森林自然度调整系数研究——以乌尔旗汉林业局为例

冯素静，孙忠文，宫秀富，邢俊鹏，刘川江

（1.内蒙古大兴安岭碳汇科技有限责任公司，牙克石 022150；2.内蒙古大杨树林业有限责任公司，大杨树镇 165456）

为了做好森林资源环境资产的评估，2008年以来，国家先后发布了《森林生态系统服务功能评估规范》、《森林资源资产评估技术规范》和《自然资源（森林）资产评价技术规范》等技术标准，这为森林资源资产评估提供了理论依据和技术指南。但在评估涵养水源、防止土壤侵蚀、物种保育等指标的生态价值时，森林自然度调整系数是必不可少的。因此，建立森林自然度指标体系，运用主成分分析法确定各指标权重，是森林资源资产评估必须突破的技术瓶颈，也是进行森林自然度调整系数研究的主要原因。乌尔旗汉林业局开展森林自然度调整系数的研究，填补了内蒙古大兴安岭林区的空白，主要目的是用森林实际的自然度值替代等步距划分的森林自然度值，能够更加快捷、精准地计算森林资源资产的价值量，为乌尔旗汉林业局生态功能区森林资源资产进行全面核算奠定基础。

1 基本情况

1.1 地理位置

乌尔旗汉林业局有限公司地处大兴安岭西坡中部，位于内蒙古呼伦贝尔市境内，地跨牙克石市和鄂伦春自治旗。地理坐标为东经121°12′25″～122°50′43″，北纬49°14′04″～49°58′30″，东西长130 km，南北宽84 km。林业局东与诺敏森林经营所接壤，东南、南与北大河林业局毗邻，西与免渡河林业局和牙克石市牧原镇交界，北与库都尔林业局相连。

林业局总面积59 3617 hm2。森林覆盖率为82.44%，林木绿化率为82.88%。

1.2 森林资源

1.2.1 林地资源

乌尔旗汉林业局总面积593 617 hm2，其中：林权证内面积577 017 hm2，占林业局总面积的97.2%，林权证外面积16 600.0 hm2，占林业局总面积的2.8%。

1.2.2 林木资源

林业局总蓄积543 738 58 m3，其中活立木蓄积533 858 69 m3，占总蓄积的98.2 %；枯倒木蓄积987 989 m3，占总蓄积的1.8%。

活立木蓄积中，乔木林蓄积51 097 858m3，占活立木蓄积的95.7%；散生木蓄积2 258 661m3，占活立木蓄积的4.2%；疏林地蓄积29 351 m3，占活立木蓄积的0.1%。

1.2.3 乔木林资源结构

按起源分：天然乔木林面积436 390.0 hm2，占乔木林地面积的90.4%；人工乔木林面积38 194.3 hm2，占乔木林地面积的7.9%；人天混乔木林面积8121.3hm2，占乔木林地面积的1.7%。

按优势树种分：落叶松分布较广，面积338 636.7hm2，占乔木林地面积的70.3%；其次为白桦，面积111 989.8hm2，占乔木林地面积的23.2%；少量分布樟子松、山杨、杨树、柳树、黑桦等。

2 项目研究的内容及分析

2.1 项目研究内容

森林自然度是指地段森林生长发育过程状态与森林（顶级）状态的距离，具体含义包括总蓄积量、蓄积结构、树种组成等与森林顶级状态的近似程度。森林自然度调整系数是评估林分自然度值与参照林分自然度值的比值。它是用来评估林分生态价值的重要参数。目前，国内采用的是等步距法给森林进行自然度赋值，不能精准确定林分的自然度值，从而导致自然度调整系数不能精准计算，这样会导致森林生态系统功能价值评估也不够准确。近年来，森林自然度的相关理论与评估方法的研究，逐渐成为国内外近自然林业理论研究的重点。但因影响森林自然度的因子众多，指标体系引用和确定难以统一，有些体系虽然能够合理确定林分自然度，但需要大量的前期监测，不适合推广应用。主要表现在：缺乏统一的、权威的被广泛认可的指标体系；定性评价的多，定量评价的少；参照系选择难度大。当前，内蒙古大兴安岭林区还没有建立森林自然度指标体系，也就没有不同林分类型的自然度值。本研究的内容主要包括建立适合在内蒙古大兴安岭林区推广的森林自然度指标体系和确定特定小班的森林自然度调整系数，为科学评估内蒙古大兴安岭生态功能区森林生态价值提供基础参数。

2.2 项目研究程序

2.2.1 自然度等级筛选

依据《森林资源规划设计调查技术规程》，以2018 年森林资源档案的森林自然度等级为自变量筛选二类调查小班。

二类调查将天然林按照植被状况与原始顶极群落的差异，或次生群落位于演替中的阶段划分为3 种类型：原始林Ⅰ级、次生林Ⅱ级、残次林Ⅲ级。自然度等级落实在年度森林资源档案上，用以区分不同林分类型与原始林或顶极群落的差异。借鉴国内自然度研究成果，本研究依据二类调查取值范围，将自然度划分为4 个等级，分别为：Ⅰ级原始林状态、Ⅱ级次生林状态、Ⅲ级残次林状态、Ⅳ级人工林状态及疏林状态。

2.2.2 构建自然度评价指标体系[1]

对森林自然度有效评价的前提应该是建立科学、合理的评价指标体系。森林自然度评价指标选取遵循以下原则：

①所选指标应该能够有效区分林分的自然和人为特征；②客观性强，具有说服力，能够得到一致、准确的计算结果；③具有可测性，能够通过已有数据计算得到；④对林分范围的变化有较强的敏感性；⑤便于推广应用。

森林自然度评价是一个困难而复杂的工作，在一些高山陡角和国家一级公益林内还存在部分没有经过人类经营活动干扰及自然干扰的林分，但也很难弄清森林的具体组成情况，因此，选用指标要综合考虑空间尺度上的顶级树种、森林类型、林分活力、物种多样性、受干扰程度等约束类型。本研究按照以上约束类型，通过多次专家咨询、集中探讨，确定10 个评价指标，自然度评价指标体系见表1。

表1 自然度评价指标体系

2.3 结果与分析

2.3.1 样地选择与林分因子选用

为了充分利用现有的森林资源档案资料，便于确定特定林分的森林自然度值，本研究选用森林资源二类调查数据作为森林自然度评价基础，同时搜集其他与研究地区有关的数据和图像资料，并选择样地进行生态因子复查，以森林资源档案从Ⅰ级顶级群落到Ⅳ级人工林划分的4 个自然度等级为框架，在林业局生态功能区范围内，区分不同林场、坡向、坡位、树种、海拔高度、地位级、土壤、可及度等因子，选择有代表性的200 个二类小班为研究对象（见表8指标赋值表），选用2018年森林资源档案记载的土地种类、起源、林型、郁闭度、树种组成、优势树种、林分单蓄、群落结构、下木、地被物、干扰程度、过去经营情况、更新情况因子等，结合生物多样性指数、野生动物多度、动物多样性分级等，对选用小班自然度进行量化打分。

2.3.2 计算指标权重

根据自然度研究的需要，在不同自然度的林分条件下，按照随机抽样的原则抽取了200个样本，每个样本中均有相同的10 个属性，分别是：动物多样性、起源、郁闭度、顶级树种、群落结构、干扰程度、更新等级、林分单蓄、生长状况、Shannon。利用熵值法来确定各指标权重。

（1）选择200个样地作为方案，每个方案中均有10个属性,见表2。

表2 方案属性

（2）求出第j 个属性下的第i 个方案Ai的贡献度，先求出各列的和，然后用每行的数值比上列和，形成新的矩阵。

（3）可利用熵信息的概念确定权重，假设多属性决策矩阵如下：

表示第j个属性下第i个方案Ai的贡献度。

表3 D矩阵

（4）求出所有方案对应属性Xj的贡献总量，将上面生成的矩阵每个元素与ln(元素）的积可以用Ej来表示所有方案对属性Xj的贡献总量：

其中，常数K=1/ln(m)，这样，就能保证0≤Ej≤1，即Ej最大为1。

由式中可以看出，当某个属性下各方案的贡献度趋于一致时，E趋于1；特别是当全相等时，也就可以不考虑该目标的属性在决策中的作用，即此时属性的权重为零。

（5）求出常数K，K为1/ln（方案数），本项目中有个200方案，在求K与新矩阵每一列和的乘积，这样获得的10 个积为所有方案对属性Xj的贡献度。至此求出所有的Ej。

表5 K值与Ej贡献总量

（6）dj为第j 属性下各方案贡献度的一致性程度。Dj=1-Ej，利用上面求得的Ej，可以得到dj。

表6 各方案贡献的一致程度

（7）各属性权重为对应的dj与所有dj和的商。dj的和为0.205 482 232，求得各属性的权重。

表7 各属性的权重

2.3.3 指标赋值[1-2]

本次采用指标定量评价方法，既利用森林资源档案，对森林资源档案的相关指标（指标层）分类型（约束层）归纳、整理，然后依据单项指标差异区间进行赋值，各项指标确定权重后计算综合数值来衡量特定林分的自然度。赋值方法主要参考了《中华人民共和国环境保护标准生物多样性评价标准》、中国林业科学研究院赵中华的博士学位论文《基于林分状态特征的森林自然度评价》、中南林业科技大学臧颢的硕士学位论文《森林自然度的计量模型研究》、杨韬等《山岳型风景名胜自然度评价指标体系的构建》（新浪博客、2016年4月5日）等研究成果，结合林区专家经验划分赋值区间和分数。各项指标以1为基数，负向指标进行正向化处理。详见表8。

表8 指标赋值表

2.3.4 建立参照系

（1）以选定的200 个森林自然度核算样地为样本，以样本内各样地10 个指标赋值为基数，计算各指标权重得分，累加后得到各个样地自然度得分。表达式如下：

式中：

NI——样本森林自然度得分；

n——指标个数；

fi——森林自然度评价指标量得分；

Wi——第i个指标的权重值。

（2）以二类自然度等级划分为基础，在样本内求得4 个自然度等级的平均得分，作为这个自然度等级的参照林分森林自然度值，既NI0。详见表9。

表9 各自然度等级平均得分表

2.3.5 自然度调整系数

根据自然度调整系数计算公式计算评估林分自然度调整系数。公式如下：

式中：K2——森林自然度调整系数；

NIe——评估林分森林自然度值；

NIo——参照林分森林自然度值。

3 结论

森林自然度是反映森林现实状况的一项重要指标，也是进行森林经营、恢复和重建的重要依据。森林自然度调整系数是核算森林资源资产价值的重要参数，在评价现实森林自然度调整系数时，指标选择应当科学、合理，具有代表性、可比性、客观性和敏感性，在评价方法的选择上应当遵循具有可操作性，易于理解和掌握，易于量化，简单实用的原则。通过研究表明，用本土实际的森林自然度值替代等步距划分的森林自然度值，能够更加快捷精准地计算森林资源资产的价值。乌尔旗汉林业局森林自然度指标体系包括：森林类型、树种结构、林分活力、物种多样性、干扰程度等5个约束层类型共设置10 个具体指标，指标选用契合《森林资源档案》《森林资源规划设计调查技术规程》《内蒙古大兴安岭动物调查报告》给出的各项相关因子、技术标准和动物分布概况，计算森林自然度值方便快捷，并且能够计算任一特定林分（二类小班）的自然度值。K2是森林资源资产价值核算的必要参数，此前的森林资源资产价值评估核算，都是引用其他成果文献的数值，与所要评估的林分实际出入较大。

本研究的先进性和实用性体现在：

一是所选择的样本分布在乌尔旗汉15 个生态功能区，区分不同自然度等级、龄组、起源、群落结构、更新等级、优势树种、郁闭度、林分单蓄、干扰程度等，具有本土特色，代表性强。

二是确定自然度评价指标体系。森林自然度评价是一个复杂的过程，单一变量并不能充分描述现有林分与天然林之间的差异，因此，使用的是多个指标的组合而不是单个指标，指标赋值依据科学，计算特定林分森林自然度调整系数方便快捷。

三是评价指标量化。运用主层次分析法赋权重，进行线性组合及归一法处理。

四是计算自然度调整系数。选择参照系，依次进行“分析—降维—因子分析”，确定各主成分对应特征值，通过数学公式和系统软件计算得出不同林分森林自然度调整系数。

森林自然度调整系数研究，主要目的是为了对内蒙古大兴安岭生态功能区森林资源资产进行全面盘查，以货币单位评估森林资源资产总价值，为森林资源资产评估提供技术支撑。