小興安嶺森林資源可持續經營的研究——以鶴北林業局為例

李克金

(黑龍江省鶴北林業局，黑龍江 鶴北 154212)

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小興安嶺森林資源可持續經營的研究——以鶴北林業局為例

李克金

(黑龍江省鶴北林業局，黑龍江 鶴北 154212)

摘要：本文以鶴北林業局幼齡林、中齡林、近熟林、成熟林和過熟林5個齡組為研究對象，選取有林地單位面積蓄積、單位面積林分總生長量、針闊面積比、森林覆蓋率、撫育面積率和可采用材林比6項指標，利用灰色系統理論對各齡組森林資源可持續性進行綜合評價。針闊面積比在評價體系中權重較大，樹高、胸徑、郁閉度之間，兩兩間呈正相關，生長率與樹高、胸徑間呈負相關。隨著林齡的增長林分的樹高、胸徑、郁閉度等隨之增長，而森林資源可持續性下降，至過熟林后開始上升，林齡處于幼齡林及以紅松、椴樹、柞樹為優勢樹種的林分森林資源可持續性最佳。

關鍵詞：森林資源；林齡；灰色系統理論

0引言

森林生態系統的可持續經營與人類社會生產有著密不可分的關系[1]。森林生態系統既具有提供林業生產資料、林業副產品等多種經濟效益，又具有保護物種多樣性[2]、凈化空氣[3]、防風固沙[4]、保持水土[5]和涵養水源[6]等多種生態效益。森林資源可持續發展的定義為在沒有不可接受的損害的情況下，長期保持森林的生產能力和可再生能力，以及森林生態系統的物種和生態多樣性[7]。即：保持林分生長量、蓄積量、林地面積逐年增長，維護生態效益的逐步提高，林產品的獲取量不可高于林分的再生量，以及除滿足現代社會的需求外還應考慮后代的需要等。吳志軍[8]等曾對闊葉紅松林進行研究，認為總蓄積量的恢復期比林分可采蓄積量的恢復期短很多。邢美華[9]等針對湖北省森林資源進行研究，認為1990至2005年這15年間森林資源可持續性逐年升高，林分生長情況較好。郭正剛[10]等對青藏高原地區森林資源可持續性進行研究，認為該地區森林生態系統尚未達到可持續狀態。目前國內外對于森林生態系統可持續性的研究較多，但對于小興安嶺地區森林生態系統的可持續性研究較少，本文以鶴北地區為研究對象，利用灰色系統理論對該地區森林資源可持續經營進行研究，以期為今后的森林經營提供理論依據。

1研究區概況

鶴北林業局位于小興安嶺地區南部，黑龍江省東北部，行政屬于黑龍江省鶴崗市。該地區西北高東南低，形成由高山到沼澤的過渡，該地區屬中溫帶大陸性季風氣候，無霜期約為128 d，年降水量約為549.1 mm，年平均氣溫1.57℃。冬季寒冷干燥，夏季較短濕潤。最低氣溫約為-40℃，約出現在1月份，最高氣溫可達37℃，多出現于7月，降水多集中于7、8月份。林分資料見表1。

表1　五個齡組林分基本資料

2研究方法

1982年鄧聚龍教授提出了灰色系統理論[11]，隨后被廣泛應用于農業、工業、社會、經濟和生態等多種領域。灰色系統理論的研究對象多為“部分信息已知，部分信息未知”的“小樣本”、“貧信息”不確定系統，通過對已知信息的開發、分析和研究實現對現實世界的描述和認識。本文主要采用灰色關聯分析方法，比較5個齡組的可持續性發展情況。選出每項指標的最佳值作為理想值，構成理想矩陣，與理想矩陣關聯度越高的齡組可持續發展情況越好。指標分為“效益型”指標，即該指標數值越大越好。“成本性”指標，即該指標數值越小越好。

(1)構造決策矩陣，設被決策的齡組有n個，被決策的指標有m個，由實測值構成一個n×m的決策矩陣。

(1)

(3)確定灰色關聯決策矩陣。首先確定評價指標的最佳矩陣S，Si為初始化得到的矩陣X′ 中第 i 行的最大值，由此得到理想矩陣S：

S=(Si)m×1(i=1,2…m)

根據公式(2)計算灰色關聯系數rij。

(2)

由灰色關聯系數rij構成灰色關聯判斷矩陣R，λ取0.5。

(4)計算各指標權重值。各指標對于最終的評價結果貢獻率不同，應對其貢獻情況進行量化，即求各指標權重值。本文采用變異系數法求權重值。其原理為數據離散程度越大，值越大。可以反映出不同指標對總體評價結果的影響程度，且與灰色關聯評價方法具有較好的銜接性。由公式(3)求出影響森林可持續性發展指標的變異系數。

(3)

公式(3)中所涉及數據均為實地測量數據。得出各指標變異系數后，由公式(4)計算出各項指標的權重值wi。

(4)

(5)由灰色關聯判斷矩陣R及各指標的權重值wi，經公式(5)計算得出不同齡組的關聯度。

(5)

3森林生態系統可持續性研究

3.1林分生長情況研究

(1)隨著林分年齡的增長，樹高及胸徑逐漸增大，成過熟林的生長量比幼、中齡林小，或基本不變。林齡越小生長越快，增幅越大。由于林分年齡較小，林分生長空間較大，接受的陽光雨水更多，樹高、胸徑增加明顯。林分生長至過熟林后，林內郁閉度較高，立體結構較為復雜，單株林木能接受到的陽光、雨水等營養成分越來越少，生長處于停滯狀態，再加之病蟲害等干擾，樹高胸徑會略微下降。總體而言，成熟林樹高值及胸徑值最大。隨著林分的生長，其冠層葉面積及冠幅等越來越大，垂直結構越來越復雜，郁閉度隨著林齡的增長不斷升高，直至過熟林達到最大值。隨著林齡的增長，林分的生長率迅速下降。幼齡林的林分處于生長期，單株林分新陳代謝較快，生長率最高。隨著林齡的增長，林分達到中齡林，林分處于發育期，生長率仍較快，但低于幼齡林的生長率，林分生長至成熟林及過熟林后到達衰老期，新陳代謝十分緩慢，并出現枯死木等情況，生長率下降，達到最低值。隨著林齡的增長，各階段的累積生長量逐年升高，公頃蓄積量逐年增長，直至成熟林及過熟林公頃蓄積量達到最大，見表2。

表2　各齡組林分生長情況

(2)由表3可知各指標間相關性情況，樹高與胸徑屬于嚴格正向相關，林分的樹高與胸徑的生長均與單株林木的新陳代謝、生長發育有關，相關性極顯著。樹高與胸徑、郁閉度呈正相關，與生長率呈負相關性。胸徑與郁閉度呈顯著正相關，與生長率呈顯著負相關，與公頃蓄積量相關程度較小。生長率與樹高、胸徑呈顯著負相關，與郁閉度、公頃蓄積相關性較小。公頃蓄積與樹高、胸徑、郁閉度、生長率相關性較低，基本無相關性。公頃蓄積量由每年生長量累加形成，與林分生長指標相關性較小。

表3　指標間相關性

**為在0.01 水平(雙側)上顯著相關；*為在 0.05 水平(雙側)上顯著相關。

3.2森林生態系統可持續性分析

本文采用灰色系統理論對森林生態系統可持續性進行綜合性的評價，比較5個齡組林分的可持續性的優良，所選取的指標為有林地單位面積蓄積量、單位面積林分總生長量、針闊面積比、森林覆蓋率、撫育面積率、可采用材林面積比。以上指標值均由林業局年統計數據得。

(1)由原始數據得決策矩陣X。橫向為指標實測值，縱向為齡組。

(2)由公式(1)和公式(2)得到灰色關聯判斷矩陣。其中，有林地單位面積蓄積量、單位面積林分總生長量、森林覆蓋率、撫育面積率為效益型指標，針闊面積比、可采用材林面積比為成本性指標。

(3)計算森林持續經營各指標的權重值。本文采用變異系數法求權重，由公式(3)和公式(4)得森林持續性經營評價各指標的權重值，見表4。

(4)計算各齡組森林持續性灰色關聯評價值。利用已求得的灰色關聯判斷矩陣及權重值根據公式(5)求得各齡組森林持續性的灰色關聯評價值，見表5。

表4　森林持續性經營評價各指標權重值

表5　不同齡組灰色關聯評價值

本文所選指標為有林地單位面積蓄積量、單位面積林分總生長量、針闊面積比、森林覆蓋率、撫育面積率、可采用材林面積比。其權重值由大到小為針闊面積比>單位面積總生長量>撫育面積率>有林地單位面積蓄積>可采用材林面積比>森林覆蓋率。闊葉樹種較針葉樹種生長更快，闊葉樹種比例越高，林分蓄積量越高，其生態效益越高。單位面積總生長量越高，可利用資源越多，無論是經濟效益還是生態效益均有所提高。隨著林分的生長，出現生長情況不良的樹木，及由于病蟲害、風倒形成的枯死木，及時進行撫育改造，除去枯死木及惡性競爭林分，保證優勢樹種充足的生長空間，有利于森林資源的積累。5個齡組中灰色關聯評價值由大到小為幼齡林、過熟林、中齡林、近熟林、成熟林。幼齡林林齡較小生長力較為旺盛，可持續性較高，且土壤養分結構較好，有效養分及有機質含量較高[12]。過熟林由于幾十年的累積單位面積蓄積量較高，且枯落物的蓄積量達到最大，分解速率更大，養分歸還土壤速率加快，森林生態系統內的養分循環速率加快，碳匯潛力巨大，有利于森林生態系統的長期發展[13-14]。其次為中齡林、近熟林、成熟林。森林資源可持續性自幼齡林開始處于最佳狀態，隨著林齡的增長，其持續性逐漸下降，至過熟林后上升，但仍小于幼齡林。森林資源持續性除與林分自身的特性有關以外，與各項外界因素也有很大關系，撫育工作的頻率與強度對森林資源可持續性影響較為深刻。

4結論與討論

森林資源的可持續性自上個世紀開始受到世界各國的廣泛關注，我國也是蒙特利爾進程的成員國[15]。2002年我國制定了適合本國國情的《中國森林可持續經營標準與指標》和《中國森林認證的原則與標準》，很重視森林資源的可持續性發展，但我國林分類型較多，不同種類林分應采取不同的經營方式，以實現最大的“森林碳匯”效應。

本文針對鶴北林業局五個齡組森林資源的可持續性進行綜合性評價研究，灰色關聯值在[0.465 1，0.629 2]區間上，幼齡林和過熟林森林資源可持續性較好，幼齡林較過熟林優勢更明顯一點。森林資源的持續性直接表現為林分的生長、生物多樣性及水土保持等多種生態效益，但人為因素間接對森林資源產生影響。研究區內幼齡林闊葉樹種占比較其他齡級更多，生長率也更快。較低林齡的林分具有較大的固碳潛力[16]。隨著林齡的增長，森林資源可持續性逐漸下降，至過熟林開始上升，森林資源持續性較高。林分的生長與土壤條件息息相關，而土壤條件隨著林齡呈現衰退形勢，土壤微生物及各種土壤酶的數量及活性隨著林齡而下降，林分隨之變化[17]。本文采用變異系數法，在均值的基礎上反應數據的離散程度，求出針闊面積比權重最大。針闊面積比是衡量東北林區森林資源持續性的重要指標，東北林區由于其極端的嚴寒天氣，針葉類樹種較多，但單一樹種不利于森林生態系統的長期發展，樹種越多，種類越多，森林生態效益越好。鶴北林業局幼齡林樹種較多，包括楊樹、榆樹、柞樹、紅松和山槐等，林分間優勢互補效果較好。過熟林優勢樹種有椴樹、紅松、柞樹，均為耐陰樹種，且均為長壽樹種，森林資源可持續性較高。總體來說，隨著林齡的增長，林分的樹高、胸徑、郁閉度等不同程度增長，生長率隨著林齡的增長而下降。我國自加入蒙特利爾進程以來，對森林的可持續發展重視程度日漸升高，在十一五及十二五間多次提及[18]，并實施天保工程等各項措施，以提高森林資源的可持續性，滿足各類需求。森林資源除與林分自身的生長及環境有關外，還與經濟因素[19]、社會因素[20]、流域等有關，有待加以研究。

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Study on Sustainable Management of Forestry Resources-ACase Study in Hebei Forestry Bureau

Li Kejin

(Hebei Forestry Bureau of Heilongjiang Province，Hebei 154212，Heilongjiang Province)

Abstract：The young stand，middle-aged stand，near mature stand，mature stand and over mature stand in Hebei Forestry Bureau were studied and the following six indices including forest volume，total stand growth per unit area，the ratio of coniferous to broad leave，forest coverage rate，tending area rate and the available timber rate were used to comprehensively evaluate the sustainability of forest resources in each age stand by grey system theory.The weight of coniferous to broad leave ratio was the largest in the evaluation system.The tree height，DBH，and canopy density are positively correlated with each other.The growth rate was negatively correlated with tree height and DBH.Along with the increase of stand age，the height，DBH，and canopy density increased，but the sustainability of forest resources decreased and didn’t start to rise until over mature stand.The forest resources sustainability of young stand with dominant tree species such as Pinus koraiensis，Tilia tuan，and Quercus palustris was excellent.

Keywords：forest resources；stand age；grey theory

中圖分類號：S 750

文獻標識碼：A

文章編號：1001-005X(2016)03-0012-04

作者簡介：第一李克金，高級工程師。研究方向：森林工程。E-mail：lkj@163.com

基金項目：林業公益性行業科研專項(201204509)

收稿日期：2015-11-11

引文格式：李克金. 大興安嶺地區森林資源可持續經營的研究[J].森林工程，2016，32(3)：12-15.