湖南省楠木天然林质量动态评价

肖前辉，敬 阳，龚召松

（1.国家林业和草原局 中南调查规划设计院，湖南 长沙 410014；2.中南林业科技大学，湖南 长沙 410004）

楠木Phoebe zhennan属国家Ⅱ级保护树种[1]，为我国特有珍贵树种，其枝叶繁茂，四季常青，树形优美，材质上乘；城市绿化中楠木是上等的行道树，低丘山地楠木是上佳的造林树种[2]。受气候变化、自然灾害和人为因素等影响，目前我国楠木资源匮乏，片林少[3]，亟待开展楠木天然林提质增量的应用性基础研究。

森林质量评价是森林经营的基础和依据，世界自然基金会（WWF）将森林质量解释为森林在生态、社会和经济效益方面所有功能与价值总和[4]。毛淑娟等[5]认为提高森林质量就是提高森林的多种功能和效益，并达到森林生态系统稳定平衡发展，满足人类的生态、社会和经济的需求。赵惠勋等[6]、刘学全等[7]和李国勇[8]针对不同林种和起源的林分进行质量评价，评价指标主要有植被覆盖度、群落结构、树种组成、平均高、平均胸径、郁闭度、林龄、立地质量和物种多样性等。评价方法主要有模糊综合评价[9]、集对分析[10]、因子分析[11-12]、物元分析[13]和层次分析[14]等。梅光义等[9]在林场范围内，以小班为评价单元，建立了模糊综合评价体系和生态功能综合评价体系，评价侧柏林分质量，经对比分析，认为生态功能综合指数评价体系优于模糊综合评价体系。莫可等[11]在小班尺度下，以用材林为评价对象，用因子分析法评价了森林质量，评价指标涵盖了林木因子、林下植被、土层条件和地形条件4 个方面。陈华等[13]采用物元法对将乐林场用材林进行了质量评价，研究综合考虑森林生产力、森林结构和立地条件等3 方面因素，建立了综合评价指标体系，认为此方法能够较准确地评价森林资源质量。这些评价以静态评价居多，很少开展相对长期的区域性林分质量动态变化评价。近年来，我国楠木人工林研究[15-16]发展较快，但对于区域性楠木天然林质量效益的研究未见报道。为此，以连续6 期的国家森林资源连续清查数据为基础，构建湖南省楠木天然林质量动态评价指标体系，建立质量评价模型，确定了林分质量等级划分方法，分析了湖南省楠木天然林质量动态，并以各市（州）及经营亚区为单元，进行楠木天然林质量动态评价，为楠木天然林质量精准提升的森林经营活动提供依据。

1 研究区概况

湖南省地处108°47′～114°15′E，24°38′～ 30°08′N，属大陆性中亚热带季风湿润气候，年均气温16～18 ℃，年日照时数1 300～1 800 h，年降水量1 200～1 700 mm，雨量充沛，水热充足。地貌由平原、盆地、丘陵地、山地、河湖构成，地跨长江、珠江两大水系；土壤类型以红壤、黄壤和黄棕壤为主，成土母岩有泥灰岩、板页岩、砂页岩和花岗岩等。

湖南省国土面积21.18 万km2，林业用地 1 299.8 万hm2。植被类型属亚热带常绿阔叶林带，植被丰茂，四季常青。楠木天然林主要混交树种有栎类Quercus acutissima、樟树Cinnamomun camphora、杉木Cunninghamia lanceolata、马尾松Pinus massoniana等。

2 材料与方法

2.1 研究材料

数据来源于湖南省1989—2014年国家森林资源连续清查数据，每隔5 a 一期，共6 期，样地属性主要包括立地因子（地貌、海拔、坡度、坡位、土壤等）和林分因子（平均年龄、平均树高、郁闭度、自然度、群落结构、植被覆盖等）；样木属性主要为每木检尺因子。此外衍生数据有单位面积株数、单位面积蓄积、平均胸径、树种组成等。

湖南省国家森林资源连续清查样地共6 615个，1989—2014年各期凡含有楠木样木的样地分 别 为95、96、101、107、110、117 个。 在 数据分析过程中发现湖南省楠木天然林均为混交林，混交树种复杂，因此在含有楠木的样地中，按楠木蓄积占比≥20%的原则筛选样地，依此得到的楠木天然林作为研究对象，各期楠木天然林的规模和蓄积如下：1989年楠木天然林面积 为1.60 万hm2，蓄 积 为131.74 万m3；1994年楠木天然林面积为1.60 万hm2，蓄积为154.57万m3；1999年楠木天然林面积为2.42 万hm2，蓄积为154.59 万m3；2004年楠木天然林面积为4.80 万hm2， 蓄 积 为317.76 万m3；2009年楠木天然林面积为8.00 万hm2，蓄积为644.44 万m3；2014年楠木天然林面积为11.53 万hm2，蓄积为920.95 万m3。1989—2014年楠木天然林面积增加了9.93 万hm2，蓄积增加了789.21 万m3。

2.2 研究方法

2.2.1 林分质量动态评价指标体系的建立

依据评价指标的系统性、量化可比性、有效性原则，结合楠木天然林特性以及数据所取得的完整性，选出7 个定量评价指标（单位面积蓄积、单位面积株数、林分平均胸径、楠木平均胸径、平均树高、楠木蓄积、郁闭度等）和2 个定性评价指标（树种结构和自然度），构建楠木天然林质量动态评价指标体系。将9 个评价指标依次标记为A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8和A9，建立层次结构模型。

2.2.2 指标值归一化

因所选取的评价指标存在定性和定量差异，因此将筛选出的7 个定量评价指标，利用公式（1）进行指标值归一化处理；定性指标根据林分类型等距赋值，再进行归一化处理。树种结构分为4种类型，依次将其赋值为1.00、0.75、0.50、0.25；自然度等级分为3 级，依次将其赋值为1.00、0.667、0.333（树种结构类型和自然度等级源于湖南省森林资源调查技术规程）。

式中：Xij为第i个评价指标第j个样地的归一化指标值，其变化区间为[0，1]；xij为第i个评价指标第j个样地的实际值；xi(min)和xi(max)分别对应第i个评价指标的最小值和最大值；1 ≤i≤m（m为指标个数），1 ≤j≤n（n为样地个数）。

2.2.3 指标权重的确定

评价指标的权重直接影响评价结果的合理性，层次分析法是一种结合定量和定性分析的方法，可以避免纯定性分析中过于主观的影响，因此研究选用层次分析法获取各指标权重。依据评价指标构建判断矩阵A，采用1～9 标度法，对矩阵元素赋值，按列归一化，计算指标权重，并进行一致性检验，随机一致性比率CR ＜0.1 时，说明A的不一致性程度在允许范围内，此时可用A的特征向量作为权向量，否则需要调整判断矩阵的元素取值。

2.2.4 评价模型的建立

评定森林质量时，按公式（2）计算各样地综合得分Y，根据此得分划分质量等级。Y值越高说明林分质量越好。

式中：Ci为第i项归一化评价指标值；Wi为第i项评价指标权重。

3 结果与分析

3.1 各指标权重

通过两指标重要性相对比的方法，对判断矩阵的元素进行赋值（1～9 标度法），得到各指标权重。对林分质量影响最大的指标是单位面积蓄积（0.23）和单位面积株数（0.23），其次是楠木蓄积（0.15），再次是林分平均胸径（0.10）、楠木平均胸径（0.10）和平均树高（0.10），最后是郁闭度（0.05）、树种组成（0.02）和自然度（0.02）。

计算得出最大特征值λmax=9.28，一致性指数CI=0.03，随机一致性比率CR=0.02 ＜0.1，说明A的特征向量可作为权向量，层次排序的结果具有一致性。

3.2 楠木天然林质量等级的划分

根据林分质量评价模型得出的各样地的综合得分发现，楠木次生林质量分值介于0.040～0.989之间。根据标准差法，将林分质量划分为好（≥0.673）、中（0.356～0.673）、差（≤0.356）3 个等级。6 期数据中各质量等级占比见表1。

表1 评价等级划分Table1 Evaluation level allocation

3.3 楠木天然林质量动态变化分析

3.3.1 湖南省楠木天然林质量变化

林分质量最高分值为0.451，最低为0.352，差值为0.099；2004年和2009年林分质量得分小于0.356，质量等级为差，其余年份均为中等；1994—2004年林分质量呈下降趋势，但2014年综合得分较2009年增加了0.006，林分质量稍有改善，但湖南省楠木天然林整体质量不高（图1）。

图1 湖南省楠木天然林质量综合得分Fig.1 Comprehensive score of phoebe zhennan natural forest quality in Hunan province

3.3.2 湖南省各市（州）楠木天然林质量变化

楠木天然林主要分布于怀化、株洲、永州三个地区。各市州楠木天然林质量得分值见图2和图3。怀化市分值为0.335～0.493，1989年最高，2009年最低，2014年比2009年分值增加了0.039，林分质量等级为中；株洲市是楠木天然林分布最多的地区，2004年分值最高（0.552），林分质量均处于中等水平，无跳级现象；永州市楠木天然林在1989年质量等级为差，1999年达到峰值（0.560），之后迅速下降，但质量等级保持在中等水平。湘西自治州为1999年新增地区，到2014年林分质量得分由0.236 增长到0.375，林分质量等级为中；张家界市、邵阳市和郴州市均为2004年新增地区，其中张家界市和邵阳市林分质量稳中向好，但林分质量得分不高，质量等级均为差；郴州市2004年林分质量分值为0.427，到2014年下降了0.102 分，林分质量等级由中变差。2014年娄底市和岳阳市共增加3 个楠木天然林样地，岳阳市林分质量得分为0.418，质量等级为中，娄底市林分质量得分为0.082，评定结果为差。

从图2和图3可以看出，怀化、株洲和永州等地区林分质量相对较好，其原因是怀化、株洲和永州等地区气候温暖湿润，雨量充沛，光热充足，群山环绕，楠木片林的生长发育自然条件优越，人为破坏程度较小，管护措施完善，因而林分质量较好；而张家界、邵阳和娄底等地区楠木天然林质量较差，主要是因为该地区楠木株数和蓄积占比较小，立地较差，人为影响比较明显，经营管理不完善，林分质量较差。

图2 各市（州）楠木天然林质量综合得分Fig.2 Comprehensive score of Phoebe zhennan natural forest quality in various cities

3.3.3 湖南省各经营亚区楠木天然林质量变化

图3 各市（州）楠木天然林质量综合得分Fig.3 Comprehensive score of Phoebe zhennan natural forest quality in various cities

根据森林经营分区指导原则，湖南省共分为5 个经营亚区。其中，楠木天然林多分布于武陵-雪峰山地水土保持与大径材林经营亚区、南岭山地水源涵养与用材林经营亚区和罗霄-幕阜山地水土保与用材林经营亚区，湘中丘陵山地水土保持与木本粮油林经营亚区和环洞庭湖平原丘陵水土保持与农田林网防护林经营亚区分布较少。从图4可以看出，南岭山地水源涵养与用材林经营亚区楠木天然林质量最高，林分质量虽上下波动，但质量等级一直保持中等水平；其次是武陵-雪峰山地水土保持与大径材林经营亚区，林分质量等级曲线为中-差-中，在2004年林分质量逐渐变好；最后是罗霄-幕阜山地水土保与用材林经营亚区，其林分质量得分呈直线上升趋势，但2014年最高分值为0.329，未达到中等水平，林分质量等级为差。楠木天然林分布较少的两个经营亚区中，湘中丘陵山地水土保持与木本粮油林经营亚区林分质量得分为0.418，质量等级为中；环洞庭湖平原丘陵水土保持与农田林网防护林经营亚区质量得分为0.187，质量等级为差。

图4 各经营亚区楠木天然林质量综合得分Fig.4 Comprehensive score of Phoebe zhennan natural forest quality in different management areas

3.4 楠木天然林质量等级变化

从表1可以看出，25 a 间，尽管林分质量等级为“中”的样地数量占比增加了27.22%，质量稍有改善，但林分质量等级为“好”的样地占比持续降低，其主要原因是楠木林规模扩大，新增的楠木样地中小径材样木较多，林分平均胸径和平均树高较小，且样地单位面积蓄积、单位面积株数和楠木蓄积的极值相差较大，而这5 个指标的权重较大，对林分质量综合得分影响较大，因此林分质量等级大都属“差”。同时，人为因素和自然灾害对林分质量也有一定影响，长期以来我国天然林资源过度消耗，生态环境恶化，大径材林木和珍贵用材树种少。1998年洪涝灾害后，我国实施天保工程，缓解过度采伐和生态恶化的压力。近年来开展了森林质量精准提升工程，我国森林由恢复增长、规模扩张阶段步入量质并重、提升质量效益阶段。近20 a 来，随着森林经营和保护力度的不断增强，湖南省楠木天然林规模明显增加，但楠木天然林精准提质仍然任重道远。

4 结论与讨论

利用6 期湖南省森林资源连续清查数据，开展楠木天然林质量动态评价，主要结论如下：

1）25 a 间，湖南省楠木天然林面积增长，规模不断扩大，面积增加了9.93 万hm2，蓄积增加了789.21 万m3。

2）提出了楠木天然林质量动态评价指标体系，其重要性排序依次为：单位面积蓄积（0.23）、单位面积株数（0.23）、楠木蓄积（0.15）、林分平均胸径（0.1）、楠木平均胸径（0.1）、平均树高（0.1）、郁闭度（0.05）、树种组成（0.02）、自然度（0.02）。

3）根据评价结果，将楠木天然林质量划分为好、中、差3 个等级，6 期楠木天然林质量 等 级 占 比 分 别 为20.00∶20.00∶60.00；20.0∶60.0∶20.00；14.29∶28.57∶57.14；16.67∶27.78∶55.56；4.00∶36.00∶60.00；0.00∶47.22∶52.78。从各等级占比来看，楠木天然林质量虽稍有改善，但整体质量不高。

林分质量评价是科学经营楠木天然林、提高森林质量效益的依据，对于楠木天然林质量等级评定为“好”和“中”的林分，应提高综合抚育质量，加强全面管护水平，降低灾害风险；质量等级评定为“差”、立地条件好且郁闭度高的林分，可进行大强度的间伐改培，伐除非目的树种，为楠木生长发育提供生长空间，而郁闭度低的林分，则进行楠木的补植补造，人工促进天然更新，增加楠木比例；对于林分质量差且立地条件也差的林分，可加强封山育林，进行适当的人为干预，促进林分的正向演替。同时，全面调查、优选建立楠木种质资源基地以及珍贵树种战略用材林基地，培育大径材楠木，扩大楠木林规模，以缓解楠木天然林采伐利用压力。