張夢雅 王新杰 徐雪蕾 回厚霖 趙曉潔 楚雅南

(省部共建森林培育與保護(hù)教育部重點實驗室(北京林業(yè)大學(xué))，北京，100083)

?

不同間伐強(qiáng)度的杉木人工林多功能評價1)

張夢雅 王新杰 徐雪蕾 回厚霖 趙曉潔 楚雅南

(省部共建森林培育與保護(hù)教育部重點實驗室(北京林業(yè)大學(xué))，北京，100083)

杉木(Cunninghamialanceolata)為南方地區(qū)主要造林樹種，在閩西北地區(qū)杉木人工純林中，按3個坡位(上、中、下)分別設(shè)置5種間伐強(qiáng)度(對照、20%、25%、33%、50%)，利用層次分析法，對林分不同間伐強(qiáng)度的生產(chǎn)產(chǎn)出、水源涵養(yǎng)、保育土壤、固碳釋氧、生物多樣性保護(hù)和積累營養(yǎng)物質(zhì)等功能的效益進(jìn)行分析。結(jié)果表明：上坡位林地中，弱度間伐(間伐強(qiáng)度為20%)林地綜合效益最好，達(dá)到117 096.00元/hm2；中坡位，中度間伐(間伐強(qiáng)度為25%)林地多功能價值最高，為120 473.34元/hm2；下坡位，未間伐林地則表現(xiàn)出最優(yōu)效益，其價值為136 059.47元/hm2。因此，對于不同坡位的林地，可選取適宜的間伐強(qiáng)度對林地進(jìn)行經(jīng)營。

杉木；間伐強(qiáng)度；坡位；整體效益；多功能效益

Cunninghamialanceolata; Thinning intensity; Slope; Comprehensive value; Multi-function evaluation

“多功能林業(yè)”的發(fā)展日漸興起，當(dāng)今社會更加注重森林的多功能經(jīng)營、多效益發(fā)展[1-2]。然而，多功能林業(yè)是以可持續(xù)發(fā)展為基礎(chǔ)，將森林的單一功能經(jīng)營轉(zhuǎn)變?yōu)槎喾N功能相結(jié)合的方式[3]。2016年頒布的《全國森林經(jīng)營規(guī)劃(2016—2050年)》提出的森林經(jīng)營要堅持多功能經(jīng)營、多效益統(tǒng)籌。杉木作為重要造林樹種，如何能夠在滿足人們?nèi)找嬖鰪?qiáng)的木材需求的同時，保持林地土壤肥力、維護(hù)生態(tài)功能發(fā)揮，是人們長期以來需要解決的問題。

由于人工林樹種單一、結(jié)構(gòu)簡單且林分過密，如果管理不善就會造成林分生長不良[4-6]。密度調(diào)整作為森林經(jīng)營的一項重要措施，對中幼齡林常采用撫育間伐方式改良林分密度[7]。間伐可促進(jìn)林木生長、增加林地植物多樣性、保護(hù)土壤肥力、改善林內(nèi)生長環(huán)境以及提高林分生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性[8-12]。對于杉木來說，適宜的間伐強(qiáng)度可加快杉木的生長、增加碳儲量、減小地表徑流并加快凋落物分解[13-16]。本文通過對閩西北地區(qū)將樂國有林場杉木人工中齡林進(jìn)行調(diào)查，利用層次分析法研究不同間伐強(qiáng)度，對杉木幼中齡林的綜合影響，探討間伐強(qiáng)度對杉木人工林功能發(fā)揮的影響，以期為合理經(jīng)營杉木林、充分發(fā)揮森林多重效益提供一定的參考。

1 研究地概況

研究地點位于福建省三明市將樂國有林場(E117°5′～117°40′，N26°26′～27°4′)，地處福建省西北部，武夷山脈東南部。屬低山丘陵區(qū)，平均海拔261 m。屬中亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年平均降水1 689 mm，平均溫度19.8 ℃，夏季炎熱，冬季溫暖。土壤多為紅壤，深厚且肥沃。當(dāng)?shù)厮疅釛l件好，且森林資源豐富，適宜杉木(Cunninghamialanceolata)、馬尾松(PinusmassonianaLamb.)等植物的生長。

2 研究方法

2.1 間伐強(qiáng)度劃分

研究地于2013年進(jìn)行撫育間伐，間伐采用機(jī)械方式。極強(qiáng)度間伐(50%)為每隔1株伐1株，強(qiáng)度間伐(33%)為每隔2株伐1株，中度間伐(25%)為每隔3株伐1株，弱度間伐(20%)為每隔4株伐1株，且每個間伐強(qiáng)度分上中下3個坡位分別設(shè)置。共15塊樣地，具體信息見表1。

表1 樣地基本概況

2.2 數(shù)據(jù)采集

調(diào)查樣地大小為15 m×15 m，在每個樣地的左上角、中心及右下角設(shè)置5 m×5 m的灌木樣方，每個灌木樣方的四角設(shè)置1 m×1 m的草本樣方，在每個灌木樣方的中心設(shè)置1 m×1 m的枯落物小樣方，同時設(shè)置60 cm深土壤剖面。共設(shè)置15個喬木樣地、45個灌木樣方、180個草本樣方、45個枯落物小樣方和45個土壤剖面。

調(diào)查包括樣地基本信息(坡度、坡向、郁閉度等)；喬木胸徑、樹高、冠幅和活(死)枝下高；灌木物種、株樹、蓋度、平均高和地徑；草本物種、株樹、蓋度和平均高；灌草分樣方進(jìn)行全部收獲，取樣烘干測定生物量，磨粉后使用元素分析儀(FLASH2000 CHNS/O)測定碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)；枯落物樣方內(nèi)分未分解層及半分解層測定厚度，全部收獲后浸水法測定枯落物持水量[17]，磨粉后使用元素分析儀測定碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)；土壤分3個土層(≥0～20 cm、≥20～40 cm、≥40～60 cm)分別用環(huán)刀及自封袋取樣，測定土壤物理性質(zhì)[18]及土壤中碳(元素分析儀)、堿解氮(堿解-擴(kuò)散)、速效鉀(乙酸銨浸提-火焰光度計)和有效磷(碳酸氫鈉浸提)質(zhì)量分?jǐn)?shù)[19]。

2.3 多功能評價體系

2.3.1 多功能指標(biāo)選定

根據(jù)頻度分析法、理論分析法和專家咨詢法相結(jié)合的方式，依據(jù)當(dāng)?shù)亓址智闆r，在森林多功能評價(A)中共選取了生產(chǎn)產(chǎn)出功能(B1)、水源涵養(yǎng)功能(B2)、保育土壤功能(B3)、固碳釋氧功能(B4)、生物多樣性保護(hù)功能(B5)和積累營養(yǎng)物質(zhì)功能(B6)。

在此6項功能下，選取了共21項指標(biāo)作為評價因子，所有評價因子均標(biāo)準(zhǔn)化為價值量。其中，林分活立木蓄積價值(C1)和林分平均胸徑連年生長量價值(C2)評價B1功能；林冠截流價值(C3)、枯落物持水價值(C4)和土壤持水價值(C5)評價B2功能；固土價值(C6)、土壤保氮肥價值(C7)、土壤保磷肥價值(C8)、土壤保鉀肥價值(C9)和土壤有機(jī)質(zhì)價值(C10)評價B3功能；喬木固碳價值(C11)、灌木固碳價值(C12)、草本固碳價值(C13)、枯落物固碳價值(C14)、土壤固碳價值(C15)和林分釋氧價值(C16)評價B4功能；草本物種保育價值(C17)和灌木物種保育價值(C18)評價B5功能；林木氮元素積累價值(C19)、林木磷元素積累價值(C20)和林木鉀元素積累價值(C21)評價B6功能。

2.3.2 多功能指標(biāo)價值計算

選定的各指標(biāo)價值計算主要參考《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估規(guī)范》(以下簡稱《規(guī)范》)[20]，利用市場價格法、影子價值法、機(jī)會成本法、費用支出法等[21]對閩西北地區(qū)不同間伐強(qiáng)度杉木人工林進(jìn)行評價(見表2)。

利用yaahp軟件繪制層次模型，共3層(A：目標(biāo)層，B：準(zhǔn)則層，C:指標(biāo)層)。模型以森林多功能價值為最上層，其次為6個功能，再次為21項指標(biāo)。結(jié)合試驗地樹種特性、綜合頭腦風(fēng)暴法和德爾菲法獲得的打分，對構(gòu)建的層次模型分別進(jìn)行矩陣判斷。具體判斷與一致性檢驗參考謝肖昀[30]的方法。

3 結(jié)果分析

3.1 判斷矩陣及檢驗

層次模型判斷矩陣參考值如表3所示，各準(zhǔn)則或指標(biāo)間權(quán)重均一致，除B1準(zhǔn)則和B5準(zhǔn)則外，B6準(zhǔn)則下各指標(biāo)間一致性最高，其次為B3、B4和B2準(zhǔn)則。之后根據(jù)創(chuàng)建的判斷矩陣，進(jìn)行各指標(biāo)權(quán)重計算，具體結(jié)果如表4所示。杉木林主要的林木生產(chǎn)功能所占比例最大，其次為保育土壤功能和涵養(yǎng)水源功能，而固碳釋氧、多樣性保護(hù)和養(yǎng)分積累權(quán)重在評價中較小。各功能下不同指標(biāo)所占權(quán)重也不同，某一因素在林分內(nèi)越重要，其權(quán)重越大。綜合來看，該層次分析模型現(xiàn)實可靠，可進(jìn)行下一步計算與分析。

3.2 不同坡位不同間伐強(qiáng)度的杉木林多功能評價

由表5可知，根據(jù)多功能評價模型計算價值量，上坡位整體功能效益發(fā)揮最好的林地為間伐強(qiáng)度20%的樣地。不同間伐強(qiáng)度下多功能值從大到小的順序為：20%、33%、0%、25%、50%。除未間伐樣地，其余樣地多功能值基本隨著間伐強(qiáng)度的增大而逐漸減小。多功能效益最好的林地所產(chǎn)生價值為最差林地的2倍。

表2 間伐林多功能價值評估指標(biāo)計算公式及參數(shù)說明

表3 森林多功能模型判斷矩陣參考值

中坡位間伐強(qiáng)度25%的樣地多功能值最大，其次分別為0%、20%、33%、50%的間伐樣地。除最優(yōu)林地外，其他林地基本符合間伐強(qiáng)度越大多功能值越小的規(guī)律。各間伐強(qiáng)度整體效益間差距較上坡位小，但最優(yōu)林地的效益仍是最差林地的1.4倍，最優(yōu)林地效益分別高0%、20%和30%間伐林地4.29%、11.05%和28.24%。

下坡位中，未間伐林地多功能效益發(fā)揮最為完全，間伐強(qiáng)度最大(50%)的林地多功能價值最低。25%間伐林地其多功能值僅次于未間伐林地，其次為33%間伐林地及20%間伐林地。下坡位林地的綜合效益沒有明顯規(guī)律，且未間伐林地多功能值僅高25%間伐林地0.35%，林地多功能價值最高與最低相差31.28%。

表4 森林多功能模型指標(biāo)權(quán)重

表5 不同坡位不同間伐強(qiáng)度的杉木林的多功能價值

4 結(jié)論與討論

本研究利用層次分析法對間伐后林地進(jìn)行評價，該方法以有序的層次直觀反映各因素間關(guān)系，是一種實用的多準(zhǔn)則決策方法[30]。同時，評價指標(biāo)體系的構(gòu)建結(jié)合客觀方法與主觀方法，能夠更加全面覆蓋各項功能并適用于試驗地。且實驗數(shù)據(jù)多采用樣地實測值，評價結(jié)果真實可靠。

不同間伐強(qiáng)度，林木將獲取不同的生長空間、養(yǎng)分供應(yīng)、水分供給等等[31]。人工幼齡林需要進(jìn)行間伐以調(diào)整林分密度，為林木后續(xù)生長提供更有利條件。結(jié)合各類研究[4-7，13-16]，認(rèn)為中等間伐強(qiáng)度能夠在保證林木產(chǎn)出的基礎(chǔ)上，最大程度保持地力、維護(hù)生物多樣性及生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定，為林地長期生產(chǎn)提供基礎(chǔ)。此觀點在本研究中并未完全證實，本研究中顯示，不同坡位林地，間伐強(qiáng)度不同，得到的林地效益不同。上坡位及中坡位林地分別為弱度間伐和中度間伐效果最好，但下坡位林地中，未進(jìn)行間伐的林地效果反而更好。原因是間伐后，林冠層發(fā)生變化，引起林下光照條件改變[32]，中上坡位陽關(guān)充足，在適當(dāng)?shù)拈g伐條件下，林木具有適宜的生長空間，更有利于保持地力，林分整體效益更高。較小間伐強(qiáng)度雖保留了更多株樹，但由于空間、養(yǎng)分等方面的限制，林木生長速度及各項功能發(fā)揮均會受限制。較大間伐強(qiáng)度雖給予林木更多生成長空間，但伐去較多林木，林分蓄積必然下降，且林冠對土壤的覆蓋與保護(hù)也降低，林分整體效益降低。這些結(jié)果與有關(guān)針對杉木間伐后各功能研究類似，王東等[33]發(fā)現(xiàn)過高的間伐強(qiáng)度會使得土壤養(yǎng)分降低；黃雪蔓等[34]的研究則表明34%的間伐強(qiáng)度有利于杉木樹高生長，但74%的間伐強(qiáng)度下胸徑生長最快；李素艷等[35]表明適度間伐使得林地整體的蓄水和保土效益明顯增加；柳思勉等[15]發(fā)現(xiàn)30%間伐強(qiáng)度更有利于減小杉木林地表徑流。整合這些研究，適宜的間伐強(qiáng)度有利于林木生長、地力保持、生物多樣性保護(hù)等等，由于本研究對象為間伐后3a的林地，所以在最優(yōu)間伐強(qiáng)度的確定上與前者有所差異。相比之下，在下坡位中，未間伐林地效益最好的結(jié)果是出乎意料的，由于下坡位光照條件相對較弱，枯落物積累及土壤碳含量相對更充足[36]，可為林地增加更多養(yǎng)分。同時，林源華[37]的研究表明，在杉木早期生長過程中，中下坡和下坡位林木生長最好、存活率最高。而林木生長與林地質(zhì)量密切相關(guān)，結(jié)合兩者研究可認(rèn)為杉木林地下坡位立地條件較高，更能滿足林木生長需求。未間伐林地?fù)碛凶疃嗟牧帜局陿?，且養(yǎng)分充足情況下，林分蓄積量相對比較大。

本研究僅反映短期內(nèi)林地各效益發(fā)揮程度，林地各項功能會跟隨環(huán)境的改變而持續(xù)改變，其多功能價值也會變化。因此，針對間伐后的杉木人工林，可進(jìn)行連續(xù)復(fù)查，以期為間伐對林地長期影響做出綜合評價。

[1] 宋軍衛(wèi),樊寶敏,李智勇.中國多功能林業(yè)思想的歷史演進(jìn)[J].世界林業(yè)研究,2011,24(1):8-13.

[2] 姜俊,陸元昌,謝陽生,等.基于發(fā)展類型理念的多功能人工林經(jīng)營模式研究[J].世界林業(yè)研究,2015,28(3):1-5.

[3] 侯元兆,曾祥謂.論多功能森林[J].世界林業(yè)研究,2010,23(3):7-12.

[4] 于立忠,朱教君,孔祥文,等.人為干擾(間伐)對紅松人工林林下植物多樣性的影響[J].生態(tài)學(xué)報,2006,26(11):3757-3764.

[5] 崔寧潔,張丹桔,劉洋,等.馬尾松人工林不同大小林窗植物多樣性及其季節(jié)動態(tài)[J].植物生態(tài)學(xué)報,2014,38(5):477-490.

[6] 鄧倫秀.杉木人工林林分密度效應(yīng)及材種結(jié)構(gòu)規(guī)律研究[D].北京:中國林業(yè)科學(xué)研究院,2010.

[7] 段劼,馬履一,賈黎明,等.撫育間伐對側(cè)柏人工林及林下植被生長的影響[J].生態(tài)學(xué)報,2010,30(6):1431-1441.

[8] BATTLES J J, SHLISKY A J, BARRETT R H, et al. The effects of forest management on plant spices diversity in a Sierran conifer forest[J]. Forest Ecology and Management,2001,146(1/2/3):211-222.

[9] 田平,韓海榮,康峰峰,等.密度調(diào)整對太岳山華北落葉松人工林冠層結(jié)構(gòu)及林下植被的影響[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報,2016,38(8):45-53.

[10] ZARMORCH S J, BOCHLOLD W A, STOLTE K W. Using crown condition variables as indicators of forest health[J]. Canadian Journal of Forest Research,2004,34(5):1057-1070.

[11] 馬履一,李春義,王希群,等.不同強(qiáng)度間伐對北京山區(qū)油松生長及其林下植物多樣性的影響[J].林業(yè)科學(xué),2007,43(5):1-9.

[12] GUNDALE M J, DELUCA T H, FIEDLER C E, et al. Restoration treatments in a Montana ponderosa pine forest: Effects on soil physical, chemical and biological properties[J]. Forest Ecology and Management,2005,213(1/2/3):25-38.

[13] 張鵬,王新杰,韓金,等.間伐對杉木人工林生長的短期影響[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報,2016,44(2):6-10,14.

[14] 徐金良,毛玉明,成向榮,等.間伐對杉木人工林碳儲量的長期影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2014,25(7):1898-1904.

[15] 柳思勉,田大倫,項文化,等.間伐強(qiáng)度對人工杉木林地表徑流的影響[J].生態(tài)學(xué)報,2015,35(17):5769-5775.

[16] 肖文婭.間伐強(qiáng)度對杉木人工林凋落物分解的影響[D].南京:南京林業(yè)大學(xué),2015.

[17] 張峰,彭作登,安永興,等.北京西山主要造林樹種林下枯落物的持水特性[J].林業(yè)科學(xué),2010,46(10):6-14.

[18] 國家林業(yè)局.森林土壤水分-物理性質(zhì)的測定：LY/T 1215—1999[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,1999.

[19] 國家林業(yè)局.中華人民共和國林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn):森林土壤分析方法[M].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,1999:74-108.

[20] 國家林業(yè)局.森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估規(guī)范：LY/T 1721—2008[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008.

[21] 韋惠蘭,祁應(yīng)軍.森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值評估與分析[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報,2016,38(2):74-82.

[22] 肖傳法,劉建生,光增云,等.木材·立木材積速算表[M].鄭州:河南科學(xué)技術(shù)出版社,2000:283-288.

[23] 劉文龍,黃華嬌,黃修麟,等.三明市杉木、馬尾松人工林材種出材率表編制的研究[J].福建林業(yè)科技,1995,22(2):19-24.

[24] 殷卓,王兵,蔡體久,等.江西大崗山不同密度杉木林林冠截留特征研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2013,41(36):13945-13948.

[25] 顧麗.金溝嶺林場森林多功能效益評價研究[D].北京:北京林業(yè)大學(xué),2012.

[26] 李少寧.江西省暨大崗山森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能研究[D].北京:中國林業(yè)科學(xué)研究院,2007.

[27] 高志雄,王新杰,王廷榮,等.福建杉木單木生物量分配及相容性模型的應(yīng)用[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2015,39(4):157-162.

[28] 付堯.杉木人工林生態(tài)系統(tǒng)生物量及碳儲量定量估測[D].北京:北京林業(yè)大學(xué),2016.

[29] 周麗麗.不同發(fā)育階段杉木人工林養(yǎng)分內(nèi)循環(huán)與周轉(zhuǎn)利用效率的研究[D].福建:福建農(nóng)林大學(xué),2014.

[30] 謝肖昀.南方杉木生態(tài)公益林多功能評價研究：以福壽國有林場為例[D].長沙:中南林業(yè)科技大學(xué),2015.

[31] HORNER G J, BAKER P J, NALLY R M, et al. Forest structure, habitat and carbon benefits from thinning floodplain forests: Managing early stand density makes a difference[J]. Forest Ecology and Management,2010,259(3):286-293.

[32] RICHARDS J D, HART J L. Canopy gap dynamics and development patterns in secondary Quercus, stands on the Cumberland Plateau, Alabama, USA[J]. Forest Ecology and Mangement,2012,262(12):2229-2239.

[33] 王東,王艷平,陳信力,等.間伐對杉木人工林土壤理化性質(zhì)的季節(jié)影響[J].水土保持研究,2015,22(2):69-78.

[34] 黃雪蔓,尤業(yè)明,藍(lán)嘉川,等.不同間伐強(qiáng)度對杉木人工林碳儲量及其分配的影響[J].生態(tài)學(xué)報,2016,36(1):156-163.

[35] 李素艷,黃瑜,張建國.人工杉木林間伐對水土流失影響的研究[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報,2008,30(3):120-123.

[36] 薛立,薛曄,列淦文,等.不同坡位杉木林土壤碳儲量研究[J].水土保持通報,2012,32(6):43-46.

[37] 林源華.不同坡位對杉木早期生長的影響研究[J].安徽農(nóng)學(xué)通報,2015,21(17):82-83,103.

1)“十二五”農(nóng)村領(lǐng)域國家科研計劃項目(2012BAD22B05)。

張夢雅，女，1995年6月生，省部共建森林培育與保護(hù)教育部重點實驗室(北京林業(yè)大學(xué))，碩士研究生。E-mail：mengya_zhang@bjfu.edu.cn。

王新杰，省部共建森林培育與保護(hù)教育部重點實驗室(北京林業(yè)大學(xué))，副教授。E-mail：xinjiew@bjfu.edu.cn。

2016年12月12日。

S715.3

責(zé)任編輯：王廣建。

A Multi-function Evaluation of Different Thinning Intensities onCunninghamialanceolataPlantation//Zhang Mengya, Wang Xinjie, Xu Xuelei, Hui Houlin; Zhao Xiaojie, Chu Ya’nan(Key Laboratory of Ministry of Forest Cultivation and Conservation of Ministry of Education, Beijing Forestry University, Beijing 100083, P. R. China)//Journal of Northeast Forestry University，2017,45(3)：29-33.

WithCunninghamialanceolatain southern China, we set five thinning intensities (0%, 20%, 25%, 33%, 50%) in three slope position (bottom, middle, downslope) in the northeast Fujian. By using analysis hierarchy process (AHP), we analyzed the different thinning intensity comprehensive value including woods output, water conservation, soil conservation, carbon fixation and oxygen release, biodiversity conservation and accumulation of nutrients. In bottom slope, 20% thinning can help forest to get the highest value, 117 096.00 CNY/hm2. In middle slope, the best one was 25% thinning forest with the value of 120 473.34 CNY/hm2. In non-thinning forest, the best value in downslope was 136 059.47 CNY/hm2. For different slope, choosing the suitable thinning intensity to manage is reasonable.