全 文 ：林业科学研究 2009, 22 (3) : 343～348
Forest Research
文章编号 : 100121498 (2009) 0320343206
天然林林分经营迫切性评价方法及其应用 3
孙培琦 1 , 赵中华 23 3 , 惠刚盈 2 , 徐 海 3 ,
姜彰标 4 , 陈瑞生 4 , 柳新红 2
(1. 吉林省蛟河林业实验区管理局 ,吉林 蛟河 132517; 2. 中国林业科学研究院林业研究所 ,
国家林业局林木培育重点实验室 ,北京 100091; 3. 贵州省林业调查规划院 ,贵州 贵阳 550003;
4. 贵州省黎平县林业局 ,贵州 黎平 557300)
摘要 :运用系统结构决定功能的原理 ,以培育健康稳定的森林为目标 ,从林分的空间结构和非空间结构特征 2个方
面选择了 8个指标 ,提出了林分经营的迫切性指数 (M u)的概念、评价方法及评价标准 ,并应用于贵州黎平 2个阔叶
混交林和 2个针阔混交林分的评价 ,结果表明 : 4个林分的经营迫切性不同 , 2008年初的低温雨雪冰冻灾害对 4个
研究林分 (样地 A、B、C和 D)的林木个体破坏严重 ,常绿阔叶混交林 (样地 A和 B)的树种组成、针阔混交林 (样地 C
和 D)的林木分布格局、成层性以及直径分布等不合理 ;此外 ,样地 B的树种多样性和样地 C的顶极树种优势度较
低 , 4个林分都需要从提高林木个体的健康水平制定相应的经营措施 ,常绿阔叶混交林还需要调整树种组成 ,提高
树种多样性 ;针阔混交林则还需要调整林木分布格局、直径分布及成层性 ,优化空间配置。
关键词 :天然林 ;经营迫切性指数 ;结构指标 ;评价标准
中图分类号 : S75 文献标识码 : A
收稿日期 : 2008211228
基金项目 : “十一五”林业科技支撑课题 (2006BAD03A100621)
作者简介 : 孙培琦 (1954—) ,男 ,山东诸城人 ,高级工程师 ,主要从事森林经营管理工作.3 参加野外调查还有黎平县林业局的吴治邦、蒋亚军、石怀昌等同志 ,在此一并致谢 !3 3 通讯作者.
The Eva lua tion M ethod of Na tura l Forest Stand M anagem en t
Urgency and Its Applica tion
SUN Pei2qi1 , ZHAO Zhong2hua23 3 , HU I Gang2ying2 , XU Hai3 ,
J IANG Zhang2biao4 , CHEN Rui2sheng4 , L IU X in2hong2
(1. The Bureau for Adm inistration J iaohe Forestry Experimental A rea, J iaohe 132517, J ilin, China; 2. Research Institute of Forestry, CAF;
Key Laboratory of Tree B reeding and Cultivation, State Forestry Adm inistration, Beijing 100091, China;
3. Guizhou Forestry Survey and Planning Institute, Guiyang 550003, Guizhou, China;
4. Forestry Bureau of L ip ing County, L ip ing 557300, Guizhou, China)
Abstract:Based on the basic p rincip le of“The structure of system s determ ines its function”and taking stable and
health forest as management goal, the paper put forward stand management urgency evaluation index (M u) and its
evaluation method and standard based on 8 stand structure indicators. The evaluation method was app lied in 2
broadleaved m ixed forest ( stand A and B ) and 2 m ixed forest ( stand C and D ) in L ip ing, Guizhou p rovince, the
resulted show that the management urgency of 4 stands was different. The low temperature sleet to freeze disaster
heavily damaged the stem s of the 4 stands, the tree species composition of 2 broadleaved m ixed forest, the pattern of
horizontal distribution, forest layer and diameter distribution of 2 m ixed forest were unreasonable respectively, the
林 业 科 学 研 究 第 22卷
tree species diversity of stand B and the climax tree species dom inant of stand C were lower, all of the 4 stands need
to work out measures in imp roving the trees health level, the 2 broadleaved m ixed forest need to adjust tree species
composition and imp rove tree species diversity, the 2 m ixed forest need to op tim ize spatial configuration by adjusting
the trees distribution pattern, diameter distribution and layered p roperty.
Key words: natural forest; management urgency index; structure index; evaluation standard
森林经营的目的在于使经营对象更加合乎经营
目标 ,而经营目标取决于社会经济发展水平、生产和
生活对森林效益的需求。森林可持续经营已成为森
林经营管理追求的目标 [ 1 - 3 ]。以木材生产为中心的
方法只强调森林的生产功能而忽视了森林的其它效
益 ,森林经营更多地是通过林分生长量、林木分化程
度、林分外貌特征及密度管理图来确定经营方
向 [ 4 - 7 ] ,很少把系统结构作为目标 [ 8 - 9 ]。惠刚盈
等 [ 10 ]提出林分经营迫切性概念并给出了从林分空
间结构特征和非空间结构 2个方面构建林分经营迫
切性框架。本文试图进一步探究林分经营迫切性的
量化方法 ,以期为培育健康稳定的森林和天然林经
营决策及经营方案编制提供借鉴。
1 林分经营迫切性评价方法
1. 1 评价指标
本研究从森林的空间结构和非空间结构 2个方
面选择 7个指标来评价林分经营迫切性 ,如图 1
所示。
图 1 经营迫切性评价指标
1. 2 评价标准
众多研究表明 ,处于演替顶极的群落水平分布
格局为随机分布 [ 11 - 13 ]。显然 ,林木分布格局的随机
性将成为判断林分是否需要经营的一个尺度。本研
究以林分的平均角尺度是否落在 [ 0. 475, 0. 517 ]为
评判标准 [ 10, 14 ]。
林分的平均混交度反映林分内树种的隔离程
度 [ 16 ] ,运用修正的林分混交度不仅可以反映林分的
树种隔离程度 ,也可以反映树种多样性 [ 10, 15 ] ,其表
达式为 :M ′= 15N ∑ M i n′i (1)
式 (1)中 : N 表示所调查的林木株数 ; M i表示第
i株树的混交度 ; n′i 表示第 i株树所处的结构单元
中树种个数。M ′的值在 [ 0, 1 ]之间 ,越大表明林分
混交度、树种多样性越高。
一般而言 ,树种隔离程度越高 ,树种多样性越
高 ,林分越稳定 ,本研究以 M ′作为评价林分树种多
样性的指标 ,并以 M ′= 0. 5作为林分是否需要进行 经营的评判标准 ,即当 M ′大于 0. 5时 ,森林不需要经营。大小比数反映林木个体的大小分化程度 ,将大小比数与相对显著度相结合 ,依树种统计可分析林分内树种的优势程度 [ 10, 15 ] ,可用下式来表达 :D sp = Dg (1 - U— sp ) (2)式 (2)中 : D sp为树种优势度 ; Dg为相对显著度 ;U sp 为树种大小比数 ,其中 ,相对显著度以林分中该树种 (组 )的断面积占全部树种的断面积的比例表示。树种优势度的值在 0～1之间。接近 1表示非常优势 ,接近 0表示几乎没有优势。本研究以林分中顶极树种 (组 )或乡土树种的优势度是否大于 0. 5作为林分是否进行经营的评判标准 ,大于 0. 5不需要经营 ,否则需要经营。垂直结构用林层数来表达。林层数的定义为由参照树及其最近相邻 4株树所组成的结构单元中 ,该 5株树按树高可分层次的数目 [ 10 ]。本研究以林分的平均林层数 ≥2作为评判标准 ,即林分是否为
443
第 3期 孙培琦等 :天然林林分经营迫切性评价方法及其应用
复层林 ,当林层数 ≥2时 ,不需要经营。
大多数天然林直径分布为倒“J”型 ,即株数按径
级依常量 q值递减 ,所以 ,理想的直径分布应该保持
这种统计特性 , L iocourt认为 , q值一般在 1. 2～1. 5
之间 ,也有研究认为 , q值在 1. 3～1. 7之间 [ 9, 17 - 20 ] ,
这里把 q值是否落在 1. 2～1. 7之间作为林分是否
需要经营的评价标准 ,即当 q值没有落在该区间内
则林分需要经营。
树种组成是森林的重要林学特征之一 [ 21 ] ,林分
树种组成用树种组成系数表达 ,即各树种的蓄积量
(或断面积 )占林分总蓄积量 (或断面积 )的比重 ,用
十分法表示 [ 22 ] ;当组成系数表达式中够 1成的项数
大于或等于 3项时则不需要经营 ,否则 ,需要经营。
森林更新是一个重要的生态学过程 ,一直是生
态系统研究中的主要领域之一 [ 23 - 24 ]。森林更新状
况的好坏是关系到森林可持续发展与生态系统稳定
的一个关键因素 ,同时也是衡量一种森林经营方式
好坏的重要标志之一。国家林业局资源司在《森林
资源连续清查技术规定 》中根据幼树幼苗的数量将
天然更新分为良好 (幼苗数 (株 ) > 4 000 )、中等
(2 000 <幼苗数 (株 ) < 4 000)和不良 (幼苗数 (株 )
< 2 000) 3个等级。本研究将林下更新是否达到了
中等或中等以上作为评价标准 ,即当天然更新为中
等或良好时 ,不需要经营 ,否则 ,需要经营。
林分内林木的健康状况主要是通过林木体态表
现特征如虫害、病腐、断梢、弯曲等来识别 ,本研究以
不健康的林木株数比例超过 10%为评价标准 ,即当
不健康林木株数比例超过 10%时需要对林分进行
经营 ,否则不需要经营。
表 1为林分经营迫切性评价森林空间结构和非
空间结构指标的取值标准。
表 1 评价标准
指标 林分平均角尺度 顶极树种优势度 树种多样性 成层性 直径分布 树种组成 天然更新 健康林木比例
取值标准 W ∈[ 0. 475, 0. 517 ] ≥0. 5 ≥0. 5 林层数≥2 q ∈[ 1. 2, 1. 7 ] 组成系数≥3项 更新等级≥中等 ≥90%
1. 3 评价指数
以上给出了针对结构的某一方面进行调整的标
准 ,而对林分整体的经营则需要综合考虑 ,为此 ,特
提出了林分经营迫切性指数 ( M u ) ,该指数被定义
为考察林分结构因子中不满足判别标准的因子占所
有考察因子的比例 ,其表达式为 :
M u =
1
n ∑
n
i =1
S i (3)
式 (3)中 : M u 为经营迫切性指数 ,它的取值介于 0
到 1之间 ; S i 为第 i个林分结构指标的取值 ,其值取决
于各因子的实际值与取值标准间的关系 ,当林分结构
指标实际值不满足于标准取值 ,其值为 1,否则为 0。
经营迫切性指数量化了林分经营的迫切性 ,其
值越接近于 1,说明林分需要经营的迫切性越强 ,可
以将林分经营迫切性划分为 5个等级 (表 2)。
表 2 林分经营迫切性等级划分
迫切性等级 迫切性描述 迫切性指数值
Ⅰ (不迫切 ) 结构因子均满足取值标准 ,为健康稳定的森林。 0. 0
Ⅱ (一般性迫切 ) 结构因子大多数符合取值标准 ,只有 1个因子需要调整 ,结构基本符合健康稳定森林的特征。 0. 0～0. 2
Ⅲ (比较迫切 ) 有 2～3个结构因子不符合取值标准 ,需要调整林分结构。 0. 2～0. 4
Ⅳ (十分迫切 ) 超过一半以上的结构因子不符合取值标准 ,急需要通过经营来调整林分结构。 0. 4～0. 6
Ⅴ (特别迫切 ) 林分大多数的结构特征因子都不符合取值标准 ,林分远离健康稳定森林的结构特征。 ≥0. 6
2 林分经营迫切性评价方法应用实例
2. 1 研究林分的概况及调查方法
研究林分位于贵州省黎平县境内 ( 108°37′～
109°31′E, 25°17′～26°44′N ) ,属于亚热带湿润常绿
阔叶林区 ,年平均气温 15. 6 ℃,极端最高气温 35
℃,极端最低气温 - 7. 5 ℃,年平均降水量 1 330
mm ,年平均日照时数 1 317. 9 h,无霜期 282 d,夏无
酷暑 ,冬无严寒。区内的地带性土壤为山地黄棕壤 ,
黄壤和红壤为主 ,富铝化作用明显 ,土壤呈微酸至酸
性。pH值 4. 0～6. 8。原生型的森林多以壳斗科栲
属、栎属、柯属常绿树木为建群种 ,木兰科、樟科、山
茶科树木为主要成分 [ 25 ]。
2008年 4月 ,在高屯镇原生性常绿阔叶混交林
中设立了 2个 50 m ×60 m的长方形样地 (样地 A和
样地 B ) ,在德凤镇次生性天然针阔混交林中设立了
1个 50 m ×60 m 的长方形样地 (样地 C)和 1个
50 m ×50 m的方形样地 (样地 D )。调查样地的坡
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林 业 科 学 研 究 第 22卷
度、林分、郁闭度、平均高、树种、直径 ,林下更新及其
结构参数。以样地内的所有直径大于 5 cm的树木
为参照树 ,进行每木检尺 ,以激光判角器作为辅助设
备 ,调查每个结构单元中的树种名、树种数、角尺度、
混交度和大小比数等结构指标 ;随机选取一部分林
木 ,用激光测高仪测定林分的平均高 ;在样地 4个顶
点及中心设置 10 m ×10 m的小样方 5个 ,调查更新
乔木树种的种类、高度、生长状况和更新株数等。
2. 2 研究林分的结构特征
各样地的林分概况见表 3,各林分类型的主要
树种组成及优势树种的特征见表 4。高屯镇研究林
分为经过轻微干扰并有所恢复的原生性阔叶混交林
(样地 A、样地 B ) ,青冈栎为林分的主要组成树种 ,
为当地典型的原生性青冈栎林 ;德凤镇研究林分为
次生性针阔混交林 (样地 C和样地 D ) ,样地 C的组
成树种较多 ,马尾松、杉木、西南樱桃、黔桂润楠、枫
香等树种株数相对较多 ;样地 D的树种组成以马尾
松和麻栎为优势树种 ,其它主要伴生树种有杨梅、锥
栗、西南樱桃等 ;表 4为各林分类型的主要树种组成
及优势树种的特征。
表 3 林分因子基本特征
样地 林分类型 树种数 /棵 坡度 / (°) 坡向 海拔 /m 郁闭度 密度 /(株·hm - 2 )
断面积 /
(m2 ·hm - 2 )
林分平均
直径 / cm
林分平均高 /
m
A 阔阔混交 20 13 东北坡 640 0. 73 683 25. 9 22 13. 7
B 阔阔混交 13 12 东北坡 640 0. 74 747 30. 6 22. 8 13. 1
C 针阔混交 32 31. 7 西北坡 620 0. 76 947 8. 4 10. 6 7. 6
D 针阔混交 24 28 北坡 640 0. 72 964 11. 2 12. 2 8. 2
表 4 不同林分类型主要树种组成
样地 树种组成 优势树种 株数比例 /%
断面积
比例 /%
A
青冈栎 (Cyclobalanopsis g lauca ( Thanb. ) Oerted. )、枫香 (L iquidam bar form osana Hance)、冬青 ( Ilex
m icrococca Maxim. )、香樟 ( Cinnam om um cam phora ( L. ) Presl)、漆树 ( Toxicodendron verniciflum
( Stokes) F. A. Berkley)、柃木 ( E. trichocarpa Korthals. )、桂花、西南樱桃 ( Cerasus duclouxii ( Koe2
hne) Yüet L i)、杉木 (Cunningham ia tanceotata (Lamb. ) Hook)、泡桐 ( Paulouwnia fortunei ( Seem. )
Hem sl)、檵木 (Loropeta lum chinense (R. B r. ) O lvie)、黔桂润楠 (M achilus chienkweiensis S. Lee. )等。
青冈 51. 2 69. 4
B
青冈栎、枫香、冬青、香樟、虎皮楠 (D aphniphyllum glaucescens B l. )、杉木、西南樱桃、女贞 (L iqus2
trum lucidum A it. )、红皮树 (S tyrax confuses Hem sl)等。 青冈 60. 7 84. 8
C
马尾松 ( Pinus m assoniana Lamb)、西南樱桃、杨梅 (M yrica rubra (Lour) Sieb et Zucc)、锥栗 ( Cas2
tance henryi ( Skan. ) Rehd et W ils)、杉木、麻栎 (Q uercus acutissim a Carr. )、枫香、黔桂润楠、光皮桦
(B etu la lum innifera H. W inkl)、白栎 (Q uercus fabric Hance. )、香樟、水冬瓜、刺楸 ( Kalopanax septem 2
lobus ( Thunb. ) Koidz. )、山合欢 (A cacia kalkora (Roxb. ) Erain)等。
马尾松
杉木
13. 0
8. 5
22. 3
13. 5
D 麻栎、马尾松、杨梅、锥栗、杉木、西南樱桃、枫香、黔桂润楠、光皮桦、白栎、香樟、水冬瓜等。 麻栎马尾松
34. 9
22. 8
21. 3
45. 6
2. 3 经营迫切性评价结果与分析
根据本文提出的林分经营迫切性评价指数和评
价标准 ,对贵州黎平县高屯镇和德凤镇 4个不同林
分类型的郁闭度、林分平均角尺度、顶极或建群种的
优势度、林分的成层性、直径分布、天然更新幼树幼
苗以及林分中健康林木状况进行调查 ,并对林分经
营迫切性进行分析 ,结果见表 5。
表 5 不同林分类型经营迫切性评价结果
样地
林分结构因子实际值 /林分结构指标的取值 ( S i )
林分平均
角尺度 优势度
树种
多样性 成层性 直径分布 树种组成 天然更新
健康林木
比例 /%
M u
A 0. 506 /0 0. 636 /0 0. 580 /0 2. 6 /0 1. 35 /0 7青冈 3其它 /1 良好 /0 81. 5 /1 0. 250
B 0. 515 /0 0. 729 /0 0. 487 /1 2. 3 /0 1. 33 /0 8青冈 2其它 /1 良好 /0 76. 8 /1 0. 375
C 0. 555 /1 0. 378 /1 0. 715 /0 1. 8 /1 2. 09 /1 2松 1杉 7其它 /0 良好 /0 89. 9 /1 0. 625
D 0. 536 /1 0. 586 /0 0. 557 /0 1. 9 /1 1. 82 /1 5松 2栎 4其它 /0 良好 /0 79. 3 /1 0. 500
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第 3期 孙培琦等 :天然林林分经营迫切性评价方法及其应用
由表 5可以看出 : 4个林分的经营迫切性指数
处于不同的等级 ,林分 A和 B的经营迫切性评价均
比较迫切 ,林分 C、D的经营迫切性评价分别为特别
迫切、十分迫切。分析 4个林分的结构因子可以看
出 , 4个不同林分类型的幼树幼苗更新状况均良好 ,
但健康林木的比例都没有达到健康林分的要求。造
成林木个体健康水平较低的主要原因是 2008年 1
月中旬至 2月上旬 ,我国南方遭受了 50年一遇的低
温雨雪冰冻灾害 ,贵州为百年一遇 ,林木遭到了较严
重的破坏 ,大量林木落叶、断枝、断梢、倒伏甚至断
干 ,个别林木还遭受病虫害的困扰 ,林分的整体健康
水平下降 ,需要针对受损林木采取清理、修枝、更新
复壮、补植等相结合的措施来提高林分的健康水平。
林分 A中的树种组成也没有达到标准值 ,青冈的比
例达到 7成 ,说明树种组成比较单一 ,其它指标均满
足健康林分的要求 ,不需要进行调整 ;林分 B 与 A
类似 ,树种组成中青冈的比例高达 8成 ,达到了纯林
的标准。此外 ,林分 B的树种多样性也没有满足标
准值 ,因此 ,林分 B除需要提高林分的健康水平外还
需要提高林分的混交程度和树种多样性 ,降低青冈
的比例 ;林分 C只有树种多样性和树种组成满足健
康稳定森林的要求 ,林分中林木个体呈团状分布 ,顶
极树种或乡土树种在林分中的优势不明显 ,林分分
层不明显 ,需要通过调整林木的水平分布格局和降
低顶极树种或乡土种的竞争压力 ,同时采取天然更
新、人工促进更新、补植等相结合的措施提高林木健
康水平 ;林分 D存在的问题除林木健康水平低外 ,主
要是林分中的林木分布呈团状 ,成层性不明显 ,林木
直径分布不合理 ,需通过结构调整使林木分布格局
由团状向随机转变 ,增加林分的垂直分层并调整林
分直径分布趋于合理。
3 结论与讨论
本研究根据结构决定功能的原理 ,从森林的结
构指标出发 ,提出了林分经营迫切性指数 ( M u ) ,运
用该指数能够快速判断出林分是否需要经营 ,确定
经营方向 ,并且可以按照林分结构指标的取值追溯
到需要调整结构的特征因子 ,从而制定有针对性的
经营措施 ,为合理经营森林 ,培育健康稳定的森林提
供依据。应用该指数对贵州黎平县高屯镇 2个原生
性阔叶混交林林分和德凤镇 2个次生针阔混交林进
行分析可知 , 2008年年初的冰雪灾害对林分造成了
较大的影响 , 4个林分都需要从提高林木个体的健
康水平方面进行经营 ,此外 ,林分 A和 B需要调整
林分的树种组成 ,林分 B则还需要提高林分的混交
程度和树种多样性 ,林分 C需要从林木分布格局、顶
极树种或乡土树种的优势程度、成层性以及直径分
布等方面进行调整 ,林分 D则需要调整林木的分布
格局、直径分布及成层性 ,进一步优化空间配置。
由于林业生产具有周期长、功能多样、经营对象
复杂和经营效果见效慢等特点 ,需要经营单位合理
地组织生产。明确的经营目标是制定合理有效经营
措施的前提 ,否则会由于不当的经营措施造成难以
估计的损失 ,甚至是对森林的一种破坏 ,因此 ,在森
林资源日趋紧张的情况下对森林进行经营要慎之又
慎。需要指出的是 ,林分结构调整是一个渐近的过
程 ,在调整过程中会由于调整一个指标而引起其它
指标的变动 ,因此 ,在林分结构调整中 ,要依据结构
化森林经营的原则和调整方法 ,综合运用各种经营
措施 ,逐渐让每一个指标达到健康稳定林分的特征 ,
只有这样 ,才能实现森林整体的健康 ,充分发挥森林
的多种效益。
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