人类对森林资源的系统开发利用，以及经营管理，总是在一定的空间与时间单元上展开。也就是说，森林经营的基本单元具有时空尺度性。世界森林经营大体上经历了单纯采伐利用、永续利用以及森林可持续经营等阶段。在不同的阶段，森林经营的理念、目标与技术体系不同，会反映到经营基本单元的时空尺度选择这一基本的层面上来。例如，Thomas(2000)指出：“历史上(指永续利用阶段)，林学家习惯于在局地尺度上，即以林分为单位实施经营。在制定经营措施时，把林分看作好像与任何其他林分相互分离而独立存在。”传统森林经营单元的这种尺度选择倾向并不是偶然的，它反映了人类在特定阶段对于自身与森林关系的看待与处理。从森林永续利用到森林可持续经营，将是一次重要的飞跃，集中地表现在2个方面：其一是前者以木材生产为中心，把其他产品和环境服务放在从属地位，而后者从森林生态系统在生命支持系统中的整体作用出发，将森林的物质产品生产和环境服务功能放在统一的高度来认识; 其二，永续利用本质上是人类孤立封闭森林生态系统以使其满足自身愿望，而森林可持续经营则是把森林生态系统作为一个开放系统，放在区域乃至全球的自然生态系统之中，通过对森林生态系统的有效管理，使人与森林之间达到协同发展(沈国舫，2000; 侯元兆，2003)。针对森林可持续经营新的要求与特性，许多学者从各种角度强调尺度选择和整体性原则在组织森林经营管理活动中的重要性。许慧等(1993)通过大量综述，得出结论，森林格局变化对水文、沉积物产生、野生动物和河流生境产生了累积效应，森林管理中争论的主要问题越来越集中到景观尺度上; Franklin(1994)和Egan等(1999)较早呼吁应该把更宽的空间尺度与更长的时间尺度作为现代森林生态系统管理的特征之一; 沈国舫认为应把森林经营效益放在景观和流域的层次上去综合评定(叶文虎等，1997); Steventon等(1998)的研究表明通过延长某部分林地的轮伐期，可在整个森林景观上得到更高的结构多样性; 杨礼旦等(1999)建议用生态周期和流域作为评价森林经营可持续性的时空范围; 郭晋平等(2001)强调必须从保持森林健康及其形成和演化过程的完整性，从保障区域生态、环境稳定性出发考察森林的功能。实践应用领域，上世纪末美国农业部林务局采用8级生态分类系统(ecological classification system)作为森林经营的空间管理工具，其应用范围逐渐扩展到整个北美。我国近年也开展一些把土地生态分级应用到森林经营、规划的应用实验(肖宝英等，2002)，对传统林业区划、森林区划以及立地分类系统等行业管理工具的局限性有所反思(邵国凡等，2001; 谢剑斌等，2003)。我国正致力于实现林业发展的五大转变(雷加富，2002)，随着分类经营改革的深入，生态公益林经营区的面积和比例将明显增大，如何将一些新的尺度观念引入未来森林可持续经营基本单元的设计与组织，创建符合生态学规律的、更加科学的行业管理规范，具有重要的理论和实践意义。尽管已有不少相关论述，但未见对森林可持续经营单元时空尺度问题的系统论证，谢剑斌等(2003)及本文，在比较分析的基础上，做一初步尝试，主要在提出问题，希冀引起学界及有关方面的深入探讨。

1 传统林业森林经营单元的时空尺度

传统森林经营以森林永续利用为理论指导，在一个特定的空间范围上组织起来，它的基本单元是林分或者林分组合系列。当生产经营水平与林地生产力较高时，永续利用的基本单元可以小些，反之则大些。我国林业生产实践中，与组织森林经营管理活动关系最密切的管理工具是森林区划，林场一级鼓励或实行“以场定居，以场轮伐”。传统森林经营将森林群落视为均质的实体，主要关注经营单元的内部影响，外部影响及更高空间尺度的可持续性问题，无暇顾及。政府力求在更高尺度进行规划或调控，比如我国的林业区划体系，不过它主要以行政区为组织基础，明显地缺乏生态学内涵(中国森林编委会，1997)。

从经营单元的时间尺度来看，建立永续利用时间序列的基本依据是轮伐期(其指标一般是数量或绝对成熟龄，即树木或林分平均材积生长量达到最高时的年龄)。轮伐期是一个大概属于几十年的时间概念(10~50年，20~30年更普遍)。这个尺度对于可持续发展的时间评价来说，属于偏短期范畴，一般不足以构成可持续发展的主流时间评价尺度。为了实现经济利益，经营者努力缩短轮伐期，这首先表现在受一般经济规律的制约，理论上经济效益最佳的轮伐期小于数量成熟期¹⁾; 其次，人们还有意识地通过各种技术应用和高投入来缩短轮伐期，以提高近期的经济利益。

1) 设Y(T)为单位面积蓄积生长函数，T为轮伐期(a)，P、C为木材价格和采伐成本，δ为贴现的瞬时年率(根据定义，δ=ln(1+r), 其中r为利息年率。则单位面积木材T年后采伐的期望现值V=(P-C) e^-δTY(T)。开始时，随着T的增大，V递增，过了某个点，V反而递减。所以V边际递增为0时的T就是经济效益最大的轮伐期。对此求一个轮伐期的极大值，就是使V′ =[Y′(T)e^-δT-δY(T)e^-δT](P-C)=0，整理可得：Y′(T)-δY(T)=0，由于δ>0，Y(T)>0，故只有Y′(T)>δY(T) >0时，才不至于使V′ < 0，可见直到V达极大值时，都有Y′(T)>0，据导数性质，有Max(T_y)>Max(T_v)，其中T_y和T_v分别为生长量Y和期望现值V达到最大值时的轮伐期，可见经济效益最佳轮伐年龄理论上小于最大数量成熟期。

总之，传统森林经营围绕木材利用这一中心，着眼短中期经济利益，形成以永续利用基本单元和轮伐期作为森林经营基本单元时空尺度的特点。前者的实质是某一所有权内的林分及林分结合体(梁星全，1997)，而基于经济目标的轮伐期调控实质上是人类经济行为对于生物生态节律性的一种胁迫，使自然生态周期转变为生产与经济周期。传统尺度选择及在此基础上所形成的经营技术固然比较系统，但难以适应保护环境、生物多样性、可持续发展等诸多要求(郑景明等，2002)。

2 森林可持续经营单元的空间尺度 2.1 景观尺度与森林可持续经营

景观是一个由不同生态系统组成的镶嵌体，它是由地貌过程和干扰状况所形成、大小通常数公顷至数百公顷、有明显边界(李哈滨，1988)的空间异质性的生态区域。从综合自然地理角度看，可以把景观视为介于土地系统和区域之间的自然等级单位(图 1); 从生态学角度看，景观是在研究范围由生物种群向群落、生态系统扩大并进一步扩大过程所达到的第一个更大的空间尺度。

从可持续发展的空间形态特性看，可持续发展的稳定性是一种镶嵌体稳定性。由于景观的高度异质性，整体结构可以逐渐改变或者保持稳定，而组成结构的空间组分却以不同的速度和强度发生变化，甚至急剧变化，通过构成动态镶嵌体，应变可持续发展所要求的各种环境变化。因此随着景观生态学以及相关生态规划的兴起，景观越来越多地被作为一个整体单位来思考、研究和管理，构成对可持续发展的环境进行规划和管理的最适宜空间尺度(许慧等，1993)。

正如上文有关分析所表明，传统森林经营的基本空间单元，以及由行政力量主导所形成的其他更高尺度的调控单元，往往不是以生态区域来组织的，不能适应森林可持续经营与发展的内在要求。根据景观的特性，把景观作为组织森林可持续经营的生态单元，具有应用前景。

2.1.1 镶嵌体稳定和动态整体优化

为了追求可持续发展，除少数绝对保护的森林区域外，区域森林系统的局部组分(一些林分、林地、林带或者迹地)不可避免地要发生改变，正是众多组分的改变为维持整体的持续形态创造了可能性。均质的、过小的系统难以承受可持续发展有时所必需的剧烈改变，由于技术、体制等方面的限制，过大的空间尺度又影响实施调控的有效性。在多种可能的选择(如图 1所列各种生态单位)中，景观作为一个高度异质、能承受强烈变化但是范围又不至于过大的单元，是森林可持续经营和发展的一个比较理想的基本空间管理单元，借助于这一基本尺度，可在森林可持续经营中引进总量控制思想。作为一种环境策略，总量控制对污染流量的总和实施严格控制，对污染发生空间和主体则允许一定的替代和灵活配置，以降低调控成本。同时，一定条件下，理论上存在某种最优景观构型(Naveh et al., 1994)。“总量控制”和“最优景观构型”结合起来，可为森林可持续经营与发展的空间设计提供理论基础。笔者注意到，例如区域可持续发展指标体系等研究，总是隐含地假设森林覆盖率越高越好。而假定土地利用的机会成本及特定环境的生态阈值存在的话，情况就未必如此。应该根据景观或更大尺度中的地理结构、生态和环境特征及调控方向，有针对性地确定生产性与非生产性区域的比例(相当于总量控制)及其空间布局(最优构型)，并在此基础上进行森林可持续经营与发展的空间设计。这种设计立足于实现管理单元的镶嵌体稳定，追求动态整体优化，为此就必须从林班和林分尺度进入到景观镶嵌格局的尺度进行研究。

2.1.2 对生物多样性保护工作的融合

生物、生态多样性的维持和发展是森林可持续发展的关键因素之一(张建国，2001)，将森林经营和生物多样性保护相互有机融合是森林可持续经营的基本要求。越来越多研究表明，只有在景观生态研究中，一些需要大领域活动的动物种群，如鸟类和哺乳动物，才能得到合理研究。未来的森林应该是一个有利于物种扩散和持久性的景观生态网络; 反之，森林可持续经营单元的组织尺度必须充分考虑生物多样性保护的尺度依赖(scale dependent)特征, 这可以通过一些重要的理论范式体现出来。

1) 岛屿生物地理范式。当初，人们以岛屿生物地理学为理论基础建立起物种保护的范式，它把生物赖以生存的环境视为大小和隔离程度不同的岛屿，并假定存在一个永不灭绝并为生境岛屿提供物种迁入来源的大陆种群。岛屿生物地理学从动态方面阐述了物种丰富度和面积及隔离程度的关系，认为岛屿上物种的丰富度取决于新物种的迁入和原来占据岛屿的物种的灭绝，2个过程相互消长导致了岛屿上物种丰富度的动态变化¹⁾。这种范式研究“岛屿”和某种抽象的“大陆”之间的关系，并不刻意强调物种保护对景观尺度的依赖。

1) 岛屿生物地理学的数学表达：R=CS^Z，式中：R为物种丰富度，S为岛屿面积，C为与生物地理区域有关的拟合参数，Z为与到达岛屿难易程度有关的拟合参数。

2) 集合种群范式。集合种群动态理论的兴起和以此为理论基础的物种保护范式的重新建立使物种保护的景观尺度依赖变得更加清晰。集合种群(metapopulation)指在空间上相互分离，彼此通过个体扩散相互联系的一些亚种群所组成的一类种群(Forman，1996)。集合种群理论认为，人类活动造成的物种灭绝实际上是从局部灭绝开始的，在局部和最后灭绝之间，由于生境的破碎化，物种会以集合种群的方式存在。在集合种群阶段，如果物种能在破碎化生境之间通过个体关联在整体上保持局部灭绝和再移殖之间的某种动态平衡，该物种就可能以集合种群的方式得以长期续存¹⁾。促进亚种群之间关联的一个关键是景观连接性，它是保持生态系统完整性、界定区域和衡量种群动态的必然组成部分，连接性已经成为生物保护中的一个主导性内容(Kimberly，2000)。强调系统功能的连接性就是强调保持结构的连接性，例如建立栖息地廊道以连接栖息地斑块或分散的区域。集合种群范式的兴起并非偶然。人类严重干扰使大型自然植被斑块越来越少，景观破碎化以及由此带来的生物栖息地破碎化已成事实，大范围建立完整保护区已很困难。该范式关注具有不稳定局部种群物种的区域续存条件，避免物种局部灭绝，乃至最后灭绝，在物种保护上更具有现实意义(赵淑清等，2001)。而格局、破碎化、连接性、廊道等许多景观特征成为主导性概念，本身就是生物保护依赖景观尺度的表现。

2) 可用Levins模型表达集合种群理论：P=1-e/m，式中：P为物种在某一生境建立亚种群的概率，若从景观尺度看，P就是在平衡态时被定居的生境斑块比例; e为灭绝参数; m为侵占或定居参数。模型说明：集合种群要继续生存，局部种群的定居参数必须高到足以补偿局部灭绝速率，即满足e/m < 1，从而有P>0;物种在生境斑块定居的总比例随斑块平均大小及密度的下降而下降，斑块太小或相距太远，集合种群都会趋于灭绝(即造成P=0)。

总之，人们日益注意并逐步将景观视为生物多样性管理的尺度，这种趋势源于近年来生物多样性保护由单一物种保护向整个生态系统的保护转化; 土地利用活动在某一范围内进行，生物多样性保护在这一范围内的最终成功要靠对内部整个景观的管理(Kimberly，2000)。

2.1.3 生态服务功能表现的尺度依赖特征

假定一个木材生产条件良好的林场，在生态公益林区划中有一半林地被界定成水源涵养林。从局部来看，这首先意味林场所组织起来的林木永续利用单元被扰乱了，不过水源涵养的意义却可能体现在流域、景观乃至区域等更高尺度上。这个现象就是森林公益效能特别是生态功能表现的尺度依赖性，这种特性必然影响到森林可持续经营设计与评估的尺度选择。

当森林产出的重点从木材转移到以生态服务为主导时，以林分等局地的尺度来评价和度量森林经营是否可持续已变得不合时宜。这是因为，森林功能的多样性不仅体现在对人类生存环境影响的不同方面，也体现在不同的时空尺度上(郭晋平等，2001)。有些短期就能看到，有些需要放在人类发展历史尺度上加以考察和理解，比如基因资源; 有些在林分尺度就可充分表现，例如提供木质和非木质物质性产品，以及土壤发育、养分循环等; 有些则在景观、流域或区域表现，如水土保持、涵养水源等大部分公益效能; 有些会体现在全球尺度，例如制氧、碳循环、调节全球气候等。更多功能会跨越不同尺度表现出来，例如净化大气、防灾减灾、保护生物多样性等。这些区分十分粗略，但有一点却是明确的：大部分森林生态功能的表现需要依赖于超越地面同质系统的空间关联，因此作为异质性的、中观尺度的景观是一个起码的选择。应该看到森林生态功能是一种系统效应，特定空间尺度(比如景观、流域等生态区域)上的功能并不能线性地还原到更小的尺度上去，反之生态区森林生态系统的环境功能也不是单个林分的简单累加(谢剑斌，2004)。

2.1.4 采伐等行业实践的景观尺度影响

森林经营活动，尤其是那些与森林采伐及道路修筑有关的活动，深刻地改变着景观基质中斑块的大小、形状和构型(Thomas，2000)，进而可能影响或改变整个景观格局。Franklin和Forman对美国西北部太平洋沿岸花旗松林区森林采伐对景观影响的研究是一个范例(肖笃宁，1988; Thomas，2000)。由美国林务局推行的交错安置森林皆伐方式在该地区曾被广泛采用，采伐拼块一般为10~20 hm²，散布于森林中，以使相邻林地砍伐时间尽可能推迟。通过使用“棋盘模型”分析，研究发现交错安置法形成的格局影响了景观的许多生态特性。例如与其他采伐方式相比，这种砍伐造成的边缘总长度最大; 极大地减少了森林内部环境，使依赖于内部环境的物种受损; 边缘效应造成风在林中穿越很长距离，主伐使风倒现象增多; 有采伐拼块的景观对风和火等干扰更加敏感，等等。研究对交错安置法提出了质疑，认为它虽然具有易于更新、处理枝丫和发展道路等优点，但从经营目的、技术变化以及森林破碎化程度日益增大等方面考虑，经济上和生态上不一定合理。研究建议适当集中采伐作业区，适当扩大单位采伐面积，这样经济上合算，生态学上也更趋于合理(有利于保护物种多样性和减少自然灾害的发生)。虽然这些结论并不能随意推广，但这个案例表明，森林可持续经营应该更多地倚重生态性采伐，必须从景观格局动态发展和远期后果来决定采伐方式。这个观念对于中国的森林经营实践也许还很超前，却富有借鉴的价值。

2.1.5 与其他景观尺度土地可持续管理工作的协调

随着人类高强度开发利用森林资源，许多地域的森林分布明显破碎化，林地和其他用地在空间上呈现出高度的镶嵌性、交错性，土地类型之间的变更和转移十分频繁。越来越多的土地利用规划将应用景观生态学的有关原理并以景观为单元开展土地管理。因此，在景观层次对森林可持续经营管理活动进行统一设计、操作乃至评价，有利于将林地管理与更广泛的土地可持续开发利用及其管理有机融合。总之，在景观水平组织森林可持续经营的重要性日益受到重视。相信上文仅仅提供了部分论证。不妨再次用Thomas(2000)的话作为总结：“景观生态学鼓励在森林经营中采取多尺度研究方法。一个新的森林经营途径首先就考虑森林存在于其中的更广阔的景观。应该认识到，通过能量、物质和有机体交换而相互作用的生态系统，实际上包含着景观背景对生态系统的内容所产生的深远影响。”

2.2 流域生态区与森林可持续经营

沈国舫(2000)指出，森林经营活动的外部性具有跨越时空的特性，森林采伐无论如何也会对当地的生态带来危害，但当采取适当措施注意保护生态、环境时，一个流域内的采伐活动不一定会对流域外的生态造成危害，此时仍然是可持续的。将流域生态区引入森林可持续经营单元的优势在于，流域或集水区是地形上相对封闭的生态区域，通过流域分析(watershed analysis)可以建立或追溯生态系统响应的因果关系。从环境管理实践上看，许多中、小流域整治和开发的成功例子说明流域在生态规划和管理上是一个十分实用的单位，例如从流域生态系统的角度进行土壤、水和生物自然资源管理是北美水土保持研究的主攻方向(尚宗波等，2001)。这些都显示了流域生态区作为森林可持续经营单元的应用价值。不过需要注意到，流域面积的大小极为不等，一个小集水区可能被包含在某个单调的景观中，一个较大的流域则可能跨越不同的自然区域。从这个角度看，流域并不具有明确的空间尺度，因此泛泛地提将流域生态区作为森林可持续经营的基本尺度并不合适，更准确的提法是森林可持续经营可以和特定流域的某个生态计划有机结合，这主要有3种情况：把低于景观尺度的小流域生态计划纳入到森林可持续经营计划中; 参考明显高于景观尺度的较大流域中的生态要求来综合设计、调整森林可持续经营的有关方案; 或者，当某个景观和特定流域的空间范围基本一致时，设法统一两者的管理尺度。另外，是否选择以流域作为森林可持续经营单元，还要取决于具体的研究和管理内容或者对象。例如，Vogt等(2002)指出，集水区是研究水污染、酸雨、采伐作业、水质、溪流或河流与林地关系等方面比较合适的尺度，但是对于研究生态系统内大型动物或鸟类物种之间的相互作用毫无意义。概言之，选择一个空间尺度也就是定义了一个可以从事工作的物理区域，由于研究或管理的具体内容存在差异，景观和流域在作为管理单元方面必然各有优势，森林可持续经营应该在景观管理的基础上实现与流域管理相互融合。

2.3 创建多尺度的森林可持续经营空间管理体系

从实际应用的角度看，由于森林经营空间涉及广袤的地域范围，还要注意尺度选择的层次性，即尺度选择至少要包括核心尺度或基本尺度、小尺度组分和大背景尺度3个层次(吕一河等，2001)。综合以上讨论，可以在确定经营单元基本空间尺度的基础上，进一步创建可用于指导行业管理实践的多尺度空间管理体系，通过对比总结于表 1中。

3 森林可持续经营单元的时间尺度 3.1 确定时间尺度的基本原则

在森林经营中，有多种关于“成熟”的概念，比如经济成熟、数量成熟、工艺成熟、防护成熟，等等。一般来说，在某个特定的经营单元，比如一个小班内，在由各种成熟点所组成的时间序列上，偏经济性的成熟点在前，而偏生态性的成熟点在后。以获取木材为主导目标的传统森林经营，主要以预期经济成熟点来确定森林管理的基本时间尺度。然而，比如南方针叶林连栽造成的一系列生态环境问题说明要检验一种森林经营是否是可持续的，往往要在一个更长的、跨越多个轮伐期的自然生态过程中去了解。根据森林可持续经营的内在要求，有必要重新确定森林经营单元的时间尺度，其基本原则是：要遵循森林生态系统发展和演化的整体性规律，从单纯的生产与经济周期调整为以生物、生态节律性为基本衡量的尺度水平。

3.2 时间尺度表达：“生态周期”与“世代尺度”

关于尺度的时空二重性，存在研究与认识水平上的不对称。目前对空间维(space dimension)的研究较多，涉及问题较广，而对时间维(time dimension)的研究相对较少(吕一河等，2001)。如何对时间尺度进行有效的表达仍然是一个难题。根据3.1中的原则，这里提出两种：

1) 生态周期。生态周期是指森林生态系统演化至具有相对稳定结构和功能的时期，或者系统资源利用时结构、功能受破坏后恢复到具有相对稳定生产能力或结构和功能的时期。它的时间尺度比以某种轮伐期确定的生产周期一般要大，可相当于后者几倍，甚至相差一个数量级，比如20~30年轮伐期和某种森林生态系统演化到稳定状态可能需要的200~300年时期。以此为基本时间尺度，意味着森林经营必须保证在每一生态周期内维持和提高系统物质生产和环境生产的潜力，这无疑对科学经营和预测能力提出了更高的要求，杨礼旦等(1999)则认为这个要求理应成为森林可持续经营的出发点和落脚点。我国目前正在推行森林分类经营，生态公益林的比例会有显著的提高，生态周期概念对于以追求生态成熟为主要目标的生态公益林的经营与发展特别有指导和应用价值。

2) 世代尺度。根据时空尺度的协调性特征，一个自然系统的时间尺度与空间尺度之间在一定程度上存在相关性。据此，可以选择和景观动态镶嵌体相对应的某个时间范畴作为时间尺度的表达。目前比较公认的与景观相对应的时间长度大致是几十到100年之间，亦即人类的“世代尺度”。

以上2种时间尺度的长度都具有不确定性。因为生态环境和生态类型多种多样，生态周期长短不一，好的或坏的生态效应都具有滞后性，但滞后多久难以找到统一定量标准。而区域条件不同，景观动态镶嵌体演变的时间过程也复杂多样。基于时间尺度的这种特殊复杂性，我们应该把它理解为某种功能类型概念，而不是单纯的、可以绝对数量化的时间长度。

4 结语

森林可持续经营不仅需要依托一定的空间尺度，而且必然在一个时间尺度上实现。森林可持续经营单元的时空尺度，不仅是一个重要的理论问题，其深入探讨对于改进林业的相关管理规范也有指导意义。总的来说，森林可持续经营要在更大的空间与时间范围内去协调与平衡更多基于可持续发展的目标。设计、操作以及评估森林可持续经营和发展的基本空间尺度宜扩大到景观或流域水平，并在此基础上建立多尺度的行业空间管理体系; 基本时间尺度选择要遵循森林生态系统发展和演化的整体性规律，并以景观镶嵌体的动态分析为基础。当然，一种特定的行业实践和管理规范形成后，就会具有惯性，即便后来意识到它的局限性，也不是一时就能改变的。新的尺度观是否会最终体现为行业实践，要受技术、体制等诸多条件制约，正因如此，更需各界共同努力。