天津市生态防护林林分质量调查与评价

张沁雨

(天津市测绘院有限公司，天津 西青 300381)

随着生态文明建设的大力发展，森林的重要性逐渐凸显，加大森林培育，提高森林的整体质量，可以实现森林多功能和效益的最大化，满足人类的生态需求，促进经济和社会的发展[1]。天津市地处平原地区，森林资源较贫瘠，除蓟州北部山区有少量天然林外，多以人工林为主。随着城市的发展，目前也较难新增造林地，这就更应该注重提高已有森林的林分质量，加强现有森林资源的生态经济效益产出[2]。

构建科学的森林质量评价指标是衡量森林质量优劣的基础，由于人们关注的森林价值或功能不同，森林质量评价指标体系也不尽相同[3]。例如国家尺度涉及的指标有不同用途的森林面积、生产能力、受损森林面积、可持续经营森林面积、与森林相关的社会经济状况、时间变化等[4]。县级尺度的森林资源质量评价指标体系则涵盖了森林生产力、森林结构、森林健康、生态服务效能、经济服务效能和社会文化服务效能6方面共22个指标[5]。但这些评价指标体系涉及范围太广，所需资料复杂繁多，对于林分质量提升的精准性不够。此次研究主要是为提取森林资源中的过熟退化林、老化林或质量较差的低效林，因此建立的森林质量评价指标体系应更能直接反映小班林分质量优劣。参考Feng等提出的数量、结构、生产力和健康等方面的森林资源质量指标[6]，此次评价指标选择了森林分布、森林结构和森林健康3方面。

生态防护林对维护和改善生态环境具有十分重要的作用，护路林和护岸林作为生态防护林建设工程的重要组成部分，是天津市的绿色保护屏障。但针对有些防护林带出现的因立地条件差、病虫害、气候灾害等因素造成林木保存率过低现象，或是杨树出现的树势衰老现象，亟需在“十四五”期间进行更新改造，提档升级。本文对天津市高速公路(以下简称高速)、高铁、一级河道两侧100～150 m绿色廊道范围进行森林小班质量等级评价：首先，通过以往林业验收资料与内业相结合的方法，选择绿色廊道待评价森林小班库中林相呈现较差的典型森林小班进行外业调查；然后，根据调查结果对评价指标依次进行评分，并按层次权重分析法汇总小班各评价指标的分数，得到典型森林小班的质量等级；最后，将结果反推至剩余森林小班，由此获得天津市绿色廊道内全部待评价森林小班的林分质量情况。

1 研究区概况

天津市地处华北平原海河五大支流汇流处，东临渤海，北靠燕山，有“河海要冲”和“畿辅门户”之称。目前天津市已完成绿化国、省道及铁路1 558 km，营造护岸林6 867 hm2，包括京沪高铁、京津城际等高铁，京沪高速、京哈高速、津宁高速等高速公路，以及子牙河、北运河、永定河、独流减河等河道两侧100 m范围，是天津市重要的绿色廊道。此次待评价绿色廊道森林小班包括天津市30条高速、高铁和9条一级河道两侧100～150 m范围内的全部林分段，具体分布如图1所示。

图1 天津市绿色廊道森林小班分布Fig.1 Distribution of forest subcompartments of green corridor in Tianjin

2 研究方法

2.1 林分质量调查

2.1.1调查范围与指标

此次是针对林分质量进行的专题调查，调查范围为天津市高速、高铁、一级河道两侧100～150 m范围。

调查指标涵盖森林分布、森林结构和森林健康3个方面。森林分布包括能体现林带或片林连续性分布的林带连续率；森林结构包括林层结构和树种结构(此次调查范围内的小班均为阔叶林，树种组成类别可分为阔叶纯林和阔叶混交林)；森林健康包括森林灾害和林木保存，其中森林灾害表现在森林病虫害和气候灾害，病虫害主要体现在林木枯梢、树干蛀虫、树叶发黄褪色或非正常脱落，气候灾害则主要体现在因风折(倒)等因素导致的林木倾倒，林木保存能通过林木存活直观反映小班森林质量的好坏。

具体的调查指标包括林带连续率、优势树种、林层结构、树种结构、优势树种样木胸径、调查总株数、受病虫害株数、林木倾倒株数、枯死木株数等。

2.1.2调查方法

本次调查采用“内-外-内”相结合的办法，即先通过以往林业验收资料与天津市0.2 m航片影像相结合的方法，选取待评价绿色廊道森林小班库中呈现林相残败或过熟景象的一定比例的典型小班，然后有针对性地进行外业调查并评价。最后，通过基于影像特征的内业判读，将典型小班的等级评价反推至全部绿色廊道森林小班。具体调查方法如下：

1)森林分布

通过内业航片估测法调查小班内林木连续缺失面积，如出现斑块状或群团状林木死亡形成的林中空地，或是多株、带(条)状林木死亡，均表现为林木连续缺失，视为间断斑块。当间断斑块面积占林地小班面积≥10%时，即视为断带。通过统计小班内间断斑块总面积占比，推算林带连续率。

2)森林结构

对于定性指标如优势树种、林层结构和树种结构，由有经验的林业外业人员采用肉眼直接进行判断。

3)森林健康

对于定量指标如优势树种样木胸径、受病虫害株数、林木倾倒株数和枯死木株数，采用标准路线调查，即根据小班面积大小，选择相应数量具有代表性的林分地段，通过连续Z型路线调查每株样木胸径、受灾或枯死情况。调查总株数、选择的林分地段数与小班面积的关系见表1。

表1 调查总株数和调查林分地段数量Tab.1 Number of investigated trees and forest sites

病虫害率：调查林分地段内出现如枯梢1/3以上、树干发黑、树叶发黄褪色或非正常脱落等病腐生理衰老特征明显现象的立木株数。通过累加每个林分地段内调查总株数、受病虫害立木株数，推算小班病虫害率。

林木倾倒率：调查林分地段内因受风折、雪压、干旱等气候灾害导致倾倒程度超过30°的活立木株数。通过累加每个林分地段内调查总株数、倾倒株数，推算小班的林木倾倒率。

林木保存率：调查林分地段内枯死木株数。通过累加每个林分地段内调查总株数、枯死木株数，推算林木保存率。

2.2 林分质量评价

2.2.1评价指标

从调查指标中选取能体现林分质量优劣的指标作为评价指标，包括林带连续率、林层结构、树种结构、病虫害率、林木倾倒率和林木保存率。

2.2.2评价方法

根据评价指标采用层次权重分析法对小班进行等级评价，即对各评价指标赋予相应权重后加权计算分值(十分制)，根据得分将小班林木质量划分为好(8分以上)、较好(6～8分)、较差(4～6分)、差(4分以下)4个等级。各因子指标的权重赋值见表2。

表2 评价因子指标与权重Tab.2 Evaluation factor index and weight

由于天津市的主要种植树种速生杨成熟较快，需及时采伐更新，因此对于优势树种为杨树的森林小班，还需统计其平均胸径，然后分两种情况进行评价：(1)当平均胸径为25 cm左右时，该小班内的杨树达到成熟，需砍伐更新，无需再考虑其他评价指标，总分直接定为0分，判定为差等级；(2)当平均胸径未达到25 cm时，与其他一般小班的评价方法一致。

对于林层结构和树种结构的等级判定，直接分2种情况判定0分或10分。由于复层林结构更为稳定，混交林能有效提高森林防护效能、抗病虫害能力和稳定性，因此林层结构为复层林时等级分值为10分，树种组成类别为混交林时等级分值为10分。对于林带连续率、病虫害率、林木倾倒率和林木保存率的等级判定，需根据数值所在区间定级定分。具体指标的权重、判别等级和等级分值见表3。

按照铅锌矿的充填集料应用工艺落实效果分析，将其整体的充填集料应用进行了优化设计，整个优化设计中，将-3cm尾矿砂，冶炼水淬渣作为整个集料充填中的材料应用，并且按照对应的充填集料控制需求，将整体充填工艺应用中的材料控制做出了优化，借助这种充填材料的优化控制，能够将整体矿产充填开采工艺实施好，对于保障该矿产的开采能力提升具有重要性保障意义。结合具体的矿产充填工艺开采现状，将对应的充填集料中的材料应用膏体性能进行了分析，对应的材料性能分析如表1所示：

表3 评价指标评分规则Tab.3 Evaluation index scoring rules

根据林分质量各评价指标的权重，计算各小班的最终得分(G)。

G=∑W(ki)×G(ki)

(1)

式中：W(ki)为指标i的权重值;G(ki)为指标i的等级分值。

因选择的调查小班分布较均匀，则可将经过等级评价的调查小班作为训练样本，然后基于0.2 m航片影像，通过判读各森林小班呈现在影像上的特征来确定小班等级，最后得到天津市绿色廊道全部森林小班的评价等级。

3 结果与评价

3.1 调查结果

天津全市绿色廊道森林小班总面积有32 144.08 hm2，此次调查共挑选了1 337个典型森林小班进行外业调查，除去调查失败(外界因素无法进入，或调查因子填写不合理等)的小班，合格小班共1 268个，调查总面积2 764.52 hm2，占全市待评价森林小班面积的8.60%。各区待评价森林小班总面积、调查小班总面积、调查比例及调查小班个数见表4。

表4 各区绿色廊道森林小班调查情况Tab.4 Investigation of forest subcompartments of green corridor in each district

武清区内的京沪高速、京津高速、京津塘高速、城际高铁等多条高速高铁道路是连接京津的重要枢纽，高速两侧绿化丰富，因此外业调查的小班数量最多，面积最大；蓟州区以津蓟高速为主，绿化带在影像上呈现特征类似，考虑到山区高速两侧外业工作的可操作性较复杂，所选外业调查小班面积最小；津南区是天津市双城绿色生态屏障的重要组成区，绿色生态屏障连通了天津市七里海—大黄堡和团泊洼水库—北大港书库两片南北生态地区，是天津市及京津冀生态系统的重要组成部分，考虑到区位重要性，因此调查比例最大。

对小班调查结果按林带连续率、树种组成类别、林层结构、林木保存率、林木受病虫害率和林木倾倒率等评价指标判定等级，其中单独提取杨树过熟的调查小班，直接判定为差等级。调查小班在不同评价指标下的小班个数和小班面积见表5。

表5 具体调查小班数及面积Tab.5 Number and area of investigated subcompartments

从调查结果来看，复层林、混交林的占比略高于单层林、纯林；受病虫害和气象灾害影响的森林小班较少，但林木保存较差，达标的森林小班面积占比只有55.76%，这可能与栽种的树种、天津市盐碱土土质有关，树木较难存活，另外也与内业挑选外业调查小班时着重挑选了一些林相残败、长势较差的小班有一定关系。

3.2 评价结果

先根据评价方法对调查小班进行总体等级评价，再根据小班在航片影像上呈现特征不同(图2)，将结果反推至全部森林小班，获得天津市绿色廊道的评价结果。

3.2.1调查小班评价结果

对调查小班结果按林带连续率、树种组成类别、林层结构、林木保存率、林木受病虫害率和林木倾倒率等评价指标的权重进行综合评分定级。林分质量等级为“好”的小班面积为1 306.47 hm2，等级为“较好”的小班面积为668.62 hm2，等级为“较差”的小班面积为186.89 hm2，等级为“差”的小班面积为602.53 hm2，分布情况见图3。各区调查小班评价结果具体情况见图4。

图2 典型调查小班影像特征Fig.2 Image feature of typical investigation subcompartments

图3 调查小班等级评价结果分布Fig.3 Distribution of grade evaluation results of investigated subcompartments

从调查小班的等级评价结果可以看出，不管是占本区总调查面积的比例还是与其他区相比，宝坻区等级为“差”的森林小班面积占比均最高，津南区等级为“差”的比例最低，且宝坻区等级为“差”的森林小班主要集中在津蓟高速两侧绿化带。

图4 各区调查小班等级评价结果Fig.4 Evaluation results of investigated subcompartments grade in each district

3.2.2绿色廊道评价结果

天津市绿色廊道全部森林小班林分质量等级为“好”的小班面积为24 173.66 hm2、为“较好”的小班面积为2 567.47 hm2、为“较差”的小班面积为861.03 hm2、为“差”的小班面积为4 541.91 hm2，分布情况见图5，评价结果分区具体情况见图6。

与调查小班等级评价比例分布类似，全市绿色廊道森林小班等级中，依然是宝坻区等级为“差”的森林小班面积比例最高，津南区等级为“差”的比例最低。等级为“较差”和“差”的小班需要进行提升改造，各区这两个等级小班总面积及占比具体情况见表6。

宝坻区和武清区待提升改造小班面积最大，合起来超过了全部待提升改造小班面积的1/2，是生态防护林需重点提升的区域。

4 分析与建议

通过此次调查分析，基本掌握了天津市绿色廊道内生态防护林的林分质量情况。从分布比例可以看出，宝坻区、武清区、蓟州区需提升改造的小班面积较大，一方面是因为津蓟高速、塘承高速、京哈高速、京沪高速和京沪高铁等主干道路两侧绿化带丰富，过熟杨树较多，另一方面也存在林木保存较差的情况，因此在“十四五”期间需重点对这些道路两侧绿化带进行提升改造；另外，由于杨树种植较多而导致的杨絮纷飞等现象也会污染环境，可适当考虑其他乡土树种。津南区、东丽区和滨海新区需提升改造小班面积较小，这与2018年启动的绿色生态屏障建设项目息息相关：津南区和东丽区作为绿色生态屏障的主要区域，在政府的引导下高度重视造林绿化，及时对林分质量较差的小班进行提升改造，因此林分质量较高。另外，单从林木保存指标来看，宁河区的唐廊高速、静海区的独流减河和北辰区的永定河两侧林木保存较差，需充分考虑树种、土壤、气候等原因进行林分质量提升；单从林木受病虫害情况来看，北辰区的滨保高速、京津塘高速，西青区的荣乌高速两侧有部分森林小班有受病虫害影响，可重点考察提升。

图5 绿色廊道林分等级评价结果分布Fig.5 Evaluation results distribution of stand grades of green corridor

图6 各区森林小班等级评价结果Fig.6 Evaluation results of forest subcompartments grade in each district

表6 天津市绿色廊道待提升改造小班面积及占比Tab.6 Subcompartments area and proportion of green corridor to be improved in Tianjin

此次调查不仅能为天津市“十四五”期间生态防护林的提升改造提供数据支撑，也探究了针对高速、高铁和河道两侧生态防护林林分质量评价的方法和指标，可以为将来生态防护林质量的监测提供参考。