近20年國內森林生態學熱點問題綜述?

楊 敏 魯小珍 張曉利

南京林業大學 南京 210037

近20年國內森林生態學熱點問題綜述?

楊 敏 魯小珍 張曉利

南京林業大學 南京 210037

基于中國知網 (CNKI)的文獻檢索與分析結果，就近20年來國內森林生態學的研究熱點作了整理和綜述，結果表明，自1994年以來，我國森林生態學研究呈持續增長態勢。研究熱點集中在碳循環、全球變化與森林生態系統的相互作用、定位研究與大樣地建設、生態效益以及3S技術這5個方面。熱點問題相互滲透，彼此關聯，在一定程度上反映出目前森林生態學研究具有多學科、多層次交叉滲透和注重問題的向導性分析的趨勢。

森林生態學，熱點問題，文獻檢索，綜述

本研究以中國期刊全文數據庫 (CNKI)為研究平臺，對文獻資源進行檢索并進行基礎的統計分析，首先對近20年國內森林生態學的研究熱點進行初步篩選，然后結合現今森林生態學的發展趨勢以及我們的相關研究，歸納確定熱點問題，最后對熱點問題進行述評。

1 研究思路與方法

1.1 森林生態學研究整體趨勢分析

一個學科其學術論文的發表數量在一定程度上能夠體現該學科的發展趨勢，而學科中最為熱點的問題一般也是文獻發表最集中的領域。為研究森林生態學的學科發展趨勢，筆者于2015年1月以CNKI為數據源，選取中國學術期刊網絡出版總庫、中國博士學位論文全文數據庫和中國優秀碩士學位論文全文數據庫、中國重要報紙全文數據庫進行 “跨庫高級檢索”。經過初步整理，從1994年1月1日到2014年12月31日，與檢索詞 “森林生態”精確匹配的文獻在 “篇名”檢索項中共3 896篇，“摘要”中共10 530篇，“關鍵詞”中共211篇。

綜合分析各項檢索結果可知，僅從文獻數量來看，1994—1997年各項文獻檢索數量增長比較平穩。1997年以來，各項檢索結果快速增長。碩博論文自2012年數量略有下降，但總體數量依然維持較高水平。因此，自1994年以來，我國對 “森林生態”的相關研究總體上呈持續和快速發展的趨勢。

1.2 熱點問題選取

為了科學選取森林生態熱點問題，本文對 “篇名”項下的檢索結果進行統計分析。首先瀏覽檢索到的文獻中篇名包含 “森林生態”的3 669篇文章，整體上把握森林生態的研究內容，根據相關詞匯出現的頻率初步歸納出該領域的研究熱點，包括生態服務、碳、氮、水、酸沉降、土壤、健康評價、生態效益、生態旅游、響應、氣候變化、GIS、遙感、模型、定位、生態站、循環、恢復、經營、過程、生物量等。然后，在 “題名”檢索項下，分別 “并含”這些熱點詞匯進行逐一檢索。所有檢索詞共檢索到3 240篇文章，占全部檢索結果的83%，進一步確認熱點問題。

根據檢索詞之間的聯系與區別，大致可分為以下5類:1)森林生態系統的開發、經營與管理，檢索詞如生態效益、生態服務、生態旅游、補償、管理、恢復、健康、經營、安全、可持續。2)物質循環，包括碳循環、氮循環、水循環機制，碳氮耦合作用，以及對物質循環過程的模擬研究，檢索詞如水、氮、碳、循環、酸沉降、土壤、呼吸、過程、凋落物、模擬。3)生態站建設及定位研究，檢索詞如生態站、定位。4)森林生態系統結構與功能研究，檢索詞如生產力、生物量、動態、格局、氣候、結構與功能。5)3S技術在森林生態學中的應用研究，檢索詞如GIS、遙感、3S、模型。

根據分類結果，并結合現今森林生態學的發展趨勢以及筆者的相關研究，最終選取森林生態系統碳循環、全球變化與森林生態系統的相互作用、定位研究與大樣地建設、生態效益補償以及3S技術的應用這5個熱點問題進行評述。

2 熱點問題

2.1 森林生態系統碳循環

碳循環是連接生物圈與大氣圈之間的重要環節，對全球氣候變化的影響至關重要，也就成為森林生態系統研究的熱點之一[1]。

2.1.1 森林生態系統碳貯量

碳貯量為生物量與轉換比率 (干物質中碳的比重)的乘積。不同森林植被由于群落組成、年齡結構、林分起源的不同，轉換率也略有差異[2]。綠色植物的光合作用產物隨著物質循環及能量流動得以重新分配到森林生態系統的4個碳庫:土壤有機碳庫、生物量碳庫 (植物碳庫)、動物碳庫、以及枯落物碳庫[3－4]。生物量碳庫是森林生態系統碳庫中重要的組成部分，其中蘊含了大量有機碳，通常情況下，生物量和碳之間以0.5進行轉換；森林生態系統中最大的碳庫是土壤有機碳庫，其中包括無機碳庫和有機碳庫2部分 (主要由枯落物、動植物的遺體和排泄物通過腐殖化和非腐殖化作用轉變而來的土壤有機質組成)以及一些土壤微生物，國際上轉換系數通常為0.58；枯落物碳庫是森林生態系統碳循環中的紐帶，連接植被碳庫和土壤碳庫，隨著群落、區域的不同，碳貯量差別較大[2－4]。

我國的森林生態系統植被碳貯量研究起步較晚，由于估算方法沒有統一的標準，不同研究的結果存在著明顯差異。森林植被固定碳貯量的估算方法主要有蓄積量法、生物量清單法、化學反應方程式法、生物量法渦旋相關法、渦度協方差法、弛豫渦旋積累法及遙感方法等[5－7]。全國第七次森林資源清查結果顯示，我國的森林面積約1.95億hm2；森林覆蓋率20.36%，比上次森林資源清查結果增加了2.1%；天然林面積1.2億 hm2；人工林保存面積0.62億hm2，人工林面積居世界首位。大量學者研究發現，碳貯量在最近30年間呈逐漸增加趨勢[8－10]。但是中國碳貯量較低，僅占全球總碳貯量的1.2%。與美國和俄羅斯相比，我國的碳密度也處于較低水平。這主要是由于我國森林總面積中中幼齡林占的比例為81.94%，在我國森林植被碳貯量中維持了60.24%的比例。森林的質量也不高，其中殘次林占了較大的比重，碳積累較少[3，10－12]。

2.1.2 森林生態系統碳平衡—失匯現象

森林生態系統的凈碳收支主要是光合作用等過程的碳獲得值與生物呼吸等過程的碳釋放值之間的差，差值為零稱為碳平衡，為負值表現為碳源，為正值則表現為碳匯[3]。在自然狀態下，陸地生物圈與大氣圈之間的碳循環保持著平衡狀態。每年人類活動向大氣中凈釋放的CO2為7.0 PgC，其中3.3 PgC增加了大氣中的CO2濃度，2.0 PgC被海洋吸收，剩下的1.7 PgC的CO2不知所蹤，這就是CO2失匯現象[11]。

大量的研究表明，對于北半球而言，全球碳循環中大部分 “去向不明”的CO2[12－14]可能被固定在中高緯度的陸地生態系統 (主要是森林生態系統)中。目前，我國在這方面的研究還十分欠缺。

2.1.3 碳氮耦合作用

生態化學計量學的原理表明，有機體中碳氮維持一個恒定的比例，不同有機體的碳氮比 (C/N)因其氮含量不同而異[15]。大量實驗研究表明，CO2濃度升高由于增肥作用在短期條件下增強了森林的光合能力[16－17]，但是氮的供應不足則可能會使這種光合作用的增強受到限制[18]。碳循環與氮循環在葉片水平、整個植物水平和生態系統水平上都表現出密切的聯系[19]。但是前人對于陸地生態系統的碳通量和碳貯量的研究和模型更多側重溫度、CO2濃度和水分等這些物理因子的影響，以及生態系統的碳貯量和在氣候變化條件下的變化趨勢等方面[19－20]。對于氮循環對碳循環的影響研究十分有限。

2.2 全球變化與森林生態系統的相互作用

2.2.1 全球變化對森林生態系統的影響

1)氣候變化對森林生態系統分布的影響。氣候是決定森林類型 (或物種)分布的主要因素，其中兩個最為顯著的氣候因子是溫度的總量和變量以及降雨量[21]。大多數研究者通過比較現有氣候條件下森林分布圖與模擬的森林類型分布圖，得到氣候變化對森林類型分布影響的預測，結果顯示森林類型將發生大范圍的轉移[22－24]。 趙茂盛[23]等應用MAPSS和Hm2dCM2模擬了我國未來潛在的植被變化，結果表明，受未來氣候變化的影響，我國森林植被帶將可能北移。

2)氣候變化對森林生態系統結構和組成的影響。氣候變化對森林生態系統結構和組成的影響是通過同一森林生態系統中不同物種對溫度協迫、水分協迫、物候變化、日照和光強變化等影響因子及其耦合作用的不同反應來實現的[24]。程肖俠[25]等應用FAREAST林窗模型模擬氣候變化對中國東北主要類型森林演替動態的影響，結果表明，氣候變暖對東北主要森林類型生長具有不利的影響，導致針葉樹種的比例下降，而闊葉樹比例會增加；溫帶的針闊混交林在垂直分布帶上產生上移的趨勢；氣候增暖的幅度越大，變化就會越明顯；降水變化使東北森林的水平分布帶產生北移的趨勢。

3)氣候變化對森林生產力的影響。氣候變化導致大氣中二氧化碳濃度增加，相應的溫度和降水也發生變化，進而影響森林的初級生產力。Fang[26]等認為，全國范圍內生長期延長是中國森林NPP增加的部分原因。Cao[27]等利用CEVSA模型的模擬估算結果提出，1981—2000年，中國陸地生態系統生產力對于氣候變化的高度敏感，凈初級生產力NPP年際變化與氣溫變化之間具有顯著的正相關。但也有研究表明，氣候的變化會導致一些區域森林NPP產生下降的趨勢，這可能與降雨量減少以及溫度升高加速了植被呼吸作用有關[28－29]。總之，由于溫度和水分條件變化的復雜性、空間上的異質性，研究全球氣候變化對森林生產力的影響需要進一步分析主要樹種的個體對氣候變化的生理生態響應，尤其是長期效應和多因子綜合效應研究還需整體性模型的建立和完善，以提高綜合評價和預測精度[21]。

4)其他影響。全球變化對森林生態系統的影響是深入而廣泛的，隨著氣候變暖，可能引發倒春寒甚至春季凍害、旱災、雪災、火災、病蟲害等森林災害，影響植物的物候。

2.2.2 森林生態系統對全球變化的反饋機制

全球氣候變化與森林生態系統相互作用相互影響，森林生態系統對全球氣候變化表現出一定的反饋作用[30]。馬迪[31]等利用 CCSM(Community Climate System Model)模式3.5版本，對東亞季風區森林覆蓋度增加與局地氣候的短期變化作了相關研究，模擬結果顯示，隨著森林覆蓋度增加，蒸散作用增加，全年平均氣溫降低；蒸散增大的同時地表粗糙度增加，使全年平均降水增加；并且地表反照率降低，地表反射短波輻射明顯減少。

另外，森林生態系統的變化將對全球碳循環產生影響。森林砍伐導致森林的碳貯量降低，形成的次生林的固碳能力將降低，同時使得溫度和水分條件都發生變化，影響土壤碳排放，使得土壤的呼吸作用在許多年內都大于幼年樹木的同化作用，森林生態系統則成為碳源[30]。而通過植樹造林的方式，就可以增加現有碳庫的容積，將大氣中的碳通過光合作用更多地吸收儲存起來，減少溫室氣體的排放，成為碳匯，從而間接地對全球氣候變化產生影響[32－33]。

2.3 定位監測及大樣地建設

2.3.1 定位監測

我國的生態系統定位研究網絡是由中國科學院和國家林業局組織領導實施的。我國的第一個森林生態系統生態站是由中國科學院吳征鎰先生于1959年在云南西雙版納在組織建立的。到2012年，在國內各典型生態區已初步建設生態站100個 (70個森林生態站、18個濕地生態站和12個荒漠生態站)。中科院已建立42個森林、濕地和荒漠生態站，形成了中國森林生態系統研究網絡 (CFERN)和中國生態系統定位研究網絡 (CERN)。在省級層面上，北京、吉林、四川、新疆、遼寧、河南、云南、甘肅、江西、山西等省 (市、區)也對陸地生態系統定位研究網絡進行了規劃和建設[34]。

隨著生態站的逐步發展和長期的觀測和研究，各森林生態定位站積累的海量的、格式多樣的觀測數據急需有效的管理和分析[35]，王兵[36]等提出了“數字化森林生態站”的概念，融合多種技術，探索數字化采集、傳輸、存儲和管理15個生態站長期定位觀測數據與信息，實現生態站信息的系統化、規范化、網絡化、智能化管理、可視化和共享服務。馮振興[35]等設計開發了數字化森林生態站系統，實現了生態站的基礎數據、空間信息數據、日常管理數據等其他數據的統一標準化管理。隨著Internet的高速發展，森林生態定位站走自己的信息化和網絡化道路是一個必然的選擇。

2.3.2 大樣地建設

大面積的森林樣地的建立，不僅能提高野外調查的精度，而且大樣地的定位研究保證了多樣性研究的準確性[37]。目前，已構建的大樣地包括:1)8個大于20 hm2樣地，分別是北京東靈山20 hm2樣地、河南寶天曼25 hm2樣地、古田山亞熱帶常綠闊葉林24 hm2監測樣地、長白山闊葉紅松林25 hm2監測樣地、湖南的八大公山25 hm2樣地、鼎湖山南亞熱帶常綠闊葉林20 hm2監測樣地、西雙版納熱帶雨林20 hm2樣地和浙江天童山20 hm2樣地；2)若干個5 hm2樣地，例如吉林省長白山的白樺林樣地、北京市東靈山的遼東櫟林樣地、浙江省百山祖樣地及四川省都江堰常綠落葉闊葉混交林樣地；3)1個15 hm2樣地，即廣西弄崗15 hm2樣地[38]。

2.4 森林生態效益補償研究

2.4.1 森林資源核算理論

森林資源核算理論研究工作開展得比較早，主要是對森林資源在客觀上存在的以及潛在存在的生態系統的直接及間接的森林資源價值進行核算[39]。本文不做詳細論述。

2.4.2 森林生態系統服務功能及價值評估

近年來有相當一部分研究者運用不同的評估方法和評價指標體系對不同區域的森林生態系統的部分生態服務功能進行了價值評估。1997年，Costanza[40]等利用旅行價值法和意愿調查法，成功地對全球生態系統的17類生態服務功能進行了價值評價，計算得出全球生態系統服務功能的價值為平均每年33萬億美元。國內許多研究人員參考此案例并結合中國國情進行了相關研究[41－42]，對不同區域的森林生態系統進行了部分生態服務功能的價值評估[43－44]。但是，能夠被普遍認同的生態服務功能評價指標體系與評估方法目前尚未形成。

2.4.3 森林生態效益補償

生態效益補償是我國目前正在逐步開展并快速發展的研究領域，包括理論、政策研究層面和實際操作執行層面。森林的生態效益補償研究工作整體上集中在3個方面:一是森林生態效益補償研究的理論基礎及必要性，大量學者已在該層面做了大量的研究工作[39]。針對生態效益補償必要性的研究，學術界已基本達成普遍共識，建立森林生態效益補償機制是社會主義市場經濟建設和國民經濟可持續健康發展的必要需求，有利于解決森林的公共產品特性與其外部經濟性[45]。另外，國內大量研究者運用不同的理論和方法，從不同的角度，都在一定程度上針對森林生態效益補償的核心問題和熱點問題，論證了生態補償研究的理論依據及生態效益補償的本質屬性，主要有馬克思的勞動價值論、科斯定理方案、庇古稅、環境資源價值理論[46－47]等。二是補償機制。近年來補償機制的研究一直是學術界的熱點，主要包括對補償主體、補償對象、補償范圍、補償標準、補償方式的研究。其中，補償標準是生態效益補償機制研究的核心，這關系到補償的效果和補償者的承受能力，進而直接影響生態效益補償的穩定性和可持續性。現今國內學者對補償標準的研究主要集中在分階段補償、差別化補償標準和補償標準的估算方法3個方面[48]。三是補償實踐研究。近年來該層面的研究主要側重于實踐角度，針對某一特定的區域，研究該地區的補償問題，然后根據具體案例的生態效益及補償現狀提出補償方案和補償資金的管理與使用辦法。吳水榮[49]等選取密云縣的密云水庫水源涵養林為研究對象，采用等效替代法、重置成本法、市場分析法等，對水源涵養林的涵養水源、保持水土、蓄洪防洪、改善水質等效益進行評價，然后對水源涵養林生態補償問題進行經濟分析。杜小惠[50]測算了九龍江的北溪龍巖段公益林保護對福建省龍巖市國民收入的影響，并從勞動價值學說、生態補償標準和公益林的公共商品屬性以及社會性等方面，探討解決流域公益林生態補償問題的方法和途徑。

2.5 3S技術在森林生態系統研究中的應用

2.5.1 森林生物量估測

馬澤清[51]等基于TM遙感影像數據建立了生物量多元回歸模型，進而估算了江西千煙洲濕地松林的生物量。徐天蜀[52]利用遙感數據、GIS地形數據以及地面實際調查數據，通過建立多元回歸模型估測了森林生物量，效果十分理想。

現在人們利用光學遙感、熱紅外遙感、SAR微波遙感、高光譜遙感和激光雷達遙感等多種遙感數據對森林生物量進行估算，大大提高了估算的精度和效率，在長期動態連續估算大尺度森林地上生物量中具有不可替代的優勢[53]。

2.5.2 森林動態變化監測評價

20世紀的后30多年，在地球資源環境的監測與研究中，遙感技術及其與地理信息系統、全球定位系統的集成技術具有大面積同步觀測、時效性、數據的綜合性和可比性的特點，能夠定量、準確、及時地調查地球資源、監測環境變化、評價生態環境及研究全球變化[54]。隨著遙感衛星、傳感器及多分辨率遙感數據全面發展，3S技術在資源與環境研究、監測和評價的任務中扮演的角色越來越重要，將廣泛應用于森林資源清查、森林火災監測、森林病蟲害監測、荒漠化監測、濕地監測、珍稀野生動物資源監測、生態環境評價、災后恢復評價等方面[55－59]。

3 研究總結

3.1 基本結論

1)基于 CNKI歸納出的森林生態學 “熱點問題”涉及多個領域和不同層次。

2)我國森林生態學對上述熱點問題的研究整體上呈現總體集中、局部分散的趨勢。有關森林生態效益、補償、生態旅游的研究所占比重較大，而其他幾個問題則相對較小，也較為平均。

3)森林生態學研究熱點問題相互滲透、彼此關聯，一定程度上反映出目前我國森林生態學研究具有多學科、多層次交叉滲透和注重問題的向導性分析的趨勢。

3.2 森林生態學研究展望

從上述分析可以看出，現階段森林生態學在研究層次和研究范圍上有所拓展:

1)研究層次上向宏觀與微觀兩極發展。目前森林生態學研究的對象在宏觀上已經擴展到生態系統與全球研究，更加強調從森林生態系統水平研究森林動態及發展規律，從大尺度大范圍對全球變化、森林生物多樣性、生物量和生產力等方面進行概括性研究。在微觀方向上，相關學者從分子水平研究森林生態系統物質循環，特別是碳循環和氮循環機理研究受到廣泛重視。

2)研究范圍的擴展。目前森林生態學研究主要是結合人類活動對生態過程產生的影響，進而從對純自然現象的研究擴展到自然—經濟—社會復合系統的研究。森林生態系統服務價值的研究使得人們對森林的環境效益等有了更直觀的認識，加強了人類的環境意識。

3.3 本研究的局限性

在基于文獻檢索的森林生態學熱點問題歸納與分析中，確認熱點問題的主要依據是文獻數量和作者的研究領域，這勢必存在一些不足。首先，在熱點確認的過程中沒有很好地考慮到文獻的質量及影響因子。其次，作者研究領域內的問題更易于被確認為熱點。同時，文獻檢索實施的時間可能會導致遺漏某些文獻，這也會對檢索結果造成一定影響。最后，僅僅以CNKI為數據源，可能會導致熱點問題不夠全面、不夠前沿。因此，在后續研究中，解決技術層面上的這些問題并加入國外數據庫，對完善以文獻檢索為基礎的熱點問題研究具有重要意義，將使熱點問題的歸納與分析更全面、更前沿。

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A Review on Central Issues in Forest Ecology in China.

Yang Min Lu Xiaozhen Zhang Xiaoli
(Nanjing Forestry University，Nanjing 210037，China)

Based on literature review and analysis using CNKI，the central issues of forestry ecology in china since 1994 were classified and reviewed.Research findings indicated that the general research in the field of forestry ecology by academics in China had kept growing since 1994.The central issues included carbon cycle，interaction between global changes and forestry ecosystem，oriented research and construction of large-scale permanent plots，ecological benefits and 3S technology.These issues are interactively correlated and influenced，which partly reflects a trend that forestry ecology will be an interdisciplinary study and focus on problem-driven analysis.

forestry ecology，central issues，literature review，research review

2015－04－27

南京林業大學南方現代林業協同創新中心項目

楊敏，南京林業大學森林資源與環境學院碩士研究生，E－mail:845691655＠qq.com

魯小珍，南京林業大學森林資源與環境學院副教授，E－mail:188089555＠qq.com