豐緒霞 王劍鋒

(1.東北林業(yè)大學(xué)圖書(shū)館，黑龍江 哈爾濱 150001；2.黑龍江省孟家崗林場(chǎng)，黑龍江 哈爾濱 150001)

林分結(jié)構(gòu)決定林分功能，通過(guò)對(duì)林分結(jié)構(gòu)的優(yōu)化可以實(shí)現(xiàn)林分格局更加合理，加速林分的演替進(jìn)程，從而提升森林質(zhì)量。林分結(jié)構(gòu)分為非空間結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的非空間結(jié)構(gòu)指標(biāo)主要包括樹(shù)種組成、直徑和樹(shù)高分布、蓄積量等，空間結(jié)構(gòu)主要依托相鄰木的位置關(guān)系，基于3結(jié)構(gòu)參數(shù)(混交度、大小比、角尺度)來(lái)描述[1]。

單木最優(yōu)化經(jīng)營(yíng)決策應(yīng)該說(shuō)是自然資源管理中規(guī)模最小的決策，也是森林經(jīng)營(yíng)和規(guī)劃決策中最基礎(chǔ)的決策。森林經(jīng)營(yíng)和規(guī)劃決策包括4個(gè)水平上的決策:即林木、林分、森林和景觀。各層次水平方面的決策規(guī)模和范圍依次增大,但各相鄰層次之間相互聯(lián)系，較小規(guī)模和較低層次水平的決策是上一層次決策的基礎(chǔ)[2]。

1 研究區(qū)概況及資料收集

1.1 研究區(qū)概況

本研究選擇東北林業(yè)大學(xué)帽兒山試驗(yàn)林場(chǎng)為研究區(qū)域。帽兒山實(shí)驗(yàn)林場(chǎng)位于黑龍江省尚志市西部，距哈爾濱市100km左右，座落于127°30′～127°34′E，45°20′～45°25′N(xiāo)之間[3]，南北長(zhǎng)30km，東西寬20km，總面積26496hm2，共劃分10個(gè)森林經(jīng)營(yíng)施業(yè)區(qū)、151個(gè)林班。

帽兒山屬長(zhǎng)白山系張廣才嶺支脈西部的小嶺余脈，境內(nèi)平均海拔高381m，地勢(shì)由南向北逐漸增高，面積加權(quán)平均坡度14.0°，屬低山丘陵緩坡地形。本林區(qū)屬大陸性氣候，四季較為分明，年平均氣溫2.8℃，無(wú)霜期120～140d,年降水量723.8mm，年蒸發(fā)量1093.9mm,年平均相對(duì)濕度70%。該區(qū)植被屬于長(zhǎng)白山植物區(qū)系，是由地帶性頂級(jí)植被闊葉紅松(Pinuskoraiensis)林經(jīng)人為干擾破壞后形成的較典型的東北東部天然次生林。暗棕壤土類(lèi)在本林區(qū)屬地帶性土壤。

該地區(qū)次生林類(lèi)型多樣而具有代表性，主要包括:蒙古櫟林、楊樹(shù)林、白樺林、雜木林等;人工林有樟子松林、落葉松林、落葉松-水曲柳混交林等。

1.2 資料收集

本研究復(fù)測(cè)固定樣地位于帽兒山實(shí)驗(yàn)林場(chǎng)躍進(jìn)施業(yè)區(qū)2林班21小班。林分起源為天然林，該林分在歷史上經(jīng)過(guò)人工反復(fù)采伐，形成次生殘破林相，后經(jīng)演替形成了珍貴闊葉天然次生林。2007年7-8月對(duì)樣地進(jìn)行布設(shè)，并進(jìn)行了GPS定位，樣地面積大小為50m×30m，樣地用5m×5m的相鄰格網(wǎng)進(jìn)行調(diào)查，以每個(gè)格網(wǎng)為調(diào)查單元。每木調(diào)查因子包括樹(shù)種、胸徑、樹(shù)高、死枝高、活枝高、冠幅、坐標(biāo)和林木狀態(tài)等。2007年林分樹(shù)種組成為5胡2色1黃1白1榆+水，平均胸徑為14.7cm，平均樹(shù)高9.7m，蓄積量為120.2m3/hm2，每公頃株數(shù)1120株。2012年7-8月對(duì)設(shè)立的天然次生林固定標(biāo)準(zhǔn)地進(jìn)行了復(fù)測(cè)，并對(duì)標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)的進(jìn)界林木和枯死林木進(jìn)行了調(diào)查。5年間固定樣地自然死亡林木株數(shù)12株，進(jìn)界林木株數(shù)17株。2012年林分樹(shù)種組成為6胡1黃1色1榆1白+水，平均胸徑為15.7cm，平均樹(shù)高11.2m，蓄積量為146.8m3/hm2，每公頃株數(shù)1153株。2次調(diào)查前后固定樣地的基本信息及統(tǒng)計(jì)量見(jiàn)表1、表2。

表1 2007年固定樣地林木基本特征

表2 2012年固定樣地復(fù)測(cè)林木基本特征

2 研究方法

2.1 空間結(jié)構(gòu)參數(shù)

本文采用國(guó)際上目前較為通用的反映空間結(jié)構(gòu)狀況3個(gè)指標(biāo):混交度(M)、大小比(U)、角尺度(W)來(lái)描述林木和林分空間結(jié)構(gòu)狀態(tài)[4]。并采用董靈波、劉兆剛等構(gòu)建的林分空間結(jié)構(gòu)指數(shù)(FSSI)和林分空間結(jié)構(gòu)距離(FSSD)進(jìn)一步分析和評(píng)價(jià)天然次生林林分空間結(jié)構(gòu)的狀態(tài)和動(dòng)態(tài)變化[5-6]。

3個(gè)空間參數(shù)的計(jì)算公式如下：

(1)混交度：

(2)大小比：

(3)角尺度：

以固定樣地調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在計(jì)算林木空間結(jié)構(gòu)參數(shù)時(shí)，以每株參照樹(shù)相鄰最近的4株相鄰木組成基本的空間結(jié)構(gòu)單元[7-8]。本研究根據(jù)數(shù)據(jù)調(diào)查的情況,計(jì)算時(shí)為了消除處于林分邊緣樹(shù)木的系統(tǒng)影響，采用簡(jiǎn)單的邊緣校正方法，劃出5m寬的界限設(shè)置緩沖區(qū)。

林分空間結(jié)構(gòu)指數(shù)(FSSI)和林分空間結(jié)構(gòu)距離(FSSD)計(jì)算公式如下：

(4)林分空間結(jié)構(gòu)指數(shù)

式中：FSSI為林分空間結(jié)構(gòu)指數(shù)，0≤FSSI≤100；M為林分平均混交度(%)；U為林分平均大小比(%)；W為林分平均角尺度(%)；0≤M，U，W≤100

(5)林分空間結(jié)構(gòu)距離

式中：FSSD為林分空間結(jié)構(gòu)距離，0≤FSSD≤150；M為林分平均混交度(%)；U為林分平均大小比(%)；W為林分平均角尺度(%)

2.2 林木經(jīng)濟(jì)價(jià)值最優(yōu)化

林木經(jīng)營(yíng)問(wèn)題的最優(yōu)解是留存該株林木的邊際成本等于采伐這株林木的邊際收入。邊際成本由投資收益率來(lái)表示，而邊際收入由林木的價(jià)值增長(zhǎng)率表述。

林木價(jià)值增長(zhǎng)率公式如下：

式中：vn：林木斯末價(jià)值；v0：林木斯初價(jià)值；n：調(diào)查間隔期；p：林木價(jià)值增長(zhǎng)率。

因此為使一株林木價(jià)值最優(yōu)化，如果從經(jīng)濟(jì)價(jià)值角度出發(fā)，林木是繼續(xù)保留還是確定采伐，具體操作就是比較該林木的價(jià)值增長(zhǎng)率與林木所有者預(yù)設(shè)的投資收益率大小關(guān)系：

當(dāng)P>I(預(yù)設(shè)的收益率)時(shí)，保留該林木；當(dāng)P

3 結(jié)果與分析

3.1 林分空間結(jié)構(gòu)特征及動(dòng)態(tài)變化

采用winkless2006 軟件進(jìn)行2期林分自然生長(zhǎng)空間結(jié)構(gòu)分析[9],緩沖區(qū)帶寬設(shè)為5m, 2次調(diào)查前后固定樣地核心區(qū)各樹(shù)種的空間結(jié)構(gòu)參數(shù)特征及變化見(jiàn)表3。

從表3中可以看出, 林分空間結(jié)構(gòu)指數(shù)與林分空間結(jié)構(gòu)距離2次調(diào)查前后林分平均水平空間結(jié)構(gòu)指標(biāo)變動(dòng)不大,林分整體上處于隨機(jī)分布,平均混交度和大小比數(shù)相比有所降低,反映林木的水平分布格局的平均角尺度更趨向于隨機(jī)分布。從林分組成的主要樹(shù)種來(lái)看，調(diào)查前后樹(shù)木分布格局處于隨機(jī)分布，混交度有所增強(qiáng)，大小比降低，胡桃楸在林分中所占的主導(dǎo)地位進(jìn)一步增強(qiáng)，這與前述中樹(shù)種組成所占的比例增加是一致的。主要伴生樹(shù)種色木和榆樹(shù)是株數(shù)比例最大的2個(gè)樹(shù)種，但從林木特征來(lái)看，大部分為小徑階林木。調(diào)查前后色木空間分布格局由團(tuán)狀分布轉(zhuǎn)為均勻分布, 平均混交度有所降低，主要原因是新進(jìn)界的林木大多為色木，新進(jìn)界的色木大多分布在徑階較大的色木周?chē)?，林木株?shù)由每公頃313株增加到每公頃393株。榆樹(shù)株數(shù)調(diào)查前后沒(méi)有變化,林木的空間分布格局因此也沒(méi)有發(fā)生變化,仍然為團(tuán)狀分布, 隨著林木的自然生長(zhǎng),平均混交度增加,大小比數(shù)降低, 林分空間結(jié)構(gòu)指數(shù)有所增強(qiáng)。珍貴硬闊樹(shù)種黃菠蘿在調(diào)查前后株數(shù)稍有增加，林木株數(shù)并不多，但徑階較大，在林分樹(shù)種組成中占1成，超過(guò)了色木在林分組成中的比例，呈團(tuán)狀分布。先鋒樹(shù)種白樺在群落演替后期所占比例并不大，調(diào)查前后株數(shù)沒(méi)有變化，在林分中屬于極強(qiáng)度混交，由于色木等其它進(jìn)界木的出現(xiàn)，使原來(lái)白樺空間格局由均勻分布轉(zhuǎn)為隨機(jī)分布。落葉小喬木暴馬丁香，由于徑階較小，雖然有一定數(shù)量比例林木，但大多處于次林層，調(diào)查前后有部分枯死，混交度進(jìn)一步增強(qiáng)，大小比有所降低，空間分布格局由均勻分布轉(zhuǎn)為團(tuán)狀分布。水曲柳株數(shù)在林分中所占的比例較小，只有3株林木，由于在其附近的較小林木死亡，導(dǎo)致其分布格局由隨機(jī)分布變?yōu)閳F(tuán)狀分布?？傮w來(lái)看，隨著林分的自然生長(zhǎng)，林分空間分布格局更趨向于隨機(jī)分布，珍貴闊葉樹(shù)葉胡桃楸、黃菠蘿、水曲柳在林分組成中所占的比例越來(lái)越大，隨著次生植被的發(fā)展，中生系列的群落在自然恢復(fù)演替的過(guò)程中，次生林分或收斂于以硬闊為主的林分[10]。

表3 調(diào)查前后各主要樹(shù)種林分內(nèi)空間結(jié)構(gòu)參數(shù)特征

3.2 單木經(jīng)濟(jì)價(jià)值最優(yōu)化

收集了2007、2012年研究區(qū)域各主要樹(shù)種徑級(jí)、長(zhǎng)級(jí)平均立木價(jià)格及各主要樹(shù)種材種出材率表。根據(jù)各主要樹(shù)種平均胸徑和樹(shù)高查二元材種出材率表，確定出各主要樹(shù)種的平均材種出材率，再乘以平均立木價(jià)格，得到2007、2012年2期調(diào)查前后單木平均價(jià)值，并按增長(zhǎng)率公式計(jì)算各主要樹(shù)種的價(jià)值增長(zhǎng)率。調(diào)查前后各主要樹(shù)種單木平均價(jià)值及價(jià)值增長(zhǎng)率見(jiàn)表4。

表4 調(diào)查前后各主要樹(shù)種單木平均價(jià)值及價(jià)值增長(zhǎng)率

從表4可以看出，價(jià)值增長(zhǎng)率較高的樹(shù)種分別是胡桃楸、水曲柳、椴樹(shù)、黃菠蘿，均大于5%，其他樹(shù)種的價(jià)值增長(zhǎng)率均小于4%。如果預(yù)設(shè)的價(jià)值增長(zhǎng)率為4%，則這些樹(shù)種均在采伐范圍之內(nèi)[11-13]。

4 結(jié)論

通過(guò)2期林分調(diào)查數(shù)據(jù)可以較好地掌握林分空間結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化，以及林分的自然生長(zhǎng)對(duì)目標(biāo)樹(shù)的影響，林分空間結(jié)構(gòu)指數(shù)和林分空間距離2個(gè)指標(biāo)可以很好地說(shuō)明前后2期的空間格局的變化。如果目標(biāo)樹(shù)在生長(zhǎng)的過(guò)程中，空間結(jié)構(gòu)指數(shù)變小或空間結(jié)構(gòu)距離變大，則表示該目標(biāo)對(duì)在生長(zhǎng)過(guò)程中受到竟?fàn)幠镜挠绊懀柽M(jìn)行適度經(jīng)營(yíng)。從2期調(diào)查數(shù)據(jù)來(lái)看，胡桃楸林分空間結(jié)構(gòu)指數(shù)從87.8增長(zhǎng)到88.5，林分空間距離從25.3減少到22.1，說(shuō)明該樹(shù)種生長(zhǎng)良好，不需要對(duì)其空間格局進(jìn)行人為干預(yù)，而另一珍貴闊葉目樹(shù)樹(shù)種黃菠蘿林分空間指數(shù)從84.2減少到81.2，林分空間距離由26.9增加到35.5，說(shuō)明該樹(shù)種在生長(zhǎng)過(guò)程中空間格局由于受到竟?fàn)幠镜挠绊懀L(zhǎng)受到影響，需進(jìn)行格局優(yōu)化。

在對(duì)林木格局進(jìn)行優(yōu)化的過(guò)程中，結(jié)合單木價(jià)值增長(zhǎng)率可從另外一個(gè)角度反映單木經(jīng)營(yíng)的必要性和準(zhǔn)確性，以保證林分空間格局優(yōu)化時(shí)，采伐的林木從經(jīng)濟(jì)角度上講是否可行。