王景才，李 明，蔣新瑞，王艷華，王忠英，魏宇飛

(1.國家林業(yè)和草原局華東調(diào)查規(guī)劃設(shè)計院，浙江 杭州 310019；2.費縣自然資源和規(guī)劃局，山東 費縣 273400；3.費縣國有林場總場，山東 費縣 273400)

一類清查是國家森林資源調(diào)查體系的重要組成部分，以省為單位，利用固定樣地為主進行定期復(fù)查[1]，一類清查是掌握國家森林資源宏觀現(xiàn)狀，消長動態(tài)，監(jiān)督檢查各地森林資源消長任期目標責任制[2]等的重要依據(jù)。及時了解國家森林資源的數(shù)量和質(zhì)量以及其變化情況，有助于國家合理地制定林業(yè)發(fā)展計劃和研究各項林業(yè)方針政策[2-3]。此外，一類清查數(shù)據(jù)也被廣泛用于科學(xué)研究，主要涉及立地質(zhì)量評價[4]、生長預(yù)估[1]、森林生物量及生產(chǎn)力[5]、碳儲量估算[6-7]等。然而，使用一類清查數(shù)據(jù)分析不同林種內(nèi)的樹種、單木結(jié)構(gòu)和生長動態(tài)的研究相對較少。

不同的林種其經(jīng)營目標和發(fā)揮的主要功能不同，目前我國少林省份大部分森林都作為防護林和特種用途林[8]。山東省同屬少林省份，面臨最大的困難就是森林蓄積量小，森林面積越少，森林的生態(tài)作用相對越重要[9]。因此，充分了解主要林種的現(xiàn)狀和生長動態(tài)，分析不同林種的結(jié)構(gòu)，并提出相應(yīng)的問題和建議，有助于全面掌握和規(guī)劃區(qū)域內(nèi)的森林資源，更好地促進森林可持續(xù)發(fā)展。

因此，本研究的主要目的是了解費縣各地類的數(shù)量及變化，分析3個主要亞林種(水土保持林、一般用材林和果樹林)的樹種徑級株數(shù)分布、樹種重要值等非空間結(jié)構(gòu)特征，并提出經(jīng)營措施。

1 研究區(qū)概況

費縣隸屬于山東省臨沂市，位于山東省東南部，地理位置：117°36′～118°19′E，35°01′～35°33′N，總面積1 660.11 km2[8]。屬暖溫帶季風性氣候，年均氣溫一般在13.1～13.9 ℃，年均日照時數(shù)2 532.1 h，年均降水量819.3 mm。費縣地貌特征是低山、丘陵和傾斜的山前平原，山地占51.9%、丘陵占24.4%、平原占16.3%，有溫河、浚河、祊河、涑河4條主要河流[8]。全縣最高點為北部蒙山掛心崛子，海拔1 026 m，最低點在汪溝鎮(zhèn)與臨沂界的山水口，海拔75.3 m，平原海拔75～100 m，丘陵海拔100～200 m，山地海拔在200 m以上。

2 數(shù)據(jù)來源

本研究使用山東省費縣的一類清查數(shù)據(jù)，包括3期(2007年、2012年和2017年)樣地數(shù)據(jù)和2期(2012年和2017年)的單木數(shù)據(jù)，共有104個連續(xù)清查樣地，樣地面積667 m2，間距4 km×4 km。樣地調(diào)查因子包括樹種、胸徑、樹高等，林分因子包括優(yōu)勢樹種、平均胸徑、平均年齡、平均樹高、物種個數(shù)、頻度等。

3 研究方法

3.1 重要值

重要值(IV)是描述林木在林分中所占優(yōu)勢程度的指標之一，其公式如下[10]。

相對多度=(某一種植物總的個體數(shù)/樣地內(nèi)植物總個體數(shù))×100%

(1)

相對顯著度=(某一種植物所有個體胸高斷面積之和/所有個體胸高斷面積之和)×100%

(2)

相對頻度=(某物種的頻度/所有物種個體頻度總和)×100%

(3)

重要值=(相對多度+相對顯著度+相對頻度)/3

(4)

3.2 樹種多樣性指數(shù)

樹種多樣性指森林群落中各樹種的數(shù)量及個體數(shù)量分配的均勻程度，可以反映物種豐富程度和均勻性，體現(xiàn)群落的生境差異及結(jié)構(gòu)類型等[11]。本研究選取物種豐富度(M)，Shannon-Wiener index(H′)，Pielou均勻度指數(shù)(J′)和Simpson index(S′)[12-14]等指標來描述不同林種內(nèi)喬木樹種多樣性，公式如下：

M=(S-1)/lnN

(5)

H′=-∑PilnPi

(6)

(7)

J′=(-∑PilnPi)/lnS

(8)

式中：S為物種個數(shù)；Pi為物種重要值；N為全部物種的個體總數(shù)。

3.3 生長量和生長率

基于2012和2017年的調(diào)查數(shù)據(jù)，計算3個主要林種內(nèi)喬木的胸徑、斷面積和材積年平均生長量。同時，利用普雷斯特生長率公式[15]計算相應(yīng)的定期平均生長率(Periodic annual increment，PAI)：

PAIn=(ya-ya-n)/(ya+ya-n)×200/n

(9)

式中：PAIn為n年間平均生長率；ya和ya-n分別表示a(2017)和a-n(2012)年的喬木樹種胸徑(斷面積或材積)。

4 結(jié)果與分析

4.1 一類清查樣地土地類型變化

由表1可知，費縣有森林資源一類清查樣地104個。2007年和2012年各有9個地類，2017年地類增加至13個。其中2007年地類主要以耕地(共49塊，占總樣地數(shù)的47.12%)和喬木林(26塊，占總樣地數(shù)的25%)為主，而到2017年時，增加了其他宜林地、其他用地和未利用地3個地類，同時耕地數(shù)量減少至40個，特殊灌木林地從2個增加至19個，喬木林樣地數(shù)量從26個減少至18個。

針對有林地，從林種來看，2017年比前兩期增加了風景林，但是僅有2塊樣地；果樹林林種的樣地從11個增加到22個，水土保持林樣地數(shù)減少了2個，一般用材林樣地數(shù)量也從11個減少到4個。

4.2 樹種重要值和物種多樣性

費縣森林資源一類清查樣地主要有3個亞林種，即果樹林、水土保持林和一般用材林，2017年出現(xiàn)的風景林是由于標準變化從水土保持林劃分為風景林，因此將風景林和水土保持林統(tǒng)一當作水土保持林進行統(tǒng)計分析。針對這3個亞林種統(tǒng)計其主要林木，結(jié)果顯示，水土保持林的樹種數(shù)量從2012年的8個增加到2017年的15個，林種內(nèi)主要以黑松和側(cè)柏為優(yōu)勢樹種，其重要值分別為2012年0.44和0.30，2017年0.34和0.33(表2)。而一般用材林以歐美楊占絕對優(yōu)勢。果樹林內(nèi)目的樹種包括棗、杏、板栗等，但大多處于幼齡階段，而胸徑5 cm以上的喬木主要是板栗，重要值達0.49，其次為杏。

表1 2007-2017年費縣一類清查樣地土地類型變化

表2 2012年和2017年費縣主要林種內(nèi)樹種重要值變化

與2012年相比，2017年3個林種的物種多樣性指數(shù)總體基本呈現(xiàn)不斷增加趨勢(表3)。水土保持林內(nèi)的物種豐富度和Shannon-Wiener多樣性指數(shù)顯著高于其他兩者。一般用材林的Simpson生態(tài)優(yōu)勢度指數(shù)最大，而Pielou均勻度指數(shù)最低。

表3 2012年和2017年3個主要林種物種多樣性變化

4.3 喬木徑級結(jié)構(gòu)

喬木林的徑級結(jié)構(gòu)研究表明(圖1)，水土保持林的徑階-株數(shù)分布基本呈現(xiàn)“倒J型”，2017年時6和8徑階的林木株數(shù)比2012年增加。果樹林的徑級變化較大，6、8、10和12徑階變化幅度最大，費縣是果樹種植區(qū)，人工種植株數(shù)增加，該林種喬木林整體徑階結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出“倒J型”。一般用材林內(nèi)喬木以歐美楊占絕對優(yōu)勢，徑級分布呈現(xiàn)單峰或多峰分布。

圖1 2012年和2017年3個亞林種內(nèi)主要樹種徑階株數(shù)分布

4.4 3個林種內(nèi)蓄積分布

2012年，水土保持林、果樹林和一般用材林的喬木蓄積量分別為44.55、13.02和19.12 m3·hm-2，2017年分別為54.14、18.37和48.36 m3·hm-2。水土保持林內(nèi)蓄積多集中在10～24 cm徑階，黑松蓄積量占優(yōu)勢，其次是側(cè)柏、刺槐，隨著時間推移，大徑階樹木的蓄積比例在增加。果樹林內(nèi)中小徑階蓄積偏多，以蘋果為主，而大徑階林木蓄積以板栗居多，其次是杏。一般用材林中歐美楊蓄積占絕對優(yōu)勢。

4.5 喬木生長量

通過計算保留木的生長，總體看來，一般用材林的生長量和生長率均最大，其次是果樹林，最后是水土保持林(表4)。水土保持林內(nèi)，麻櫟年均胸徑生長量、胸徑生長率最大，分別為2.70 cm和5.69%，其斷面積和樹種的材積生長率均最大，刺槐和黃檀的胸徑年均生長量緊隨其后。果樹林內(nèi)板栗胸徑生長量最大，而刺槐的胸徑生長率最高。一般用材林內(nèi)歐美楊的胸徑、材積生長量和生長率最大。

表4 2012-2017年3個林種樹木生長量和生長率

5 結(jié)論與討論

5.1 地類與林種變化

2007-2017年費縣森林資源一類清查樣地的地類發(fā)生了較大變化，主要是喬木林減少，一般用材林的樣地數(shù)量由2007年的11個減少為2017年的4個，而特殊灌木林地從2個增加到19個，原因可能是林地和耕地之間存在著交替轉(zhuǎn)換，且農(nóng)民受到市場或者政策的影響，調(diào)整了農(nóng)林種植結(jié)構(gòu)[16]。同時，主要用材樹種楊樹被大量采伐，導(dǎo)致地類變?yōu)楦氐取?017年增加了一個林種，即風景林，其原因是2017年復(fù)查時的標準發(fā)生了變化，將原來部分喬木林歸為特殊灌木林，并將兩塊水土保持林劃為風景林。

5.2 樹種多樣性與林木生長

從費縣的一類清查數(shù)據(jù)來看，2012年和2017年水土保持林每公頃蓄積量分別為44.55 m3和54.14 m3，低于全省水土保持林同期平均水平(分別為55.25 m3和60.01 m3)[16]。

水土保持林，就主要喬木樹種黑松、側(cè)柏、刺槐和赤松而言，刺槐的胸徑、材積生長量最大，其次是赤松、黑松和側(cè)柏，這與羅軍偉對魯中山區(qū)的研究結(jié)果類似[17]。一般用材林每公頃蓄積量從2012年的19.12 m3增長到2017年的48.36 m3，增幅較大，其原因可能是：①一般用材林內(nèi)以歐美楊為主要樹種，歐美楊為速生樹種[18]，年均生長量也最大；②部分林木被采伐后保留的楊樹獲得了更多的營養(yǎng)空間，生長加快。

5.3 林木可持續(xù)發(fā)展

異齡林分中理想的直徑結(jié)構(gòu)分布情況是小徑階林木株數(shù)最多，隨著直徑的增大，林木株數(shù)按徑階依常數(shù)q值(相鄰徑階株樹比)急劇下降，達到一定直徑后，株數(shù)減少的幅度趨于平緩狀態(tài)，呈現(xiàn)近似于雙曲線形式的負指數(shù)分布[19]或反J形分布[20-21]。充足的更新和林木進階是保證森林可持續(xù)發(fā)展的前提?？偟膩碚f，費縣一類清查樣地內(nèi)有林地總體生長良好，水土保持林內(nèi)林木徑階分布呈“倒J型”，說明其短期內(nèi)可以持續(xù)發(fā)展，2017年時6～8 cm徑階林木相對增加，說明林下更新進階較好，需要采取人工撫育等措施調(diào)整林分結(jié)構(gòu)、促進林下樹木生長[19]。一般用材林中歐美楊占絕對優(yōu)勢，但其直徑分布并不合理，原因可能是用材林受到較多的人工干預(yù)措施，大徑階林木多被采伐，而楊樹天然更新較少，小徑級林木得不到充分補充。同時，用材林多為純林，抗性相對較差，在獲得經(jīng)濟收益的同時注意防范病蟲害的發(fā)生，為提供優(yōu)質(zhì)的速生木材提供保障。

總之，本研究利用山東費縣3期一類清查數(shù)據(jù)，統(tǒng)計分析了地類和林種變化，也從實際結(jié)果中體現(xiàn)出清查規(guī)程的不斷變化和調(diào)整。此外，通過分析一類清查樣地不同林種的林分非空間結(jié)構(gòu)，包括徑級株數(shù)分布和林木生長量，可以更直觀地體現(xiàn)森林的可持續(xù)性和生物多樣性變化，為進一步采取合理措施調(diào)整和優(yōu)化林分結(jié)構(gòu)提供一定依據(jù)。