四川省天然乔木林动态变化规律分析

王洪荣, 张文, 刘波, 王纪杰

四川省林业和草原调查规划院，四川 成都 610081

天然林是层次最合理、结构最完整、生物多样性最丰富的陆地上最稳定的生态系统，是我国森林资源的主体，在维护生态平衡，提高环境质量及保护生物多样性等方面发挥着不可替代的作用[1]。其中乔木是森林植被的主体，是衡量天然林生态系统稳定性的重要因素[2]，可作为反映区域生态安全的重要指标，相同年龄下，天然林的生态服务功能强于人工林，占森林生态服务功能的主体地位[3]。

四川省是我国西南林区（云南、贵州、四川、重庆）天然林资源的重要组成部分，其面积和蓄积分别占全国的9.65%、11.75%；占西南林区的36.64%、42.93%[4]。自新中国成立以来，我省天然林资源主要经历了无节制采伐期、控伐恢复期、全面禁伐保护期，但天然林资源在不同的历史时期发生着什么样的变化，天然林的龄组、林种结构是否合理等，无报道。

天然林资源动态变化研究是一大热点，早期可追溯到上世纪90年代，根据研究尺度可归为两方面：一是林分尺度的研究，主要针对林分结构因子、土壤肥力和微生物、林下凋落物等的动态变化；二是区域尺度的研究，即天然林资源的动态变化[5]。其中，区域尺度的天然林资源动态变化研究主要基于森林资源连续清查数据，其优点在于调查数据连续、完整、认可度高[6]。我省自1978年第一次全省森林资源清查以来，已进行了8次森林资源连续清查，数据资料完整可靠，可用于天然林资源的动态变化分析。

本研究以四川省跨度近40年的森林资源连续清查结果为基础，通过对天然林资源面积、蓄积、年龄、林种、森林类型等指标空间分布及其随时间演变的统计分析，摸清天然林变化原因，旨在为我省天然林保护修复工作提供重要参考和科学依据。

1 研究区概况及研究方法

1.1 研究区概况

四川省地处长江上游，是我国重要的生态屏障，地理坐标 97°21′—108°12′E，26°03′—34°19′N，面积 48.6万 hm2，海拔 220~7 556 m，年均降雨量1 000~1 400 mm，土壤有紫色土、黄壤、森林土、草甸土等。全省天然林森林类型丰富多样，可划分为以冷云杉为主的冷云杉类，以马尾松、云南松为主的松类，以柏木为主的柏木类，以杉木、柳杉为主的杉类和以栎类、桦木为主的阔叶类等5大类型。按经营目的可划分为公益林和商品林，其中公益林包括防护林和特用林2类，商品林包括用材林和薪炭林2类。

1.2 研究方法

资源数据来自四川省8次森林资源连续清查（1979年、1988年、1992年、1997年、2002年、2007年、2012年、2017年）成果报告、四川省天保一期实施方案（2000—2010年）、四川省天保二期实施方案（2011—2020年）、四川省林地保护利用规划（2011—2020年）和四川省林地变更调查成果（2017年）[7-18]、四川省退耕还林等相关资料。

通过天然林面积、单位面积蓄积和龄组结构等指标，分析森林资源可持续经营及永续利用的可行性[19]，结合姜孟霞[20]提出的龄组结构和蓄积量比分析四川天然林现状及对策。

数据处理中，对于缺失数据采用各期样地和样本数据及相关参考资料进行计算获得，作为基础数据。所有数据通过整理、清洗、入库等过程建立四川省天然林资源数据库，筛选天然乔木林资源进行分析。采用 SQL Server数据库系统、SAS9.2、OFFICE2016等进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 天然林资源数量

从图1看，近40年间，全省天然乔木林总体呈增长趋势，面积由1979年的766.07万hm2增加到2017年的956.49万hm2，净增24.86%；蓄积由1979年的 122469.30 万 m3增加到 2017 年的 160 652.53万m3，净增31.18%。其中1992—1997年和2012—2017年是面积的快速增长期，分别是近、成、过熟林面积的大幅增加和天然次生中、幼龄林面积增加而致。

图1 四川省1979—2017年天然乔木林面积和蓄积的动态变化Fig.1 Dynamic changes of area and volume of natural forest from 1979 to 2017 in Sichuan province

天然林资源增长趋势在1988年出现节点，即1979—1988年期间，天然乔木林因无限制采伐导致面积、蓄积均呈下降趋势，1988年的面积、蓄积分别比1979年减少1.48%、2.23%；1988—2017年期间，天然林适采资源殆尽，采伐受限，加之天然林保护工程、退耕还林工程、停伐政策等的实施，面积和蓄积处于逐年增加阶段，2017年的面积、蓄积分别比1988年增加26.73%、34.16%。

另外，2012年面积略低于2007年，蓄积增幅较低，这是因为受2008年“5·12汶川地震”的影响而致，经过积极的森林恢复，2017年的面积和蓄积分别比2012年提高了8.90%、5.67%。

从图2看出，天然林面积和蓄积占森林的比例均持续下降，分别从1979年的89.09%和98.76%下降到2017年的71.79%和86.33%。这说明天然林面积和蓄积增幅远低于人工林。

图2 四川省1979—2017年天然乔木林面积和蓄积占森林的比例Fig.2 Area and volume ratio of natural forest on total forest in Sichuan province from 1979 to 2017

仅以面积为例，在不计其他造林任务的前提下，以1999—2017年退耕还林工程人工造林任务来看（见表1），1999—2017年间人工造林面积总增幅是天然林的2.33倍。可见，天然林保护工程区内天然林禁伐和退耕还林工程的实施对增加天然林和人工林资源总量成效显著，但天然林面积增幅低于人工林，下阶段可对重点生态区域的人工林进行近自然驯化，引导其向天然林发展。

表1 四川省 1979—2017 年退耕还林工程造林及天然林增加面积表Tab.1 Increased area of natural forest and artificial forest from the conversion of cropland to forest project

2.2 天然林资源质量

1979—2017 年间，四川省天然林公顷蓄积提高5.0%。其变化可划分3个阶段（见图3），分别以1997年和2012年为界，表现为“降-升-降，总体升高”的趋势。其中，1997—2012年，天然林公顷蓄积直线上升，这是由于天然林保护工程、退耕还林等生态工程的实施，使天然林资源得到休养生息，公顷蓄积达近40年来最高值。1992—1997年和2012—2017年是天然林公顷蓄积的下降阶段，同时也是其面积激增的2个阶段，分析发现，1992—1997年期间，面积增幅最大的集中于近熟林33.81%、成熟林24.23%和过熟林34.24%，说明这期间增加的近、成、过熟林面积都是无节制采伐时剩余的中幼龄林，其林木质量较差，导致单位蓄积量不升反降；2012—2017年期间影响单位蓄积的主要因素是天然幼龄林面积大幅增加，其次是成、过熟林的质量差而致。可见，天然林生产力仍有较大提高空间。

图3 四川省 1979—2017 年天然林公顷蓄积动态变化Fig.3 Dynamic changes of volume per hector from 1979 to 2017 in Sichuan province

2.3 龄组结构变化

由图4(a)、(b)分析发现，1979—2017年期间，除成过熟林的面积、蓄积是随时间增加而增加外，其他龄组均表现为“下降-上升”的总体趋势。其中天然幼龄林和成过熟林的面积、蓄积增加，天然幼龄林面积、蓄积分别增加10.11%和57.46%、成过熟林分别增加81.88%和104.92%；中龄林和近熟林的面积、蓄积下降，中龄林分别下降6.38%和24.53%、近熟林分别下降9.95%和40.69%。从天然林资源质量看，1979—2017年期间，幼龄林公顷蓄积增加43.59%、成过熟林增加12.80%、中龄林降低19.29%、近熟林降低33.97%。

图4 a 四川省1979—2017年各龄组面积随时间的动态变化(a)Fig.4a Dynamic changes of different age groups’ area with time from 1979 to 2017 in Sichuan province (a)

图4 b 四川省1979—2017年各龄组蓄积随时间的动态变化(b)Fig.4b Dynamic changes of different age groups’ volume with time from 1979 to 2017 in Sichuan province (b)

天然幼龄林及成过熟林数量和质量提升的主要源于1988年以来天然林控伐恢复及1998年以来天保工程、退耕还林工程等生态工程的实施，且中龄林向成过熟林的演替过程较顺畅；而中龄林和近熟林数量和质量的下降主要因为前期无节制采伐导致，其中中龄林下降的最低值在1988年、近熟林在1992年，次要原因是中龄林向近熟林演替及幼龄林向中龄林演替的过程均欠顺畅。

另外，从各龄组面积、蓄积占比来看，幼、中、近熟林面积、蓄积占比总体呈减小趋势，成过熟林呈增加趋势，中龄林和近熟林占比减小幅度较大，成、过熟林占比增加幅度较大且远离合理比例。可见，在禁伐与保护的措施实施下，以原始林为主的成过熟林自然恢复能力较强，但龄组结构欠合理，近熟林比例过低、成过熟林比例过高，如不加干涉，自然更新将可能会出现障碍（见表2）。

表2 四川省 1979—2017 年各龄组在各年度的占比表Tab.2 Area and volume ratio of different age groups in each year from 1979 to 2017 in Sichuan province

2.4 林种结构变化

从图5(a)、(b)看出，近40年间，天然防护林、特用林和薪炭林面积、蓄积呈增加趋势，用材林面积、蓄积总体呈减少趋势，公益林和商品林面积、蓄积分别从3:7和1:9演变为8:2、9:1的比例。其中防护林和特用林面积、蓄积总体呈上升趋势，自1979年至2017年分别增加了1.97倍和8.66倍；特用林的面积、蓄积分别增加19.01倍和27.48倍，防护林和特用林面积合计占天然乔木林面积的80.67%。天然商品林中，用材林面积、蓄积自1979年至2017年分别下降67.52%和81.71%，1998年以后，62.43%的用材林调整为防护林或特用林；薪炭林面积、蓄积略有增加，但中面积占比不足0.55%、蓄积占比不足0.3%，用材林和薪炭林面积合计占天然乔木林面积的19.33%。

图5 a 四川省 1979—2017 年天然林种面积和蓄积数量动态变化(a)Fig.5a Volume dynamic changes of different components in natural forest from 1979 to 2017 in Sichuan province (a)

可见，随着天然林保护工程的实施，公益林和商品林之间的比例、林种结构都在不断优化，这是因为天然林保护工程实施后，对天然林的经营方式逐步从木材利用转变为生态保护，符合四川省的生态区位特点。

2.5 森林类型变化

从图6(a)、(b)看出，近40年间，冷云杉和松类呈“降-升-降-升”趋势，柏木和阔叶类呈持续上升趋势，杉类呈总体下降趋势，到2017年下降幅度达91.02%。其中冷云杉、松类、杉类的最低值都出现在1988年，表明在无节制采伐天然林的年代，冷云杉、松类、杉类是主要采伐树种，与1979年比，面积分别减少8.21%、51.09%、92.56%；蓄积量分别减少7.61%、53.29%、91.89%。此后，随着采伐强度逐步降低及天然林保护工程的实施，到2017年，柏木类和阔叶林分别比1979年增加了87.41万hm2、386.20 万 hm2。

图6 b 四川省 1979—2017 年天然林不同森林类型的蓄积量动态变化(b)Fig.6b Volume dynamic changes of different forest types from 1979 to 2017 in Sichuan province (b)

图6 a 四川省 1979—2017 年天然林不同森林类型的面积动态变化(a)Fig.6a Area dynamic changes of different forest types from 1979 to 2017 in Sichuan province (a)

从各优势树种组占比来分析，冷云杉类、松类、柏木类、杉类、阔叶类的面积、蓄积比例分别由1979年的38∶45∶0∶17∶0.2 和69∶26∶0∶5∶0演变为2017年的30∶19∶9∶1∶41和52∶15∶5∶0.6∶28，针叶林、阔叶林结构不断优化，虽仍以冷云杉为主的针叶树种为主，但阔叶类树种正逐渐增加，针:阔的面积比从10∶0演替到6∶4，符合合理林分结构要求[20]，体现了四川省天然林资源保护的成效。

3 结论与讨论

3.1 继续保护

全省天然乔木林资源自1979年以来，经历了无节制采伐的资源损失期、1984年开始的控伐恢复期、1998年开始的全面禁伐保护期，期间经历了2008年“5·12汶川地震”带来的资源损害期，天然林资源变化规律基本与各时期吻合。2017年的天然林面积、蓄积分别比1979年净增24.86%、31.18%。自1998年实施天然林保护工程以来，全省天然乔木林面积增加了10%，蓄积增加了20%。因此，保护的重要性不言而喻，我省的天然林资源需继续加大保护力度。

3.2 提高质量

近40年来，前期无节制采伐后剩余的质量较差的天然林在后期逐步演化为近、成、过熟林，使其面积、蓄积增加，但单位面积蓄积反而较低，同时幼龄林和中龄林分别向中龄林和近熟林的演变相对较迟缓，亟须采取措施，提高林分质量。另外，2017年的天然林单位面积蓄积虽高出全国平均水平的50%以上，但与世界林业发达国家相比仍有较大差距。因此，我省的天然林生产力仍有较大增长空间，有必要采取措施提高天然林质量。

3.3 优化结构

根据姜梦霞[20]的研究成果，合理的林分结构指标是：天然林∶人工林面积=7∶3；幼、中、近、成过熟林面积各占1/4，蓄积比0.5∶1.5∶3∶5；针叶林与阔叶林的比例4∶6~6∶4。四川省自1979—2017年以来，随着社会经济的发展，天然林与人工林的面积占比从1979年的9∶1优化到2002年的8∶2再到2017年以来的7∶3；幼、中、近、成过熟林面积比 0.15∶0.23∶0.14∶0.48，蓄积比 0.5∶1.5∶1.2∶6.8；针∶阔=6∶4。其中龄组结构不合理，尤其是近熟林的面积、蓄积均有待提高。

因此，我省应继续加大力度保护天然林资源，提高天然林质量，注重天然幼、中林抚育，加快中幼林向近熟林演变进度，优化天然乔木林林分结构，提高天然林生态系统自我修复能力，筑牢长江上游天然林生态屏障。