肖前輝，敬 陽，龔召松

（1.國家林業(yè)和草原局 中南調(diào)查規(guī)劃設(shè)計院，湖南 長沙 410014；2.中南林業(yè)科技大學，湖南 長沙 410004）

楠木Phoebe zhennan屬國家Ⅱ級保護樹種[1]，為我國特有珍貴樹種，其枝葉繁茂，四季常青，樹形優(yōu)美，材質(zhì)上乘；城市綠化中楠木是上等的行道樹，低丘山地楠木是上佳的造林樹種[2]。受氣候變化、自然災害和人為因素等影響，目前我國楠木資源匱乏，片林少[3]，亟待開展楠木天然林提質(zhì)增量的應用性基礎(chǔ)研究。

森林質(zhì)量評價是森林經(jīng)營的基礎(chǔ)和依據(jù)，世界自然基金會（WWF）將森林質(zhì)量解釋為森林在生態(tài)、社會和經(jīng)濟效益方面所有功能與價值總和[4]。毛淑娟等[5]認為提高森林質(zhì)量就是提高森林的多種功能和效益，并達到森林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定平衡發(fā)展，滿足人類的生態(tài)、社會和經(jīng)濟的需求。趙惠勛等[6]、劉學全等[7]和李國勇[8]針對不同林種和起源的林分進行質(zhì)量評價，評價指標主要有植被覆蓋度、群落結(jié)構(gòu)、樹種組成、平均高、平均胸徑、郁閉度、林齡、立地質(zhì)量和物種多樣性等。評價方法主要有模糊綜合評價[9]、集對分析[10]、因子分析[11-12]、物元分析[13]和層次分析[14]等。梅光義等[9]在林場范圍內(nèi)，以小班為評價單元，建立了模糊綜合評價體系和生態(tài)功能綜合評價體系，評價側(cè)柏林分質(zhì)量，經(jīng)對比分析，認為生態(tài)功能綜合指數(shù)評價體系優(yōu)于模糊綜合評價體系。莫可等[11]在小班尺度下，以用材林為評價對象，用因子分析法評價了森林質(zhì)量，評價指標涵蓋了林木因子、林下植被、土層條件和地形條件4 個方面。陳華等[13]采用物元法對將樂林場用材林進行了質(zhì)量評價，研究綜合考慮森林生產(chǎn)力、森林結(jié)構(gòu)和立地條件等3 方面因素，建立了綜合評價指標體系，認為此方法能夠較準確地評價森林資源質(zhì)量。這些評價以靜態(tài)評價居多，很少開展相對長期的區(qū)域性林分質(zhì)量動態(tài)變化評價。近年來，我國楠木人工林研究[15-16]發(fā)展較快，但對于區(qū)域性楠木天然林質(zhì)量效益的研究未見報道。為此，以連續(xù)6 期的國家森林資源連續(xù)清查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建湖南省楠木天然林質(zhì)量動態(tài)評價指標體系，建立質(zhì)量評價模型，確定了林分質(zhì)量等級劃分方法，分析了湖南省楠木天然林質(zhì)量動態(tài)，并以各市（州）及經(jīng)營亞區(qū)為單元，進行楠木天然林質(zhì)量動態(tài)評價，為楠木天然林質(zhì)量精準提升的森林經(jīng)營活動提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

湖南省地處108°47′～114°15′E，24°38′～ 30°08′N，屬大陸性中亞熱帶季風濕潤氣候，年均氣溫16～18 ℃，年日照時數(shù)1 300～1 800 h，年降水量1 200～1 700 mm，雨量充沛，水熱充足。地貌由平原、盆地、丘陵地、山地、河湖構(gòu)成，地跨長江、珠江兩大水系；土壤類型以紅壤、黃壤和黃棕壤為主，成土母巖有泥灰?guī)r、板頁巖、砂頁巖和花崗巖等。

湖南省國土面積21.18 萬km2，林業(yè)用地 1 299.8 萬hm2。植被類型屬亞熱帶常綠闊葉林帶，植被豐茂，四季常青。楠木天然林主要混交樹種有櫟類Quercus acutissima、樟樹Cinnamomun camphora、杉木Cunninghamia lanceolata、馬尾松Pinus massoniana等。

2 材料與方法

2.1 研究材料

數(shù)據(jù)來源于湖南省1989—2014年國家森林資源連續(xù)清查數(shù)據(jù)，每隔5 a 一期，共6 期，樣地屬性主要包括立地因子（地貌、海拔、坡度、坡位、土壤等）和林分因子（平均年齡、平均樹高、郁閉度、自然度、群落結(jié)構(gòu)、植被覆蓋等）；樣木屬性主要為每木檢尺因子。此外衍生數(shù)據(jù)有單位面積株數(shù)、單位面積蓄積、平均胸徑、樹種組成等。

湖南省國家森林資源連續(xù)清查樣地共6 615個，1989—2014年各期凡含有楠木樣木的樣地分 別 為95、96、101、107、110、117 個。 在 數(shù)據(jù)分析過程中發(fā)現(xiàn)湖南省楠木天然林均為混交林，混交樹種復雜，因此在含有楠木的樣地中，按楠木蓄積占比≥20%的原則篩選樣地，依此得到的楠木天然林作為研究對象，各期楠木天然林的規(guī)模和蓄積如下：1989年楠木天然林面積 為1.60 萬hm2，蓄 積 為131.74 萬m3；1994年楠木天然林面積為1.60 萬hm2，蓄積為154.57萬m3；1999年楠木天然林面積為2.42 萬hm2，蓄積為154.59 萬m3；2004年楠木天然林面積為4.80 萬hm2， 蓄 積 為317.76 萬m3；2009年楠木天然林面積為8.00 萬hm2，蓄積為644.44 萬m3；2014年楠木天然林面積為11.53 萬hm2，蓄積為920.95 萬m3。1989—2014年楠木天然林面積增加了9.93 萬hm2，蓄積增加了789.21 萬m3。

2.2 研究方法

2.2.1 林分質(zhì)量動態(tài)評價指標體系的建立

依據(jù)評價指標的系統(tǒng)性、量化可比性、有效性原則，結(jié)合楠木天然林特性以及數(shù)據(jù)所取得的完整性，選出7 個定量評價指標（單位面積蓄積、單位面積株數(shù)、林分平均胸徑、楠木平均胸徑、平均樹高、楠木蓄積、郁閉度等）和2 個定性評價指標（樹種結(jié)構(gòu)和自然度），構(gòu)建楠木天然林質(zhì)量動態(tài)評價指標體系。將9 個評價指標依次標記為A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8和A9，建立層次結(jié)構(gòu)模型。

2.2.2 指標值歸一化

因所選取的評價指標存在定性和定量差異，因此將篩選出的7 個定量評價指標，利用公式（1）進行指標值歸一化處理；定性指標根據(jù)林分類型等距賦值，再進行歸一化處理。樹種結(jié)構(gòu)分為4種類型，依次將其賦值為1.00、0.75、0.50、0.25；自然度等級分為3 級，依次將其賦值為1.00、0.667、0.333（樹種結(jié)構(gòu)類型和自然度等級源于湖南省森林資源調(diào)查技術(shù)規(guī)程）。

式中：Xij為第i個評價指標第j個樣地的歸一化指標值，其變化區(qū)間為[0，1]；xij為第i個評價指標第j個樣地的實際值；xi(min)和xi(max)分別對應第i個評價指標的最小值和最大值；1 ≤i≤m（m為指標個數(shù)），1 ≤j≤n（n為樣地個數(shù)）。

2.2.3 指標權(quán)重的確定

評價指標的權(quán)重直接影響評價結(jié)果的合理性，層次分析法是一種結(jié)合定量和定性分析的方法，可以避免純定性分析中過于主觀的影響，因此研究選用層次分析法獲取各指標權(quán)重。依據(jù)評價指標構(gòu)建判斷矩陣A，采用1～9 標度法，對矩陣元素賦值，按列歸一化，計算指標權(quán)重，并進行一致性檢驗，隨機一致性比率CR ＜0.1 時，說明A的不一致性程度在允許范圍內(nèi)，此時可用A的特征向量作為權(quán)向量，否則需要調(diào)整判斷矩陣的元素取值。

2.2.4 評價模型的建立

評定森林質(zhì)量時，按公式（2）計算各樣地綜合得分Y，根據(jù)此得分劃分質(zhì)量等級。Y值越高說明林分質(zhì)量越好。

式中：Ci為第i項歸一化評價指標值；Wi為第i項評價指標權(quán)重。

3 結(jié)果與分析

3.1 各指標權(quán)重

通過兩指標重要性相對比的方法，對判斷矩陣的元素進行賦值（1～9 標度法），得到各指標權(quán)重。對林分質(zhì)量影響最大的指標是單位面積蓄積（0.23）和單位面積株數(shù)（0.23），其次是楠木蓄積（0.15），再次是林分平均胸徑（0.10）、楠木平均胸徑（0.10）和平均樹高（0.10），最后是郁閉度（0.05）、樹種組成（0.02）和自然度（0.02）。

計算得出最大特征值λmax=9.28，一致性指數(shù)CI=0.03，隨機一致性比率CR=0.02 ＜0.1，說明A的特征向量可作為權(quán)向量，層次排序的結(jié)果具有一致性。

3.2 楠木天然林質(zhì)量等級的劃分

根據(jù)林分質(zhì)量評價模型得出的各樣地的綜合得分發(fā)現(xiàn)，楠木次生林質(zhì)量分值介于0.040～0.989之間。根據(jù)標準差法，將林分質(zhì)量劃分為好（≥0.673）、中（0.356～0.673）、差（≤0.356）3 個等級。6 期數(shù)據(jù)中各質(zhì)量等級占比見表1。

表1 評價等級劃分Table1 Evaluation level allocation

3.3 楠木天然林質(zhì)量動態(tài)變化分析

3.3.1 湖南省楠木天然林質(zhì)量變化

林分質(zhì)量最高分值為0.451，最低為0.352，差值為0.099；2004年和2009年林分質(zhì)量得分小于0.356，質(zhì)量等級為差，其余年份均為中等；1994—2004年林分質(zhì)量呈下降趨勢，但2014年綜合得分較2009年增加了0.006，林分質(zhì)量稍有改善，但湖南省楠木天然林整體質(zhì)量不高（圖1）。

圖1 湖南省楠木天然林質(zhì)量綜合得分Fig.1 Comprehensive score of phoebe zhennan natural forest quality in Hunan province

3.3.2 湖南省各市（州）楠木天然林質(zhì)量變化

楠木天然林主要分布于懷化、株洲、永州三個地區(qū)。各市州楠木天然林質(zhì)量得分值見圖2和圖3。懷化市分值為0.335～0.493，1989年最高，2009年最低，2014年比2009年分值增加了0.039，林分質(zhì)量等級為中；株洲市是楠木天然林分布最多的地區(qū)，2004年分值最高（0.552），林分質(zhì)量均處于中等水平，無跳級現(xiàn)象；永州市楠木天然林在1989年質(zhì)量等級為差，1999年達到峰值（0.560），之后迅速下降，但質(zhì)量等級保持在中等水平。湘西自治州為1999年新增地區(qū)，到2014年林分質(zhì)量得分由0.236 增長到0.375，林分質(zhì)量等級為中；張家界市、邵陽市和郴州市均為2004年新增地區(qū)，其中張家界市和邵陽市林分質(zhì)量穩(wěn)中向好，但林分質(zhì)量得分不高，質(zhì)量等級均為差；郴州市2004年林分質(zhì)量分值為0.427，到2014年下降了0.102 分，林分質(zhì)量等級由中變差。2014年婁底市和岳陽市共增加3 個楠木天然林樣地，岳陽市林分質(zhì)量得分為0.418，質(zhì)量等級為中，婁底市林分質(zhì)量得分為0.082，評定結(jié)果為差。

從圖2和圖3可以看出，懷化、株洲和永州等地區(qū)林分質(zhì)量相對較好，其原因是懷化、株洲和永州等地區(qū)氣候溫暖濕潤，雨量充沛，光熱充足，群山環(huán)繞，楠木片林的生長發(fā)育自然條件優(yōu)越，人為破壞程度較小，管護措施完善，因而林分質(zhì)量較好；而張家界、邵陽和婁底等地區(qū)楠木天然林質(zhì)量較差，主要是因為該地區(qū)楠木株數(shù)和蓄積占比較小，立地較差，人為影響比較明顯，經(jīng)營管理不完善，林分質(zhì)量較差。

圖2 各市（州）楠木天然林質(zhì)量綜合得分Fig.2 Comprehensive score of Phoebe zhennan natural forest quality in various cities

3.3.3 湖南省各經(jīng)營亞區(qū)楠木天然林質(zhì)量變化

圖3 各市（州）楠木天然林質(zhì)量綜合得分Fig.3 Comprehensive score of Phoebe zhennan natural forest quality in various cities

根據(jù)森林經(jīng)營分區(qū)指導原則，湖南省共分為5 個經(jīng)營亞區(qū)。其中，楠木天然林多分布于武陵-雪峰山地水土保持與大徑材林經(jīng)營亞區(qū)、南嶺山地水源涵養(yǎng)與用材林經(jīng)營亞區(qū)和羅霄-幕阜山地水土保與用材林經(jīng)營亞區(qū)，湘中丘陵山地水土保持與木本糧油林經(jīng)營亞區(qū)和環(huán)洞庭湖平原丘陵水土保持與農(nóng)田林網(wǎng)防護林經(jīng)營亞區(qū)分布較少。從圖4可以看出，南嶺山地水源涵養(yǎng)與用材林經(jīng)營亞區(qū)楠木天然林質(zhì)量最高，林分質(zhì)量雖上下波動，但質(zhì)量等級一直保持中等水平；其次是武陵-雪峰山地水土保持與大徑材林經(jīng)營亞區(qū)，林分質(zhì)量等級曲線為中-差-中，在2004年林分質(zhì)量逐漸變好；最后是羅霄-幕阜山地水土保與用材林經(jīng)營亞區(qū)，其林分質(zhì)量得分呈直線上升趨勢，但2014年最高分值為0.329，未達到中等水平，林分質(zhì)量等級為差。楠木天然林分布較少的兩個經(jīng)營亞區(qū)中，湘中丘陵山地水土保持與木本糧油林經(jīng)營亞區(qū)林分質(zhì)量得分為0.418，質(zhì)量等級為中；環(huán)洞庭湖平原丘陵水土保持與農(nóng)田林網(wǎng)防護林經(jīng)營亞區(qū)質(zhì)量得分為0.187，質(zhì)量等級為差。

圖4 各經(jīng)營亞區(qū)楠木天然林質(zhì)量綜合得分Fig.4 Comprehensive score of Phoebe zhennan natural forest quality in different management areas

3.4 楠木天然林質(zhì)量等級變化

從表1可以看出，25 a 間，盡管林分質(zhì)量等級為“中”的樣地數(shù)量占比增加了27.22%，質(zhì)量稍有改善，但林分質(zhì)量等級為“好”的樣地占比持續(xù)降低，其主要原因是楠木林規(guī)模擴大，新增的楠木樣地中小徑材樣木較多，林分平均胸徑和平均樹高較小，且樣地單位面積蓄積、單位面積株數(shù)和楠木蓄積的極值相差較大，而這5 個指標的權(quán)重較大，對林分質(zhì)量綜合得分影響較大，因此林分質(zhì)量等級大都屬“差”。同時，人為因素和自然災害對林分質(zhì)量也有一定影響，長期以來我國天然林資源過度消耗，生態(tài)環(huán)境惡化，大徑材林木和珍貴用材樹種少。1998年洪澇災害后，我國實施天保工程，緩解過度采伐和生態(tài)惡化的壓力。近年來開展了森林質(zhì)量精準提升工程，我國森林由恢復增長、規(guī)模擴張階段步入量質(zhì)并重、提升質(zhì)量效益階段。近20 a 來，隨著森林經(jīng)營和保護力度的不斷增強，湖南省楠木天然林規(guī)模明顯增加，但楠木天然林精準提質(zhì)仍然任重道遠。

4 結(jié)論與討論

利用6 期湖南省森林資源連續(xù)清查數(shù)據(jù)，開展楠木天然林質(zhì)量動態(tài)評價，主要結(jié)論如下：

1）25 a 間，湖南省楠木天然林面積增長，規(guī)模不斷擴大，面積增加了9.93 萬hm2，蓄積增加了789.21 萬m3。

2）提出了楠木天然林質(zhì)量動態(tài)評價指標體系，其重要性排序依次為：單位面積蓄積（0.23）、單位面積株數(shù)（0.23）、楠木蓄積（0.15）、林分平均胸徑（0.1）、楠木平均胸徑（0.1）、平均樹高（0.1）、郁閉度（0.05）、樹種組成（0.02）、自然度（0.02）。

3）根據(jù)評價結(jié)果，將楠木天然林質(zhì)量劃分為好、中、差3 個等級，6 期楠木天然林質(zhì)量 等 級 占 比 分 別 為20.00∶20.00∶60.00；20.0∶60.0∶20.00；14.29∶28.57∶57.14；16.67∶27.78∶55.56；4.00∶36.00∶60.00；0.00∶47.22∶52.78。從各等級占比來看，楠木天然林質(zhì)量雖稍有改善，但整體質(zhì)量不高。

林分質(zhì)量評價是科學經(jīng)營楠木天然林、提高森林質(zhì)量效益的依據(jù)，對于楠木天然林質(zhì)量等級評定為“好”和“中”的林分，應提高綜合撫育質(zhì)量，加強全面管護水平，降低災害風險；質(zhì)量等級評定為“差”、立地條件好且郁閉度高的林分，可進行大強度的間伐改培，伐除非目的樹種，為楠木生長發(fā)育提供生長空間，而郁閉度低的林分，則進行楠木的補植補造，人工促進天然更新，增加楠木比例；對于林分質(zhì)量差且立地條件也差的林分，可加強封山育林，進行適當?shù)娜藶楦深A，促進林分的正向演替。同時，全面調(diào)查、優(yōu)選建立楠木種質(zhì)資源基地以及珍貴樹種戰(zhàn)略用材林基地，培育大徑材楠木，擴大楠木林規(guī)模，以緩解楠木天然林采伐利用壓力。