赣州市林地质量评价及生产潜力研究

王雪军，张煜星，黄国胜，马 炜，陈新云，夏朝宗

(国家林业局调查规划设计院，北京 100714)

林地质量评价与等级划分是林地管理、价值评估以及林地区划、造林、经营与利用的基础［1-4］。林地质量评价过去主要采用立地指数和地位级两种方法，立地指数方法适用于有林地的评价，地位级方法皆用于无林地和有林地的立地质量评价。在20 世纪80 年代开始，我国引入联合国粮农组织(FAO)的土地适宜性评价，90 年代广泛开展了多项全国森林立地分类与质量评价研究，研究了林地分等评级的背景分析与技术构建［5］，或采用立地指数、地位级等立地因子对有林地和无林地进行统一评价［6］。不少学者通过判定各立地环境因子对林分生产潜力的贡献，实现直接利用立地环境因子来描述立地质量等级［7-9］。目前，以林木生长量为标准，设置固定样地对林木生长进行长期连续测定，同时结合林地环境条件来评价立地质量的综合方法，被认为是最直接、准确和可靠的方法，用于生产潜力评估等［10-12，3］。因此，本研究采用层次分析方法，在森林资源连续清查(一类)固定样地调查资料、森林资源规划设计(二类)小班调查资料、气候资料和其他辅助数据的基础上，从水分条件、土壤条件、热量条件和地形地貌条件入手，构建林地立地质量评价指标体系，并以江西省赣州市为例，对赣州市林地立地质量等级及分布进行了综合评价和分析，同时在林地立地质量评价的基础上，根据三期固定样地资料和赣州市现实林分状况，综合确定各林地质量等级的林地生产潜力，由此来实现赣州市林地现实生产力状况与生产潜力对比分析评价，为森林经营方案措施制定和林地生产力提高提供重要的科学依据。

1 研究区域与材料

1.1 研究区域

赣州市总面积3.94 万平方公里，位于江西省南部、赣江上游(24°29'～27°09' N，113°54'～116°38'E)，呈典型的亚热带丘陵山区湿润季风气候，年平均气温18.9 ℃，年均降水量1 587 mm，年均日照时数1 823 h，平均无霜期287 d。市境内地带性土壤为红壤，地貌以丘陵和山地为主，兼有盆地，分别占全市土地总面积的61%、22%和17%。赣州市是我国中亚热带向南亚热带植物区系的过渡地带，常见森林植被类型有:以马尾松、杉木为主要建群种的暖性常绿针叶林，以马尾松(Pinus Massoniana)、杉木(Cunninghamia Lanceolata)、槠类、栎类、木荷(Schima superba Gardn)为主的暖性针阔混交林，以壳斗科、樟科、木兰科为主要建群种的常绿阔叶林，以枫香(Liquidambar formosana)、拟赤杨(Alniphyllum fortumei perk)、水青冈(Fagus longipetiolata)为主的落叶阔叶林，以及竹林和灌丛等。截止2010 年底，林地总面积305.53 万hm2，活立木总蓄积11921.65 万m3，森林面积为300.23 万hm2，森林覆盖率76.2%。

1.2 研究材料

本文采用的信息数据资料主要包括:江西省2000 年、2005 年和2010 年三期一类清查样地库、2009年赣州市二类调查小班矢量数据库、赣州市1∶5 万数字高程模型(DEM)、江西省1∶100 万土壤数据库和赣州市气象站点近10 年气候因子数据库(含积温、日平均温气候、降水量等)。首先，将空间数据集成统一到西安80 坐标系、高斯克吕格投影和Krasovsky 椭球体，并设定中央经线117°E 和原点纬线0°。同时，一类和二类调查数据库中无土壤质地、积温、日平均温气候、降水量等气候因子数据，需利用地理信息系统(GIS)对每一个矢量小班和固定样地赋值。以多年平均降水量为例，赋值过程为:1)收集气象站和水文站资料，建立数据库并计算多年平均降水量，把站点所记载的地理坐标位置导入GIS 系统;2)用Arc-View GIS 中SURFACE 模块的空间插值方法，生成多年降水量等值线图，同时导入一类固定样地GPS 坐标值生成点位图;3)通过GIS 空间叠加运算，把多年平均降水量赋到每一块样地上。此外，由于山区水热分配很大程度上受到地形影响，海拔每上升100 m 气温降低0.6 ℃，在DEM 数据支持下校正多年平均气温和≥10 ℃积温等，其中≥10 ℃积温是根据DEM 校正的各观测站点的月平均气象数据插值计算，相比直接插值与实际情况更相符。

2 研究方法

2.1 立地质量评价方法

本文采用层次分析法［13］，进行评价林地立地质量评价:1)分析系统全部组成因素，划分各因素间相互联系的有序层次，建立层次结构模型;2)对比分析各层次因素，采用1-9 比率标度方法构造判断矩阵，用求解判断矩阵最大特征根及特征向量的方法得到各因素相对权重;3)进行排序及一致性检验。

2.1.1 林地立地质量评价指标与层次结构构建 林地立地质量反映了林地生长森林植被的适宜程度和潜在能力［3-4］。可根据与森林植被生长密切相关的水热条件、地形特征和土壤等自然环境因素，综合评定林地立地质量。本文采用层次分析法，选取多年平均降水量、年平均气温、≥10 ℃的积温、海拔、坡向、坡度、坡位、土层厚度、腐殖质层厚度和枯枝落叶层厚度11 项因子，构建林地立地质量评价体系(图1)。

图1 林地立地质量评价指标体系层次结构图Fig.1 Hierachical chart of evaluation index system for forestland quality

2.1.2 评价权系数生成(1)判断矩阵构造。根据詹绍宁等［14］、张万儒［15］等人研究，赣州市属于中亚热带，自然条件优越，气温温和，雨量充足［16］。所以，影响林木生长的主导因子并非水热条件，而主要是土壤条件和局部地形因子。本研究中，对以上11 因子的权重进行了综合分析的基础上，通过5 位专家综合打分，来构建A-B、B1-C、B2-C、B3-C 和B4-C 的比较判断矩阵(表1)，通过比较判断矩阵，用求解判断矩阵最大特征根及特征向量的方法得到各因素相对权重，并进行排序及一致性检验，最后得到林地质量综合评价权重值(表1)。

表1 林地质量评价因子总排序表权重Tab.1 Sort of forestland quality evaluation

2.1.3 评价指标因子值标准化处理 按数量化理论I［3］，赋予环境因子各等级适当的分值(表2)。

2.1.4 综合指数计算与等级评价标准 结合各个评价指标因子的权重值与各个评价指标的等级分值进行逐层次加权计算，得到林地立地质量评价各因素指数与综合评价指数，即:

式中，ZI 为林地立地质量综合评分值，Vi为各因素评分值，Wi为因素的权重。

表2 环境因子数量化等级值Tab.2 Quantification classes for ecological setting indexes

根据林地立地质量综合评分值，划3 个质量等级，即:

(1)一等(First class，Ⅰ)(ZI≥7.5):好，主要指其有良好的森林生长条件，能保证森林植被良好生长，一般无限制因子。(2)二等(Second class，Ⅱ)(5.0≤ZI＜7.5):中等，生态条件一般，有一个以上的影响林木生长的环境影响因子，生产力一般。(3)三等(Third class，Ⅲ)(ZI＜5.0):较差，生态条件差，有两个以上的强烈影响林木生长的环境影响因子。

2.2 林地生产潜力评价

林地生产潜力特指生长在一定水热条件、土壤和地形特征等自然环境因素组合下，林分可能达到的年平均单位面积蓄积生长量［3-4］。不同立地条件林地生产潜力差异很大，基于三期森林资源清查固定样地数据，分别不同林地质量等级，各选取10 块近10 年没有采伐活动和未遭受灾害且每公顷年平均蓄积生长量最大的杉木或马尾松林分样地，计算各等级样地的年平均生长量的平均值，确定该等级林地生产潜力。据此，通过林分现实生产力(Vi)与林地潜力(V0)之间比值(M)的大小，反映了现实林分生产力与潜在生产能力的差距，也即提高现实林地生产力的可能性，比值越小，具备的生产潜力越大。根据比值的大小划分为高、中、低三级，当M＜30%，为高，即说明提高林地生产力可能性越高;当30%≤M＜60%，为中;当60%≤M＜100%为低;当M≥100%，说明现实生产力已经达到林地生产潜力水平。

3 结果与分析

3.1 林地立地质量等级状况分析

赣州市林地小班立地质量等级评价结果见表3 和图2、图3。结果可知:(1)林地方面，林地立地质量等级一等分布638 335 hm2(占20.89%)，小班数量为83 644个(占29.08%)，主要分布在赣州市西部大部(崇义县、上犹县和大余县)、南部大部(全南县、定南县、龙南县和安远县)和北部小部(宁都县)等降水量充沛、土壤较为肥沃的低山丘陵区，二等分布在赣州市全市(1 401 962 hm2，占45.89%，)小班数为135 148个(占46.98%)，而三等(1 015 047 hm2，占33.22%)，小班数有68 861个(占23.94%)主要分布在兴国县、于都县、南康市、宁都县、赣县、瑞金市等丘陵薄土层薄腐殖质层，保肥保水差的红壤地区;(2)有林地方面，同样以一等分布(591 345 hm2，占21.58%)和二等分布(1 239 472 hm2，占45.24%)为主，三等分布(909 216 hm2，占33.18%);(3)宜林地方面，一等分布(564 hm2，占13.57%)，二等分布(2 517 hm2，占60.58%)，三等分布(1 074hm2，占25.85%)。可见，由于地处我国南方亚热带湿润季风气候区，具有适合林木生长的良好气候条件，加上林地土壤较为肥沃，林地质量整体较好。

表3 赣州市林地立地质量等级评价结果Tab.3 Evaluation result of forest land quality classes in Ganzhou

3.2 林地生产潜力分析

根据三期(15 年)森林资源清查固定样地调查资料，统计得到乔木林立地质量等级的林分生产潜力值(表4)，再结合每个小班现实单位面积森林蓄积和平均年龄，计算得到各等级乔木林生产潜力对比分析结果(表5)。由表4 可知，赣州市林分单位面积蓄积量普遍偏低，平均仅43.3 m3/hm2，相当于江西全省水平的84%，全国水平的48%，年平均每公顷蓄积生长量仅为2.37 m3/(hm2·a)，仅为赣州市林地生产潜力平均水平的三分之一。其中，各等级现实林分生产力均不足林地生产潜力的40%，差距明显。由表5 可知，现实生产力接近或高于林地生产潜力的面积(39 938 hm2)仅占1.23%，提高生产潜力可能性高(1 414 936 hm2，54.97%)和中(927 919 hm2，占36.05%)的比例合计高达91.02%。这都说明目前赣州市林分生产力水平整体偏低，仍有近55%的林分年平均生产力低，不足于林地生产潜力的三分之一。因此，未来应该加强森林抚育经营，限制森林的采伐量，以促进林木生长，提高林地生产力的潜力巨大。

表4 不同林地质量等级林分现实及潜在生产力Tab.4 Forest-land stock realistic productivity(V0)and potential productivity(Vi)at different quality classes

3.3 森林抚育经营潜力分析

表6 可知，赣州市中幼龄林面积大(2 267 272 hm2，占88.08%)，但单位面积年平均生产力低(2.15 m3/(hm2·a)，仅相当于林地生产潜力平均水平的30%。从提高林地生产潜力的可能性来看，全市仍有1 312 165 hm2的中幼龄林现实生产力水平低于生产潜力的30%，占中幼龄林面积的57.87%。从地域分布上看，宁都县、兴国县、于都县、赣县、安远县和信丰县分布最多，是今后森林抚育经营工作的重点。经测算，若加强中幼龄森林抚育经营，促进林木生产，促使每公顷年平均生产力达到或接近林地生产潜力的水平，将增加森林蓄积1 201.44万m3，可见赣州市森林抚育经营的潜力巨大。

表5 不同林地立地质量等级乔木林生产潜力面积和比例分布Tab.5 Area and ratio distribution of forest-land potential productivity at different quality classes

表6 赣州市各区县中幼龄林生产潜力分布Tab.6 Area and ratio distribution of forest-land potential productivity of the young-and middle-aged forests at different country

3.4 森林抚育经营布局与重点分析

森林抚育经营就是对中幼龄林，通过除草、割灌以及透光伐、生长伐和卫生伐等措施，改善林木生长环境，促进林木生长，提高林地生产力。参照《森林抚育规程》，本文把中幼龄中郁闭度0.2～0.4 的林分(简称过疏，下同)和郁闭度0.8 以上的人工林、郁闭度0.7 以上天然林(简称过密，下同)，以及遭受自然灾害或发生病虫害(森林灾害等级中度以上)的中幼龄林(遭受灾害，下同)，是优先需要开展抚育经营的中幼龄林，统称为“中幼龄林急需抚育面积”。根据赣州市二类调查成果，对各县(区、市)中幼林急需抚育面积进行统计测算(表7)，由表7 可知，赣州市中幼龄林急需抚育面积1 195 713 hm2，占全市中幼龄林面积的52.73%，其中过密的面积619 626 hm2，占急需抚育面积51.82%;过疏面积450 063 hm2，占37.64%;遭受灾害的面积10 892 hm2，占10.54%。从地域分布上看，宁都县、瑞金市、赣县、安远县、信丰县、龙南县、崇义县、会昌县等8 县分布较多，合计占全市急需中幼林抚育面积的60%。

表7 赣州市各区县急需抚育中幼林面积分布Tab.7 Area and ratio distribution of tending of the young-and middle-aged forests at different country

4 结论与讨论

本研究基于森林资源清查固定样地和规划设计调查小班数据库，结合气候资料和其他辅助资料，提出评价国家及区域大尺度林地质量综合指数法，以及林地生产潜力计算和预估评价方法，对研究全国或区域林地立地质量，分析预估森林生产潜力，以及对林业生产单位的基层生产经营组织、林地质量评价和森林抚育经营工作具有实用价值。

(1)从与森林植被生长密切相关的水热条件、土壤、地形等因素着手，选取多年平均降水量、土壤质地、年平均气温、≥10 ℃的积温、海拔、坡向、坡度、坡位、土层厚度、腐殖质层厚度、枯枝落叶层厚度11生态环境因子，构建林地质量综合指数评价体系，并采用层次分析方法确定各评价因子的权重，用于评价林地质量，并以江西省赣州市为例，以小班为评价单位，测算评定了赣州市所有林地小班的立地质量等级，好和中等级所占比例合计66.78%，认为全市林地质量偏好。此方法不足之处就是在实际应用中涉及气候因子、土壤质地等因子，而这些因子在目前森林调查数据中没有，须通过GIS 软件，在相关数据支撑的基础上获取，同时因气候、土壤等数据的尺度大且粗放带来局部评价结果的误差。

(2)赣州中幼龄林面积比例达88.08%，且中幼龄林每公顷年均生产力为2.15 m3/(hm2·a)，仅为林地生产潜力水平的29.57%，如加强森林抚育经营，可增加森林蓄积量1 201.44万m3，森林经营潜力巨大，需以重视。

(3)综合运用林地质量及生产潜力的评价和分析结果，能从总体上反映赣州市林地质量分布和不同林地质量等级小班的林分生产力水平差异。尤其是针对中幼龄林的森林抚育经营潜力分析，可及时掌握急需抚育中幼龄林的范围、分布，为林业经营单位森林抚育经营的布局和年度工作提供参考依据。

(4)本文提出的环境因子林地质量评价方法，不足之处是因涉及气候因子、土壤质地等因子，而这些因子在目前森林调查数据中没有，须通过GIS 软件，在相关数据支撑的基础上获取，同时因气候、土壤等数据的尺度大且粗放带来局部评价结果的误差。

图2 赣州市林地立地质量等级Fig.2 Forestland quality distribution in Ganzhou City

图3 赣州市森林生产潜力Fig.3 Forest potential productivity distribution in Ganzhou City

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