论储备林储备区域的选择——以五盖山国有林场杉木人工林为例

周学武，齐建文，刘金山，张 蓓，黄 琰，吴 梅

(国家林业局中南林业调查规划设计院，长沙 410014)

论储备林储备区域的选择
——以五盖山国有林场杉木人工林为例

周学武，齐建文，刘金山，张 蓓，黄 琰，吴 梅

(国家林业局中南林业调查规划设计院，长沙 410014)

国家储备林制度是转变林业发展方式、发展现代林业的战略选择，有利于提升木材生产和自给能力。为了培育大中径级用材林，需良地、良苗、良法相结合，而选择自然条件适宜的区域是基础。以郴州市苏仙区五盖山国有林场杉木人工林为例，从森林经营管理的角度出发，探讨承储主体的选择方法，即高立地条件小班的确立及适宜的采伐林龄，以期解决储备林“储在哪里”和“储多久”的问题。

国家储备林；立地指数；杉木；树高生长曲线；蓄积

在生态建设为背景的发展战略下，我国林业启动了一批重点生态工程，在保护天然林的同时，大力发展人工林资源[1]。人工林面积由第一次森林资源清查时的2 358万hm2，增加到第八次森林资源清查时的6 933万hm2，增长了2倍，稳居世界第一位[2]，占有林地面积的36%[3]。同时，在商品林采伐政策改革的引导下，森林采伐正在逐步由天然林向人工林转移[1]。第八次森林资源清查结果表明，人工林采伐比重为46%，比第七次清查提高了7%，“十二五”期间采伐限额人工林比重达69%，说明我国人工林正在担当着木材生产的重任[3]。

在森林资源尤其是人工林资源增长的同时，森林的有效供给与日益增长的社会需求之间的矛盾依然突出，我国木材对外依存度接近50%，木材安全形势严峻；用材林中可采面积仅占13%，可采蓄积仅占23%，可利用资源少，大径材林木和珍贵用材树种更少，供需的结构性矛盾日益凸显[4]。在此背景下，建设国家木材储备基地，培育珍稀和大径级森林资源，充分挖掘森林可持续经营潜力，提升我国森林生态功能的储备林制度应运而生。国家储备林是指列入《国家储备林树种目录》，由国家统一收储、动用及轮换，具有一定规模和培育潜力的珍稀树种及大径级活立木资源。《国家储备林划定办法(试行)》要求以最新的森林资源二类调查成果为基础来确定承储主体的森林资源状况。以小班为单位，要求林地立地指数≥14或地位级中等以上，林分年均蓄积生长量高于全省平均水平；以人工林为主，选择郁闭度≥0.6的中龄林、近熟林及成熟林。《国家储备林制度方案》要求对储备林实行采伐分类管理，即储备林龄级在成熟林龄级基础上延长一到两个龄级，实行按林种树种分类动用。《国家储备林划定办法(试行)》规定了储备林对立地条件的要求，《国家储备林制度方案》体现了对采伐龄级的要求，两者都属于宏观规划制度。在具体的实施过程中，首要问题是解决“储在哪里”和“储多久”的问题。本文以郴州市苏仙区五盖山国有林场杉木人工林为例，从森林经营管理的角度探讨承储主体的选择方法即高地位级(地位指数)小班的确立及适宜的采伐林龄。

1 研究区概况

苏仙区地处湖南省南部，郴州市中部，湘江支流耒水上游，在112°53′55″—113°16′22″E， 25°30′21″—26°03′29″N之间。气候属中亚热带湿润季风气候，年平均气温17.8 ℃，年均降水量1 470 mm，海拔在100～1900 m之间；成土母质主要有板页岩、石灰岩和砂岩，地带性土壤以红壤和山地黄壤为主，零星分布有黄棕壤、山地草甸土、石灰土和紫色土。杉木作为用材林的主体，占乔木林的面积比例为29.98%，蓄积比例为39.78%，在近成过熟林中，杉木所占蓄积比例为56.77%。

2 研究方法

2.1 数据来源

全省基础数据为2014年第九次全国森林资源连续清查、湖南省第七次复查杉木林样地数据，样地林分因子包括林龄、平均胸径、平均树高、活立木蓄积等；地类为有林地，不包括疏林地和未成林地。

林场数据以湖南省郴州市苏仙区“十二五”森林资源规划设计调查结果为参考，并在实地开展补充调查，调查的林分因子同全省数据一致。

2.2 分析方法

1)由于树高易于测定，且受林分密度的影响较小，而蓄积是木材生产力的直观表达，因此采用常用的评定立地质量的指标——林分平均树高、蓄积。

2)国家森林资源清查工作具备监测的系统性和代表性，本文将连清杉木林样地作为标准地数据来拟合林分树高和蓄积生长曲线。按照3倍标准差的原则剔除异常的数据，然后拟合生长曲线作为地位指数导向曲线。该曲线代表了全省的平均生长水平，即在中等立地条件下，林分树高和蓄积随林分年龄变化的生长曲线。

3)利用五盖山国有林场调查数据，拟合林场杉木人工林树高和蓄积生长曲线。

4)将全省和五盖山国有林场所拟合的杉木生长曲线进行比较，观察在相同林龄条件下林分预期生长树高和蓄积的差异。

2.3 评价指标

对立地质量进行评价，核心在于确立全省尺度不同年龄下，杉木人工林树高(蓄积)平均生长水平，即拟合树高(蓄积)生长曲线。本文采用R2(确定系数)，SEE(估计值的标准差)，TRE(总相对误差)，MSE(平均系统误差)，MPE(平均预估误差)和MPSE(平均百分标准误差)等6项指标作为模型的评价指标[5]。其计算公式如下：

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

R2和SEE是回归模型的最常用指标，反映了模型的拟合优度；TRE和MSE是反映拟合效果的重要指标，二者都应该控制在一定范围内(如±3%或±5%)，趋于0时效果最好；MPE是反映平均生物量估计值的精度指标；MPSE是反映平均单株林木生物量估计值的精度指标。

3 结果与分析

3.1 地位指数导向曲线(树高)拟合结果

遵循树高随林龄的“S”形生长规律，将林龄、树高分别作为自变量和因变量，使用对数曲线、对数双曲线、Logistic曲线和Richards曲线等对连清杉木林样地数据进行拟合，拟合的树高—林龄模型见表1。

表1 模型的拟合结果及其统计指标拟合公式R2SEE/mTRE/%MSE/%MPE/%MPSE/%H=-1 003+7 739lgA0 9050 830 000 753 3110 08lgH=1 098-2 546/A0 9110 800 436 673 2014 34H=10 364/(1+5 017e-0 214A)0 9130 81-0 09-0 593 217 99H=10 857(1-e-0 108A)1 1630 9200 780 170 663 098 59H=13 687-126 023/(A+8 253)0 9150 800 000 743 179 39

从表1的各项统计指标可以看出，5个模型的拟合结果均较为理想。使用Richards曲线拟合的R2为0.92，说明林龄解释了树高变动的92%；SEE为0.78 m，这是计算预估误差的基础信息；TRE和MSE控制在±1%以内，表明模型拟合效果良好；MPE在4%以内，表明树高模型的平均预估精度达到96%以上；MPSE在10%左右，反映了单个样地树高估计误差的平均水平。

从残差分布图(图1)可以看出，回归方程的残差图散点分布比较均匀，各个龄组的残差分布近似随机，且基本上以y=0为基准线上下对称分布，多分布在±1 m范围内，说明回归方程的拟合效果较好。

图1 树高模型的残差分布图

3.2 林场树高与全省平均树高比较

通过绘制全省森林资源连续清查杉木林样地平均树高、林场树高与林龄的散点图，可以直观的看出，林场杉木的生长状况要优于全省平均水平，见图2。由平均生长曲线可以看出，杉木林在20 a后树高生长趋于稳定，生长明显变缓，连年生长量在0.1 m左右，平均树高最大值稳定在10.8 m左右，这与实生杉木的生长过程及基准年龄保持一致[6]。

图2 树高生长曲线

林龄≥14 a时，林场树高数据均在全省树高曲线的上方，表明林场立地条件较好，杉木生长高于全省平均水平。因林场采样数据较少，同时波动范围较大，在量化比较时采用平均值法，即在林龄14～45 a范围内分别将林场和全省估计值的32个数据平均值进行比较，在同一年龄时，林场树高大致为全省平均树高的1.24倍。

3.3 林分蓄积量比较

使用与树高生长曲线相同的方法建立蓄积—林龄模型，Richards方程取得较好的效果，二者的模型分别为公式(7)和(8)。图3可以看出，二者的生长过程大致相似，生长曲线均呈现先缓慢增长再快速增长再缓慢增长的过程，最大值分别为308 m3/hm2和132 m3/hm2。图4表明，连年生长量和平均生长量随林龄的变化趋势初期基本一致，即增长迅速，到一定年龄阶段后达到生长量的高峰；之后随着林龄的增加，连年生长量快速降低而平均生长量降低较为缓慢。全省平均和林场连年生长量的峰值分别出现在第12年和第14年，分别为4.4 m3/hm2和10.4 m3/hm2；平均生长量的峰值则分别出现在第20年和第24年，分别为3.5 m3/hm2和7.7 m3/hm2，峰值的出现滞后于连年生长量约10 a。

B林场=308.808×(1-e-0.075×A)2.846

(7)

B全省=132.525×(1-e-0.068×A)2.129

(8)

图3 蓄积生长曲线

图4 蓄积生长量随林龄的变化

4 分析与讨论

4.1 林场生产力分析

与全省平均水平相比，第20年时林场平均树高是全省平均的1.2～1.3倍，公顷蓄积为平均值的2.1倍，达到160 m3/hm2，符合《国家储备林划定办法(试行)》规定的承储主体林分年均蓄积生长量高于全省平均水平的要求。《杉木速生丰产用材林》中以20年生杉木生长量为计算标准，其中：材积年平均生长量达到10.5 m3/hm2以上，林分平均高达到13.5 m以上为Ⅰ类区；材积年平均生长量达到9.0 m3/hm2以上，林分平均高达到11.9 m以上为Ⅱ类区。五盖山林场杉木树高和蓄积生长水平略低于Ⅱ类区标准，以培育中径材为主。

为直观体现林场杉木林生长水平，将其与湖南省杉木中心产区或高产区进行比较分析。杉木分布区中带包括湖南西南部，是杉木的中心产区，20年生杉木林分平均年生长量可达9～11 m3/hm2[7]。冯宗炜[8]研究了杉木林栽培在不同自然地带、不同立地条件下的生物生产力，湖南会同地区中等立地条件下杉木优势木树高14.2 m，略高于五盖山林场生产力；江华县中等立地条件20年生杉木年平均生长量为126～159 m3/hm2，优势木树高13～15 m，经营建议以培养中径材为主[9]。从研究结果看，五盖山林场的生长状况(树高和蓄积)与江华县中等立地条件的杉木生长大致相同。

湖南省杉木立地条件类型划分科研协作组将湖南杉木栽培区划分为8个立地类型区，五盖山林场所在区域属南岭山地亚区[10]。南岭山地亚区多为花岗岩形成的土壤，水土易于流失，土壤肥力偏低，从而影响了杉木生长，本亚区立地指数多集中在10～14之间，平均立地指数为11.59，20年生材积平均生长量仅6.0 m3/hm2，但在板、页岩发育的山地黄壤上，比较好的杉木林年生长量可达14.8 m3/ hm2以上，因此更应关注地形、地貌导致气候差异引起的杉木生长非地带性影响。杉木生长主导因素按重要程度从高到低分别为坡位、腐殖质浸润层厚度和母岩，下坡位、腐殖质浸润层厚度厚(土壤枯落物层厚或土壤有机质含量高)、母岩为板页岩或砂岩等条件下的立地生产力更高。本亚区最大生产力的立地20年生长量达到164.4 m3/ hm2，占19.44 %，五盖山林场的杉木生产力属于区域内的高产区，从地质条件来看也符合以上三点，宜发展杉木储备林。

4.2 储备林龄选择

在采伐林龄上，不同的标准和研究给出了不同的结论。《杉木速生丰产用材林》规定了轮伐期为21～25 a；文彦[9]建议同等立地条件的杉木采伐年龄为25～30 a。《国家储备林制度方案》规定了在成熟林龄基础上延长一到两个龄级作为采伐龄级，杉木林龄组划分中林龄26～35 a为成熟林，5 a为一个龄级，按此推算采伐林龄为36～45 a。侯振宏等[6]指出可以使用连年生长量来表示生长量变化趋势。本研究建立的蓄积生长曲线可以表征林场杉木蓄积增长规律，就林场数据来看，1～5 a时杉木生长缓慢，连年生长量低于5 m3/hm2；6～32 a时生长加快，其中9～22 a时连年生长量高于8.5 m3/hm2；33 a以后连年生长量重趋缓慢，低于5 m3/hm2。遵从林场杉木实际生长规律，建议在33 a时采伐较为适宜。

5 结论

以20 a生杉木树高及蓄积生产力来看，五盖山林场适宜发展杉木储备林，适宜的采伐年龄为33 a左右。同时，周边区域区划杉木储备林时，为储备大中径材林木，应充分考虑“适地适杉”，建议优先选择下坡位、腐殖质浸润层厚度厚(土壤枯落物层厚或土壤有机质含量高)、母岩为板页岩或砂岩的立地。此外，还应考虑以下地理条件的区域，包括海拔较低(≤400 m)、阴坡、坡度≤15°、土层厚度60 cm以上、土壤质地为沙土或壤土。

在发展储备林时，除通过立地条件选择林分外，还应不断提高林分的培育经营水平，充分释放林地的生产潜力。推进科学培育和持续经营，通过新品种选育、良种壮苗造林、实行集约经营和定向培育，储林于地、储林于技，提高林地生产力，提高森林蓄积量和单位面积木材产量，增加木材产品的供给能力，缓解我国木材供需矛盾。

[1]刘珉.多角度解读第八次全国森林资源清查结果[J].林业经济，2014(5)：3-9，15.

[2]许传德.从连续八次森林资源清查数据看我国森林经营[J].林业经济，2014(4)：8-11，36.

[3]张成程，高显连.我国森林资源木材供给能力分析[J].林业资源管理，2014(S1):51-55.

[4]徐济德. 我国第八次森林资源清查结果及分析[J].林业经济，2014(3)：6-8.

[5]曾伟生，唐守正.立木生物量方程的优度评价和精度分析[J].林业科学，2011，47(11)：106-113.

[6]侯振宏，张小全，徐德应，等.杉木人工林生物量和生产力研究[J].中国农学通报，2009，25(5)：97-103.

[7]李佳，邵全琴，黄麟，等.我国马尾松、杉木、湿地松生长方程研究进展[J].西北林学院学报，2010，25(4)：151-156.

[8]冯宗炜，陈楚莹，张家武，等.不同自然地带杉木林的生物生产力[J].植物生态学报， 1984(2)：93-100.

[9]文彦.江华杉木立地条件类型划分初探[J].中南林业调查规划，1983(4)：18-28.

[10]湖南省杉木立地条件类型划分科研协作组.湖南省杉木立地条件类型划分的研究[J].中南林业科技大学学报, 1981，5(2)：103-132.

DiscussiononLocationChoiceofNationalReserveForest：A Case Study ofCunninghamialanceolataPlantation in Wugai Shan National Forest Farm

ZHOU Xuewu,QI Jianwen,LIU Jinshan,ZHANG Bei,HUANG Yan,WU Mei

(Central South Forest Inventory and Planning Institute of State Forestry Administration,Changsha 410014,Hunan,China)

The national reserve forest system is a strategic choice to transform forestry development mode and develop modern forestry, which isconducive to improve timber production capacity and enhance timber self-sufficiency. In order to cultivate large-diameter timber forest, site, seedlings and method should be combined. The foundation is to select the appropriate natural conditions of the region. Taking theCunninghamialanceolataplantation of Wugai Shan National Forest Farm in Suxian district of Chenzhou city for example, this paper exploredthe selection method of reserve regions and the appropriate cutting age,from the perspective of forest management, in order to solve the problems of where to reserveand reservefor how long of reserve forest.

national reserve forest；site index；Cunninghamialanceolata；tree height growth curve；accumulation

2017—05—02

周学武(1965—)，男，湖北公安人，高级工程师，主要从事林业调查规划设计和经营管理等工作。

F326.23

B

1003—6075(2017)02—0005—05

10.16166/j.cnki.cn43—1095.2017.02.002