張叢珊，王得祥＊，劉文楨，柴宗政

（1．西北農(nóng)林科技大學(xué) 林學(xué)院，陜西 楊陵 712100；2．甘肅省小隴山林業(yè)科學(xué)研究所，甘肅 天水 741022）

甘肅小隴山林區(qū)是兼有我國南北氣候特點(diǎn)的典型天然次生林區(qū)，是全國天然林保護(hù)工程重點(diǎn)實施區(qū)，在維持區(qū)域生態(tài)平衡、生物多樣性保護(hù)、改善生態(tài)環(huán)境、提高區(qū)域生態(tài)安全、保障社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展等方面發(fā)揮重要作用［1］。眾多研究及實踐表明，分類經(jīng)營對于森林資源的科學(xué)管理與經(jīng)營提供了一種可行的模式。森林分類經(jīng)營管理就是根據(jù)森林的經(jīng)營目的和主導(dǎo)利用不同，將森林劃分為公益林和商品林兩大類，并實行相應(yīng)的經(jīng)營管理措施，以實現(xiàn)森林可持續(xù)經(jīng)營的目的。優(yōu)化林種結(jié)構(gòu)，是實施科學(xué)分類經(jīng)營林業(yè)，建設(shè)“兩高一優(yōu)”林業(yè)的基礎(chǔ)，是科學(xué)編制林業(yè)發(fā)展規(guī)劃，制定正確的產(chǎn)業(yè)、技術(shù)、流通等一系列經(jīng)濟(jì)政策的依據(jù)，對林業(yè)發(fā)展具有重要意義［2］。因而，森林分類經(jīng)營首先要解決林種結(jié)構(gòu)配置的問題。

小隴山林區(qū)天然林現(xiàn)有林種包括水源涵養(yǎng)林、水土保持林、風(fēng)景林、自然保護(hù)林、商品林5類，劃分類型較少，其中5類林種結(jié)構(gòu)所占比例均不合理，主要表現(xiàn)在水源涵養(yǎng)林比重過大，占74．12%，自然保護(hù)林、風(fēng)景林與商品林的比重過小，尤其是商品林所占比例僅為0．99%，嚴(yán)重影響人們生活、生產(chǎn)所需林木產(chǎn)品的輸出，降低森林資源的經(jīng)濟(jì)價值。林種結(jié)構(gòu)的合理分配對森林生態(tài)系統(tǒng)功能的發(fā)揮具有重要意義，因而亟需對小隴山天然林林種結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化決策研究。目前，小隴山林區(qū)天然林的研究多集中于物種多樣性、天然林結(jié)構(gòu)特征、種群動態(tài)、空間分布格局分析等［1，3－5］，缺乏對該地區(qū)林種結(jié)構(gòu)優(yōu)化、決策的研究，因而分析現(xiàn)有林種結(jié)構(gòu)存在的問題，并進(jìn)而研究林種布局結(jié)構(gòu)，明確調(diào)整的目標(biāo)林種結(jié)構(gòu)是迫切需要解決的問題。

本研究通過對小隴山林區(qū)21個林場二類調(diào)查數(shù)據(jù)研究分析，選用坡度、坡向、植被蓋度、裸巖率和農(nóng)田分布特點(diǎn)5個主要指標(biāo)對小隴山林區(qū)生態(tài)脆弱性進(jìn)行評價，應(yīng)用層次分析法提出合理的林種結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案，為小隴山林區(qū)天然林的分類經(jīng)營與管理奠定基礎(chǔ)，使小隴山林區(qū)天然林資源實現(xiàn)生態(tài)、社會及經(jīng)濟(jì)效益的可持續(xù)發(fā)展。

1 材料與方法

1．1 研究地自然概況

小隴山林區(qū)位于甘肅省東南部，地處我國南北氣候的交匯處，屬亞熱帶北緣暖溫帶山地半濕潤氣候區(qū)，盛行大陸性季風(fēng)氣候。年平均氣溫7～12℃，最高氣溫39．2℃，最低氣溫－23．2℃。無霜期185 d，年平均降水550 mm，50%～60%的降水集中在7、8、9月，相對濕度69%。小隴山林區(qū)的植物資源屬中國－日本植物亞區(qū)，華北植物地區(qū)，黃土高原植物亞地區(qū)，區(qū)系組成具有明顯的溫帶屬性，有苔蘚、蕨類、裸子、被子植物224科，945屬，近2 700種。小隴山天然林面積為446 275．6 hm2，占有林地面積的68．34%。林分各齡組中幼齡林、中齡林、近熟林、成熟林、過熟林分別占天然林面積的9．17%、45．42%、20．81%、1．85%、0．43%。天然林分布于甘肅小隴山21個林場，其中黨川、李子、百花、觀音林場所占面積較大。在天然林林區(qū)中優(yōu)勢樹種主要有銳齒櫟（Quercusalienavar．a(chǎn)cutiserrata）、遼東櫟（Quercusliaotungensis）、栓皮櫟（Quercusvariabilis）、漆樹（Toxicodendronverniciflnum）、山楊（Populusdavidiana）、白樺（Betulaplatyphylla）、紅樺（Betulaalbo－sinensis）、梾木（Swidamacrophylla）、秦嶺白臘（Fraxinuspaxiana）等落葉樹種；華山松（Pinusarmandii）、油松（Pinustabulaeformis）、白皮松（Pinusbungeana）、云杉（Piceaasperata）、冷杉（Abiesfabri）等常綠樹種。林特產(chǎn)品資源豐富，有板栗（Castaneamollissima）、核桃（Juglansregia）、天麻（Gastrodiaelata）、黨參（Codonopsispilosula）、黃芪（Astragalusmembranaceus）、五味子（Schisandrachinesis）、杜仲（Eucommiaulmoides）等。森林土壤以山地棕色土和山地褐色土為主，垂直帶譜為褐色土、棕壤、灰棕壤、亞高山地草甸土。

1．2 研究方法

生態(tài)脆弱性是指森林生態(tài)系統(tǒng)一經(jīng)破壞后就難以恢復(fù)良性生態(tài)環(huán)境的地段以及生態(tài)環(huán)境極易因自然條件改變而造成偶發(fā)或多發(fā)性自然災(zāi)害的地段［6］，其體現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、生態(tài)彈性力、生態(tài)承載能力等特點(diǎn)［7］。不同學(xué)者針對所研究的對象建立了不同的生態(tài)脆弱性評價指標(biāo)體系［8－11］，在分類經(jīng)營中選用衡量某一具體地段的生態(tài)脆弱程度的指標(biāo)有坡度、海拔、植被蓋度、土壤厚度、土壤質(zhì)地、農(nóng)田牧場分布特點(diǎn)等［6］。本研究選用坡度、坡向、植被蓋度、裸巖率、農(nóng)田分布特點(diǎn)5個指標(biāo)作為分析小隴山天然林生態(tài)脆弱性的主要指標(biāo)，并將其劃分為4個等級：一般脆弱（一級）、比較脆弱（二級），非常脆弱（三級）和極端脆弱（四級）4個等級，從而分析小隴山天然林適宜的林種比例。

依據(jù)生態(tài)脆弱性的指標(biāo)劃分，運(yùn)用AHP結(jié)構(gòu)層次分析法，結(jié)合小隴山現(xiàn)有的林種組成，確定小隴山林區(qū)較為合理的林種結(jié)構(gòu)比例。層次分析法是一種定性與定量相結(jié)合的系統(tǒng)分析方法。其主要思路是構(gòu)建一個遞階層次結(jié)構(gòu)，在設(shè)定標(biāo)度的原則下確定相關(guān)因素的權(quán)重，通過一致性檢驗，進(jìn)行子目標(biāo)下因素的排序匯總，從而得出總排序。采用較廣泛的標(biāo)度是1～9標(biāo)度，其賦值意義為：1、3、5、7、9分別表示2個因素相比下，一個因素比另一個因素的重要性是同等重要、稍微重要、明顯重要、很重要、絕對重要；2、4、6、8為2相鄰數(shù)值判斷的中指。CI為檢驗矩陣一致性的指標(biāo)，CI值越大，矩陣的一致性就越差。RI為平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，當(dāng)階數(shù)＞2時，以矩陣隨機(jī)一致性比例CR值為準(zhǔn)則。若CR＜0．10，則判斷矩陣具有滿意的一致性，CR＞0．10，則判斷矩陣需要進(jìn)行調(diào)整［12－13］。

2 結(jié)果與分析

2．1 生態(tài)脆弱性劃分

以甘肅小隴山林區(qū)二類調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)資料，參考《甘肅省森林資源規(guī)劃設(shè)計調(diào)查技術(shù)操作細(xì)則》，結(jié)合小隴山林區(qū)實際狀況，選用坡度、坡向、植被蓋度、裸巖率、農(nóng)田分布5個主要分析指標(biāo)，評價小隴山天然林生態(tài)脆弱性（表1、表2）。

表1 小隴山生態(tài)脆弱性等級劃分Table 1 Ecological frangibility classification in Xiaolongshan

表2 小隴山天然林各生態(tài)脆弱性等級面積分布Table 2 Natural forest area distribution of each level of ecological frangibility in Xiaolongshan

由表2知，小隴山生態(tài)脆弱性為一般脆弱性等級的面積占天然林總面積的5．12%，比較脆弱等級林區(qū)占到24．62%，小隴山生態(tài)脆弱性為三級和四級，即非常脆弱和極端脆弱的共占天然林總面積的70．25%。說明小隴山天然林林區(qū)的生態(tài)脆弱性強(qiáng)。

小隴山林區(qū)屬于天保工程實施的范圍，管護(hù)好現(xiàn)有森林資源是天保工程的核心，增加森林資源總量是天保工程的目標(biāo)［14］。定性分析結(jié)果表明：一級生態(tài)脆弱區(qū)域坡度＜35°，水土保持與水源涵養(yǎng)功能較強(qiáng)，植被分布較密，蓋度＞0．8，因而一級地區(qū)易于作業(yè)，需多發(fā)展商品林，作為經(jīng)濟(jì)用途，其有利于經(jīng)營者通過林產(chǎn)品的市場交易獲取經(jīng)濟(jì)回報；二級、三級、四級區(qū)域中坡度大，均為急坡和險坡，裸巖率＞6%，蓋度依次降低，因而在二級、三級、四級地區(qū)發(fā)展生態(tài)公益林，發(fā)揮生態(tài)保護(hù)的功能，其利于天保工程的有效實施和公益林的建設(shè)。因此，以生態(tài)公益林為主、商品林為輔的林種劃分原則下，小隴山林區(qū)生態(tài)公益林占天然林小班總面積的94．87%，商品林占5．12%，由此為下一步細(xì)化林種結(jié)構(gòu)，運(yùn)用層次分析法定量優(yōu)化各個林種所占比例作為理論依據(jù)。

2．2 林種結(jié)構(gòu)優(yōu)化決策

2．2．1 構(gòu)造AHP模型 小隴山林場天然林林種結(jié)構(gòu)需要調(diào)整為結(jié)構(gòu)合理、功能優(yōu)化的生態(tài)系統(tǒng)，經(jīng)營的主要目的是最大限度發(fā)揮天然林的生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，以水源涵養(yǎng)林、水土保持林、風(fēng)景林、商品林和自然保護(hù)林5個林種作為指標(biāo)層，建立遞階層次結(jié)構(gòu)體系（圖1）。

圖1 遞階層次結(jié)構(gòu)Fig．1 Hierarchy structure

A是經(jīng)營天然林的總目標(biāo)，確保天然林經(jīng)營能夠發(fā)揮最佳效益；B1是生態(tài)效益：涵養(yǎng)水源，保持水土，調(diào)節(jié)氣候，凈化空氣，防風(fēng)固沙等；B2是經(jīng)濟(jì)效益：經(jīng)營管理之后的天然林，經(jīng)過市場轉(zhuǎn)化增值而獲得的效益；B3是社會效益：為人類社會創(chuàng)造關(guān)于精神文化、科研教育等社會服務(wù)方面的效益。

2．2．1 判斷矩陣運(yùn)算及一致性檢驗 各單排層次相對重要性權(quán)值及層次總排序?qū)右姳?～表6。

表3 A－B層Table 3 A－B hierarchy

表4 B 1－C層Table 4 B 1－C hierarchy

表5 B 2－C層Table 5 B 2－C hierarchy

表6 B 3－C層Table 6 B 3－C hierarchy

表7 B－C層次總排序及一致性檢驗Table 7 General ranking in B－C level and consistency text

CI＝0．018 4×0．634 8＋0．105 4×0．078 0＋0．012 2×0．287 2＝0．023 4

RI＝1．12

CR＝0．020 9＜0．10

λmax為判斷矩陣的最大特征根，CI為一致性或判斷可靠性的度量，CR為一致性比例，結(jié)果表明各層判斷矩陣的CR值均＜0．1，一致性是可以接受的（表3～表6）。小隴山現(xiàn)有林種及面積分別為水源涵養(yǎng)林330 759．5 hm2、水土保持林91 349．8 hm2、自然保護(hù)林13 007．3 hm2、風(fēng)景林6 750．4 hm2、商品林4 408．6 hm2，各占天然林總面積74．12%、20．47%、2．91%、1．51%、0．99%。經(jīng)過優(yōu)化調(diào)整之后，適宜發(fā)展的林種結(jié)構(gòu)比例為：水源涵養(yǎng)林比重為49．10%，水土保持林比重為14．65%，自然保護(hù)林比重為18．60%，風(fēng)景林比重為8．66%，商品林比重為8．99%，相應(yīng)面積為水源涵養(yǎng)林為219 111．5 hm2，水土保持林為65 385．77 hm2，自然保護(hù)林為83 028．27 hm2，風(fēng)景林為38 668．55 hm2，商品林為40 109．82 hm2。由圖2所示，優(yōu)化過程中整體降低了水源涵養(yǎng)林和水土保持林的面積比例，提高自然保護(hù)林、風(fēng)景林和商品林的比例。

圖2 林種結(jié)構(gòu)調(diào)整前后比例分布Fig．2 Proportional distribution of forest species before and after restructuring

2．3 基于生態(tài)脆弱等級下林種結(jié)構(gòu)調(diào)整對比分析

在二類調(diào)查數(shù)據(jù)及生態(tài)脆弱性劃分基礎(chǔ)上，水源涵養(yǎng)林、水土保持林、自然保護(hù)林、風(fēng)景林、商品林5類林種面積在各生態(tài)脆弱性等級中所占比例如表8所示。

依據(jù)AHP結(jié)構(gòu)層次分析法得到的林種優(yōu)化方案，并綜合當(dāng)前各林種在生態(tài)脆弱等級中的面積分布結(jié)果，對各部分所占面積比例進(jìn)行重新細(xì)化，提出規(guī)劃性調(diào)整決策。

表8 現(xiàn)有林種各生態(tài)脆弱性等級中的面積比例分布Table 8 Existing forest area proportion of each forest type in ecological fragility grade distribution%

水源涵養(yǎng)林和水土保持林在各生態(tài)脆弱等級區(qū)域比重最大（圖2），經(jīng)過調(diào)整，適當(dāng)降低2類林種的面積比例以求增加其他林種的經(jīng)營范圍。商品林在4個等級中占有比例均小。針對環(huán)境脆弱、系統(tǒng)穩(wěn)定性差、生態(tài)承載能力較弱的三級、四級區(qū)域，商品林面積比例僅占0．13%、0．01%，因而在這2個區(qū)域內(nèi)商品林不需再做調(diào)整，增加其在一級、二級區(qū)域中的比例更加適宜。風(fēng)景林在一級、四級中所占比例很低，即0．04%和0．15%，二級、三級中分別為0．36%和0．97%，在調(diào)整規(guī)劃中，增加風(fēng)景林在二級、三級區(qū)域中的面積分布。自然保護(hù)林所占比例在生態(tài)脆弱等級二級、三級、四級均加以提升，在一級區(qū)域中的0．06%則保持不變（圖3）。

圖3 生態(tài)脆弱等級下各林種面積調(diào)整前后比例（規(guī)劃性建議）Fig．3 Proportions each forest type before and after adjustment based on ecologically fragile area level（planning proposals）

3 結(jié)論與討論

3．1 結(jié)論

通過對小隴山林區(qū)天然林進(jìn)行生態(tài)脆弱性分析，確定坡度、坡向、植被蓋度、裸巖率、農(nóng)田分布5個指標(biāo)劃分生態(tài)脆弱等級，根據(jù)各等級面積分布比例得出該區(qū)生態(tài)脆弱性強(qiáng)。通過構(gòu)建的AHP結(jié)構(gòu)層次分析模型計算得出小隴山現(xiàn)有林種結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方案，總體降低了水源涵養(yǎng)林和水土保持林的面積分布，提高自然保護(hù)林、風(fēng)景林和商品林的面積比例。

林種結(jié)構(gòu)的調(diào)整實際上是一個動態(tài)規(guī)劃的過程，其結(jié)果僅針對特定時間及特定環(huán)境而言。隨著時間的推移、環(huán)境的變化及人們對森林效能的轉(zhuǎn)變和林區(qū)總體的發(fā)展規(guī)劃等諸多方面的因素，林種的相對重要性也會發(fā)生變化。因而，在長期的森林資源管理中，需要不斷進(jìn)行調(diào)整，使林種結(jié)構(gòu)更趨合理，以充分發(fā)揮森林的多種效益。本研究未對小隴山林區(qū)林種劃分更多種類型并進(jìn)行優(yōu)化決策，但基于現(xiàn)有數(shù)據(jù)做出的調(diào)整方案為經(jīng)營和保護(hù)天然林提供了一定的理論依據(jù)。

3．2 討論

眾多研究均表明［15－19］，層次分析方法對林種結(jié)構(gòu)的優(yōu)化切實可行，能夠作為林種結(jié)構(gòu)規(guī)劃與決策的依據(jù)。本研究利用層次分析方法對小隴山林區(qū)天然林林種結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，也取得了較為理想的結(jié)果。小隴山林區(qū)天然林林種應(yīng)包括5個方面，其重要程度依次為水源涵養(yǎng)林、水土保持林、自然保護(hù)林、商品林、風(fēng)景林。小隴山林區(qū)對森林的保護(hù)和經(jīng)營是以公益林建設(shè)為主，森林功能主要側(cè)重于水源涵養(yǎng)和水土保持。結(jié)合地方現(xiàn)狀，小隴山林區(qū)林業(yè)發(fā)展應(yīng)遵循“生態(tài)主導(dǎo)－景觀跟進(jìn)－木材兼顧”的發(fā)展模式。眾多學(xué)者［19－21］研究林種結(jié)構(gòu)優(yōu)化的結(jié)果表明調(diào)整后的生態(tài)公益林均比商品林比重大，地方生態(tài)、經(jīng)濟(jì)等實際現(xiàn)狀成為各研究地區(qū)林種結(jié)構(gòu)調(diào)整比重不一致的影響因素之一。因而，小隴山林區(qū)生態(tài)保護(hù)方面的林種比例占到80%以上，其中水源涵養(yǎng)林為49．10%，水土保持林為14．65%，自然保護(hù)林為18．60%。其次，小隴山林區(qū)天然林有油松、白樺、紅樺、白皮松、華山松等優(yōu)勢樹種，大面積形成的針闊混交林、針葉混交林、闊葉混交林及以櫟類為頂級群落等構(gòu)成了獨(dú)特美麗的森林景觀，可以將其發(fā)展為風(fēng)景林，因而，在原有基礎(chǔ)上將比例提升至8．66%。商品林區(qū)主要選擇自然條件優(yōu)越，立地條件較好，地勢較為平緩，森林采伐不易造成水土流失及生態(tài)作用一般的區(qū)域劃定［22］。小隴山商品林在生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會效益方面根據(jù)層次分析法貢獻(xiàn)的相對重要性權(quán)值得出的比例為8．99%，依據(jù)生態(tài)脆弱性劃分的因子可知一般脆弱等級的商品林比例占到5．12%。因此調(diào)整后的商品林林種比例是較為理想的。

基于各生態(tài)脆弱等級下林種結(jié)構(gòu)調(diào)整結(jié)果分析，一級、二級區(qū)域在水源涵養(yǎng)和水土保持功能方面狀況良好，適宜集中發(fā)展商品林。伴隨小隴山林區(qū)工作中心由以木材生產(chǎn)為主轉(zhuǎn)向生態(tài)建設(shè)為主，為更好形成林場對實行嚴(yán)格公益林的自我約束機(jī)制和對商品林經(jīng)營開發(fā)的激勵機(jī)制，需要擴(kuò)大商品林林種的經(jīng)營范圍，從而解決當(dāng)?shù)卦诔袚?dān)生態(tài)建設(shè)任務(wù)條件下并行滿足市場經(jīng)濟(jì)的需求。小隴山林區(qū)現(xiàn)有1處國家級自然保護(hù)區(qū)、2處省級自然保護(hù)區(qū)及5處省級森林公園，大部分位于二級、三級、四級區(qū)域中。部分天然林由于歷次的自然災(zāi)害和長期的不合理利用，導(dǎo)致多代萌生，林分密度相對較大，且分布不均勻，處于生境條件較差的林木，易發(fā)生病蟲害和森林火災(zāi)［23］。因而在規(guī)劃性建議中擴(kuò)增自然保護(hù)林在二級、三級、四級區(qū)域中的核心區(qū)和緩沖區(qū)面積，同時，在未來森林管理中小隴山自然保護(hù)區(qū)和森林公園的數(shù)量增加也是勢在必行。以生態(tài)公益林保護(hù)為主的林區(qū)建設(shè)，需從社會、景觀尺度上實現(xiàn)森林多功能服務(wù)，其風(fēng)景林是以發(fā)揮景觀功能為主，具有一定穩(wěn)定性的人工或自然森林群落［24］。生態(tài)脆弱性二級、三級地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性適中，適宜風(fēng)景林的發(fā)展，并且增加風(fēng)景林的面積對豐富林區(qū)林分景觀多樣性和物種多樣性具有重要意義。在確定合理林種比例的基礎(chǔ)上，可以進(jìn)一步探討關(guān)于風(fēng)景林系統(tǒng)的經(jīng)營撫育措施?？傮w來講，自然保護(hù)林和風(fēng)景林比例的提升能夠使小隴山林區(qū)天然林的結(jié)構(gòu)、功能、效益三者關(guān)系協(xié)調(diào)發(fā)展。

森林分類是手段，而不是目的，關(guān)鍵在于森林分類后的實施［25］。分類經(jīng)營存在的主要問題是把多功能的森林簡單地分隔成單一功能的經(jīng)營對象，從而難以實現(xiàn)在確保森林主導(dǎo)功能的前提下同時發(fā)揮森林的其他功能［26］。當(dāng)前多目標(biāo)經(jīng)營的研究較熱，在天然林經(jīng)營具體的措施中，分類經(jīng)營的思想可以服務(wù)于多目標(biāo)經(jīng)營，為了提高林地生產(chǎn)力和生產(chǎn)效率，綜合考慮森林的多種功能，生態(tài)公益林發(fā)揮其生態(tài)功能的同時兼顧林副產(chǎn)品的生產(chǎn)功能，商品林發(fā)揮木材生產(chǎn)功能并兼顧具有生態(tài)效益的發(fā)揮［27］。因而，小隴山林區(qū)在未來森林經(jīng)營與管理中，應(yīng)在現(xiàn)有林種結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上劃分出更多的林種類型，實現(xiàn)林區(qū)林種的多樣化，以便于提出森林多功能、多效益、多目標(biāo)的經(jīng)營技術(shù)和管理模式，進(jìn)而有效實現(xiàn)森林可持續(xù)發(fā)展。

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