李克金

(黑龍江省鶴北林業(yè)局，黑龍江 鶴北 154212)

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小興安嶺森林資源可持續(xù)經(jīng)營(yíng)的研究——以鶴北林業(yè)局為例

李克金

(黑龍江省鶴北林業(yè)局，黑龍江 鶴北 154212)

摘要：本文以鶴北林業(yè)局幼齡林、中齡林、近熟林、成熟林和過(guò)熟林5個(gè)齡組為研究對(duì)象，選取有林地單位面積蓄積、單位面積林分總生長(zhǎng)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(xiàng)指標(biāo)，利用灰色系統(tǒng)理論對(duì)各齡組森林資源可持續(xù)性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。針闊面積比在評(píng)價(jià)體系中權(quán)重較大，樹(shù)高、胸徑、郁閉度之間，兩兩間呈正相關(guān)，生長(zhǎng)率與樹(shù)高、胸徑間呈負(fù)相關(guān)。隨著林齡的增長(zhǎng)林分的樹(shù)高、胸徑、郁閉度等隨之增長(zhǎng)，而森林資源可持續(xù)性下降，至過(guò)熟林后開(kāi)始上升，林齡處于幼齡林及以紅松、椴樹(shù)、柞樹(shù)為優(yōu)勢(shì)樹(shù)種的林分森林資源可持續(xù)性最佳。

關(guān)鍵詞：森林資源；林齡；灰色系統(tǒng)理論

0引言

森林生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)經(jīng)營(yíng)與人類社會(huì)生產(chǎn)有著密不可分的關(guān)系[1]。森林生態(tài)系統(tǒng)既具有提供林業(yè)生產(chǎn)資料、林業(yè)副產(chǎn)品等多種經(jīng)濟(jì)效益，又具有保護(hù)物種多樣性[2]、凈化空氣[3]、防風(fēng)固沙[4]、保持水土[5]和涵養(yǎng)水源[6]等多種生態(tài)效益。森林資源可持續(xù)發(fā)展的定義為在沒(méi)有不可接受的損害的情況下，長(zhǎng)期保持森林的生產(chǎn)能力和可再生能力，以及森林生態(tài)系統(tǒng)的物種和生態(tài)多樣性[7]。即：保持林分生長(zhǎng)量、蓄積量、林地面積逐年增長(zhǎng)，維護(hù)生態(tài)效益的逐步提高，林產(chǎn)品的獲取量不可高于林分的再生量，以及除滿足現(xiàn)代社會(huì)的需求外還應(yīng)考慮后代的需要等。吳志軍[8]等曾對(duì)闊葉紅松林進(jìn)行研究，認(rèn)為總蓄積量的恢復(fù)期比林分可采蓄積量的恢復(fù)期短很多。邢美華[9]等針對(duì)湖北省森林資源進(jìn)行研究，認(rèn)為1990至2005年這15年間森林資源可持續(xù)性逐年升高，林分生長(zhǎng)情況較好。郭正剛[10]等對(duì)青藏高原地區(qū)森林資源可持續(xù)性進(jìn)行研究，認(rèn)為該地區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)尚未達(dá)到可持續(xù)狀態(tài)。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于森林生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)性的研究較多，但對(duì)于小興安嶺地區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)性研究較少，本文以鶴北地區(qū)為研究對(duì)象，利用灰色系統(tǒng)理論對(duì)該地區(qū)森林資源可持續(xù)經(jīng)營(yíng)進(jìn)行研究，以期為今后的森林經(jīng)營(yíng)提供理論依據(jù)。

1研究區(qū)概況

鶴北林業(yè)局位于小興安嶺地區(qū)南部，黑龍江省東北部，行政屬于黑龍江省鶴崗市。該地區(qū)西北高東南低，形成由高山到沼澤的過(guò)渡，該地區(qū)屬中溫帶大陸性季風(fēng)氣候，無(wú)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(rùn)。最低氣溫約為-40℃，約出現(xiàn)在1月份，最高氣溫可達(dá)37℃，多出現(xiàn)于7月，降水多集中于7、8月份。林分資料見(jiàn)表1。

表1　五個(gè)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(tǒng)理論[11]，隨后被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、工業(yè)、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)等多種領(lǐng)域?；疑到y(tǒng)理論的研究對(duì)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(tǒng)，通過(guò)對(duì)已知信息的開(kāi)發(fā)、分析和研究實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的描述和認(rèn)識(shí)。本文主要采用灰色關(guān)聯(lián)分析方法，比較5個(gè)齡組的可持續(xù)性發(fā)展情況。選出每項(xiàng)指標(biāo)的最佳值作為理想值，構(gòu)成理想矩陣，與理想矩陣關(guān)聯(lián)度越高的齡組可持續(xù)發(fā)展情況越好。指標(biāo)分為“效益型”指標(biāo)，即該指標(biāo)數(shù)值越大越好?！俺杀拘浴敝笜?biāo)，即該指標(biāo)數(shù)值越小越好。

(1)構(gòu)造決策矩陣，設(shè)被決策的齡組有n個(gè)，被決策的指標(biāo)有m個(gè)，由實(shí)測(cè)值構(gòu)成一個(gè)n×m的決策矩陣。

(1)

(3)確定灰色關(guān)聯(lián)決策矩陣。首先確定評(píng)價(jià)指標(biāo)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(jù)公式(2)計(jì)算灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)rij。

(2)

由灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)rij構(gòu)成灰色關(guān)聯(lián)判斷矩陣R，λ取0.5。

(4)計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重值。各指標(biāo)對(duì)于最終的評(píng)價(jià)結(jié)果貢獻(xiàn)率不同，應(yīng)對(duì)其貢獻(xiàn)情況進(jìn)行量化，即求各指標(biāo)權(quán)重值。本文采用變異系數(shù)法求權(quán)重值。其原理為數(shù)據(jù)離散程度越大，值越大。可以反映出不同指標(biāo)對(duì)總體評(píng)價(jià)結(jié)果的影響程度，且與灰色關(guān)聯(lián)評(píng)價(jià)方法具有較好的銜接性。由公式(3)求出影響森林可持續(xù)性發(fā)展指標(biāo)的變異系數(shù)。

(3)

公式(3)中所涉及數(shù)據(jù)均為實(shí)地測(cè)量數(shù)據(jù)。得出各指標(biāo)變異系數(shù)后，由公式(4)計(jì)算出各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重值wi。

(4)

(5)由灰色關(guān)聯(lián)判斷矩陣R及各指標(biāo)的權(quán)重值wi，經(jīng)公式(5)計(jì)算得出不同齡組的關(guān)聯(lián)度。

(5)

3森林生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)性研究

3.1林分生長(zhǎng)情況研究

(1)隨著林分年齡的增長(zhǎng)，樹(shù)高及胸徑逐漸增大，成過(guò)熟林的生長(zhǎng)量比幼、中齡林小，或基本不變。林齡越小生長(zhǎng)越快，增幅越大。由于林分年齡較小，林分生長(zhǎng)空間較大，接受的陽(yáng)光雨水更多，樹(shù)高、胸徑增加明顯。林分生長(zhǎng)至過(guò)熟林后，林內(nèi)郁閉度較高，立體結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，單株林木能接受到的陽(yáng)光、雨水等營(yíng)養(yǎng)成分越來(lái)越少，生長(zhǎng)處于停滯狀態(tài)，再加之病蟲(chóng)害等干擾，樹(shù)高胸徑會(huì)略微下降?？傮w而言，成熟林樹(shù)高值及胸徑值最大。隨著林分的生長(zhǎng)，其冠層葉面積及冠幅等越來(lái)越大，垂直結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，郁閉度隨著林齡的增長(zhǎng)不斷升高，直至過(guò)熟林達(dá)到最大值。隨著林齡的增長(zhǎng)，林分的生長(zhǎng)率迅速下降。幼齡林的林分處于生長(zhǎng)期，單株林分新陳代謝較快，生長(zhǎng)率最高。隨著林齡的增長(zhǎng)，林分達(dá)到中齡林，林分處于發(fā)育期，生長(zhǎng)率仍較快，但低于幼齡林的生長(zhǎng)率，林分生長(zhǎng)至成熟林及過(guò)熟林后到達(dá)衰老期，新陳代謝十分緩慢，并出現(xiàn)枯死木等情況，生長(zhǎng)率下降，達(dá)到最低值。隨著林齡的增長(zhǎng)，各階段的累積生長(zhǎng)量逐年升高，公頃蓄積量逐年增長(zhǎng)，直至成熟林及過(guò)熟林公頃蓄積量達(dá)到最大，見(jiàn)表2。

表2　各齡組林分生長(zhǎng)情況

(2)由表3可知各指標(biāo)間相關(guān)性情況，樹(shù)高與胸徑屬于嚴(yán)格正向相關(guān)，林分的樹(shù)高與胸徑的生長(zhǎng)均與單株林木的新陳代謝、生長(zhǎng)發(fā)育有關(guān)，相關(guān)性極顯著。樹(shù)高與胸徑、郁閉度呈正相關(guān)，與生長(zhǎng)率呈負(fù)相關(guān)性。胸徑與郁閉度呈顯著正相關(guān)，與生長(zhǎng)率呈顯著負(fù)相關(guān)，與公頃蓄積量相關(guān)程度較小。生長(zhǎng)率與樹(shù)高、胸徑呈顯著負(fù)相關(guān)，與郁閉度、公頃蓄積相關(guān)性較小。公頃蓄積與樹(shù)高、胸徑、郁閉度、生長(zhǎng)率相關(guān)性較低，基本無(wú)相關(guān)性。公頃蓄積量由每年生長(zhǎng)量累加形成，與林分生長(zhǎng)指標(biāo)相關(guān)性較小。

表3　指標(biāo)間相關(guān)性

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

3.2森林生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)性分析

本文采用灰色系統(tǒng)理論對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)性進(jìn)行綜合性的評(píng)價(jià)，比較5個(gè)齡組林分的可持續(xù)性的優(yōu)良，所選取的指標(biāo)為有林地單位面積蓄積量、單位面積林分總生長(zhǎng)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(biāo)值均由林業(yè)局年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)得。

(1)由原始數(shù)據(jù)得決策矩陣X。橫向?yàn)橹笜?biāo)實(shí)測(cè)值，縱向?yàn)辇g組。

(2)由公式(1)和公式(2)得到灰色關(guān)聯(lián)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(zhǎng)量、森林覆蓋率、撫育面積率為效益型指標(biāo)，針闊面積比、可采用材林面積比為成本性指標(biāo)。

(3)計(jì)算森林持續(xù)經(jīng)營(yíng)各指標(biāo)的權(quán)重值。本文采用變異系數(shù)法求權(quán)重，由公式(3)和公式(4)得森林持續(xù)性經(jīng)營(yíng)評(píng)價(jià)各指標(biāo)的權(quán)重值，見(jiàn)表4。

(4)計(jì)算各齡組森林持續(xù)性灰色關(guān)聯(lián)評(píng)價(jià)值。利用已求得的灰色關(guān)聯(lián)判斷矩陣及權(quán)重值根據(jù)公式(5)求得各齡組森林持續(xù)性的灰色關(guān)聯(lián)評(píng)價(jià)值，見(jiàn)表5。

表4　森林持續(xù)性經(jīng)營(yíng)評(píng)價(jià)各指標(biāo)權(quán)重值

表5　不同齡組灰色關(guān)聯(lián)評(píng)價(jià)值

本文所選指標(biāo)為有林地單位面積蓄積量、單位面積林分總生長(zhǎng)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(quán)重值由大到小為針闊面積比>單位面積總生長(zhǎng)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(shù)種較針葉樹(shù)種生長(zhǎng)更快，闊葉樹(shù)種比例越高，林分蓄積量越高，其生態(tài)效益越高。單位面積總生長(zhǎng)量越高，可利用資源越多，無(wú)論是經(jīng)濟(jì)效益還是生態(tài)效益均有所提高。隨著林分的生長(zhǎng)，出現(xiàn)生長(zhǎng)情況不良的樹(shù)木，及由于病蟲(chóng)害、風(fēng)倒形成的枯死木，及時(shí)進(jìn)行撫育改造，除去枯死木及惡性競(jìng)爭(zhēng)林分，保證優(yōu)勢(shì)樹(shù)種充足的生長(zhǎng)空間，有利于森林資源的積累。5個(gè)齡組中灰色關(guān)聯(lián)評(píng)價(jià)值由大到小為幼齡林、過(guò)熟林、中齡林、近熟林、成熟林。幼齡林林齡較小生長(zhǎng)力較為旺盛，可持續(xù)性較高，且土壤養(yǎng)分結(jié)構(gòu)較好，有效養(yǎng)分及有機(jī)質(zhì)含量較高[12]。過(guò)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(dá)到最大，分解速率更大，養(yǎng)分歸還土壤速率加快，森林生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的養(yǎng)分循環(huán)速率加快，碳匯潛力巨大，有利于森林生態(tài)系統(tǒng)的長(zhǎng)期發(fā)展[13-14]。其次為中齡林、近熟林、成熟林。森林資源可持續(xù)性自幼齡林開(kāi)始處于最佳狀態(tài)，隨著林齡的增長(zhǎng)，其持續(xù)性逐漸下降，至過(guò)熟林后上升，但仍小于幼齡林。森林資源持續(xù)性除與林分自身的特性有關(guān)以外，與各項(xiàng)外界因素也有很大關(guān)系，撫育工作的頻率與強(qiáng)度對(duì)森林資源可持續(xù)性影響較為深刻。

4結(jié)論與討論

森林資源的可持續(xù)性自上個(gè)世紀(jì)開(kāi)始受到世界各國(guó)的廣泛關(guān)注，我國(guó)也是蒙特利爾進(jìn)程的成員國(guó)[15]。2002年我國(guó)制定了適合本國(guó)國(guó)情的《中國(guó)森林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)標(biāo)準(zhǔn)與指標(biāo)》和《中國(guó)森林認(rèn)證的原則與標(biāo)準(zhǔn)》，很重視森林資源的可持續(xù)性發(fā)展，但我國(guó)林分類型較多，不同種類林分應(yīng)采取不同的經(jīng)營(yíng)方式，以實(shí)現(xiàn)最大的“森林碳匯”效應(yīng)。

本文針對(duì)鶴北林業(yè)局五個(gè)齡組森林資源的可持續(xù)性進(jìn)行綜合性評(píng)價(jià)研究，灰色關(guān)聯(lián)值在[0.465 1，0.629 2]區(qū)間上，幼齡林和過(guò)熟林森林資源可持續(xù)性較好，幼齡林較過(guò)熟林優(yōu)勢(shì)更明顯一點(diǎn)。森林資源的持續(xù)性直接表現(xiàn)為林分的生長(zhǎng)、生物多樣性及水土保持等多種生態(tài)效益，但人為因素間接對(duì)森林資源產(chǎn)生影響。研究區(qū)內(nèi)幼齡林闊葉樹(shù)種占比較其他齡級(jí)更多，生長(zhǎng)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(zhǎng)，森林資源可持續(xù)性逐漸下降，至過(guò)熟林開(kāi)始上升，森林資源持續(xù)性較高。林分的生長(zhǎng)與土壤條件息息相關(guān)，而土壤條件隨著林齡呈現(xiàn)衰退形勢(shì)，土壤微生物及各種土壤酶的數(shù)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(shù)法，在均值的基礎(chǔ)上反應(yīng)數(shù)據(jù)的離散程度，求出針闊面積比權(quán)重最大。針闊面積比是衡量東北林區(qū)森林資源持續(xù)性的重要指標(biāo)，東北林區(qū)由于其極端的嚴(yán)寒天氣，針葉類樹(shù)種較多，但單一樹(shù)種不利于森林生態(tài)系統(tǒng)的長(zhǎng)期發(fā)展，樹(shù)種越多，種類越多，森林生態(tài)效益越好。鶴北林業(yè)局幼齡林樹(shù)種較多，包括楊樹(shù)、榆樹(shù)、柞樹(shù)、紅松和山槐等，林分間優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)效果較好。過(guò)熟林優(yōu)勢(shì)樹(shù)種有椴樹(shù)、紅松、柞樹(shù)，均為耐陰樹(shù)種，且均為長(zhǎng)壽樹(shù)種，森林資源可持續(xù)性較高?？傮w來(lái)說(shuō)，隨著林齡的增長(zhǎng)，林分的樹(shù)高、胸徑、郁閉度等不同程度增長(zhǎng)，生長(zhǎng)率隨著林齡的增長(zhǎng)而下降。我國(guó)自加入蒙特利爾進(jìn)程以來(lái)，對(duì)森林的可持續(xù)發(fā)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(shí)施天保工程等各項(xiàng)措施，以提高森林資源的可持續(xù)性，滿足各類需求。森林資源除與林分自身的生長(zhǎng)及環(huán)境有關(guān)外，還與經(jīng)濟(jì)因素[19]、社會(huì)因素[20]、流域等有關(guān)，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(hào)：S 750

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-005X(2016)03-0012-04

作者簡(jiǎn)介：第一李克金，高級(jí)工程師。研究方向：森林工程。E-mail：lkj@163.com

基金項(xiàng)目：林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(201204509)

收稿日期：2015-11-11

引文格式：李克金. 大興安嶺地區(qū)森林資源可持續(xù)經(jīng)營(yíng)的研究[J].森林工程，2016，32(3)：12-15.