森林多功能評(píng)價(jià)與表達(dá)方法1)

殷鳴放

(沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)，沈陽，110866)

鄭小賢

(北京林業(yè)大學(xué))

殷煒達(dá)

(東京大學(xué))

傳統(tǒng)森林經(jīng)理學(xué)簡單地把森林作為木材生產(chǎn)的“場(chǎng)所”來對(duì)待，將森林的木材生產(chǎn)以外其它的資源視為“附屬”性的存在而未予重視。這顯示出人們對(duì)森林各種功能的認(rèn)識(shí)力缺乏和科學(xué)方法的不足，因而受到了來自學(xué)科內(nèi)部與社會(huì)各方面的批評(píng)和質(zhì)疑[1]。我國現(xiàn)有森林資源的人均占有量很低，森林資源利用上更需要充分利用各種功能，社會(huì)迫切需要森林在生態(tài)環(huán)境建設(shè)中發(fā)揮更大的作用[2]。我國林業(yè)在經(jīng)歷了森林過度利用階段、森林恢復(fù)與發(fā)展階段之后，正在向多功能利用階段發(fā)展[3]，許多學(xué)術(shù)和實(shí)踐方面問題都亟待解決。因此，對(duì)森林多功能評(píng)價(jià)進(jìn)行研究，無論從學(xué)術(shù)方面，還是從社會(huì)需要方面，都已十分緊迫。

森林多功能是指在同一空間中的森林由于自身特點(diǎn)和周邊環(huán)境不同所具有的多種功能的集合，它是由森林的自然屬性與周邊環(huán)境決定的，其分類地位與商品林、公益林并列成為一類。對(duì)于森林多功能評(píng)價(jià)問題，大尺度的研究國內(nèi)曾經(jīng)有一些報(bào)道[4－5]，但在小班尺度上的研究成果非常少見[6]。森林經(jīng)營上更需要了解小班的各種功能和整體功能狀況，因此，開展多功能森林評(píng)價(jià)與直觀表達(dá)的研究，是森林多功能經(jīng)營上的需要。

1 研究地概況

研究對(duì)象為遼寧東部山區(qū)清原縣大邊溝林場(chǎng)。該場(chǎng)屬于長白山脈的西南延伸部分，屬溫帶季風(fēng)氣候，氣候濕潤，雨量充沛。年平均氣溫5.2℃，無霜期120～130 d，年降水量800～1000 mm。天然植被為次生闊葉林與針闊葉混交林，土壤為棕色森林土和暗棕色森林土。人工造林樹種主要有日本落葉松(Larix kaempferi)、長白落葉松(Larix olgensis)、紅松(Pinus koraiensis)、油松(pinus tabulaeformis)等[7]。

2 研究對(duì)象與方法

2.1 研究對(duì)象

選擇林相比較均勻的1個(gè)集水區(qū)進(jìn)行了調(diào)查。本研究數(shù)據(jù)主要采取標(biāo)準(zhǔn)地和解析木調(diào)查為主。比如，碳吸收與碳儲(chǔ)存計(jì)量、林木生長量與蓄積量、生物多樣性、樹種豐富性、自然性等數(shù)據(jù)。共調(diào)查標(biāo)準(zhǔn)地48塊，林木碳儲(chǔ)量和生長量測(cè)定用解析木367株。此外，其它小班數(shù)據(jù)采用最新二類調(diào)查數(shù)據(jù)以及林場(chǎng)檔案資料。比如，小班面積、小班界線、小班集材距離等。

2.2 方法

在借鑒國內(nèi)外森林多功能研究成果的基礎(chǔ)上[4－6]，結(jié)合當(dāng)?shù)刈匀粭l件與社會(huì)需求，提出森林經(jīng)營上的主要功能及其評(píng)價(jià)方法。評(píng)價(jià)目的是為了滿足森林經(jīng)營需要，并不涉及各種生態(tài)價(jià)值問題。在1個(gè)集水區(qū)內(nèi)，采用相對(duì)值比較法進(jìn)行各種子功能評(píng)價(jià)，用高、中、低表達(dá)小班各種子功能大小。高、中、低等級(jí)劃分可以采用各種方法，本研究采用極差均分法。再用雷達(dá)圖法對(duì)各種子功能評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行全面表達(dá)，最后用多功能值和多功能指數(shù)表達(dá)整體功能大小和森林多功能類型，實(shí)現(xiàn)小班層次的森林多功能評(píng)價(jià)與表達(dá)一體化，為森林經(jīng)營提供科學(xué)依據(jù)。

2.2.1 主要功能種類的確定

根據(jù)日本學(xué)術(shù)會(huì)議公布的研究成果，森林多功能種類可以劃分為8類36子類[8]。本研究認(rèn)為這些功能種類并不都適合森林經(jīng)營需要。森林經(jīng)營單位應(yīng)該根據(jù)森林特點(diǎn)和經(jīng)營需要確定主要經(jīng)營功能。主要經(jīng)營功能確定依據(jù):①現(xiàn)階段森林經(jīng)營水平可及;②可進(jìn)行定量化評(píng)價(jià);③利于制定經(jīng)營措施;④區(qū)域社會(huì)急需。本研究對(duì)遼寧東部山區(qū)森林確定的主要經(jīng)營功能是水土保持與水源涵養(yǎng)功能、減少溫室氣體功能、保護(hù)生物多樣性功能和可持續(xù)木材生產(chǎn)功能。

2.2.2 小班功能評(píng)價(jià)方法

水土保持與水源涵養(yǎng)功能是指森林對(duì)土壤的保護(hù)、形成和促進(jìn)降水向其滲透的作用。根據(jù)以往大量研究成果可知，該功能與林木和林下植被的覆蓋度密切相關(guān)[9]。本研究采用林木和林下植被覆蓋指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，計(jì)算與評(píng)價(jià)緩和枯水洪水功能、保護(hù)水質(zhì)功能、防止泥沙流失功能、防止林地崩塌功能等4項(xiàng)子功能，再將這些評(píng)價(jià)值進(jìn)行平均作為水土保持與水源涵養(yǎng)功能的評(píng)價(jià)結(jié)果[6]。

減少溫室氣體功能是指森林可以吸收和儲(chǔ)存溫室氣體二氧化碳方面的功能。通過計(jì)量森林吸收、儲(chǔ)存二氧化碳子功能來評(píng)價(jià)。二氧化碳吸收量=生長量/hm2×擴(kuò)大系數(shù)×木材密度×含碳率;二氧化碳儲(chǔ)存量=蓄積量/hm2×擴(kuò)大系數(shù)×木材密度×含碳率[6]。其中含碳率、木材密度通過解析木進(jìn)行樹干解析和元素分析方法獲得[9];林木生長量和蓄積量通過標(biāo)準(zhǔn)地調(diào)查獲得。

保護(hù)生物多樣性功能是指森林通過為生物物種提供生存與繁衍的場(chǎng)所，從而起到對(duì)其保育作用的功能。本研究采用稀少性、多樣性和自然性等指標(biāo)評(píng)價(jià)[6]。稀少性評(píng)價(jià)采用調(diào)查評(píng)價(jià)對(duì)象里是否存在國家及省級(jí)瀕危滅絕植物種。多樣性評(píng)價(jià)根據(jù)植被調(diào)查判斷植物多樣性。自然度評(píng)價(jià)采用近自然林理論，將近自然度分為7個(gè)等級(jí)，通過對(duì)小班實(shí)際調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

可持續(xù)木材生產(chǎn)功能是指森林能持續(xù)、高效率地生產(chǎn)優(yōu)良材，并確保林分自身健康生長的功能。評(píng)價(jià)指標(biāo)是形狀比、生長量、蓄積量、修枝情況、集材距離、平均坡度、小班面積、木材缺欠等8項(xiàng)[6]。數(shù)據(jù)通過小班檔案數(shù)據(jù)和實(shí)際調(diào)查獲得。

2.2.3 整體功能綜合評(píng)價(jià)與表達(dá)

整體功能綜合評(píng)價(jià)需要把小班各子功能評(píng)價(jià)結(jié)果與整體功能綜合評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行同時(shí)表達(dá)，將其作為一個(gè)多因素評(píng)價(jià)問題。本研究采用雷達(dá)圖法來解決這個(gè)問題[10－11]，以子功能評(píng)價(jià)結(jié)果雷達(dá)圖為基礎(chǔ)開發(fā)了多功能值S和多功能指數(shù)M(見3.2)，以進(jìn)行整體功能綜合評(píng)價(jià)與表達(dá)。

3 結(jié)果與分析

3.1 子功能評(píng)價(jià)

采用上述評(píng)價(jià)方法，對(duì)1個(gè)集水區(qū)的14個(gè)小班進(jìn)行各項(xiàng)子功能評(píng)價(jià)。按照上述小班功能評(píng)價(jià)方法(見2.2.2)計(jì)算各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)，按照相對(duì)值法劃分功能大小，根據(jù)雷達(dá)圖方法要求對(duì)各小班子功能評(píng)價(jià)結(jié)果賦值，見表1。

表1 森林子功能評(píng)價(jià)結(jié)果

“高”的賦值3，“中”的賦值2，“低”的賦值1，得到制作雷達(dá)圖的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。用這些數(shù)據(jù)制作各小班功能雷達(dá)圖(以42、44、47小班為代表，見圖1)。

圖1 森林多功能類型

3.2 整體功能綜合評(píng)價(jià)

森林整體功能綜合評(píng)價(jià)通過計(jì)算雷達(dá)圖中閉合多邊形面積得到[10－11]。各小班森林多功能值S由(1)式得到，多功能指數(shù)M由(2)式計(jì)算得到，再根據(jù)多功能指數(shù)劃分多功能類型。結(jié)果見表2。

式中:L1、L2為三角形的兩個(gè)邊長;θ為 L1、L2構(gòu)成的夾角;M0為理想林分多功能值，即用已經(jīng)確定的子功能全部達(dá)到最大值時(shí)的多功能值;S為多功能值;M為多功能指數(shù)。

表2 小班多功能評(píng)價(jià)

根據(jù)表2多功能值可進(jìn)行各小班整體功能大小比較，得出各小班綜合功能大小排序?yàn)?47＞43=45＞44=46＞50=54＞42=51＞56＞53＞52＞55＞48。

結(jié)果表明，各小班整體功能差異很大，最大的是47小班，評(píng)價(jià)值為24.63;最小值是48小班，評(píng)價(jià)值為8.99;最大與最小值差2.73倍，多功能經(jīng)營潛力很大。

3.3 森林多功能類型劃分

進(jìn)一步對(duì)獲得的雷達(dá)圖進(jìn)行分析，根據(jù)表2多功能指數(shù)劃分森林多功能類型。

a型(優(yōu)勢(shì)齊備型):多功能指數(shù)為0.9～1.0。43、45、47等3個(gè)小班在各功能上的評(píng)價(jià)值基本上都是最大值，個(gè)別子功能處于中等水平，所構(gòu)成的多邊形飽滿并從圓心向外擴(kuò)張，說明這些小班的多功能呈現(xiàn)優(yōu)勢(shì)齊備態(tài)勢(shì)，是理想的森林多功能類型，可采取保持現(xiàn)狀的經(jīng)營措施。

b型(穩(wěn)定平衡型):多功能指數(shù)為0.7～0.8。42、44、46、50、51、54 等 6 個(gè)小班若干方面表現(xiàn)好，具有優(yōu)勢(shì)主導(dǎo)功能，部分子功能有缺欠，整體上處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)。評(píng)價(jià)結(jié)果表明其多功能屬于中等狀態(tài)，呈現(xiàn)穩(wěn)定平衡態(tài)勢(shì)，可根據(jù)優(yōu)勢(shì)主導(dǎo)功能進(jìn)行適度經(jīng)營。

c型(弱勢(shì)缺失型):多功能指數(shù)為0.6以下。48、50、53、55、56 等 5 個(gè)小班整體功能處于低水平狀態(tài)，并存在1個(gè)“低”的子功能，評(píng)分結(jié)果構(gòu)成的多邊形向圓心收縮，說明這些小班的整體功能較差，呈現(xiàn)整體功能軟弱缺失態(tài)勢(shì)。對(duì)該類型可采取發(fā)揮優(yōu)勢(shì)主要功能，改善林分結(jié)構(gòu)，促進(jìn)林木健康發(fā)展的經(jīng)營措施。

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

從森林多功能經(jīng)營的需求與森林自身特點(diǎn)出發(fā)，提出了基于小班森林多功能經(jīng)營要求的森林多功能計(jì)量與評(píng)價(jià)方法，對(duì)研究區(qū)域水土保持與水源涵養(yǎng)功能、減少溫室氣體、保護(hù)生物多樣性功能和可持續(xù)木材生產(chǎn)功能等4項(xiàng)主要經(jīng)營功能進(jìn)行了評(píng)價(jià)，得出了對(duì)于森林多功能經(jīng)營具有實(shí)際指導(dǎo)意義的結(jié)果。

建立多功能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系對(duì)各小班多功能進(jìn)行評(píng)價(jià)，用相對(duì)值比較法，即用“高、中、低”直觀表達(dá)小班主要經(jīng)營功能大小。并以此為基礎(chǔ)，將各小班主要功能用雷達(dá)圖方法全面表達(dá)，實(shí)現(xiàn)了小班層次的多功能評(píng)價(jià)與表達(dá)。這種評(píng)價(jià)結(jié)果不同與以往的只進(jìn)行功能的物理量與價(jià)值量評(píng)價(jià)，而是建立在森林經(jīng)營需要的基礎(chǔ)之上，可以針對(duì)弱勢(shì)功能采取恰當(dāng)?shù)慕?jīng)營措施。

引入雷達(dá)圖法，并在此基礎(chǔ)上提出了多功能值和多功能指數(shù)的概念及其計(jì)算公式，用以表達(dá)小班整體功能。并將森林多功能劃分為優(yōu)勢(shì)齊備型、穩(wěn)定平衡型、弱勢(shì)缺失型等3個(gè)類型，從理論上為森林多功能經(jīng)營奠定了基礎(chǔ)，使每個(gè)小班多功能狀況具有了可比性，進(jìn)而使經(jīng)營者可以針對(duì)各個(gè)小班的特點(diǎn)，分門別類地采取森林經(jīng)營措施。

4.2 討論

森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)價(jià)方面的研究在國內(nèi)外已經(jīng)取得大量成果;但是，將這些成果應(yīng)用到森林經(jīng)營上還有很多工作要做。本研究在森林經(jīng)營框架下，從森林多功能經(jīng)營的社會(huì)需要與森林自身具有多功能屬性的實(shí)際情況出發(fā)，提出了基于小班森林多功能經(jīng)營要求的評(píng)價(jià)與表達(dá)方法。該方法的提出為今后開展森林多功能經(jīng)營提供了新的途徑。

采用常規(guī)調(diào)查方法進(jìn)行各子功能計(jì)量與評(píng)價(jià)，對(duì)森林經(jīng)營有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值和指導(dǎo)意義。4種主要森林功能均可通過測(cè)樹學(xué)、森林生態(tài)學(xué)等方法，利用既有資料與常規(guī)森林調(diào)查獲得評(píng)價(jià)指標(biāo)。這些評(píng)價(jià)指標(biāo)不但可以實(shí)現(xiàn)多功能大小的評(píng)價(jià)和排序，還有助于在經(jīng)營多功能森林時(shí)針對(duì)各個(gè)小班的特點(diǎn)采取相應(yīng)的經(jīng)營措施，使森林多功能經(jīng)營具有可操作性。

采用雷達(dá)圖法表達(dá)森林多功能綜合信息，可以把復(fù)雜的多因素評(píng)價(jià)問題簡單化。這種方法實(shí)現(xiàn)了小班森林子功能信息全面表達(dá)和小班整體功能計(jì)量與排序。本研究提出的用無量綱方法表達(dá)多功能值、用多功能指數(shù)劃分多功能類型的新方法，為森林多功能經(jīng)營提供了科學(xué)的方法。

本研究提出的基于森林經(jīng)營框架的多功能評(píng)價(jià)與表達(dá)方法，還只是一個(gè)初步探索，方法本身可能還存在一些預(yù)料不到的問題，比如，各子功能的權(quán)重確定等問題，還需要進(jìn)一步研究解決，使森林多功能經(jīng)營技術(shù)得到不斷完善。

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