东安县公益林质量特征及影响因素研究

李 辉 ，朱 昕， 邓德荣， 袁飞英

1.东安县林业局， 湖南 东安 425900；2.湖南省林业局， 湖南 长沙 410004)

生态公益林是指为维护和改善生态环境，保持生态平衡，保护生物多样性等满足人类社会的生态、社会需求和可持续发展为主体功能，主要提供公益性、社会性产品或服务的森林、林木、林地。公益林对增强生态系统稳定性，改善动植物生长环境，提升生态服务功能具有重要作用。

公益林森林质量不高主要表现为:林分结构不合理、郁闭度低、分布不均、植被长势差、部位蓄积量低、林相破坏严重[1-2]。根据第九次全国森林资源清查结果，我国乔木林平均蓄积量94.83m3·hm-2，为世界平均水平的86%，不到德国等林业发达国家的1/3。东安县乔木林平均蓄积量49.30m3·hm-2，公益林内乔木林平均蓄积量53.90m3·hm-2[3]。近年来，国内开展了有关公益林质量的研究[4-7]，但评价指标大多各不相同。本文通过对东安县公益林面上固定样地调查，定量化的评价分析了东安县公益林质量特征，提出了公益林提质增效技术措施，为公益林提质提供参考。

1 研究区概况

东安县地处南岭山系向湘中丘陵过渡地带，位于湖南省西南边陲，湘江上游，地理坐标为110°59′33″—111°34′10″E，26°07′04″—26°52′29″N。境内属于中亚热带季风湿润气候区，年平均气温17.6℃，年均降水量1338mm，年平均相对湿度80%，平均风力2～3级，年平均无霜期298d。林业用地面积达144606.2hm2，占土地总面积的65.54%，森林覆盖率58.1%，林木绿化率63.0%。公益林面积51001.1hm2，其中乔木林地面积26386.1hm2，竹林地面积9223.2hm2，疏林地面积1.2hm2，灌木林面积14749.1hm2，未成林造林地面积592.2hm2，无立木林地面积49.3hm2。境内属于中亚热带常绿阔叶林区，森林植物资源丰富，典型地带性植被为常绿阔叶林，兼有以杉木、马尾松为主要成分的针叶林、竹林和经济林。随着海拔增加，一般依次出现常绿阔叶林、低山针叶林、常绿落叶阔叶混交林、落叶阔叶林、常绿针叶林、灌丛草甸等。主要乡土乔木树种有杉木、马尾松、柏木、香樟、枫香、木荷、拟赤杨、栾树、南酸枣、楠木、飞蛾槭、黄连木、杜英、榉木，及壳斗科的栲、槠、栎等。古树数量最多的华南五针松林分布于舜皇山国家森林公园海拔1000～1400m岩石裸露的陡坡地，数量约2万株，为原始古树群落，属稳定性类型。东安县公益林根据林分大小比例为天然乔木林∶人工乔木林∶竹林∶灌木林=0.37∶0.16∶0.18∶0.29。

2 研究方法

2.1 样地的选择与设置

以湖南省省级以上公益林面上固定样地建设与调查项目，确定东安县公益林面上固定样地作为研究对象。公益林共设置7块固定样地，公益林面上固定样地坐标为样方中心点位， 样地设置为40m×25m的长方形样地，与等高线平行边长为40m，垂直于等高线边长为25m。样地内5个角点(其中一个角点为中心点)内侧分别设1个1m×1m的灌草样方。样地监测数据，包括固定样地GPS 纵坐标、GPS 横坐标、地貌、海拔、坡向、坡位、坡度、土壤名称、土壤质地、枯枝落叶厚度、植被类型、灌木覆盖度、灌木平均高、草本覆盖度、草本平均高、植被总覆盖度、地类、起源、优势树种、平均树龄、龄组、郁闭度、平均胸径、平均树高、森林群落结构、树种结构、自然度、森林灾害类型、森林灾害等级、森林健康等级、天然更新等级，乔木层植被类型、树种组成、混交类型、混交方法、样地内树种名、树种胸径、树种树高、枝下高、一级枝数、冠幅(东西、南北)，各固定样地5个灌草样方总盖度、种名、物种平均高、盖度、冠度、株(丛)数、生活力，藤本植物名称、藤高、蔓数、盖度、平均地径，附(寄)生植物名称、附(寄)主种名、盖度等指标。

2.2 森林质量调查

森林质量调查内容包括森林健康、森林灾害、树种结构、优势树种、龄组、树高、胸径、单位面积蓄积量、植被覆盖度、郁闭度(覆盖度)、群落结构、枯枝落叶厚度、天然更新、自然度等，调查方法执行《国家公益林监测评价实施方案(试行)》、《国家森林资源连续清查技术规定(2014)》(办资字[2014]42号)及《湖南省省级以上公益林生态监测评价实施方案》。各样地森林质量评价因子情况见表1。

2.3 数据分析处理

根据样地资料，用森林质量指数值作为评定森林质量的定量指标。具体是利用面上固定样地数据中的森林质量特征因子，按相对重要性来综合评定森林质量等级。各项森林质量评价因子及分类标准见表2。

评定森林质量时，先按下式计算综合得分：

(1)

式中：Wi为各评价因子的权重;Xi为第i项评价因子的类型得分值(类型 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 分别取 1、2、3)，然后根据综合得分值按表3评定森林质量等级。

表1 样地森林质量评价因子情况表Tab.1 Forest quality evaluation factors of sample plots样方号海拔/m坡度地类优势树种龄组单位面积蓄积量/(m3·hm-2)自然度森林群落结构树种结构植被总覆盖度/%郁闭度平均树高/m枯枝落叶厚度477290斜坡灌木林地小杂竹壮龄竹2.1Ⅴ简单结构阔叶纯林750.202.5薄537120平坡灌木林地油茶盛产期13.4Ⅳ简单结构阔叶纯林700.202.5薄4981 165缓坡乔木林地杉木幼龄林9.1Ⅴ较完整结构针叶纯林400.304.1中500530陡坡竹林地楠竹壮龄竹15.9Ⅱ完整结构阔叶相对纯林650.659.2中521170斜坡乔木林地硬阔幼龄林43.8Ⅱ完整结构阔叶混交林600.3011.0薄489770陡坡乔木林地硬阔中龄林121.7Ⅱ完整结构阔叶混交林800.8010.3中528960陡坡乔木林地硬阔近熟林104.6Ⅱ完整结构阔叶混交林850.857.7厚 注: 竹林树种结构按阔叶纯林记载; 灌木林地的平均树高按优势灌木平均高的记载; 群落结构按简单结构记载;树种结构按阔叶纯林记载;郁闭度按0.2记载。

表2 森林质量评价因子及分类标准Tab. 2 Forest quality evaluation factors and classification criteria评价因子类型划分标准ⅠⅡ Ⅲ权重 1.森林蓄积量/(m3·hm-2)≥15050～149<500.202.自然度 Ⅰ,Ⅱ Ⅲ,ⅣⅤ 0.153.群落结构 完整结构较完整结构简单结构0.154.树种结构 类型6,7 类型3,4,5 类型1,2 0.155.植被总覆盖度/ %≥70 50～69 <50 0.106.郁闭度 ≥0.70 0.40～0.69 0.20～0.39 0.107.平均树高 /m≥15.0 5.0～14.9 <5.00.108.枯枝落叶厚度等级 厚 中 薄0.05 注:竹林的蓄积量统一按类型 II 确定;树种结构:类型1为针叶纯林,2为阔叶纯林,3为针叶相对纯林,4为阔叶相对纯林,5为针叶混交林,6为针阔混交林,7为阔叶混交林。

表3 森林质量等级评定标准Tab.3 Criteria for forest quality grading功能等级 综合得分值 好<1.5 中1.5～2.4 差≥2.5

另外，将综合得分值的倒数定义为森林质量指数：

(2)

并以此作为评定森林质量的定量指标。该指数值小于等于1，数值越大，表明森林质量越好。

采用Microsoft Excel软件进行数据统计分析和作图。

3 结果与分析

3.1 森林质量综合得分

从图1可以看出，样地综合得分值样地477(2.80)=样地498(2.80)>样地537(2.65)>样地521(1.90)>样地500(1.70)>样地489(1.35)>样地528(1.30)。功能等级评为差的有样地477、498、537，评为中的有样地521、500，评为好的有样地489、528。森林质量指数样地477(0.36)=样地498(0.36)<样地537(0.38)<样地521(0.53)<样地500(0.59)<样地489(0.74)<样地528(0.77)。这7个样方得出的森林质量结果差异明显，造成这种结果的原因应从各森林质量评价因子对森林质量的影响进行具体分析。

3.2 森林蓄积量对森林质量的影响

7个样地单位蓄积量都没达到森林质量蓄积量分类标准Ⅰ类型(≥150m3·hm-2)(见表1、图1)，蓄积量分类标准Ⅱ类型(50～149m3·hm-2)有样地489、528、500等3个，蓄积量分类标准Ⅲ 类型(<50m3·hm-2)有样地521、537、498、477等4个，这也印证了东安县公益林森林蓄积量不高。对于现有的天然混交林，主要是林内树木矮小，没有大径级林木或大径级林木少之又少；其次是公益林森林经营粗放，只封山育林，疏于森林经营管理，加之2008年冰灾、火灾、虫灾等自然灾害影响，导致低产低效林多，蓄积增长缓慢。对于灌木林地来说，属油茶林的大部分进行了经营生产，林内林木采伐严重；属小杂竹林的大部分是严重石漠化地区，林内如有散生林也是生长缓慢。

图1 样地森林质量指数、综合得分值和各评价因子得分值Fig.1 Forest quality index， composite score and evaluation factor score of the sample plots

3.3 自然度对森林质量的影响

自然度是地段森林生长发育过程状态与森林稳定(顶级)状态的距离，反映现实森林类型与地带性原始顶级森林类型的差异程度。人工纯林、灌木林都是距离原始顶级森林最远，自然度低，必须适地适树用乡土乔木树种进行补植补造。7个样地均未达到天然林顶级森林(见表1、图1)，样地500、521、489、528自然度属Ⅱ等级，样地537自然度属Ⅳ等级，样地477、498自然度属Ⅴ等级。7个样地按森林质量自然度分类标准分，Ⅰ类型有样地500、521、489、528，Ⅱ类型有样地537，Ⅲ类型有样地477、498。

3.4 群落结构对森林质量的影响

群落结构越完整，森林质量越好(见表1、图1)。7个样地中起源天然林的、优势树种为阔叶树的、楠竹林的都属完整结构，人工林的杉木林样地498属较完整结构，两个有散生木的灌木林地则按简单结构划分。灌木林样地537林内虽有散生木，但人为经营性强，目的经营的是经济林油茶，不利于天然更新。灌木林样地477属严重石漠化地区，不具备天然更新能力，靠散生木更替小杂竹太慢，必须补植补造合适石漠化地区的乡土树种，如柏木、栾树。杉木幼林样地498郁闭度只有0.3，是由于刚进行了抚育，地力退化，应通过补植枫香、木荷、楠木等乡土阔叶树种，形成异龄、复层针阔混交的近自然森林。改善群落结构，能更好维持森林生态系统稳定性[8-9]。

3.5 树种结构对森林质量的影响

7个样地按森林质量树种结构分类标准划分(见表1、图1)，Ⅰ类型有阔叶混交林林样地521、489、528，Ⅱ类型有阔叶相对纯林(竹林)样地500，Ⅲ类型有按阔叶纯林计的灌木林样地477、537和针叶纯林样地498。这主要是由于东安县近40年人工造林都以单纯的追求经济效益为主，大量种植杉木、湿地松等纯林，不注意树种结构搭配，造成人工林树种结构单一。人工林特征是树种组成及群落结构单一，物种多样性低下，生态系统稳定性差[10-11]，病虫害频发，地力衰退[12]。营造人工混交林少之又少，加之油茶、楠竹低改项目的实施，许多公益林内油茶林、竹林都进行了低改，不严格执行公益林管理规定，大量采伐林内的马尾松、阔叶树、灌木等，改变了林内树种结构，使森林逆向演替。单一的树种结构一旦发生病虫害，将不易控制，传播速度快、扩散范围广; 单一的针叶纯林在发生森林火灾时蔓延更加迅速，一把火就可能烧光整个连片纯林。不合理的人工林搭配结构影响了生态系统的整体稳定性，抗逆性差，限制了生态效益、社会效益、经济效益综合性的发挥，导致生态失衡，应从丰富树种、注重林分层次、混交种植、复合式发展、经济效益和生态效益双赢入手，提高林分质量与结构。

3.6 植被总履盖度对森林质量的影响

7个样地按森林质量植被总履盖度分类标准划分(见表1、图1)，Ⅰ类型(≥70%)对森林质量最好，有样地528(85%)、489(80%)、477(75%)、537(70%)， Ⅱ类型 (50%～69%)有样地500、521， Ⅲ类型(<50%)有样地498。样地498为杉木幼龄林， 植被总履盖度本应有50%以上，但调查时刚刚抚育完成，对林内幼树、灌木进行了不合理的砍伐，此抚育方法是不正确，对林地内生物多样性是很大的破坏。

3.7 郁闭度对森林质量的影响

7个样地按森林质量郁闭度分类标准划分(见表1、图1)，Ⅰ类型(≥0.70)对森林质量最好，有样地528(0.85)、489(0.80)，但这2个样地郁闭度太大，林内除4～5 m高的大灌木杜鹃、樱桃外，林下矮灌木、草本稀少。Ⅱ类型 (0.40～0.69)有样地500， Ⅲ类型(0.20～0.39)有样地477、537、498、521。7个样地郁闭度差的有4个，占57%，这也反映出了东安县公益林整体郁闭度不高。研究表明:随着郁闭度增加，单株生长量减少，但林分蓄积增加;林下植物种数随郁闭度升高而增大，在郁闭度0.60～0.70时最大，然后迅速下降[13]。这和这次郁闭度调查结果一致。

3.8 平均树高对森林质量的影响

森林内平均树高越高， 反映森林蓄积都比较高(见表1、图1)，也反映出森林质量较好。样地489平均树高最高(10.3m)，样地477、537平均树高最低(2.5m)，此为林内优势树种小杂竹、油茶的平均高，而非散生木的平均高。7个样地按森林质量平均树高分类标准划分，Ⅰ类型(≥15.0m)样地0个，占0%; Ⅱ类型 (5.0～14.9m)样地4个占57%， Ⅲ类型(<50m)样地3个，占43%。产生这种情况主要是现有天然乔木林大多为中幼林，林内林木生长缓慢。样地498林内杉木属萌芽林，林地退化，杉木生长缓慢。这就要求我们对林木进行间伐时，要以育林为主要目的进行密度和质量控制，把质量好的高大林木保留，伐除过密木、枯死木、生长不良木、病虫木、残次木[14]，为优势木留出生长空间。

3.9 枯枝落叶厚度对森林质量的影响

7个样地按森林质量枯枝落叶厚度分类标准划分(见表1、图1)，Ⅰ类型(厚)最好，有样地528、Ⅱ类型 (中)有样地498、500、489， Ⅲ类型(薄)有样地477、537、521。枯枝落叶厚度在森林质量评价中权重最少，虽只有0.05，但也非常重要。枯枝落叶是土壤有机物的主要来源，是实现森林涵养水源、保持水土的主要作用层，也为植物的生长和多样性提供了很好的物质基础。枯落物的输入量、分解速度和累积年限决定了枯落物的主要贮量，且其贮量与森林树种组成、样地所处气候、林分垂直与水平结构、枯落物厚度和性质、人为活动等因素密切相关[15-16]。样地477、537为灌木林，枯落物少。样地521虽为村院后风景林，但人为干扰多，乔木株数少，郁闭度低，枯落物存留也就少。

4 结论与讨论

(1)通过7个样地分析得出的森林质量结果差异明显。公益林中天然混交林森林质量等级好，竹林森林质量等级中，人工纯林、灌木林森林质量等级差，但都与顶级森林类型存在一定差距。天然混交林除低质低效的残次林外，森林质量都较好，但森林质指数最高的样方仅0.77，要达到原始顶级森林类型还需科学培育。5个乔木林样方平均蓄积量59m3·hm-2，这结果也和东安县公益林乔木林平均蓄积量相差不多。灌木林一般植被总覆盖度高，但其它森林质量评价因子都很差。人工纯林、针叶纯林、阔叶纯林的自然度、树种结构最差，其它森林质量评价因子在中幼林时也不很好。竹林森林质量功能等级一般为中。

(2)现代林业的经营目标是建立以乡土树种为主的异龄、复层、混交的接近自然状态的森林[17-19]，其实近自然森林经营理念更适合公益林[20-21]。根据对公益林森林质量各评价因子影响的分析，采取“宜造则造、宜抚则抚、宜改则改、宜封则封、宜留则留”方式[22]，按不同的林分应对其使用不同的森林经营提质增效技术：①对于林分郁闭度<0.40、植被长势差的阔叶混交林、针阔混交林，地处交通方便、人为活动频繁区域的毛竹林等，如具备天然更新能力的林分，采取封山育林方式，禁止垦荒、放牧、砍柴等一切人为破坏活动，如不具备天然更新能力的林分，则以封山育林为主，进行人工培育，在林中空隙地以近自然生态造林方法，适地适树补植乡土珍贵阔叶树种，最好用容器苗。② 对于林分郁闭度<0.40、树种组成单一的人工纯林、针叶纯林、阔叶纯林、灌木林等，以封山育林为主，人工培育为辅，在林中空隙地以近自然生态造林方法，适地适树补植乡土珍贵阔叶树种，最好用2～3年生容器苗。对石漠化严重地区以柏木和耐碱、耐旱、耐瘠薄的阔叶树作为主要补植树种[23]。③ 对于林分郁闭度>0.80、植被长势好的阔叶混交林、针阔混交林，进行生态疏伐，保留优良干形的高大乔木。④ 对于林分郁闭度>0.80、树种组成单一的人工纯林、针叶纯林、阔叶纯林，以生态疏伐为主，伐去过密木、枯死木、生长不良木、病虫木、残次木，在伐后空地上以近自然生态造林方法，适地适树补植乡土珍贵阔叶树种，最好用2～3年生容器苗， 混交比例不得少于30%，用以改变树种结构， 形成异龄、复层针阔混交的近自然森林。以上技术措施，目的就是优化公益林林分结构，提高森林群落稳定性，形成异龄、复层针阔混交的近自然森林，实现森林的可持续发展。