陈端吕，李际平，陈哲夫

（1.湖南文理学院 资源环境与旅游学院，湖南 常德415000；2.中南林业科技大学，湖南 长沙410000）

森林经营从广义上讲，指围绕森林的一切经营活动［1］。森林经营受经济环境、社会环境的制约，是森林与人类活动相互作用、相互联系而构成的有机整体［2］。森林经营是—个长期的实践过程，必须以系统的观点建立科学的森林经营体系［3］，其关键在于合理配置与规划森林斑块，通过空间结构优化导向合理的森林经营。森林景观“斑块耦合网络”，即以森林景观斑块作为调控节点，以斑块间功能流作用关系作为网络边，构造反映斑块及其相互耦合作用的网络，是一种复杂网络，也是景观生态学中“景观功能网络”的拓展，充分考虑了林分、景观和自然地理区域3个逐渐增大的可行尺度，从森林经营角度，有助于多角度地认识森林的系统性和复杂适应性特征，探讨森林与环境及森林自身子系统的耦合机制，对森林可持续经营，实现传统林业向现代林业转变具有重要的指导意义［4-5］。

1 森林经营理论与实践进展

森林经营的目的是培育健康的多功能森林生态系统。伴随着人类对森林认识的不断深化，森林经营思想与理念不断地演变，从永续利用思想发展到森林可持续经营［6］，经历了从早期强调经营方法与森林经济效益优先，到注重森林生态效益、强调三大效益兼顾的转变和发展过程［7］。

在国外，德国学者曾提出法正林、近自然林业、森林多功能等经营理论，美国学者提出了“新林业理论”、“生态林业理论”和“生态系统经营理论”［8-10］，加拿大的“可持续林地管理”、德国的“近自然森林经营”也先后提出。森林经营理论大体上可归结为永续利用、森林多功能与森林可持续经营三个方面［11］。

纵观我国森林经营理论和实践的演变发展，从单一永续利用到多目标持续利用，最终达到森林自然生态系统与社会系统的和谐［12-13］，实现森林的可持续发展。围绕广泛的森林经营思想，先后有生态林业、林业二元结构、效益协同、现代林业、知识密集型林产业以及社会林业等理论的提出［14］。

森林经营的历史发展都逐步回归到多视角的基础上，即依据生态学的基本法则和社会经济需求进行森林经营［15］。森林永续利用理论是当时传统林业的理论基础，但森林永续利用把森林作为封闭系统来考察。生态系统经营与近自然林业理论将森林作为开放的、完整的生态系统来研究，其中近自然林业理论强调按照森林自然规律来经营森林，而森林生态系统经营理论即从景观和林分2个层次，着眼于生物多样性、资源可持续性和经营的长期性。森林分类经营是基于森林多效益主导利用理论而实施的森林经营手段［16］。新林业理论从景观生态学视角，以实现森林的经济-生态-社会三大效益相互统一为经营目标。森林可持续经营理论通过保证有丰富的森林资源与健康的环境，满足当代人及子孙后代的需要，将森林资源放在经济、生态和社会更大的巨系统中考察［17］。森林可持续经营和林业可持续发展已成为共识的森林经营准则［18］。

2 森林景观“斑块耦合网络”的本质内涵与构成

森林景观是一个异质的复杂系统，在不同的时空尺度下，通过内部组分的相互作用，其结构与功能构成了多个层次水平的等级体系［19］。对于森林景观，以斑块信息特征作为调控节点，以斑块间相互作用大小作为网络边，提出了“斑块耦合网络”的概念。“斑块耦合网络”是代表“斑块的耦合体”空间格局的骨架，有助于阐释森林景观的系统性和复杂性［20］。

由于森林景观的时空结构上表现为互相镶嵌分布、结构与功能全方位交错，表现为非线性、远离平衡、混沌与分形［19］。斑块作为景观组分，受到来自斑块自身与外部环境的影响，在斑块之间存在着复杂的生态过程，是某种载于斑块结节之间的连接上的流［21］。“斑块耦合网络”反映了景观、斑块关系，通过流的功能性逻辑映射出的空间组织关系，体现了斑块间生态过程耦合作用，描述了景观生态流的相互作用形式。

斑块耦合网络主要研究发生在景观、斑块间多尺度的生态过程，是立足于森林经营的一种视角，从一种更广更宽的角度考虑经营森林的稳定性和综合效益。森林景观“斑块耦合网络”的本质，就是以林分为调控单元，研究斑块耦合体的生态规律，剖析斑块间的耦合机理，通过生态流的内部关联，使斑块间形成耦合状态，呈现出对结构、功能和行为的不同程度调节和控制，进而实现森林景观在特定时空与功能下的优化［20］。

3 森林景观“斑块耦合网络”的森林经营实践应用

3.1 异质性经营

异质性是景观系统生态学变量在空间的变异程度或强度，表现为生态系统的斑块性和环境梯度性［19］。森林本原是一种异质性景观，由于植物的内因性演替［22-25］与环境的异质性，造成其生态位的时空异质性，决定了森林景观的异质性［26］。

森林经营的本质是维持和促进森林景观异质性，提高景观多样性与稳定性，实现森林的可持续经营，机制假说上可从“保险”假说与“冗余”理论进行解释。“保险”假说表明物种丰富度高的系统对外界干扰更具“弹性”，物种丰富的系统抗干扰的能力强，而“冗余”理论认为，丰富的冗余类型组合可相互补充与替代，使系统对外界干扰更具“弹性”［27-28］。因此，斑块异质性具有抗干扰的可塑性，有利于消除环境的干扰［29］，异质性森林更具有稳定性，但对于森林异质程度仍存在争议［30］。目前森林经营决策采用定量的优化决策方法较多，一般构造森林生长经营模型，用于优化森林经营措施，在经营过程中同步调整并优化各种森林结构［31］。以自然干扰、斑块镶嵌、和林隙动态为基础的理论近年来在森林经营实践中有着非常广泛的应用［32］。至于景观异质性程度达到什么标准，才能实现空间优化规划，进而合理地配置和规划森林，达到森林系统结构稳定性与功能优化，却是森林经营工作进一步研究的内容。

景观异质性在空间上具体体现为斑块的镶嵌体结构。景观斑块间复杂的生态流［33］，进行着持续的相互作用，影响了景观的时空格局与生态过程，这种生态流可能在林分层次并不考虑，但对景观动态是至关重要，只有异质斑块共存，并与环境相适应，才能实现景观效益的最大化。森林景观“斑块耦合网络”体现了景观异质性的骨架，从节点、斑块流路径2个层次入手，进行森林经营效果的科学评价，从机理上探讨森林经营的异质性标准，体现森林景观“斑块耦合网络”的森林经营应用价值。从网络节点的层次看，有的斑块有利于森林协调稳定与环境优化，有的斑块则削弱系统的功能发挥，导致森林退化。这似乎是林分层次的经营问题，但与传统的林分经营不同，需要考虑整体网络中的宏观约束，森林整体性质依随于其组分的属性和构成。因此，营造什么样的林分，使网络节点规模最适度是森林异质性经营面临的问题。从网络边的层次看，具有流动特性的源与汇及其传递路径，隐含了景观组分动态过程，如何适应合理安排林分空间状态与林分数量，形成稳态的流动镶嵌与生态流的空间平衡格局［34］，“斑块耦合网络”可进一步地揭示森林异质性景观的稳定机制。

3.2 适应性经营

从森林复杂适应性理论来看，森林斑块通过感知环境，在结构与功能上改变自身以动态适应环境，甚至体现在主动改变环境方面，斑块间生态流的流动与适应行为又对环境产生反作用，并对所依附的生态环境进行能动的改变，使得周围环境更加适合自身的生存。森林景观自组织结构，就是通过斑块的“适应性”，不断地趋向于维持自身的稳定状态，或者在出现新环境状况下选择适合自身生存发展的新的有序状态［35-36］。

由于景观形成过程在自然条件下是一种自组织，其相互作用涉及到斑块异质性对景观生态过程的改变，以及由此产生不同的生态效应［37］。合理的林分结构是充分发挥森林多种功能的基础［38］，这个观点已成共识。林分斑块具有自适应性特征，其行为规则的发展变化对整个系统的演变至关重要，但在人类干扰的条件下，局部的最优化往往会牺牲森林整体效益，如法正林经营是一种景观尺度的考虑，但宏观上忽视了森林经营的外部环境，微观上则忽视了林木个体与林分结构差异。因此，森林经营必须考虑在森林整体最优化前提下的林分结构与功能协调。

“适应性”斑块将受到斑块环境与边缘效应的影响，众多斑块之间交换着复杂的生态流耦合维持总体可持续形态［39］，结构功能和环境的融合匹配，在竞争环境下构建不断的竞争优势［40］。通过森林景观“斑块耦合网络”构建，从景观宏观涌现的特性中推断出不同林分间及与环境的交互特性，反映了斑块间的能量流、物质流和信息流等生态过程机制，体现了景观斑块间所存在的耦合作用［41］。因此，森林景观“斑块耦合网络”前提下的森林适应性经营，隐含了森林景观整体特征及景观斑块的适应性机制，是近自然经营与生态系统经营的完整结合，是森林系统功能与林分结构的最佳匹配状态，是一种森林的可持续经营。

3.3 跨尺度经营

森林是一种多层次结构［42］。不同层次的结构具有不同的功能，整体功能体现在系统中多层次结构的协调与适应。传统的法正林、检查法与森林生态系统经营理念，不同程度地体现了多尺度经营的思想［43］，已有的森林经营实践进行了区域、景观、林分等多尺度观测［44-47］，但由于尺度效应与尺度推绎的不确定性，多尺度的结构特征难以揭示跨尺度机理，使跨尺度经营面临众多挑战。

森林景观“斑块耦合网络”强调跨尺度的格局与过程的相互作用，表现为多层次结构功能的时空耦合，是系统结构与系统演化上最合理、最优化的组织形式［48］，为解决森林经营提供一定的理论基础。在森林经营中，由于景观作为经营的生态单元具有整体性和宏观区域性［49-51］，以森林景观为核心层次，往下考虑景观要素的组合，即解释林分结构与机制，往上考虑环境异质性，它包含了2个方面的影响因子，即自然因子与人为因子。森林景观多层次结构与生态功能及生态过程关系，体现在核心层次对高一层次的环境约束和低一层次的组分行为约束［52］。而森林景观“斑块耦合网络”模型构成，映射了森林的等级结构，利于评估跨尺度的多层次经营，能够从空间尺度上增强对经营理论的理解与实施［43］。因此，森林景观“斑块耦合网络”视角下的森林经营，把森林生态功能置于景观、林分等多尺度上表述，阐释跨尺度的森林经营机制，有利于解释森林经营的复杂性。

4 现代森林经营对“斑块耦合网络”研究的启示与展望

4.1 现代森林经营的启示

森林经营是现代林业发展的永恒主题。由于森林系统的生态复杂性、人类干扰的不确定性、森林利用效益的多样性，现代森林经营理论主要将森林看作有等级层次的复杂系统，以人类为主体参与的、用开放的大系统经营森林资源，实现生态系统的效益最佳与最大化［53］。

森林经营中，时空尺度与生态系统层次是密不可分的，在不同空间尺度上，森林景观具有不同的格局、不同的动态过程与发展机制［54-55］。森林系统在小尺度上的相互作用具有局部性与可加性，但小尺度行为难以准确表达大尺度的整体行为。因此，要求我们在森林经营中利用森林的复杂性，维护林分的适应性与适度空间的异质性，保持景观尺度优化条件下的林分稳定性的约束与调控。

“斑块耦合网络”视角下森林经营需要考虑：（1）不局限于林分混交结构，注重林分（斑块）类型的空间配置；（2）不局限于林分优化，注重林分（斑块）适应的景观目标约束；（3）不局限于多尺度观测试验，注重跨尺度机理分析。

4.2 森林景观“斑块耦合网络”的研究展望

4.2.1 “斑块耦合网络”的网络特性 “斑块耦合网络”描述了森林景观“斑块耦合体”空间结构的骨架。由于森林系统的复杂性、环境的分异性与梯度性、人类干扰程度的差异性，在森林景观中每一个斑块的演替过程的影响机制不同，在现实的林地空间中形成各种不同的“斑块耦合网络”。

到目前为止，给出的证据似乎说明无标度属性、小世界属性和高聚集属性是网络的一般属性。那么，“斑块耦合网络”是何种类型的网络，现实森林景观、理想森林景观的“斑块耦合网络”特性又如何，在斑块耦合网络模型中这些属性意味着什么，哪些林学或生态学机制引起相应特征变化，有待于我们进一步的研究。同时，不能局限于复杂网络的统计学特性，复杂网络的评价指标是否可用于评价森林景观“斑块耦合网络”，需要充分考虑统计学指标与森林景观机制的相关性。

4.2.2 森林景观“斑块耦合体”的生态学特性 森林景观“斑块耦合网络”是对应“斑块耦合体”的评价模型，其主要研究目的是从复杂网络视角对森林景观生态稳定性或经营的可持续性进行评价，进而探讨其内在机制。网络结构度量是一个复杂问题，应从常规的复杂网络分析思维模式中跳出来，“斑块耦合网络”是现实中生物复杂网络的一种，隐含了森林景观的生态学机制，具有普遍性，也有特殊性，必须注意物理网络、社会网络与生物网络的机制差异，不能简单地局限于物理网络的研究模式。

因此，“斑块耦合网络”研究，必须利用已有的林学研究成果，从斑块耦合网络结构、斑块耦合体系统功能、耦合体环境因子等方面，运用复杂性科学与景观生态学理论，研究森林景观斑块耦合网络的拓扑特性及其与森林景观格局指数之间的潜在关系，构建斑块耦合网络的拓扑特征与生态学特征的映射空间，从可持续经营理论的角度揭示斑块耦合网络耦合的整体属性，真正实现斑块耦合网络研究的应用价值。

4.2.3 森林景观斑块耦合网络优化 在森林经营过程中，对于森林景观“斑块耦合网络”优化，表达的是复杂网络的演化问题。建立森林景观斑块耦合网络逻辑结构与空间结构优化模型，实质是保持森林生态系统的完整性、生境的多样化和森林景观动态的平衡［56］。分析网络结构参量的调节效应，实质是森林景观格局调控方案设计。因此，必须从斑块耦合网络结构中复杂网络属性与斑块耦合体系统生态功能优化的关系着手，揭示斑块耦合网络优化的森林经营机制。

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