不同间伐强度的杉木人工林多功能评价1)

张梦雅 王新杰 徐雪蕾 回厚霖 赵晓洁 楚雅南

(省部共建森林培育与保护教育部重点实验室(北京林业大学)，北京，100083)



不同间伐强度的杉木人工林多功能评价1)

张梦雅 王新杰 徐雪蕾 回厚霖 赵晓洁 楚雅南

(省部共建森林培育与保护教育部重点实验室(北京林业大学)，北京，100083)

杉木(Cunninghamialanceolata)为南方地区主要造林树种，在闽西北地区杉木人工纯林中，按3个坡位(上、中、下)分别设置5种间伐强度(对照、20%、25%、33%、50%)，利用层次分析法，对林分不同间伐强度的生产产出、水源涵养、保育土壤、固碳释氧、生物多样性保护和积累营养物质等功能的效益进行分析。结果表明：上坡位林地中，弱度间伐(间伐强度为20%)林地综合效益最好，达到117 096.00元/hm2；中坡位，中度间伐(间伐强度为25%)林地多功能价值最高，为120 473.34元/hm2；下坡位，未间伐林地则表现出最优效益，其价值为136 059.47元/hm2。因此，对于不同坡位的林地，可选取适宜的间伐强度对林地进行经营。

杉木；间伐强度；坡位；整体效益；多功能效益

Cunninghamialanceolata; Thinning intensity; Slope; Comprehensive value; Multi-function evaluation

“多功能林业”的发展日渐兴起，当今社会更加注重森林的多功能经营、多效益发展[1-2]。然而，多功能林业是以可持续发展为基础，将森林的单一功能经营转变为多种功能相结合的方式[3]。2016年颁布的《全国森林经营规划(2016—2050年)》提出的森林经营要坚持多功能经营、多效益统筹。杉木作为重要造林树种，如何能够在满足人们日益增强的木材需求的同时，保持林地土壤肥力、维护生态功能发挥，是人们长期以来需要解决的问题。

由于人工林树种单一、结构简单且林分过密，如果管理不善就会造成林分生长不良[4-6]。密度调整作为森林经营的一项重要措施，对中幼龄林常采用抚育间伐方式改良林分密度[7]。间伐可促进林木生长、增加林地植物多样性、保护土壤肥力、改善林内生长环境以及提高林分生态系统稳定性[8-12]。对于杉木来说，适宜的间伐强度可加快杉木的生长、增加碳储量、减小地表径流并加快凋落物分解[13-16]。本文通过对闽西北地区将乐国有林场杉木人工中龄林进行调查，利用层次分析法研究不同间伐强度，对杉木幼中龄林的综合影响，探讨间伐强度对杉木人工林功能发挥的影响，以期为合理经营杉木林、充分发挥森林多重效益提供一定的参考。

1 研究地概况

研究地点位于福建省三明市将乐国有林场(E117°5′～117°40′，N26°26′～27°4′)，地处福建省西北部，武夷山脉东南部。属低山丘陵区，平均海拔261 m。属中亚热带季风气候区，年平均降水1 689 mm，平均温度19.8 ℃，夏季炎热，冬季温暖。土壤多为红壤，深厚且肥沃。当地水热条件好，且森林资源丰富，适宜杉木(Cunninghamialanceolata)、马尾松(PinusmassonianaLamb.)等植物的生长。

2 研究方法

2.1 间伐强度划分

研究地于2013年进行抚育间伐，间伐采用机械方式。极强度间伐(50%)为每隔1株伐1株，强度间伐(33%)为每隔2株伐1株，中度间伐(25%)为每隔3株伐1株，弱度间伐(20%)为每隔4株伐1株，且每个间伐强度分上中下3个坡位分别设置。共15块样地，具体信息见表1。

表1 样地基本概况

2.2 数据采集

调查样地大小为15 m×15 m，在每个样地的左上角、中心及右下角设置5 m×5 m的灌木样方，每个灌木样方的四角设置1 m×1 m的草本样方，在每个灌木样方的中心设置1 m×1 m的枯落物小样方，同时设置60 cm深土壤剖面。共设置15个乔木样地、45个灌木样方、180个草本样方、45个枯落物小样方和45个土壤剖面。

调查包括样地基本信息(坡度、坡向、郁闭度等)；乔木胸径、树高、冠幅和活(死)枝下高；灌木物种、株树、盖度、平均高和地径；草本物种、株树、盖度和平均高；灌草分样方进行全部收获，取样烘干测定生物量，磨粉后使用元素分析仪(FLASH2000 CHNS/O)测定碳质量分数；枯落物样方内分未分解层及半分解层测定厚度，全部收获后浸水法测定枯落物持水量[17]，磨粉后使用元素分析仪测定碳质量分数；土壤分3个土层(≥0～20 cm、≥20～40 cm、≥40～60 cm)分别用环刀及自封袋取样，测定土壤物理性质[18]及土壤中碳(元素分析仪)、碱解氮(碱解-扩散)、速效钾(乙酸铵浸提-火焰光度计)和有效磷(碳酸氢钠浸提)质量分数[19]。

2.3 多功能评价体系

2.3.1 多功能指标选定

根据频度分析法、理论分析法和专家咨询法相结合的方式，依据当地林分情况，在森林多功能评价(A)中共选取了生产产出功能(B1)、水源涵养功能(B2)、保育土壤功能(B3)、固碳释氧功能(B4)、生物多样性保护功能(B5)和积累营养物质功能(B6)。

在此6项功能下，选取了共21项指标作为评价因子，所有评价因子均标准化为价值量。其中，林分活立木蓄积价值(C1)和林分平均胸径连年生长量价值(C2)评价B1功能；林冠截流价值(C3)、枯落物持水价值(C4)和土壤持水价值(C5)评价B2功能；固土价值(C6)、土壤保氮肥价值(C7)、土壤保磷肥价值(C8)、土壤保钾肥价值(C9)和土壤有机质价值(C10)评价B3功能；乔木固碳价值(C11)、灌木固碳价值(C12)、草本固碳价值(C13)、枯落物固碳价值(C14)、土壤固碳价值(C15)和林分释氧价值(C16)评价B4功能；草本物种保育价值(C17)和灌木物种保育价值(C18)评价B5功能；林木氮元素积累价值(C19)、林木磷元素积累价值(C20)和林木钾元素积累价值(C21)评价B6功能。

2.3.2 多功能指标价值计算

选定的各指标价值计算主要参考《森林生态系统服务功能评估规范》(以下简称《规范》)[20]，利用市场价格法、影子价值法、机会成本法、费用支出法等[21]对闽西北地区不同间伐强度杉木人工林进行评价(见表2)。

利用yaahp软件绘制层次模型，共3层(A：目标层，B：准则层，C:指标层)。模型以森林多功能价值为最上层，其次为6个功能，再次为21项指标。结合试验地树种特性、综合头脑风暴法和德尔菲法获得的打分，对构建的层次模型分别进行矩阵判断。具体判断与一致性检验参考谢肖昀[30]的方法。

3 结果分析

3.1 判断矩阵及检验

层次模型判断矩阵参考值如表3所示，各准则或指标间权重均一致，除B1准则和B5准则外，B6准则下各指标间一致性最高，其次为B3、B4和B2准则。之后根据创建的判断矩阵，进行各指标权重计算，具体结果如表4所示。杉木林主要的林木生产功能所占比例最大，其次为保育土壤功能和涵养水源功能，而固碳释氧、多样性保护和养分积累权重在评价中较小。各功能下不同指标所占权重也不同，某一因素在林分内越重要，其权重越大。综合来看，该层次分析模型现实可靠，可进行下一步计算与分析。

3.2 不同坡位不同间伐强度的杉木林多功能评价

由表5可知，根据多功能评价模型计算价值量，上坡位整体功能效益发挥最好的林地为间伐强度20%的样地。不同间伐强度下多功能值从大到小的顺序为：20%、33%、0%、25%、50%。除未间伐样地，其余样地多功能值基本随着间伐强度的增大而逐渐减小。多功能效益最好的林地所产生价值为最差林地的2倍。

表2 间伐林多功能价值评估指标计算公式及参数说明

表3 森林多功能模型判断矩阵参考值

中坡位间伐强度25%的样地多功能值最大，其次分别为0%、20%、33%、50%的间伐样地。除最优林地外，其他林地基本符合间伐强度越大多功能值越小的规律。各间伐强度整体效益间差距较上坡位小，但最优林地的效益仍是最差林地的1.4倍，最优林地效益分别高0%、20%和30%间伐林地4.29%、11.05%和28.24%。

下坡位中，未间伐林地多功能效益发挥最为完全，间伐强度最大(50%)的林地多功能价值最低。25%间伐林地其多功能值仅次于未间伐林地，其次为33%间伐林地及20%间伐林地。下坡位林地的综合效益没有明显规律，且未间伐林地多功能值仅高25%间伐林地0.35%，林地多功能价值最高与最低相差31.28%。

表4 森林多功能模型指标权重

表5 不同坡位不同间伐强度的杉木林的多功能价值

4 结论与讨论

本研究利用层次分析法对间伐后林地进行评价，该方法以有序的层次直观反映各因素间关系，是一种实用的多准则决策方法[30]。同时，评价指标体系的构建结合客观方法与主观方法，能够更加全面覆盖各项功能并适用于试验地。且实验数据多采用样地实测值，评价结果真实可靠。

不同间伐强度，林木将获取不同的生长空间、养分供应、水分供给等等[31]。人工幼龄林需要进行间伐以调整林分密度，为林木后续生长提供更有利条件。结合各类研究[4-7，13-16]，认为中等间伐强度能够在保证林木产出的基础上，最大程度保持地力、维护生物多样性及生态系统稳定，为林地长期生产提供基础。此观点在本研究中并未完全证实，本研究中显示，不同坡位林地，间伐强度不同，得到的林地效益不同。上坡位及中坡位林地分别为弱度间伐和中度间伐效果最好，但下坡位林地中，未进行间伐的林地效果反而更好。原因是间伐后，林冠层发生变化，引起林下光照条件改变[32]，中上坡位阳关充足，在适当的间伐条件下，林木具有适宜的生长空间，更有利于保持地力，林分整体效益更高。较小间伐强度虽保留了更多株树，但由于空间、养分等方面的限制，林木生长速度及各项功能发挥均会受限制。较大间伐强度虽给予林木更多生成长空间，但伐去较多林木，林分蓄积必然下降，且林冠对土壤的覆盖与保护也降低，林分整体效益降低。这些结果与有关针对杉木间伐后各功能研究类似，王东等[33]发现过高的间伐强度会使得土壤养分降低；黄雪蔓等[34]的研究则表明34%的间伐强度有利于杉木树高生长，但74%的间伐强度下胸径生长最快；李素艳等[35]表明适度间伐使得林地整体的蓄水和保土效益明显增加；柳思勉等[15]发现30%间伐强度更有利于减小杉木林地表径流。整合这些研究，适宜的间伐强度有利于林木生长、地力保持、生物多样性保护等等，由于本研究对象为间伐后3a的林地，所以在最优间伐强度的确定上与前者有所差异。相比之下，在下坡位中，未间伐林地效益最好的结果是出乎意料的，由于下坡位光照条件相对较弱，枯落物积累及土壤碳含量相对更充足[36]，可为林地增加更多养分。同时，林源华[37]的研究表明，在杉木早期生长过程中，中下坡和下坡位林木生长最好、存活率最高。而林木生长与林地质量密切相关，结合两者研究可认为杉木林地下坡位立地条件较高，更能满足林木生长需求。未间伐林地拥有最多的林木株树，且养分充足情况下，林分蓄积量相对比较大。

本研究仅反映短期内林地各效益发挥程度，林地各项功能会跟随环境的改变而持续改变，其多功能价值也会变化。因此，针对间伐后的杉木人工林，可进行连续复查，以期为间伐对林地长期影响做出综合评价。

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1)“十二五”农村领域国家科研计划项目(2012BAD22B05)。

张梦雅，女，1995年6月生，省部共建森林培育与保护教育部重点实验室(北京林业大学)，硕士研究生。E-mail：mengya_zhang@bjfu.edu.cn。

王新杰，省部共建森林培育与保护教育部重点实验室(北京林业大学)，副教授。E-mail：xinjiew@bjfu.edu.cn。

2016年12月12日。

S715.3

责任编辑：王广建。

A Multi-function Evaluation of Different Thinning Intensities onCunninghamialanceolataPlantation//Zhang Mengya, Wang Xinjie, Xu Xuelei, Hui Houlin; Zhao Xiaojie, Chu Ya’nan(Key Laboratory of Ministry of Forest Cultivation and Conservation of Ministry of Education, Beijing Forestry University, Beijing 100083, P. R. China)//Journal of Northeast Forestry University，2017,45(3)：29-33.

WithCunninghamialanceolatain southern China, we set five thinning intensities (0%, 20%, 25%, 33%, 50%) in three slope position (bottom, middle, downslope) in the northeast Fujian. By using analysis hierarchy process (AHP), we analyzed the different thinning intensity comprehensive value including woods output, water conservation, soil conservation, carbon fixation and oxygen release, biodiversity conservation and accumulation of nutrients. In bottom slope, 20% thinning can help forest to get the highest value, 117 096.00 CNY/hm2. In middle slope, the best one was 25% thinning forest with the value of 120 473.34 CNY/hm2. In non-thinning forest, the best value in downslope was 136 059.47 CNY/hm2. For different slope, choosing the suitable thinning intensity to manage is reasonable.