楊朝應，劉兆剛

（東北林業(yè)大學，黑龍江 哈爾濱 150040）

大興安嶺森林健康經(jīng)營效果評價研究

楊朝應，劉兆剛

（東北林業(yè)大學，黑龍江 哈爾濱 150040）

根據(jù)健康經(jīng)營理論，從表達林分健康狀態(tài)的林分結(jié)構(gòu)特征、物種多樣性、林分活力和生物量分布等4個方面建立林分健康評價體系。運用層析分析法確定各指標的權(quán)重，從而計算出各樣地的健康評價指數(shù)（Hi），在此基礎(chǔ)上用對比差異法提出健康經(jīng)營效果指數(shù)（Me），并用這種方法對大興安嶺塔河地區(qū)的4塊樣地2種健康經(jīng)營方式經(jīng)行評價。結(jié)果表明：人工更新改造和中幼齡林撫育這2種健康經(jīng)營方式都使林分得到有效的改善，林分生產(chǎn)力、可持續(xù)性和抗干擾性都有不同幅度的提高，表明2種經(jīng)營方式都是該地區(qū)合理的選擇。提出的健康經(jīng)營效果指數(shù)能夠簡潔直觀地評價出健康經(jīng)營的效果，具有廣泛的適用性，可為經(jīng)營效果評價提供理論依據(jù)。

健康經(jīng)營；林分狀態(tài)；經(jīng)營效果評價；大興安嶺

現(xiàn)代林業(yè)發(fā)展對森林經(jīng)營有越來越高的要求，從以前的經(jīng)濟利益為唯一目標[1-3]逐漸發(fā)展為以可持續(xù)發(fā)展為目標來決策經(jīng)營[4-6]，強調(diào)森林的健康穩(wěn)定發(fā)展。傳統(tǒng)的經(jīng)營效果評價主要注重于面積、蓄積量等直接經(jīng)濟效益[7-8]，評價方式不符合現(xiàn)代林業(yè)需求。由于對森林發(fā)展目的不明確，在隨后的涉及社會效益及生態(tài)效益的經(jīng)營效果研究中，評價指標和方式的選擇也不盡合理[9-10]。例如，李遠發(fā)等[11]、惠剛盈等[12]嘗試了對森林經(jīng)營效果指標進行綜合量化評價，但由于忽略了森林資源的不平衡性，其評價方式及標準較為人為化，普適性較差。本研究擬在前人研究的基礎(chǔ)上，提出具有廣泛適用性的健康經(jīng)營效果評價方法。大興安嶺地區(qū)由于受到火災等自然因素破壞和采伐等人為干擾的影響，形成了大量低質(zhì)林[13-16]。為了提高林分質(zhì)量，針對大興安嶺地區(qū)采取的2種健康經(jīng)營措施進行評價研究，綜合分析經(jīng)營模式的效果收益，可為經(jīng)營效果評價提供理論依據(jù)。

1 樣地概況

本研究的4塊樣地R1、R2、T1、T2均位于黑龍江省北部大興安嶺塔河地區(qū)，地處黑龍江省西北部，地理坐標為 52°09'～ 53°23'N，125°19'～125°48'E。地勢東南高西北低,平均海拔543 m。該區(qū)屬寒溫帶大陸性季風氣候，年均氣溫-2℃，年降水量350～500 mm，降水集中于7～8月份。無霜期85～115 d，年平均積雪165～175 d[17-18]。本區(qū)的森林屬典型寒溫帶針葉林,分布最廣的喬木樹種主要有興安落葉松Larix gmelini、樟子松Pinus sylvestris var. mongolica和白樺Betula platyphylla，其次為云杉Picea koraiensis和山楊Populus davidiana等[19]。灌木主要包括興安杜鵑Rhododendron dauricum、山刺玫Rosa davurica、繡線菊Spiraea salicifolia、紅豆越桔Vaccinium vitis-idaea、篤斯越桔Vaccinium uliginosum和小葉杜香Ledum palustre等。草本植物多由耐旱種組成，如林問荊Equisetum sylvaticum、叢生苔草Carex spp.、興安野青茅Calamagrostic turczaninowii、廣布野豌豆Vicia cracca等。土壤以棕色針葉林土為主，土層較薄，厚10～30 cm[20]。

R1（人工更新針闊混交林）、R2（天然白樺林）樣地屬于人工更新改造經(jīng)營模式的一組對照樣地，該區(qū)域經(jīng)歷過重度火災，R1為火災后經(jīng)過人工更新該地區(qū)頂級樹種（落葉松）后形成的林分，而R2為沒有經(jīng)過更新改造自然生長的林分，即為對照樣地；T1、T2樣地屬于中幼齡林撫育經(jīng)營模式的一組樣地，該區(qū)域為中幼齡林，其結(jié)構(gòu)特點為：林分林齡較小，郁閉度較高，林分競爭激烈。T1為經(jīng)過去劣留優(yōu)、部分割灌、間伐疏透等撫育方式后形成的林分，而T2為未經(jīng)撫育自然生長的林分，即對照樣地。4個樣地均為固定樣地，對各樣地內(nèi)林木進行每木檢尺（起測直徑為5 cm），調(diào)查內(nèi)容均包坡向、坡度、溫度、郁閉度、胸徑、樹高、冠幅等，并采用相鄰格子法分割為5 m×5 m的小樣方，方便對所有喬木樹種經(jīng)行定位調(diào)查，記錄每株的坐標值。同時選擇四角和中心處的5個5 m×5 m小樣方來進行灌草多度調(diào)查、幼樹更新調(diào)查。各樣地林分基本特征見表1。

表1 各樣地林分基本特征Table1 basic characteristics of stands in four plots

2 研究方法

2.1 指標選擇

林分健康狀態(tài)主要表現(xiàn)在林分結(jié)構(gòu)特征、物種多樣性、林分活力和生物量分布等4個方面[11,21-24]，這些指標包括了森林生態(tài)系統(tǒng)在某一特定時間的靜態(tài)因子，全面反映這一時間的特定林分狀態(tài)。林分結(jié)構(gòu)特征從垂直空間利用率（用喬木高度差來表達）、樹種隔離度（用混交度[25]來表達）、林木分布格局（用角尺度[26]修正值來表達）、徑級結(jié)構(gòu)（用q值修正值來表達）等4方面來評價，根據(jù)前人研究結(jié)果表明q值大多在1.2～1.8之間[27-28]，而q值轉(zhuǎn)化值是指q值與均值（1.5）的距離，q值轉(zhuǎn)化值越小，徑級結(jié)構(gòu)分布越好，相反則越差。物種多樣性從喬木樹種多樣性（用喬木Shannon-Wiener指數(shù)[29]表達）、灌草種類（用林分中灌木和草本的總種類來表達）及灌草總蓋度（用林分中灌木和草本的總蓋度來表達）等3方面來分析。林分活力用林分更新數(shù)量（用單位面積喬木更新數(shù)量來表達）、林分更新樹種數(shù)（用林分更新的樹種種類數(shù)量來表達）及林分競爭指數(shù)（用林分喬木樹種Hegyi競爭指數(shù)的修正值表達[30]）等3方面來評價。生物量分布從林分針闊比（用林分中針葉樹和闊葉樹的斷面積比例來表達）、林分蓄積（用林分內(nèi)喬木總蓄積來表達）及林分健康木比例（用健康木占全林分總株數(shù)比例來表達）等3方面來分析（見表2）。

表2 森林健康指標體系層次結(jié)構(gòu)Table 2 Hierarchical structure of forest health indicators

2.2 指標轉(zhuǎn)化處理

本文中要得到最終2種經(jīng)營模式的綜合評價指數(shù)，是林分各項指標的綜合反映，設定每項指標都有其貢獻。由于原始指標對林分健康反映形式的不同，因此需要對指標經(jīng)行轉(zhuǎn)化處理。在選取的13項原始指標中，對林分健康狀態(tài)的反映各有不同（見表3）。其中角尺度、q值轉(zhuǎn)化值及Hegyi競爭指數(shù)等3項原始指標呈負向反映,即逆指標。為了指標的一致性，本研究采用倒數(shù)函數(shù)對這3項原始指標經(jīng)行轉(zhuǎn)化，其他原始指標不變。轉(zhuǎn)化公式為：

b=1/a。

式中：a為原始指標；b為轉(zhuǎn)化后正指標。

表3 林分各項指標與林分健康的關(guān)系?Table 3 Relations among stand indexes and stand health

全部轉(zhuǎn)化為正指標后，需要對所得的各項轉(zhuǎn)化后指標進行無量綱化修正。根據(jù)本研究的數(shù)據(jù)處理要求，在無量綱修正時要符合一下幾個條件：（1）修正指標解決指標間的差異性問題，使各項指標都在同一基礎(chǔ)上對林分健康經(jīng)行反映，從而方便于其后對林分健康指數(shù)的耦合；（2）修正后指標必須全為正數(shù)，便于后期處理；（3）不為0的指標修正后不能出現(xiàn)0值。綜合這3個條件，本研究選擇極值法進行無量綱修正，修正公式為：

式中：b為正指標；bmax為極大值；c∈（0，1］。

2.3 評價指數(shù)

準確地評價林分健康狀態(tài)是評價林分健康經(jīng)營效果的基礎(chǔ)，而各項指標的運用又是評價林分健康狀態(tài)的必要條件。由于各項指標對林分健康情況的影響程度不同，因此其在評價體系中的重要程度也有差異。根據(jù)各指標的重要程度，采用層析分析法對其權(quán)重賦值。在林分健康經(jīng)營中，林分的可持續(xù)性、穩(wěn)定性及抗干擾性是整個經(jīng)營過程的重要目標，具體為改善林分競爭態(tài)勢，促進林下自然更新，增加林分物種多樣性；而林分結(jié)構(gòu)特征和生物量分布的改善是健康經(jīng)營的重要手段和一定的經(jīng)營效果反映。在森林健康經(jīng)營中，物種多樣性和林分活力的提高是經(jīng)營的目標，通過理論分析及專家咨詢，本研究認為物種多樣性、林分活力對林分健康影響相比于林分結(jié)構(gòu)特征和生物量分布要稍大，因此確定為約束層B，林分結(jié)構(gòu)特征、物種多樣性、林分活力和生物量分布4個方面相對于目標層A的權(quán)重比例為2∶3∶3∶2；而對于指標層C而言，各指標對于對應的約束層B重要程度相同，即具有相同的權(quán)重。表4為各指標的最終權(quán)重。

表4 林分各評價指標權(quán)重值Table 4 Weight values of each indicator

林分健康指數(shù)是各項林分健康因子（見表2）的綜合體現(xiàn)，反映一定時刻林分在自然及人為干擾下所呈現(xiàn)的表現(xiàn)形式。林分健康指數(shù)的高低反映林分健康可持續(xù)發(fā)展的優(yōu)勢程度，林分健康指數(shù)越高，表明該林分未來對林分的可持續(xù)經(jīng)營和抗干擾能力越好，其表達式為：

式中：Hi表示i林分的健康指數(shù)；n為健康評價因子個數(shù)；j為第j個健康評價指標；λj為第j個健康評價因子的權(quán)重；cj表示修正后的指標值。

林分健康指數(shù)并不能反映林分的動態(tài)變化，為了進一步說明林分經(jīng)營后的效果差異，需要對經(jīng)營與未經(jīng)營的2種林分作為對照討論。本研究提出一個健康經(jīng)營效果評價指數(shù)，其定義為某林分在經(jīng)營后林分和未經(jīng)營的林分的差異程度，其表達式為：

Me=He1-He2。

式中：Me表示某種經(jīng)營模式的健康經(jīng)營效果評價指數(shù)；He1表示經(jīng)過人為經(jīng)營改造后林分的健康指數(shù)；He2表示未經(jīng)人為經(jīng)營改造而任其自然生長林分的健康指數(shù)。

林分健康經(jīng)營效果評價指數(shù)的理論的范圍為[-1,1]，正值為促進林分健康狀態(tài)，屬于正向演替；負值為破壞林分健康狀態(tài)，屬于逆向演替。絕對值越大表示健康經(jīng)營效果（包括促進和倒退）越顯著。在林分健康經(jīng)營效果指數(shù)等于極值1時，表明是在沒有任何喬灌草種源的裸地上經(jīng)行經(jīng)營，并改造成具有喬灌草同時存在的立體空間結(jié)構(gòu)；相反，在林分健康經(jīng)營效果指數(shù)等于極值-1時，表明具有喬灌草立體結(jié)構(gòu)的林分經(jīng)過完全皆伐（伐去喬灌木并去除草本植物）造成的，在實際操作中通常在林地開荒成農(nóng)耕地中出現(xiàn)。在林業(yè)生產(chǎn)研究中，正向演替是最重要的目標，而逆向演替不作為本研究討論范疇。

3 結(jié)果與分析

根據(jù)評價方法，計算4塊調(diào)查樣地的13個評價指標，并以此得出4塊樣地的林分健康指數(shù)和2種經(jīng)營方式的林分健康經(jīng)營效果評價指數(shù)，其結(jié)果見表5。

表5 不同經(jīng)營模式的經(jīng)營效果評價結(jié)果Table 5 Evaluation results of different management evaluation effects

由表5可以看出，人工更新改造和中幼齡林撫育這2種經(jīng)營方式的健康經(jīng)營效果指數(shù)Me都大于0，即這2種經(jīng)營方式都促進了林分的正向演替。其中人工更新改造的健康經(jīng)營效果指數(shù)為0.396，說明經(jīng)營效果比較顯著，人為更新使林分質(zhì)量得到大幅提升。樹種隔離程度、喬木多樣性及林分針闊比在經(jīng)過改造和未經(jīng)改造的林分中差異極大，差異度在0.9～1.0之間。形成這一極大差異的原因是林分樹種組成的巨大差異，在R2中只存在1棵年齡較小的樟子松，屬于白樺純林；而R1則是混有白樺、落葉松、山楊及樟子松等樹種，林分混交度為0.48的針闊混交林，并且山楊和樟子松的混交度要高于落葉松和白樺，表明在改造的林分中，人工更新的落葉松和自然萌發(fā)的白樺成為主要樹種，而后入駐的山楊和樟子松只占有少部分。2個樣地中，灌草種類、更新樹種數(shù)、林分競爭指數(shù)及林分蓄積的指標指數(shù)也具有較高差異度，差異度在0.5～0.7之間。在R1樣地調(diào)查中有5種灌木植物和9種草本植物，其中有較為喜濕的篤斯越桔和紅豆越桔，喜陰的地榆、東方草莓、柳蘭、鹿蹄草、林問荊等，而R2樣地中的灌草種類很少，調(diào)查只有3種灌木和2種草本，但是其中杜香、山刺玫分布較多。在R1樣地中存在落葉松和白樺2種更新樹種，R2樣地中則只有白樺，這說明在經(jīng)過健康改造后，林分的延續(xù)性得到較大提升。從競爭指數(shù)上講，指標指數(shù)的差異為0.658，R2樣地的Hegyi競爭指數(shù)為2.04，比R1樣地的0.7要大得多，這說明人工更新改造后林分林木分布較均勻，而未經(jīng)改造的天然白樺林則由于是萌生次生林，有較多叢生或者簇生現(xiàn)象。從林分蓄積角度出發(fā)，R2樣地的林分蓄積量為17.06 m3/hm2， R1樣地則達到了94 m3/hm2，是前者的5倍之多。人工更新改造后的林分，灌草蓋度、林分更新數(shù)量和健康木比例都有不同程度的下降，差異度分別為-0.307、-0.328和-0.012，可以看出，R2樣地的灌草蓋度和林分更新數(shù)量都要高于R1樣地，說明經(jīng)過人工更新改造后林分的層級競爭較為明顯，喬木的生長擠壓了林下植物的生長空間，但同時也為更多林下植物的入駐提供了條件。健康木比例的小幅度下降則是由于改造后林分演替加速，冠層樹木對下層樹木產(chǎn)生壓制性影響，導致部分被壓木健康狀況下降，而R2中白樺比較小，樹木生長較為均勻，無明顯壓制現(xiàn)象。

在中幼齡林撫育的健康經(jīng)營中，得到的健康經(jīng)營效果指數(shù)Me為0.114，林分質(zhì)量得到一定的提高，并從指標指數(shù)的情況來看，林分的可持續(xù)性得到有效的提升。在經(jīng)營作業(yè)中，維持了樹種隔離度（T1、T2的混交度分別為0.357、0.361）、林木分布格局（T1、T2的角尺度分別為0.490、0.494）及林分競爭指數(shù)（T1、T2的Hegyi競爭指數(shù)分別為0.812、0.782）的穩(wěn)定。徑級結(jié)構(gòu)、更新樹種數(shù)、林分蓄積、喬木多樣性及灌草種類都有不同程度的提高，其中徑級結(jié)構(gòu)調(diào)整幅度最大，指標指數(shù)差異度達到0.724，在T2樣地中的q值為2.089，而經(jīng)過撫育調(diào)整的T1樣地中q值為1.663，進入了q值合理范圍（1.2～1.8）。調(diào)整后的林分中，更新樹種數(shù)也得到有效的改善，T2樣地中只存在白樺一種更新樹種，而T1中則出現(xiàn)了白樺和落葉松2種更新樹種，說明撫育經(jīng)營在改善林地環(huán)境、促進林下更新上取得很大成功。從林分蓄積上來說，T2樣地的林分蓄積為65.87 m3/hm2，而T1樣地中卻達到了114.92 m3/hm2，表明撫育能大大提高林分生產(chǎn)力。從多樣性角度來看，T1樣地的喬木Shannon-Wiener遠大于T2樣地，分別為0.801、0.493，T1樣地比T2樣地多出山楊等樹種；灌草多樣性也有一定程度的提高，經(jīng)過撫育后的林分新增了興安杜鵑、輪葉沙參、繡線菊等灌草植物。林下更新的樹苗數(shù)量出現(xiàn)了大幅下降，差異度達到-0.52，分別為2 500 株/hm2和1 200 株/hm2，這主要是由于林地環(huán)境的改善，喬木生長的加快，林分郁閉度下降，從而使得林下資源的減少，更新數(shù)量下降?？傮w來看，通過中幼齡林撫育經(jīng)營，中幼齡林的林地環(huán)境、森林生產(chǎn)力以及可持續(xù)性都得到了有效的提高。

4 結(jié) 論

現(xiàn)代林業(yè)發(fā)展強調(diào)森林的健康性、可持續(xù)性和穩(wěn)定性，因此，森林的正向演替和可持續(xù)發(fā)展是森林健康經(jīng)營的主要目標，健康經(jīng)營方式的選擇影響著森林發(fā)展方向。在林業(yè)決策時，選擇一個正確合理的經(jīng)營方式便是重中之重。本研究結(jié)合健康經(jīng)營方式和經(jīng)營目的提出了健康經(jīng)營效果評價的方法，并提出健康經(jīng)營效果評價指數(shù)，該指數(shù)以森林健康狀態(tài)作為基礎(chǔ)，能夠簡潔直觀地指示健康經(jīng)營的方式的好壞程度，具有極好的普適性和準確性，具有較大的推廣應用前景。

通過健康經(jīng)營效果的評價方法，本研究結(jié)果表明大興安嶺塔河地區(qū)的2種健康經(jīng)營方式（人工更新改造和中幼齡林撫育）都較好地適應了林分的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，使林分物種多樣性增加，林下更新有效提高，林分生產(chǎn)力明顯增強，從而大大提高了林分的可持續(xù)性、抗干擾能力和演替進度，說明這2種經(jīng)營方式能較好地適應大興安嶺塔河地區(qū)的林業(yè)發(fā)展特點，可以在該地區(qū)經(jīng)行推廣。

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Evaluation of forest health management for Daxing’anling mountain

YANG Chao-ying, LIU Zhao-gang
(Northeast Forestry University, Harbin 150040, Heilongjiang, China)

Based on theory of forest health management, the stand health evaluation system was founded from four aspects, stand structure characters, species diversity, stand vitality and biomass allocation that express stand’s health state. The health evaluation indexes (Hi) were calculated via measuring the weights of each indicator determined by analytical hierarchy process. Based on the Hi,values, the health management evaluation indexes (Me) were presented through difference comparison method. Then, with the evaluation methods, the health management effects of four plots in Tahe region of Daxing’anling mountain by two kinds of management modes were assessed. The results show that both artificial regeneration and un-mature forest thinning improved the stands’ productivity,sustainability and immunity, are suitable management modes for this region. The studied method, Meas an assessment indicator of health management, was very simple and intuitive, has a broad applicability. Therefore, it can provide a theoretical foundation for the management effect evaluation.

health management; stand state; management evaluation; Daxing’anling mountain

S757

A

1673-923X(2014)07-0027-05

2014-01-10

林業(yè)公益性行業(yè)科研專項（20100400207）：黑龍江大興安嶺過伐林的多功能優(yōu)化經(jīng)營技術(shù)研究與示范（2012BAD22B0202）：東北碳匯林優(yōu)化培育關(guān)鍵技術(shù)與示范項目（2011BAD37B02）

楊朝應（1988-），男，貴州遵義人，碩士研究生，主要研究方向：森林經(jīng)理；E-mail：ycyjds@163.com

劉兆剛（1970-），男，黑龍江綏化人，教授，博士，主要研究方向：森林經(jīng)理； E-mail：lzg19700602@163.com

[本文編校：謝榮秀]