y o ff u z z ym a t h e m a t i c s ，t h es c i e n t i f i ca s s e s s m e n tm o d e la n da s s e s s m e n ti n d e xl e v e l s t a n d a r d so fe c o s y s t e mh e a l t hw e r ee s t a b l i s h e d ， t h ef o r e s t e c o s y s t e m h e a l t hi n t a n j i a n gv a l l e y w a sa s s e s s e d u s i n g a b o v e m e n t i o n e dm e t h o d st h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h ef o r e s te c o s y s t e mh e a l t hi n t a n j i a n gv a l l e yh a sc h a n g e dr a p i d l yr e c e n t l y , a n dt h el e v e lo ft h ef o r e s te c o s y s t e m h e a l t hh a sb e e ni m p r o v e dy e a rb yy e a r , i nh e a l t h ys t a t ea tp r e s e n t i nav a l l e y , f o r e s t e c o s y s t e mh e a l t hc o n s i s t so ft h r e es u b s y s t e m s ：e n v i r o n m e n tb a c k g r o u n ds u b s y s t e m , f o r e s te c o s y s t e ms u b s y s t e ma n ds o c i a le c o n o m i cs u b s y s t e m b ya n a l y z i n gt a n j i a n g v a l l e yf o r e s te c o s y s t e mh e a h hw i t ht h em e t h o d ，t h eh e a l t hi n d e xi so l lh e a h h yl e v e l c o m p a r i n gt h r e es u b s y s t e m s ，n a t u r a le n v i r o n m e n tb a c k g r o u n ds u b s y s t e mw a st h e b e s ta s p e c t sf o rt h ec a s es t u d y , a n dt h ec h a n g eo ft h es o c i a le c o n o m i cs u b s y s t e mw a s l a r g e ri nr a n g e ，f r o mt h es u b - h e a l t hi n 1 9 9 0t oh e a l t hl e v e li n2 0 0 2 h o w e v e rt h e h e a l t hs t a t u so ft h ef o r e s te c o s y s t e mi t s e l fw a sn o tv e r yg o o da n di tw a si ns u b - h e a l t h l e v e lf r o m1 9 9 0t o2 0 0 2 a n di t sh e a l t hl e v e lw a si nt h es t e a d ya s c e n d i n gs t a t ey e a rb y y e a r ta c c o r d i n gt ot h er e s u l t ss o m es u g g e s t i o n sa n dm e a s u r e sw e r ep r o p o s e df o r e n h a n c i n gf o r e s te c o s y s t e mh e a l t hi nt h er e g i o n k e yw o r d s ：f o r e s te c o s y s t e mh e a l t h ，a n a l y t i ch i e r a r c h y - f u z z yj u d g m e n t ，i n d e x s y s t e mf o ra s s e s s m e n t ，i n d e xs t a n d a r d ，h e a l t ha s s e s s m e n t i v 中山大学硕士学位论文潭江流域森林生态系统健康评价 第1 章绪论 由于经济的发展、人口的增多和人们生活水平的不断提高，对木材等林产品 的需求就越来越大，于是大量的砍伐森林造成生物多样性剧减，生态环境不断恶 化，森林生态系统的服务功能大大减退，加上各种自然灾害的频繁发生，导致了 世界大多数国家的森林资源都在不同程度的退化，并且在我们国家还存在一个森 林资源本来就少的现象，所以对森林资源的有效管理就成为我们面临的一个非常 严峻的问题。森林生态系统健康作为一种有效管理森林资源的方式就产生了。 而且更由于中国是一个森林资源相对匮乏的国家，又由于以经济发展为主导 的发展模式，致使中国的森林生态系统有不同程度的恶化。所以对我们来说，研 究中国森林生态系统健康状态，保护现有的森林资源以及提高森林生态系统的质 量，提高其生态系统服务功能，改善中国生态环境和对森林资源进行可持续管理 更具有重要的作用，这也是我们国家目前在林业管理中所面临的重大问题之一。 1 1 森林生态系统健康的来源及内容 健康的概念来源于医学。最初它主要用于人体，后来逐渐用于动植物。随 后又出现了公众健康( p u b l i ch e a l t h 或p o p u l a t i o nh e a l t h ) 。在出现严重环境污染丽 影响到人体健康后，这一概念又应用到环境学和医学的交叉研究领域，出现了环 境健康学和环境医学。 生态系统健康概念的提出只有1 0 多年的历史i l ，“，它是环境管理的一个新方 法，也是环境管理的新目标 3 1 ，同时也是近年来国际生态学界研究的热点问题之 一【4 】o 健康意味着能正常发挥功能，很明显，地球上生态系统功能的正常发挥是 人们普遍关心的问题，也是一个主要的社会目标 5 1 。1 9 9 2 年联合国环境与发展大 会的+ 个主要原则是保护地球生态系统的健康与完整性。从生态系统观出发，一 个健康的生态系统是稳定的和可持续的；在时间上能够维持它的组织结构和自 治，也能够维持对胁迫的恢复力，并且能够以最少的外界支持来维持其自身的管 理。因此，对生态系统健康可以这样理解：生态系统健康是生态系统内部秩序和 组织的整体状况，如系统正常的能量流动和物质循环未受到损伤，关键生态成分 中山大学硕士学位论文 潭江流域森林生态系统健康评价 保留，系统对自然干扰的长期效应具有抵抗力和恢复力，系统能够维持自身组织 结构长期稳定，并提供合乎自然和人类需求的生态服务【6 1 。所以评价生态系统健 康主要从4 方面衡量1 4 1 ：一是生态系统的物质处于良性循环，没有物质失调症状 7 _ 二是生态系统具有良好的自我恢复、自我维持功能，能缓冲外界的干扰，稳 定性高吼三是对邻近的生态系统没有危害，局部效益与整体效益一致【9 】：四是 对社会可持续发展和人类健康具有支持和推动作用【1 0 l 。 所以从中我们可以看出生态系统健康评价是综合评价1 1 1 】，既要考虑自然、 经济、社会因素，又要考虑资源承载力和可持续发展因素【1 2 1 。 森林生态系统健康最早出现在2 0 世纪6 0 年代【1 3 】，在林业上是一个较新的 术语1 1 4 , 1 s ：1 6 1 ，早期森林生态系统健康作为森林管理的一个基本概念【1 3 l ，往往是论 及具体人为因素f 酸雨、大气污染、砍伐及森林土地开发等1 造成的森林衰退现 象。例如成熟前划的脱叶、冠层变稀疏、脱色、叶子卷曲、大面积森林死亡等现 象【1 7 , 1 8 , 1 9 , 2 0 , 2 1 1 ，以及森林火灾和病虫害的威胁( ”0 2 】等。这些研究是直接针对森林 所受的胁迫及其相应的变化反应而来的，属于个体行为和小规模的研究【1 4 】。从 6 0 年代到8 0 年代中期，随着人们对森林作为生态系统主体认识的不断深入，以 及环境污染、木材的过量消耗而造成的森林生态系统的不断退化，对森林健康的 理解也随之发生变化，对森林生态系统健康的研究也逐步从林分转移到森林生态 系统上来【2 3 , 2 4 1 。当时对森林生态系统健康的研究主要从两方面进行1 3 1 ：一方面研 究森林生态系统的物质循环和能量流动，主要是关于净初级生产力( n p p ) ，碳截 留与碳分配、营养物质循环等。一个健康的森林生态系统能够有效地利用资源并 快速从胁迫状态中恢复；而一个亚健康或不健康的森林生态系统则包括森林生产 力和多样性非正常地减少，营养物质过快淋失，土壤侵蚀，从胁迫状态恢复过程 慢甚至不能恢复等。另一方面则是调查林分的生长率、死亡率和林冠状态，这主 要也是源于酸沉降和其它大气污染物的影响而造成对森林的损害。 随着对物种多样性、濒危物神以及非经济森林价值概念的深入理解，森林生 态系统健康的概念和研究内容也发生了变化，研究内容也涵盖了生态系统的结构 和功能的变化、物种多样性保护和森林资源的持续管理等【2 ”。1 9 9 2 年美国国会 通过了“森林生态系统健康和恢复法”，农业部组织专家对美国东、西部的森林、 中山大学硕士学位论文 潭江流域森林生态系统健康评价 湿地等进行了评估，并于1 9 9 3 年后出版了一系列的评估报告和专著。在这些报 告和专著中，逐步形成了一个对森林生态系统健康的共识，o l a u g h l i n l 2 6 , 2 7 1 提出森林生态系统健康是一种状态，森林生态系统向人类提供需要并维持自身复 杂性的+ 种状态，复杂性尤其要考虑森林时空尺度的问题。 现代森林生态系统健康的概念已经逐步发展为包括林分、森林群落、森林生 态系统以及森林景观在内的一个复杂的系统概念i 1 3 1 。目前，对森林生态系统健 康的研究，一方面，强调森林生态系统健康与森林生态系统服务功能的关系【2 8 2 9 1 ； 另一方面，是对森林生态系统健康状况的研究，森林健康胁迫因子、活力、组织、 承载能力和後复力等 3 0 , 3 1 】。随着遥感技术和g 1 s 技术的发展，森林生态系统健康 的监测与评价方法也得到很大提高，研究方法也逐步从定性化到定量化方向发 展【3 2 1 。 健康的森林生态系统是森林持续发展的基础。在自然条件下，健康的生态环 境能使森林从一种原始状态向生物种类多样化、结构复杂化和功能完善化的状态 发展；森林生态系统健康是指使森林能持续发展，可从各种不良的环境影响中自 我恢复，功能和结构能达到相对稳定，生物多样性和生态平衡能得到基本维持， 并且能够对社会提供持续不断的服务能力的最佳状态。具有生态、社会和经济效 益的森林，其生态系统健康应包括： ( 1 ) 确保森林持续健康发展所需的健康自然生态环境； ( 2 ) 维持良好的生态系统服务功能； ( 3 ) 保证森林生物多样性所需的不同生态环境： ( 4 ) 维护森林生态系统的稳定； ( 5 ) 远离生态系统危困综合症( e c o s y s t e md i s t r e s ss y n d r o m e ) ： ( 6 ) 对灾难变化的回复或在景观水平上的灾难变化中恢复的能力。 1 2 森林生态系统健康评价的研究概况 由于生态环境不断恶化，森林资源不断锐减，在生态系统健康的概念逐渐被 人们认识和接受之后，2 0 世纪印年代森林生态系统健康作为森林管理者的一个 基本概念就产生了。总结这么多年来在森林生态系统健康评价方面的研究，主要 。卜山大学硕士学位论文 潭江流域森林生态系统健康评价 包括指标体系的筛选和建立以及评价方法的选择和优化两个方面的内容。 1 2 1 森林生态系统健康评价指标体系的研究概况 随着人们对森林生态系统健康评价的不断深入研究，对其指标体系的探索也 应运而生，很多科研工作者提出了有关森林生态系统健康评价的指标体系。 纵观众多学者的研究成果，提出最多的是以活力( v ) 、组织结构( o ) 和恢复力 或抵抗力f r l 这三项为指标体系阳“。在生念系统的背景下，活力通常是指根据养 分循环和生产力所能够测量的能量和物质等。一般包括生产力( 如初级生产力、 净初级生产力) 、生物量以及新陈代谢速率等指标。组织结构是指系统的物种组 成结构及其物种间的相互关系，反映生态系统结构的复杂性。生态系统的组织结 构包括两方面的含义，其一是生态系统的物种多样性，其二是生惫系统的复杂性。 恢复力是指系统在外界压力消失的情况下逐步恢复的能力，而抵抗力是系统抵抗 外力干扰的能力1 1 3 】。肖风劲【3 4 】等人在森林生念系统健康评价指标与方法一 文中建立了包括：森林生态系统的生态要素、森林生理要素、胁迫要素、环境要 素和气象要素等5 个方面的指标，但在划分指标层次的时候他又把这些指标归属 为活力( v ) 、组织结构( o ) 和恢复力或抵抗力( r ) 这三项指标体系。这些指标体系 主要是考虑了生态学指标和环境背景指标，而没有考虑人类对森林生态系统的影 响，社会经济指标和人类健康指标。 1 9 9 3 年，美国林务署与环保局合作实施了一项长期性的全国森林健康监测 计划【3 ”。该计划依赖一系列标准的森林状况指标，包括各乔木树种生物量的估 算、林下植被多样性、初级生产力、龄级分布、树冠状况、土壤养分含量、病虫 害发生等。该计划主要集中在以森林经济效益为主，它是一种功利主义观的森林 健康评定【3 6 l 。 一些学者 3 7 1 通过对海洋生态系统、农田生态系统和森林生态系统健康的研 究，提出另外一种评价生态系统健康的度量指标多样性一丰度关系。健康的 生态系统中，多样性一丰度关系可以用对数正态分布表征。在这种分布当中中等 丰度的物种最多，常见的和稀有的物种都较少。对数正态分布是抽样的统计特征， 且具有生态学的有效性。在恶劣条件下，多样性一丰度格局常常变化且不再表现 4 中山大学硕士学位论文 潭江流域森林生态系统健康评价 为对数正态分布。一个群落的多样性和丰度分布偏离对数正态分布越远，群落或 其所在的生态系统就越不健康。 而张秋根【3 8 】等人在森林生态环境健康评价初探中按指标类、指标组、 指标种3 层，建立了包括自然环境背景值、森林生态系统、林区社会经济3 个指 标类、8 个指标组，其4 1 个指标种的森林生态系统指标体系。而陈高【3 9 】等人在 森林生态系统健康评估i 模式、计算方法和指标体系中构建了阔叶红松林 生态系统健康指标体系，整个框架从自然一社会一经济三个基本方面出发构建了 能够表征阔叶红松林生态系统健康状态的各项指标及相关具体度量内容。其中的 自然指标当中涵盖了组织、活力和弹性三种成分，也就是说他在c o s t a n z a 、肖劲 风等人的基础上增加了社会和经济的指标，本人认为这样是相对比较全面和合理 的。 姬兰柱等【删根据生态系统是否发生较大的波动或衰退，植被能否正常更新， 能量流动和物质循环能否较长时间地保持平衡状态，动物和植物在种类数量上是 否保持相对恒定，生产者、消费者、还原者之间能否构成完整的营养结构，有没 有具有典型的食物链关系，是否促进当地经济发展或具有良好的生态效益等一系 列生态系统健康特征对长白山森林生态系统的健康状况进行了评价分析。它更多 地注重森林生态系统健康在森林资源可持续的指标研究，是一种基于综合途径概 念的森林生态系统健康评价【3 6 l 。 总结前面各位学者建立的形形色色的指标体系，可以发现，随着对森林生态 系统健康概念理解的不断加深，对森林生态系统健康认识的不断深入，所建立的 指标体系越来越趋向于合理化、全面化、科学化。因为森林生态系统不是一个孤 立的生态体系，而是在不断的受到人类活动的影响，并且同时也影响人类社会活 动的一个延伸性很强的生态系统，所以本人认为在做森林生态系统健康评价指标 选取的时候，不能忽略人类社会经济这方面的因素，也不应该忽略，否则它的评 价指标体系就是不完全的，评价结果就是不准确的。 中d l 大学硕士学位论文谭江流域森林生态系统健康评价 1 2 2 森林生态系统健康评价方法的研究概况 我们知道在环境质量评价工作中，评价方法作为其必不可少的手段而具有重 要意义。在森林生态系统健康评价当中，对其评价方法的研究还比较少，目前在 部分文献当中提到的也多是对传统的环境质量评价方法的沿用和改进。总起来 看，国内外目前应用的森林生态系统健康评价方法，主要有以下几种： ( 1 ) 综合指数评价法：综合指数评价法是二十世纪六十年代在数理统计的基 础上产生的。它实际卜是将原始数据用某一特定的统计方法构造一个综合性指 标，以便于卡闩互之问的比较，解决了多指标在评价时经常出现的此好彼差的矛盾， 从而实现了从时间和空间角度对多因素系统环境进行综合评价。近几十年来，这 一方法在环境质量评价方面得到了广泛的应用，并取得了很大的发展，成为常用 的评价方法之- - i “1 。最近几年随着生态系统健康评价的发展，这一方法又被应 用到这一领域，在张秋根f 3 8 森林生态环境健康评价初探中把此方法应用到 了森林生态系统健康评价当中。综合指数法通常是分级进行计算的，常用的数学 n 模型如下：h 一7 v ，其中h 为森林生态系统健康综合指数，v i 为某一级 倒 指标的评价指数值( 若为最低一级指标，则通过原始统计数据无量纲化后得到； 对于其它等级的指标，其指数值通过运算获得，运算模型同上) ，w ；为对应等级 指标的权重，n 为该等级指标的项数。该方法实现了由定性评价向定量评价的转 变，体现了森林生态系统健康评价的综合性、整体性和层次性。但是由于数学模 型本身的不完善和计算过程中各因素权重取值的主观性，综合指数有可能存在一 定的偏差。 ( 2 ) 层次分析法：层次分析法( t h ea n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s ，一下简称a m p ) ， 是美国著名运筹学家，匹兹堡大学教授t l s a a t y 于七十年代中期提出的1 4 2 j 。它 是模拟人脑对客观事物的分析与综合过程，将定量分析与定性分析有机结合起来 的一种系统分析方法。其基本思想是：将评价系统的有关替代方案的各种要素分 解成若干层次，并以同一层次的各种要素按照上一层次要素为准则，进行两两判 断比较并计算出各要素的权重，根据综合权重按最大权重原则确定最优方案。层 次分析法在森林生态系统中的应用还比较少。虽然在该方法的使用过程中，无论 6 中山大学硕士学位论文潭江流域森林生态系统健康评价 是建立层次结构还是构造判断矩阵，人的主观判断对结果的影响很大，判断失误 就有可能造成决策失误。但本人认为该方法具有简洁性、实用性和系统性等特点， 所以可以应用在森林生态系统健康评价当中。 ( 3 ) 健康距离法：在陈高的【3 9 l 森林生态系统健康评估i 模式、计算方 法和指标体系当中，他提到了应用健康距离法来对森林生态系统的健康状况做 出评价。在他的论文当中，提到了健康的森林生态系统是一个模式生态系统集： 这个集存在多个有具体状态和结构形态的模式生态系统；每种模式生态系统 具有对当地气候、水文环境、土壤等环境因子的最佳适应能力，是局部小区域上 的自稳定系统；每一种模式生态系统之所以是健康的，是因为它们具有对外界 压力和干扰的良好自我吸收能力和恢复力；模式生态系统集是动态可扩充的， 它可以依据认识和研究范围的大小和需要进行调整，因此这不仅仅是一个林型组 集合的概念；模式生态系统之间可以互相的转化，这种转化应该看成是健康的。 每一模式生态系统受到压力和干扰后，其结构和功能必然产生变化，并偏离原来 的区域，进而影响到为人类的生态服务。因此，可以通过它与原来健康状态r 或 目标) 的对比来评估这种变化，健康的度量可采用健康损益值一健康距离( h d ) 来表示，健康距离表示受干扰生态系统( 或群落) 的健康程度偏离模式生态系统 的健康程度( 即所谓的背景值状态) 的距离，可以用于解释生态系统( 或群落) 的健 康评估计算。 ( 4 ) 指示物种评价法1 4 3 】：指示物种评价法是陆地生态系统和水生态系统健 康评价的常用方法1 4 4 , 4 5 - “。指示物种评价生态系统健康主要是依据生态系统的关 键物种、特有物种、指示物种、濒危物种、长寿命物种和环境敏感物种等的数量、 生物量、生产力、结构指标、功能指标及一些生理生态指标来描述生态系统的健 康状况。指示物种评价法比较适用于流域内自然生态系统的健康评价。指示物种 评价法包括单物种生态系统健康评价和多物种生态系统健康评价。单物种生态系 统健康评价主要是选择对生态系统健康最为敏感的指示物种，这一物种是特定生 态系统所具有并对环境因子特别敏感，当生态系统的某一项或几项环境因子发生 微小变化时，都会对这一物种的生长特征( 生物量、活性、形态等) 产生影响。 同时，这一物种的多少也可以指示这一特定生态系统受胁迫的程度也能反应生 态系统对这一胁迫影响的反馈程度及特定生态系统的恢复程度。多物种生态系统 7 中山大学硕士学位论文潭江流域森林生态系统健康评价 健康评价主要是指在某一生态系统内，选定指示生态系统结构和功能不同特征的 指示生物，建立多物种健康评价体系，这一体系内不同的指示物种指示了生态系 统不同特征( 结构、功能等) 的健康程度，反应了生态系统不同特征的负荷能力 和恢复能力，这是评价流域内自然生态系统的较好方法。 l 。3 本研究的目的及意义 我们知道生态系统是特定地段中的全部生物和物理环境相互作用的统体， 在系统内部，能量的流动导致形成一定的营养结构、生物多样性和物质循坏。地 球上各种生态系统依据生境不同，可划分为水生生态系统( 如海洋、河流、湖泊 等生态系统) 和陆地生态系统( 如森林、草原、荒漠等生态系统) 【4 7 1 4 8 ，4 川。森林生 态系统是陆地生态系统中面积最大、组成结构最复杂、生物种类最丰富、适应性 最强、稳定性最大、功能最完善的一种以森林为主体的自然生态系统，对改善和 维护生态环境起着决定性的作用，同时还能提供人类生存所必需的重要资源i 删。 可以说，森林在陆地生态系统中居于主体地位。然而长期以来，由于人类对森 林的主体作用认识不足，和人口及其需求的剧增，使有限的森林资源过量消耗， 森林生态环境持续恶化而引发了一系列的环境问题，如干旱和洪涝加剧、水土流 失严重、生物多样性破坏和荒漠面积增加等，最终使得人类生存环境面临越来越 严峻的挑战。 目前我国森林面临的严峻现状是：天然林资源过伐、火烧等破坏后留下大量 难于恢复的迹地、天然生境丧失、破碎和退化；人工林品种单一化、针叶化和结 构简单化、人工林林分的后期经营管理严重落后：另外，森林破坏或采伐导致的 风蚀、水土流失以及荒漠化危害在局部地区也不断扩大和发展【2 1 】。我国的森林 状况和生态环境问题已经引起我国政府的高度重视。目前，我国政府已经投入巨 资开展生态恢复工程。但我国林业生态工程建设的生态监测和评价工作远落后于 生态建殴的步伐和水平，特别是“天然林保护工程”、“退耕还林( 草) 工程” 和“环京津防沙治沙工程”等都要求必须掌握明确的有关森林恢复进程和森林健 康质量的动态信息。因此，及时而科学地开展我国森林健康及其生态变化的综合 评估和监测刻不容缓p6 1 。 中山大学硕十学位论文潭江流域森林生态系统健康评价 所以如何确保森林在陆地生态系统中的主体地位? 怎样才能最大限度地发 挥森林的经济、生态和社会效益在陆地生态系统中的主体地位，维持森林稳定健 康发展和生态效益的持续发挥，是全世界共同关注的问题，更是我国人民需要关 注的问题。 9 中山大学碗士学位论文潭江流域森林生态系统健康评价 第2 章研究内容与研究方法 2 1 研究内容 森林生态系统健康评价是诊断由于人类活动和自然因素引起森林生态系统 的破坏和退化所造成的森林生态系统的结构紊乱和功能失调，使森林生态系统丧 失服务功能和价值的一种评估【3 ”。对森林生态系统健康进行评价，指标体系的 建立是首要和关键的步骤，指标体系建立的好坏直接关系到评价的科学性和准确 程度。所以在这种原则的要求下，本论文在总结别人所做工作的基础上，从建立 森林生态系统健康评价的指标体系入手，并通过对确定指标体系权重各种方法的 比较中，通过运用层次分析法一模糊综合评价法对潭江流域森林生态系统健康进 行了评价，旨在了解潭江流域森林生态系统的健康状况，并为潭江流域森林生态 系统的可持续经营管理提供理论基础。因此本论文的主要研究内容包括以下四个 部分： ( 1 ) 充分考虑遴选指标体系的原则、研究的目的意义并结合评价区域的实际情 况，科学合理地筛选指标，建立森林生态系统健康评价的指标体系。 ( 2 ) 确定权重。通过对各指标的层次分析，寻找其对指标的贡献率，作为权重。 ( 3 ) 利用模糊综合评价法在收集各指标原始数据的基础上，对潭江流域森林生 态系统健康进行评价和分析。 ( 4 ) 根据评价结果，探讨潭江流域森林生态系统可持续经营和发展潜力及其存 在的问题，并提出相应的改善对策和建议。 2 2 研究方法 2 2 1 指标体系权重的确定方法 权重是一个相对的概念，是针对某一指标而言的。某一指标的权重是指该指 标在整体评价中的相对重要程度。 权重表示在评价过程中，是被评价对象的不同侧面的重要程度的定量分配， 对各评价因子在总体评价中的作用进行区别对待。因此，权重的确定也即是对不 1 0 中山大学硕士学位论文潭江流域森林生态系统健康评价 同的评价因子对目标贡献的重要程度作出估计。 其中在权重确定的原则当中有一项是系统优化原则，即在评价指标体系中， 每个指标对系统都有它的作用和贡献，对系统而言都有它的重要性。所以，在确 定它们的权重时，不能只从单个指标出发，而是要处理好各评价指标之间的关系， 合理分配它们的权重。应当遵循系统优化原则，把整体最优化作为出发点和追求 的目标。 在这个原则指导下，对评价指标体系中各项评价指标进行分析对比，权衡它 们各自对整体的作用和效果，然后对它们的相对重要性作出判断，确定各自的权 重。既不能平均分配，又不能片面强调某个指标、单个指标的最优化，而忽略其 它方面的发展。在实际工作中，应该使每个指标发挥其应有的作用。 根据这个原则笔者试图运用层次分析法( t h e a n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s ) 来 确定各指标的权重。层次分析法是美国著名运筹学家，匹兹堡大学教授t l s a a t y 于七十年代中期提出的( 以下简称a h p ) 。 在做对于一个具有多个因素的某个性质的判断时，人的大脑往往有顾此失彼 之感，要把众多因素的权重一次性得出是较困难的或难以公平的。但如果先分别 予以一系列的两两重要性比较，将变得相对容易，结果也就更准确。不过这以后 带来的一个新问题是如何将两两比较的结果转变为整体因素的重要性相对值( 即 权重) 。此外如何判定由此所确定的权重在客观上的一致性，这就是层次分析法 所解决的问题。 层次分析法本质上是一种决策思维方法，即把复杂的问题分解为各个组成因 素，将这些因素按支配关系分组形成有序的递阶层次结构，通过两两比较的方式 确定层次中诸因素的相对重要性，然后综合人的判断来决定决策诸因素相对重要 性总的顺序。运用层次分析法解决问题的基本步骤如下：( 1 ) 构造递阶层次结构 模型；( 2 ) 构造两两判断矩阵；( 3 ) 计算被比较元素的相对权重；( 4 ) 计算各层 次元素的组合权重。 2 2 1 1 构造递阶层次结构模型 应用a h p 分析决策问题时，首先要把问题条理化、层次化，构造出一个有 中山大学硕十学位论文 潭江流域森林生态系统健康评价 层次结构的模型。在这个模型下，复杂问题被分解为元素的组成部分。这些元素 又按其属性及关系形成若干层次。上一层次的元素作为准则对下一层次有关元素 起支配作用。这些层次可以分为三类： ( 1 ) 最高层：这一层次中只有一个元素，一般它是分析问题的预定目标或 理想结果，因此也称为目标层。 ( 2 ) 中间层：这一层次中包含了为实现目标所涉及的中间环节，它可以由 若干个层次组成，包括所需考虑的准则、予准则，因此也称为准则层。 ( 3 ) 最底层：这一层次包括了为实现目标可供选择的各种措施、决策方案 等，因此也称为措施层或方案层。 递阶层次结构中的层次数与问题的复杂程度及需要分析的详尽程度有关，一 般的层次数不受限制。每一层次中各元素所支配的元素一般不要超过9 个。这是 因为支配的元素过多会给两两比较判断带来困难。 本项研究建立的指标体系就是递阶层次结构，一共包括四层：目标层，亚目 标层，因素层和因子层，其中森林生态系统健康就是评价的目标。 2 2 1 2 构造两两比较判断矩阵 针对某一准则q ，需要判断两个因素a 、a i 的相对重要性及重要程度，并 对其重要程度赋值。常用1 - 9 的比例标度来表示，其意义见下表2 一l 。 标度 含义 1 表示两个因素相比，具有相同重要性 3 表示两个冈素相比，前者比后者稍蘑要 5 表示两个因素相比，前者比后者明显重要 7 表示两个因素相比，前者比后者强烈重要 9 表示两个因素相比，前者比后者极端重要 2 ，4 ，6 ，8 表示上述相邻判断的中问值 倒数 若因素a 与因素a j 的重要性之比为d “，那么因素a j 与因素a i 1 重要性之比为a ，= 二。 。 口 对于n 个因素来说，两两比较得到判断矩阵a a = ( 8 6 ) n x n 中l 大学硕士学位论文潭江流域森林生态系统健康评价 判断矩阵具有如下性质： ( 1 ) a l j o ( 2 ) 8 j i = 三 日f ( 3 ) a i i ：1 2 2 1 3 计算被比较元素的相对权重 得到了某一准则层下元素的两两比较矩阵后，需要对该准则下n 个元素a 1 ， a 2 ，的相对权重进行计算，并进行一致性检验。其计算步骤如下： 第一步：将矩阵a 的元素按行相乘 第二步：对得到的乘积分别开n 次方( n 为矩阵的阶) 第三步：将方根向量归一化得排序权向量w 第四步：进行一致性检验 在判断过程中，如果出现甲比乙极端重要，乙比丙极端重要，而丙比甲极 端重要的情况一般是违反常识的。而且，当判断结果偏离一致性过大时，利用该 权重作为决策依据将出现某些问题。因此需要对结果进行一致性检验，其步骤如 下： ( 1 ) 首先按下列公式计算矩阵的最大特征根l m a x 。 k ；= 薹等 c z 叫 式中( a 们i 表示a 俐的第i 个元素。 ( 2 ) 求解一致性指标c i c ，：盘坚二竺 n 一1 式中n 为判断矩阵的阶数。 ( 3 ) 计算一致性比例c r ( 2 2 ) 。 ，山大学硕士学位论文潭江流域森碴竺查墨堑堡壁塑堕 c i c - r 2 而 ( 2 3 ) 其中，r i 为平均随机一致性指标，是判断矩阵阶数1 1 的函数，已经由理论 计算给出，可以通过查表获得。s a a t y 5 1 】得出的卜9 阶