周志峰

（國家林業(yè)和草原局調(diào)查規(guī)劃設計院，北京 100714）

黑松（Pinus thunbergii）又被稱為白芽松，是一種常綠喬木。原產(chǎn)于日本以及朝鮮南部海岸地區(qū)。于19世紀末被德國人首先引入青島，因其具有耐干旱、耐瘠薄、抗海風海煞、不怕鹽堿沙埋及生長較迅速等特點，后成為我國東部沿海（遼寧、山東、江蘇）防風固沙的主要栽植樹種[1]。以山東為例，以黑松為主要樹種的沿海防護林帶占全省沿海防護林面積的70%以上，是山東省沿海防護林體系中的重要組成部分[2]。威海市位于山東半島東端，三面環(huán)海，海岸線總長986 km，占全國海岸線總長的1/18，是我國城市中最長的海岸線。為抵御風沙，威海市從1955年開始便在沿海沙灘上栽種黑松，目前已建成以黑松為主的沿海防護林帶，其中黑松純林面積在85%以上[1]?？梢?，對黑松海防林的研究意義重大。通過查找有關文獻，目前關于黑松海防林的研究多側(cè)重于生物多樣性、生物量等方面[1?7]，而對于黑松海防林的森林資源質(zhì)量狀況評價卻很少見。因此，本研究參照《森林可持續(xù)狀況評價導則》（LY/T 1958—2011）[8]中有關的森林資源質(zhì)量狀況評價指標，采用層次分析的方法對威海市雙島林場黑松海防林的森林資源質(zhì)量狀況進行了初步評價，以期為今后沿海地區(qū)人工黑松林的森林質(zhì)量的精準提升提供參考。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于威海市環(huán)翠區(qū)雙島林場，地處東經(jīng)121°57′48″～122°00′08″，北緯37°28′08″～37°29′27″N。該區(qū)屬于北溫帶季風型大陸性氣候，四季變化和季風進退都較明顯。與同緯度的內(nèi)陸地區(qū)相比，具有雨水豐富、年溫適中、氣候溫和的特點。由于瀕臨黃海，海洋的調(diào)節(jié)作用明顯，又表現(xiàn)出春冷、夏涼、秋暖、冬溫，晝夜溫差小、無霜期長、大風多和濕度大等海洋性氣候特點。歷年平均氣溫11.5 ℃，歷年平均降水量778.4 mm，歷年平均日照2569.4 h。研究區(qū)域在解放前曾是一片海灘，幾乎無植被覆蓋，每當海風一起，滿天飛舞的黃沙淹埋了大片農(nóng)田，迫使許多村莊逐漸向內(nèi)地搬遷。為抵御風沙，當?shù)厝罕娮?0世紀50年代末至60年代初便開始在政府的支持下開展大規(guī)模的植樹造林運動，栽植了大量黑松苗木，形成了以黑松為主的沿海防護林帶，成為工農(nóng)業(yè)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)、人民安居樂業(yè)的先決條件和國防重要屏障[3]。區(qū)域內(nèi)主要喬木樹種有黑松、刺槐（Robinia pseudoacacia）、麻櫟（Quercus acutissima）等；灌木樹種有紫穗槐（Amorpha fruticosa）、荊條（Vitex negundovar.heterophylla）、檉柳（Tamarix chinensis）等；草本植物主要是茅草（Imperata cylindrica）。

2 研究方法

2.1 樣地設置與調(diào)查

本次研究采用典型樣地實測法，在雙島林場每個黑松林小班內(nèi)布設20 m×30 m的標準地，標準地數(shù)量每個森林小班不少于1塊、標準地合計面積不小于小班面積的1%。用圍尺對樣地內(nèi)胸徑≥5 cm的所有林木進行每木檢尺，并記錄森林小班的林分起源、林齡、樹種組成、郁閉度、自然度、完整度等因子，同時選取不少于10株長勢和大小接近于平均水平的林木用LTI TryPulse激光測距儀測量樹高。在每個樣地內(nèi)四角設置4個5 m×5 m的樣方，調(diào)查下木（胸徑<5 cm、高度≥2 m的幼樹）的樹種名稱、株數(shù)，以及灌木（含高度<2 m的幼樹）的種類、株數(shù)、高度、蓋度等；再在每個樣方內(nèi)的中心位置設置1個有代表性的小樣方，大小為1 m×1 m，調(diào)查草本植物（含喬木幼苗）的種類、數(shù)量、蓋度等。除以上因子外，還實測小班的一些環(huán)境因子，包括海拔、坡度、坡向、土壤類型、土壤厚度、腐殖質(zhì)厚度、土壤質(zhì)地等。最后根據(jù)調(diào)查結(jié)果計算得出每個小班的平均胸徑、平均樹高、單位面積活立木蓄積量、優(yōu)勢樹種組成比例、天然更新等級等因子，共調(diào)查4個林班、31個小班、87塊樣地、348個樣方和348個小樣方。

2.2 森林資源質(zhì)量狀況評價方法

2.2.1 確定評價方法

關于森林資源質(zhì)量狀況的評價方法常用的有2種：一是專家咨詢法，二是層次分析法（AHP）。由于AHP法邏輯性較強、實用性高、簡便靈活，該方法自1981年通過學術會議傳入中國后，便在各個領域得到廣泛的應用[9]，所以本次研究也采用AHP法對黑松海防林森林資源質(zhì)量狀況進行評價。AHP法是將一個復雜的問題分解成目標、準則、指標等層次，構(gòu)建矩陣，通過咨詢專家、管理者的主觀判斷和兩兩比較，加之一系列計算得出各個指標的合成權(quán)重與排序，最終根據(jù)排序結(jié)果進行決策和選擇解決問題的具體措施[10]。

2.2.2 選取評價指標

《森林可持續(xù)狀況評價導則》（LY/T 1958—2011）[8]針對森林資源質(zhì)量狀況評價共設計了自然度、齡組、郁閉度、單位面積活立木蓄積量、活立木蓄積增長率、平均胸徑、平均樹高、優(yōu)勢木平均高、立地級、土壤厚度、腐殖質(zhì)層厚度、土壤質(zhì)地、完整度、優(yōu)勢樹種組成比例、天然更新等級等15個指標?？紤]數(shù)據(jù)的可獲取性，以及參考相關文獻[11?13]，從中選取了自然度（C11)、齡組（C12）、郁閉度（C21）、單位面積活立木蓄積量（C22）、平均胸徑（C23）、平均樹高（C24）、土壤厚度（C31）、腐殖質(zhì)層厚度（C32）、土壤質(zhì)地（C33）、完整度（C41）、優(yōu)勢樹種組成比例（C42）、天然更新等級（C43）等12個指標作為本次研究的評價指標，并分目標層、準則層和指標層3個層次組建森林資源質(zhì)量狀況評價的層次結(jié)構(gòu)模型，詳見表1。

表1 森林資源質(zhì)量狀況評價結(jié)構(gòu)Table 1 Structure of forest resource quality status assessment

2.2.3 構(gòu)建判斷矩陣

按照AHP法的有關要求，本次研究共構(gòu)建了森林資源質(zhì)量狀況矩陣（MA–B）、林分的自然性判斷矩陣（MB1?C1i）、林分生長情況判斷矩陣（MB2?C2i）、林地質(zhì)量判斷矩陣（MB3?C3i）、森林結(jié)構(gòu)完整性和穩(wěn)定性判斷矩陣（MB4?C4i），共計5個判斷矩陣。在此基礎上形成調(diào)查問卷，發(fā)放至13名咨詢專家手中，請他們對每個判斷矩陣的各個因素進行兩兩比較，判斷其相對重要程度，按1～9標度法[8]填寫相應數(shù)值?；厥照{(diào)查問卷后，對每名咨詢專家的結(jié)果采取幾何平均的方法進行整理，形成每個矩陣各個因素兩兩比較的唯一標度值（表2）。

表2 判斷標度及其含義說明Table 2 Judgement scale and its implications

2.2.4 一致性檢驗

利用公式（1）將每個判斷矩陣中各行數(shù)值的乘積開g次方，得到特征向量ωp=(Wp1,Wp2,···,Wpg)T（p為判斷矩陣序號，g為判斷矩陣的階數(shù)），利用公式（2）將特征向量ωp進行正規(guī)化處理，得到規(guī)范化后的向量最后利用公式（3）～（5）進行判斷矩陣的一致性檢驗。如果 C R<0.1，則可認為判斷矩陣具有較好的一致性，否則應重新進行兩兩比較。

式中：Wph為 斷矩陣Mp第h行各評價指標對應標度值Ahi乘 積 的g次 方 根，Ahi為 斷 矩 陣Mp第h行 第i個評價指標的標度值，即同一準則層各指標之間的相對重要程度；為Wph正 規(guī)化后的數(shù)值；λ為最大特征根，Ah為斷矩陣Mp第h行所有評價指標的標度值，為斷矩陣Mp規(guī) 范化后的向量； C I 為判斷矩陣的一致性指標； RI為平均隨機一致性指標，當階數(shù)g為3和4時，R I分別取值0.58、0.89；CR 為 判斷矩陣Mp的隨機一致性比率。

2.2.5 計算合成權(quán)重

每個判斷矩陣通過一致性檢驗后，再利用公式（6）計算不同準則層的各個指標相對于目標層的重要程度，也就是指標（Ci）的合成權(quán)重。

式中：WBj為準則層各指標對目標層的權(quán)重，WCi為指標層各指標對相應準則層指標的權(quán)重。

2.2.6 評價指標的分級量化

采用基準值對各評價指標進行分級量化，即按照有關標準、專業(yè)用表和經(jīng)驗數(shù)值等方法，將每個評價指標的基準值劃分為“好”、“中”、“差”3個等級，并利用黃金分割法對評價指標基準值的不同等級依次賦值[8]。本次評價指標中自然度（C11)、齡組（C12）、郁閉度（C21）、土壤厚度（C31）、腐殖質(zhì)層厚度（C32）、土壤質(zhì)地（C33）、完整度（C41）、優(yōu)勢樹種組成比例（C42）、天然更新等級（C43）9個評價指標的分級量化按《森林可持續(xù)狀況評價導則》（LY/T 1958—2011）[8]執(zhí)行。單位面積活立木蓄積量（C22）指標的分級量化參照《中國森林資源報告（2014—2018）》[14]中全國喬木防護林每公頃蓄積（99.3 m3/hm2）和全國喬木林每公頃蓄積（94.8 m3/hm2）確 定，≥99.3 m3/hm2為“好”，94.8～99.3 m3/hm2為“中”，<94.8 m3/hm2為“差”。平均胸徑（C23）指標的分級量化參照《中國森林資源報告（2014—2018）》[14]中全國喬木林徑級確定，分為大徑組（≥26 cm）、中徑組（14～24 cm）、小徑組（6～12 cm），對應的分級依次為“好”、“中”、“差”。平均樹高（C24）指標的分級量化參照《中國森林資源報告（2014—2018）》[14]中全國喬木林的高度級確定，分為>20 m、10～20 m、<10 m等3個高度級，對應的分級依次為“好”、“中”、“差”。各評價指標分級量化標準詳見表3。

表3 森林資源質(zhì)量狀況評價指標分級量化標準Table 3 Quantitative criteria for grading evaluation indexes of forest resource quality

2.2.7 計算森林資源質(zhì)量狀況評價指數(shù)

利用公式（7）將其調(diào)查結(jié)果對應的賦值乘以相應的合成權(quán)重得出該小班的森林資源質(zhì)量狀況指數(shù)Qn。在對某一森林經(jīng)營單位的森林資源質(zhì)量狀況評價時，只需利用公式（8）將小班的森林資源質(zhì)量狀況指數(shù)按面積進行加權(quán)平均即可。最后通過對比一定的分級標準，最終得出這一森林經(jīng)營單位的森林資源質(zhì)量狀況等級。

式中：Ci(n)為 第n個森林小班在指標層中第i個評價指標的實測值對應的評價指標等級賦值，為第i個評價指標的合成權(quán)重，Q為森林經(jīng)營單位的森林資源質(zhì)量狀況指數(shù)，N為森林小班總數(shù)，Sn為第n個森林小班的面積。

3 結(jié)果與分析

3.1 判斷矩陣一致性檢驗結(jié)果

由表4～8可知，森林資源質(zhì)量狀況矩陣（MA?B）的 CR=0.0161<0.1林分的自然性判斷矩陣（MB1?C1i）的階數(shù)g=2，無需一致性檢驗；林分生 長 情 況 判 斷 矩 陣（MB2?C2i）的 CR=0.0181<0.1；林地質(zhì)量判斷矩陣（MB3–C3i）的 CR=0.0002 <0.1；森林結(jié)構(gòu)完整性和穩(wěn)定性判斷矩陣（MB4?C4i）的CR=0.0022<0.1。檢驗結(jié)果表明，5個判斷矩陣均滿足AHP法的一致性檢驗要求，其一致性能夠接受，可以用于下一步各個評價指標合成權(quán)重的計算與排序。

表4 森林資源質(zhì)量狀況矩陣（MA?B）Table 4 Forest resources quality matrix（MA?B）

表5 林分的自然性判斷矩陣（MB1?C1i）Table 5 Natural judgment matrix of stand（MB1?C1i）

表6 林分生長情況判斷矩陣（MB2?C2i）Table 6 Judgement matrix of stand growth（MB2?C2i）

表7 林地質(zhì)量判斷矩陣（MB3?C3i）Table 7 Forestland quality judgment matrix（MB3?C3i）

表8 森林結(jié)構(gòu)完整性和穩(wěn)定性判斷矩陣（MB4?C4i）Table 8 Judgment matrix for forest structural integrity and stability（MB4?C4i）

3.2 評價指標合成權(quán)重分析

各個評價指標（ Ci）合成權(quán)重的計算與排序結(jié)果詳見表9。通過一致性檢驗計算，結(jié)果顯示：一致性指標C I=0.008<0.1；平均隨機一致性指標 RI= 0.49；隨機一致性比率 CR=0.016<0.1，其一致性可以接受，無需調(diào)整。

表9 森林資源質(zhì)量狀況評價指標權(quán)重與排序Table 9 Weight and ranking of forest resources quality evaluation indexes

在準則層中，林地質(zhì)量（B3）對森林資源質(zhì)量狀況的貢獻率為0.2982，森林結(jié)構(gòu)完整性和穩(wěn)定性（B4）為0.2656，林分的自然性（B1）為0.2344，林分生長狀況（B2）為0.2018。排在首位的是林地質(zhì)量（B3），這是因為林地是林木生長發(fā)育和森林存在的基礎，土壤是基質(zhì)，不僅能固定林木，而且還可以通過其含有的水分、空氣、礦物質(zhì)元素，以及土壤內(nèi)微生物影響林木的生長發(fā)育。可見，林地的質(zhì)量對森林資源質(zhì)量狀況尤為重要。而森林雖然對改善林地質(zhì)量具有一定作用，如增加腐殖質(zhì)層厚度、改良土壤質(zhì)地等，但其只不過是依賴于林地生長的植物產(chǎn)品，失去了林地與林地上的土壤，森林也不將存在。

在指標層中，各評價指標對森林資源質(zhì)量狀況的貢獻率依次為：自然度（C11） 0.1292 、優(yōu)勢樹種組成比例（C42）0.1195、土壤厚度（C31）0.1127、齡組（C12）0.1052、腐殖質(zhì)層厚度（C32）0.0991、完整度（C41）0.0932、土壤質(zhì)地（C33）0.0865、郁閉度（C21）0.0646、平均樹高（C24）0.0575、天然更新等級（C43）0.0529、平均胸徑（C23）0.0440、單位面積活立木蓄積量（C22）0.0357。結(jié)果顯示：自然度（C11)對森林資源質(zhì)量狀況存在重要影響，是本次評價的關鍵因子。由此可見，咨詢專家們十分重視人為干擾對森林資源質(zhì)量狀況的影響。實踐證明，人為適當干擾可以促進森林演替和林木生長，相反，人為過度干擾就會對森林演替和林木生長帶來負面影響，進而降低森林資源質(zhì)量。另外，優(yōu)勢樹種組成比例（C42）和土壤厚度（C31）對森林資源質(zhì)量也至關重要。在目前我國鼓勵和倡導的對森林近自然經(jīng)營理念中，優(yōu)勢樹種決定了目標樹的選擇，進而也決定了森林資源質(zhì)量的高低。近自然森林經(jīng)營在本質(zhì)上是降低人為干預強度，多利用森林自我調(diào)節(jié)機制實現(xiàn)森林的健康、可持續(xù)?；谶@一點可以說，優(yōu)勢樹種組成比例（C42）也是與自然度緊密相關的。而土壤厚度（C31），關系到林木穩(wěn)固和根系的伸展，不僅對林地質(zhì)量（B3），而且對森林結(jié)構(gòu)完整性和穩(wěn)定性（B4）都存在較大影響，這2個指標同時也是準則層中對森林資源質(zhì)量狀況影響最大的，因此，土壤厚度（C31）對森林資源質(zhì)量狀況也存在重要影響。

3.3 評價指標分級量化、森林資源質(zhì)量狀況評價指數(shù)分析

評價指標分級量化結(jié)果和森林資源質(zhì)量狀況評價指數(shù)計算結(jié)果見表10。由表10可知，威海市雙島林場黑松海防林的森林資源質(zhì)量狀況指數(shù)（Q）為0.61。4個林班的森林資源質(zhì)量狀況指數(shù)（Ql）按林班序號分別為0.62、0.61、0.67和0.59，其中Ⅲ林班的森林資源質(zhì)量狀況指數(shù)（Ql）最高，為0.67，這是因為Ⅲ林班中3個森林資源質(zhì)量狀況指數(shù)（Qn）較好的森林小班的面積占比太大，達到97.3%，而其他林班則不存在此現(xiàn)象。31個森林小班中，Ⅰ林班2小班、Ⅲ林班2和3小班的森林資源質(zhì)量狀況（Qn）較高，依次為0.72、0.72和0.67。究其原因：這3個小班在單位面積活立木蓄積量（C22）、平均胸徑（C23）、腐殖質(zhì)層厚度（C32）、完整度（C41）、優(yōu)勢樹種組成比例（C42）等指標均高于全部森林小班的平均水平。

表10 森林資源質(zhì)量狀況評價結(jié)果Table 10 Evaluation of forest resources quality

續(xù)表 10

3.4 森林資源質(zhì)量狀況評價等級

參照《森林可持續(xù)狀況評價導則》（LY/T 1958—2011）[8]，將森林小班的森林資源質(zhì)量狀況指數(shù)（Qn）或林班的森林資源質(zhì)量狀況指數(shù)（Ql）、森林經(jīng)營單位的森林資源質(zhì)量狀況指數(shù)（Q）劃分為“優(yōu)”、“良”、“中”、“差”4個等級，詳見表11。

表11 森林資源質(zhì)量狀況評價分級Table 11 Evaluation and classification of forest resources quality

依據(jù)表10結(jié)果比對表11可知，威海市雙島林場黑松海防林的森林資源質(zhì)量狀況整體較好，達到“良”的級別，4個林班中除Ⅳ林班的森林資源質(zhì)量狀況指數(shù)差0.1就能達到“良”的級別外，其他林班的森林資源質(zhì)量狀況指數(shù)也均≥0.6，達到“良”的級別。

4 結(jié)論與討論

本次研究構(gòu)建了森林資源質(zhì)量狀況評價的層次結(jié)構(gòu)模型，通過層次分析法確定了各評價指標的權(quán)重和合成權(quán)重，得出在準則層中林地質(zhì)量（B3）、森林結(jié)構(gòu)完整性和穩(wěn)定性（B4）對森林資源質(zhì)量狀況的貢獻率較大，在指標層中自然度（C11) 、優(yōu)勢樹種組成比例（C42）、土壤厚度（C31）是森林資源質(zhì)量狀況評價的較為關鍵因子，貢獻率分別為0.1292、0.1195和0.1127。

由于經(jīng)營管護得力，威海市雙島林場黑松海防林的森林資源質(zhì)量狀況整體較好，達到“良”的級別。威海市雙島林場始建于1959年，為國有生態(tài)林場，其主要任務是建設和管護沿海防護林帶。1993年，原林業(yè)部批準雙島林場為國家級森林公園，此后加大了基礎設施投入，為黑松海防林的經(jīng)營管護提供了強有力的支持和保障。安排編制人員30名，加強對海防護林的管理；建設20 hm2的苗圃，推進海防林的補植補造；投放赤眼小蜂3億尾，開展病蟲害的生物防治；完成森林撫育150 hm2，提高森林質(zhì)量；建設防火檢查站、瞭望臺，設置視頻監(jiān)控探頭，安裝隔離網(wǎng)12.5 km，配備9名專職護林防火員等，強化森林防火；設立保育區(qū)，保持森林生態(tài)系統(tǒng)的完整性；修建森林經(jīng)營兼顧防火的道路12 km，方便物資運輸與管護等，這些措施均對區(qū)域內(nèi)森林資源質(zhì)量狀況的維護和提高具有積極作用。

研究對象在齡組（C12）、郁閉度（C21）、單位面積活立木蓄積量（C22）、土壤厚度（C31）等指標上得分較高，而本次評價中相對重要的其他指標，如自然度（C11）、優(yōu)勢樹種組成比例（C42）整體得分相對較低。分析原因：一是威海市雙島林場黑松海防林為人工林，根據(jù)有關文獻，人工林自然度均低于天然起源的林分[15?17]；二是威海市雙島林場黑松純林較多，各小班優(yōu)勢樹種組成比例均≥65%，其中>90%的森林小班面積占比為68.0%。因此，建議在森林經(jīng)營方面應逐步進行近自然改造，采取漸伐或擇伐措施，在林內(nèi)適當開窗，促進林木生長、結(jié)實、落種、發(fā)芽，培育天然更新林層，使林分向近自然的森林景觀發(fā)展；同時人工引入闊葉樹種，如刺槐、紫穗槐等豆科植物，增加腐殖質(zhì)層厚度的同時改良土壤質(zhì)地，調(diào)整林分的樹種結(jié)構(gòu)、林齡結(jié)構(gòu)與空間結(jié)構(gòu)，并人工促進培育形成針闊混交、喬灌結(jié)合的復層異齡林，以進一步提高森林質(zhì)量和改善森林景觀，滿足當?shù)胤罏臏p災和社會發(fā)展對生態(tài)環(huán)境的需求。

評價指標主要參照《森林可持續(xù)狀況評價導則》（LY/T 1958—2011）[8]中大部分森林資源質(zhì)量評價指標，舍棄了活立木蓄積增長率指標，原因是評價對象是防護林，不應將該指標作為主要評價因素，且缺少調(diào)查前的活立木蓄積對比數(shù)據(jù)。另外舍棄了優(yōu)勢木平均樹高和立地級指標，這是因為評價對象的樹種結(jié)構(gòu)是針葉純林，黑松為優(yōu)勢樹種，加之絕大部分為同一個年度栽植、林木長勢相差不大，森林小班的平均樹高也就代表了優(yōu)勢木的平均樹高，因此該指標參與評價的意義不大。如參與評價，其代表性就與平均樹高指標重復。與之相似，立地級（以優(yōu)勢樹種的平均樹高與林齡的關系進行推算）參與評價的意義也不大。此外，本次評價也未考慮退化林木比例、森林災害、森林健康、生物多樣性等指標，有待今后進一步研究和完善。