小兴安岭森林资源可持续经营的研究——以鹤北林业局为例

李克金

(黑龙江省鹤北林业局，黑龙江 鹤北 154212)



小兴安岭森林资源可持续经营的研究——以鹤北林业局为例

李克金

(黑龙江省鹤北林业局，黑龙江 鹤北 154212)

摘要：本文以鹤北林业局幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林和过熟林5个龄组为研究对象，选取有林地单位面积蓄积、单位面积林分总生长量、针阔面积比、森林覆盖率、抚育面积率和可采用材林比6项指标，利用灰色系统理论对各龄组森林资源可持续性进行综合评价。针阔面积比在评价体系中权重较大，树高、胸径、郁闭度之间，两两间呈正相关，生长率与树高、胸径间呈负相关。随着林龄的增长林分的树高、胸径、郁闭度等随之增长，而森林资源可持续性下降，至过熟林后开始上升，林龄处于幼龄林及以红松、椴树、柞树为优势树种的林分森林资源可持续性最佳。

关键词：森林资源；林龄；灰色系统理论

0引言

森林生态系统的可持续经营与人类社会生产有着密不可分的关系[1]。森林生态系统既具有提供林业生产资料、林业副产品等多种经济效益，又具有保护物种多样性[2]、净化空气[3]、防风固沙[4]、保持水土[5]和涵养水源[6]等多种生态效益。森林资源可持续发展的定义为在没有不可接受的损害的情况下，长期保持森林的生产能力和可再生能力，以及森林生态系统的物种和生态多样性[7]。即：保持林分生长量、蓄积量、林地面积逐年增长，维护生态效益的逐步提高，林产品的获取量不可高于林分的再生量，以及除满足现代社会的需求外还应考虑后代的需要等。吴志军[8]等曾对阔叶红松林进行研究，认为总蓄积量的恢复期比林分可采蓄积量的恢复期短很多。邢美华[9]等针对湖北省森林资源进行研究，认为1990至2005年这15年间森林资源可持续性逐年升高，林分生长情况较好。郭正刚[10]等对青藏高原地区森林资源可持续性进行研究，认为该地区森林生态系统尚未达到可持续状态。目前国内外对于森林生态系统可持续性的研究较多，但对于小兴安岭地区森林生态系统的可持续性研究较少，本文以鹤北地区为研究对象，利用灰色系统理论对该地区森林资源可持续经营进行研究，以期为今后的森林经营提供理论依据。

1研究区概况

鹤北林业局位于小兴安岭地区南部，黑龙江省东北部，行政属于黑龙江省鹤岗市。该地区西北高东南低，形成由高山到沼泽的过渡，该地区属中温带大陆性季风气候，无霜期约为128 d，年降水量约为549.1 mm，年平均气温1.57℃。冬季寒冷干燥，夏季较短湿润。最低气温约为-40℃，约出现在1月份，最高气温可达37℃，多出现于7月，降水多集中于7、8月份。林分资料见表1。

表1　五个龄组林分基本资料

2研究方法

1982年邓聚龙教授提出了灰色系统理论[11]，随后被广泛应用于农业、工业、社会、经济和生态等多种领域。灰色系统理论的研究对象多为“部分信息已知，部分信息未知”的“小样本”、“贫信息”不确定系统，通过对已知信息的开发、分析和研究实现对现实世界的描述和认识。本文主要采用灰色关联分析方法，比较5个龄组的可持续性发展情况。选出每项指标的最佳值作为理想值，构成理想矩阵，与理想矩阵关联度越高的龄组可持续发展情况越好。指标分为“效益型”指标，即该指标数值越大越好。“成本性”指标，即该指标数值越小越好。

(1)构造决策矩阵，设被决策的龄组有n个，被决策的指标有m个，由实测值构成一个n×m的决策矩阵。

(1)

(3)确定灰色关联决策矩阵。首先确定评价指标的最佳矩阵S，Si为初始化得到的矩阵X′ 中第 i 行的最大值，由此得到理想矩阵S：

S=(Si)m×1(i=1,2…m)

根据公式(2)计算灰色关联系数rij。

(2)

由灰色关联系数rij构成灰色关联判断矩阵R，λ取0.5。

(4)计算各指标权重值。各指标对于最终的评价结果贡献率不同，应对其贡献情况进行量化，即求各指标权重值。本文采用变异系数法求权重值。其原理为数据离散程度越大，值越大。可以反映出不同指标对总体评价结果的影响程度，且与灰色关联评价方法具有较好的衔接性。由公式(3)求出影响森林可持续性发展指标的变异系数。

(3)

公式(3)中所涉及数据均为实地测量数据。得出各指标变异系数后，由公式(4)计算出各项指标的权重值wi。

(4)

(5)由灰色关联判断矩阵R及各指标的权重值wi，经公式(5)计算得出不同龄组的关联度。

(5)

3森林生态系统可持续性研究

3.1林分生长情况研究

(1)随着林分年龄的增长，树高及胸径逐渐增大，成过熟林的生长量比幼、中龄林小，或基本不变。林龄越小生长越快，增幅越大。由于林分年龄较小，林分生长空间较大，接受的阳光雨水更多，树高、胸径增加明显。林分生长至过熟林后，林内郁闭度较高，立体结构较为复杂，单株林木能接受到的阳光、雨水等营养成分越来越少，生长处于停滞状态，再加之病虫害等干扰，树高胸径会略微下降。总体而言，成熟林树高值及胸径值最大。随着林分的生长，其冠层叶面积及冠幅等越来越大，垂直结构越来越复杂，郁闭度随着林龄的增长不断升高，直至过熟林达到最大值。随着林龄的增长，林分的生长率迅速下降。幼龄林的林分处于生长期，单株林分新陈代谢较快，生长率最高。随着林龄的增长，林分达到中龄林，林分处于发育期，生长率仍较快，但低于幼龄林的生长率，林分生长至成熟林及过熟林后到达衰老期，新陈代谢十分缓慢，并出现枯死木等情况，生长率下降，达到最低值。随着林龄的增长，各阶段的累积生长量逐年升高，公顷蓄积量逐年增长，直至成熟林及过熟林公顷蓄积量达到最大，见表2。

表2　各龄组林分生长情况

(2)由表3可知各指标间相关性情况，树高与胸径属于严格正向相关，林分的树高与胸径的生长均与单株林木的新陈代谢、生长发育有关，相关性极显著。树高与胸径、郁闭度呈正相关，与生长率呈负相关性。胸径与郁闭度呈显著正相关，与生长率呈显著负相关，与公顷蓄积量相关程度较小。生长率与树高、胸径呈显著负相关，与郁闭度、公顷蓄积相关性较小。公顷蓄积与树高、胸径、郁闭度、生长率相关性较低，基本无相关性。公顷蓄积量由每年生长量累加形成，与林分生长指标相关性较小。

表3　指标间相关性

**为在0.01 水平(双侧)上显著相关；*为在 0.05 水平(双侧)上显著相关。

3.2森林生态系统可持续性分析

本文采用灰色系统理论对森林生态系统可持续性进行综合性的评价，比较5个龄组林分的可持续性的优良，所选取的指标为有林地单位面积蓄积量、单位面积林分总生长量、针阔面积比、森林覆盖率、抚育面积率、可采用材林面积比。以上指标值均由林业局年统计数据得。

(1)由原始数据得决策矩阵X。横向为指标实测值，纵向为龄组。

(2)由公式(1)和公式(2)得到灰色关联判断矩阵。其中，有林地单位面积蓄积量、单位面积林分总生长量、森林覆盖率、抚育面积率为效益型指标，针阔面积比、可采用材林面积比为成本性指标。

(3)计算森林持续经营各指标的权重值。本文采用变异系数法求权重，由公式(3)和公式(4)得森林持续性经营评价各指标的权重值，见表4。

(4)计算各龄组森林持续性灰色关联评价值。利用已求得的灰色关联判断矩阵及权重值根据公式(5)求得各龄组森林持续性的灰色关联评价值，见表5。

表4　森林持续性经营评价各指标权重值

表5　不同龄组灰色关联评价值

本文所选指标为有林地单位面积蓄积量、单位面积林分总生长量、针阔面积比、森林覆盖率、抚育面积率、可采用材林面积比。其权重值由大到小为针阔面积比>单位面积总生长量>抚育面积率>有林地单位面积蓄积>可采用材林面积比>森林覆盖率。阔叶树种较针叶树种生长更快，阔叶树种比例越高，林分蓄积量越高，其生态效益越高。单位面积总生长量越高，可利用资源越多，无论是经济效益还是生态效益均有所提高。随着林分的生长，出现生长情况不良的树木，及由于病虫害、风倒形成的枯死木，及时进行抚育改造，除去枯死木及恶性竞争林分，保证优势树种充足的生长空间，有利于森林资源的积累。5个龄组中灰色关联评价值由大到小为幼龄林、过熟林、中龄林、近熟林、成熟林。幼龄林林龄较小生长力较为旺盛，可持续性较高，且土壤养分结构较好，有效养分及有机质含量较高[12]。过熟林由于几十年的累积单位面积蓄积量较高，且枯落物的蓄积量达到最大，分解速率更大，养分归还土壤速率加快，森林生态系统内的养分循环速率加快，碳汇潜力巨大，有利于森林生态系统的长期发展[13-14]。其次为中龄林、近熟林、成熟林。森林资源可持续性自幼龄林开始处于最佳状态，随着林龄的增长，其持续性逐渐下降，至过熟林后上升，但仍小于幼龄林。森林资源持续性除与林分自身的特性有关以外，与各项外界因素也有很大关系，抚育工作的频率与强度对森林资源可持续性影响较为深刻。

4结论与讨论

森林资源的可持续性自上个世纪开始受到世界各国的广泛关注，我国也是蒙特利尔进程的成员国[15]。2002年我国制定了适合本国国情的《中国森林可持续经营标准与指标》和《中国森林认证的原则与标准》，很重视森林资源的可持续性发展，但我国林分类型较多，不同种类林分应采取不同的经营方式，以实现最大的“森林碳汇”效应。

本文针对鹤北林业局五个龄组森林资源的可持续性进行综合性评价研究，灰色关联值在[0.465 1，0.629 2]区间上，幼龄林和过熟林森林资源可持续性较好，幼龄林较过熟林优势更明显一点。森林资源的持续性直接表现为林分的生长、生物多样性及水土保持等多种生态效益，但人为因素间接对森林资源产生影响。研究区内幼龄林阔叶树种占比较其他龄级更多，生长率也更快。较低林龄的林分具有较大的固碳潜力[16]。随着林龄的增长，森林资源可持续性逐渐下降，至过熟林开始上升，森林资源持续性较高。林分的生长与土壤条件息息相关，而土壤条件随着林龄呈现衰退形势，土壤微生物及各种土壤酶的数量及活性随着林龄而下降，林分随之变化[17]。本文采用变异系数法，在均值的基础上反应数据的离散程度，求出针阔面积比权重最大。针阔面积比是衡量东北林区森林资源持续性的重要指标，东北林区由于其极端的严寒天气，针叶类树种较多，但单一树种不利于森林生态系统的长期发展，树种越多，种类越多，森林生态效益越好。鹤北林业局幼龄林树种较多，包括杨树、榆树、柞树、红松和山槐等，林分间优势互补效果较好。过熟林优势树种有椴树、红松、柞树，均为耐阴树种，且均为长寿树种，森林资源可持续性较高。总体来说，随着林龄的增长，林分的树高、胸径、郁闭度等不同程度增长，生长率随着林龄的增长而下降。我国自加入蒙特利尔进程以来，对森林的可持续发展重视程度日渐升高，在十一五及十二五间多次提及[18]，并实施天保工程等各项措施，以提高森林资源的可持续性，满足各类需求。森林资源除与林分自身的生长及环境有关外，还与经济因素[19]、社会因素[20]、流域等有关，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

中图分类号：S 750

文献标识码：A

文章编号：1001-005X(2016)03-0012-04

作者简介：第一李克金，高级工程师。研究方向：森林工程。E-mail：lkj@163.com

基金项目：林业公益性行业科研专项(201204509)

收稿日期：2015-11-11

引文格式：李克金. 大兴安岭地区森林资源可持续经营的研究[J].森林工程，2016，32(3)：12-15.