桉樹人工林生態(tài)目標量化評價指標體系的應用

王楚彪，莫曉勇

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桉樹人工林生態(tài)目標量化評價指標體系的應用

王楚彪1，莫曉勇2＊

(1. 國家林業(yè)局桉樹研究開發(fā)中心，廣東湛江 524022；2. 華南農(nóng)業(yè)大學，廣東廣州 510642)

桉樹人工林生態(tài)量化評價指標體系建立的科學性和必要性已在前期研究成果得到體現(xiàn)，本研究把桉樹人工林生態(tài)目標量化評價指標體系應用于雷州林業(yè)局桉樹人工林生態(tài)效益及實現(xiàn)情況。雷州林業(yè)局生態(tài)目標量化評價的總得分是0.681 4(滿分為1)，說明雷州林業(yè)局桉樹人工林的生態(tài)經(jīng)營水平處于中上水平，總體能較好地發(fā)揮其生態(tài)效益。在36個三級指標的得分中，得分在0.8以上有7個指標，占全體指標的19.44%，分別是景觀類型數(shù)量、郁閉度、年平均耗水量、火災發(fā)生率、平均蓄積量、病蟲害發(fā)生率和喬木層平均碳儲量，說明雷州林業(yè)局桉樹人工林在這幾方面表現(xiàn)優(yōu)秀，其中喬木層碳儲量明顯高于其他地區(qū)桉樹人工林。得分在0.5 ~ 0.8之間的指標占多數(shù)，有24個指標，占66.67%，這反映了雷州林業(yè)局桉樹人工林生態(tài)效益的總體水平，同時也反映了本指標體系的合理性。得分在0.5以下的指標有5個，占13.89%，分別是土壤微生物數(shù)量、土壤層碳密度、凋落物層碳密度、有機質(zhì)含量和物種數(shù)量，其中物種數(shù)量得分低是因其與熱帶(海南)地區(qū)桉樹林的物種數(shù)量比較相對較少。

桉樹人工林；生態(tài)評價；指標體系；應用

作為速生豐產(chǎn)樹種代表的桉樹()，其人工林所體現(xiàn)的經(jīng)濟、社會價值得到普遍認可，它部分填補了我國的木材需求缺口，緩解木材供需緊張局面，解決了大量富余勞動力的就業(yè)問題。預計我國2015年木材消費量達到3.3 ~ 3.4億m3，而國內(nèi)可供應量只有1.9億m3，桉樹人工林是最優(yōu)良的木材供應樹種之一，可見其經(jīng)濟社會價值不可或缺。但是，桉樹人工林的生態(tài)價值未得到全面認識，如何更好地提高桉樹人工林的生態(tài)效益也是亟待解決的問題。本研究在森林經(jīng)理學的基礎(chǔ)上利用森林生態(tài)學、系統(tǒng)科學等知識，力求正確評價桉樹人工林的生態(tài)價值，為更好發(fā)揮桉樹人工林生態(tài)效益提出建議。

本研究以“桉樹人工林生態(tài)量化評價指標體系的建立”[1]為前期研究成果，以雷州林業(yè)局桉樹人工林為例，對量化評價體系進行檢驗校正，以評價結(jié)果為基礎(chǔ)，對桉樹人工林營建和經(jīng)營管理提出正確的生態(tài)管理措施，以期最大限度地發(fā)揮南方人工林的生態(tài)效益，并為林業(yè)決策部門、人工林相關(guān)法規(guī)制定單位、林業(yè)經(jīng)營管理者進行相關(guān)工作等提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

雷州林業(yè)局地處熱帶北緣海洋性季風氣候區(qū)，每年6—11月為熱帶風暴和臺風季節(jié)[2-3]。年平均氣溫在23.0 ~ 23.5℃，年平均日照時數(shù)達1 817.7 ~ 2 160.8 h[3]。雨量充沛，干濕季節(jié)較明顯，年平均降雨量為1 864.5 mm，年平均蒸發(fā)量為1 725.5 mm，相對濕度85%[4]。土層厚度為40 ~ 100 cm，土壤肥力不高，富鋁化，磚紅色，酸度大，鹽基不飽和[5]。地形地勢按其起伏程度不同，主要為平臺地和丘陵地。雷州林業(yè)局現(xiàn)有經(jīng)營面積4.95萬hm2，其中林業(yè)用地面積4.74萬hm2，林分面積3.2萬hm2，桉樹人工林面積2.97萬hm2，占林分面積的93%。

1.2 研究方法

建立了多層次的森林評價指標體系后，綜合評價的第一步是要確定各指標的分值，而評價指標的性質(zhì)往往是不同的。一方面是各指標的量綱不同；另一方面是各評價指標反映出體系的不同側(cè)面，所以，采用的指標形式有所不同，有的是總量指標，也有的是相對指標或平均指標，從而使各評價指標單位不同。因此必須通過無量綱化的方法加以解決，即通過數(shù)學變換來消除原來指標量綱的影響。無量綱化的方法使用隸屬函數(shù)法，是假設(shè)第i個評價指標的最優(yōu)值為i，最劣值為i，實際值為i，i()為無量綱化后的評價值，則隸屬函數(shù)為：

對于正指標(i

對于逆指標(i>i)

(2)

隸屬函數(shù)法的無量綱化適用于時間序列的評價指標值，不適用于單個時間指標。對于正指標，評價時間序列內(nèi)實際值最大者為1，最小者為0；對于逆指標，評價時間序列內(nèi)實際值最小者為1，最大者為0。

2 結(jié)果與分析

指標體系建立后在實際中運用是否能達到很好的效果，需要通過實例進行驗證，驗證內(nèi)容包括指標的選擇是否合理，指標權(quán)重的確定是否準確，指標無量綱化是否科學等。本文使用國營雷州林業(yè)局營建的桉樹人工林進行實例運用和驗證，數(shù)據(jù)來自實地調(diào)查和以往資料的收集。

2.1 生態(tài)系統(tǒng)健康評價

生態(tài)系統(tǒng)健康包括林木情況和生態(tài)系統(tǒng)安全2個二級指標，共8個三級指標。

2.1.1 平均胸徑、平均樹高、平均冠幅、平均蓄積量

2008年4月對2003年營建的4個5年生無性系的中試林進行了調(diào)查，結(jié)果如下：

圖1 不同桉樹無性系生長情況的比較

注：冠幅數(shù)據(jù)是東西冠幅和南北冠幅的平均值。

由圖1可以看出各無性系在胸徑、樹高、冠幅表現(xiàn)差異并不大，雷2蓄積量表現(xiàn)要優(yōu)于其他。由圖1可得出雷州林業(yè)局5年生桉樹無性系人工林的平均胸徑是10.9 cm，平均樹高為16.3 m，平均冠幅為3.6 m，平均蓄積量為161.3 m3·hm-2。查閱相關(guān)資料，收集有關(guān)數(shù)據(jù)，確定平均胸徑的最優(yōu)值i是13.5 cm，最劣值i為5.0 cm；平均樹高的最優(yōu)值i是21.5 m，最劣值i是6.0 m；平均冠幅的最優(yōu)值i為4.5 m，最劣值i為1.0 m；平均蓄積量的最優(yōu)值i為175.0 m3·hm-2，最劣值i為50.0 m3·hm-2。利用公式(1)計算出平均胸徑、平均樹高、平均冠幅、平均蓄積量的得分分別為0.694 1、0.664 5、0.742 9和0.890 4。

2.1.2 平均密度、郁閉度

林木種植密度不是越高越好，也不是越低越好，它有一個最優(yōu)值，而桉樹人工林的種植密度一般較高，通常會超過最優(yōu)值，所以針對桉樹人工林，平均密度是一個逆指標。雷州林業(yè)局的造林密度多采用2 250株·hm-2，根據(jù)桉樹人工林的造林株行距一般是2 m × 3 m，桉樹人工林的造林密度的最優(yōu)值i是1 667株·hm-2，考慮到雷州林業(yè)局林地多為平地，平地造林密度通常會偏高，通過查找資料，確定平均密度的最劣值為2 900株·hm-2，利用公式(2)計算出平均密度的得分為0.526 7。

桉樹人工林郁閉度普遍比較高，由于雷州林業(yè)局人工林種植密度高，所以郁閉度更高，通過調(diào)查，其平均郁閉度達到0.9。通過查找資料以及實地調(diào)查，桉樹人工林郁閉度的最優(yōu)值i是0.95，最劣值i為0.4，通過公式(1)計算出郁閉度得分為0.909 1。

2.1.3 病蟲害發(fā)生率、火災發(fā)生率

桉樹人工林病蟲害包括病害和蟲害2類。病害常見的有青枯病()，焦枯病()，叢枝病(Witches’ broom)等；蟲害主要有油桐尺蛾()、茶尺蛾()、栗黃枯葉蛾()、木蠹蛾()、同安鈕夜蛾()、紅腳綠金龜()等等。

收集雷州林業(yè)局2005—2007年桉樹病蟲害發(fā)生情況，見表1。由表1可看出，雷州林業(yè)局桉樹病蟲害發(fā)生率不高，只有油桐尺蛾比較嚴重，也找到了防治的辦法。由資料統(tǒng)計得知其病蟲害發(fā)生率在15%以下。通過查詢資料及實地調(diào)查，確定桉樹人工林病蟲害發(fā)生率的最優(yōu)值i是5%，最劣值i是95%。由公式(2)計算出指標病蟲害發(fā)生率的得分是0.888 9。

表1 雷州林業(yè)局2005—2007年桉樹主要病蟲害發(fā)生概率

注：被害率在30%以下，為害輕微，用“+”表示；被害率在30% ~ 50%之間，為害中等，用“++”表示；被害率在50%以上，為害嚴重，用“+++”表示。

森林火災也是森林健康的一個威脅。由于桉樹人工林實行集約管理，因此發(fā)生森林火災的概率相對較低，但也不可忽視，近年來桉樹人工林出現(xiàn)了人為火災頻發(fā)的現(xiàn)象，表現(xiàn)在兩方面，一方面是林地工人疏忽大意，在林地用火之后沒有及時處理引致火災，另一方面林業(yè)公司在山區(qū)承包土地，與當?shù)卮迕癜l(fā)生糾紛，村民人為縱火引起的火災。本文森林發(fā)生率以1 a中發(fā)生火災的天數(shù)除以365 d來計算，雷州林業(yè)局重視森林防火工作，火災發(fā)生率在5%以下。通過分析資料，確定森林火災發(fā)生率的最優(yōu)值i是2%，最劣值i是30%。通過公式(2)計算出指標火災發(fā)生率的得分是0.892 9。

2.2 生物多樣性評價

2.2.1 林下植物物種數(shù)量、無性系數(shù)量

林下植物物種數(shù)量(簡稱為物種數(shù)量)是生物多樣性最直接的指標，本文總結(jié)作者2012年6月在雷州林業(yè)局進行實地調(diào)查的數(shù)據(jù)及2002年吳鈿等[6]調(diào)查的數(shù)據(jù)，為雷州林業(yè)局桉樹人工林物種數(shù)量做全面的評價。

桉樹人工林林下物種數(shù)量豐富，通過實地調(diào)查以及總結(jié)以往資料，雷州林業(yè)局桉樹人工林林下植物主要有飛機草()、芒()、闊葉豐花草()、假臭草()、弓果黍()、光葉山黃麻()、銀柴()、糞箕篤()、舞草()、豆腐柴()、酸藤子()、大青()。雷州林業(yè)局物種數(shù)量調(diào)查情況見圖2。

圖2 2012年與2002年雷州林業(yè)局林下物種數(shù)量比較

注：2012年實地調(diào)查樣方數(shù)為30，2002年吳鈿等的調(diào)查樣方數(shù)為57。

由圖2可知，2002年吳鈿等[6]調(diào)查的林下物種數(shù)量為72，2012年作者調(diào)查的林下物種數(shù)量為45，兩者有差異主要是由于2012年調(diào)查設(shè)置的樣方數(shù)偏少，不能全面調(diào)查出雷州林業(yè)局桉樹人工林林下物種的種類。依據(jù)調(diào)查結(jié)果可知雷州林業(yè)局桉樹人工林物種數(shù)量可達75種。而相關(guān)資料顯示，處于熱帶(海南)的桉樹人工林林下物種數(shù)量達到224種，這是物種數(shù)量指標的最優(yōu)值i。而廣東、廣西以北的桉樹人工林物種數(shù)量較少，通過對比分析，確定桉樹林下物種數(shù)量的最劣值i為20種，通過計算得出本項指標分值為0.269 6。

桉樹在測試的無性系很多，但是真正用于生產(chǎn)的無性系卻偏少，這主要是因為桉樹人工林經(jīng)營者以經(jīng)濟目標為出發(fā)點，對經(jīng)濟效益不足的無性系鮮有使用，最終導致主要集中在幾個無性系，也造成了一些弊端，這一直是育種專家和經(jīng)營者著力想解決卻難以解決的問題。通過調(diào)查，雷州林業(yè)局常用的無性系有8種，收集相關(guān)資料及詢問相關(guān)專家，確定桉樹無性系數(shù)量的最優(yōu)值i為10種，最劣值i為2種，故無性系數(shù)量這項指標得分為0.750 0。

2.2.2 多度、蓋度

多度是指在某個樣方內(nèi)某個物種出現(xiàn)的次數(shù)。通常采用七級制多度：SOC(極多)、COP3(數(shù)量很多)、COP2(數(shù)量多)、COP1(數(shù)量尚多)、SP(數(shù)量不多而分散)、SOL(數(shù)量很少而稀疏)、UN(個別或單株)。本文以COP2(數(shù)量多)及以上的物種數(shù)量來評價林下植物的多度。

圖3 雷州林業(yè)局桉樹人工林林下植被蓋度情況

在2012年6月的林下植被調(diào)查中共有糞雞篤、飛機草、舞草、豆腐柴、潺槁木姜子()、酸藤子、白背葉()、大青、闊葉豐花草、假臭草、光葉山黃麻、弓果黍、芒、銀柴、勝紅薊()、五色梅()、肖梵天花()等19個物種多度達到COP2(數(shù)量多)級別及以上。通過查找相關(guān)資料，確定多度指標中達到COP2(數(shù)量多)的物種數(shù)量的最優(yōu)值i為25，最劣值i為5，通過計算得出雷州林業(yè)局植物多度的得分為0.700 0。

蓋度是林下植被覆蓋地面面積占樣方面積的比率。蓋度與多度結(jié)合形成優(yōu)勢度。蓋度能直觀地反映林下植被的生長情況，是生物多樣性重要的指標。蓋度與人工林林齡有密切的關(guān)系[6]。

由圖3可知，林齡為0.5 a時，林下植被的蓋度最高，總蓋度達到0.850 0，之后逐漸降低，直至林齡4.5時的0.461 1，這是因為隨著桉樹人工林的生長，林下植被生長受到抑制，其中在林齡為3.5 a時，蓋度稍微上升為0.533 1，這是林下植被與人工林競爭的結(jié)果。由圖3可得雷州林業(yè)局桉樹人工林林下植被的平均蓋度為0.573 2。通過結(jié)合作者2012年的調(diào)查，確定桉樹人工林林下植被蓋度的最優(yōu)值i為0.700 0，最劣值i為0.250 0。蓋度的得分為0.718 2。

2.2.3 生態(tài)系統(tǒng)類型數(shù)量、景觀類型數(shù)量、景觀觀賞性

本文的生態(tài)系統(tǒng)是在桉樹人工林這個大生態(tài)系統(tǒng)下相對小尺度的類型。它們都是以桉樹人工林為基礎(chǔ)，但由于土壤、氣候環(huán)境的不同而呈現(xiàn)出不同的特點。這種小生態(tài)系統(tǒng)類型的多樣性有利于保持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時也是生物多樣性的反映。雷州林業(yè)局將8個林場劃分為3片，分別是南片、中片、北片。這種劃分是出于經(jīng)營上的考慮，因為不同片區(qū)經(jīng)營環(huán)境不同，經(jīng)營措施也應相應改變。同時，這也為不同生態(tài)系統(tǒng)類型做了劃分，3個片區(qū)同時是3種不同的生態(tài)系統(tǒng)類型。南片生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性最豐富，經(jīng)營水平相對較高，北片生態(tài)系統(tǒng)多樣性最貧乏，中片在兩者之間。通過分析相關(guān)資料，確定生態(tài)系統(tǒng)類型指標的最優(yōu)值i為5，最劣值i為1，本項得分為0.500 0。

景觀是一個由不同土地單元鑲嵌組成，且有明顯視覺特征的地理實體。本文所指的景觀是狹義的。桉樹人工林景觀類型比較單一，通過調(diào)查得知雷州林業(yè)局桉樹人工林景觀類型主要有成熟林、幼齡林、萌芽林、混交林、林農(nóng)間作和采伐跡地6種。通過分析，桉樹人工林景觀類型數(shù)量的最優(yōu)值i是6種，最劣值i是2種，本項得分為1.000 0。

景觀觀賞性是一個定性指標，設(shè)定森林景觀觀賞性滿分為10分，通過調(diào)查林場工作人員和管理人員，給雷州林業(yè)局桉樹人工林景觀觀賞性的平均分數(shù)為5.5分，通過咨詢相關(guān)專家，給桉樹人工林景觀觀賞性的最優(yōu)值i為7分，最劣值i為2分，計算得出本項得分為0.700 0。

2.3 碳匯評價

2.3.1 各部分碳密度

根據(jù)作者的調(diào)查與數(shù)據(jù)分析[7]，喬木層各部分碳含量取值如下：干材47.56%，干皮43.46%，光枝47.76%，葉枝47.15%，樹葉49.45%，根蔸47.49%，粗根46.63%，細根47.61%，吸收根45.99%。利用喬木層各部分生物量的比重乘以各部分碳密度得出喬木層的總碳密度為47.23%。通過分析相關(guān)資料，確定喬木層碳密度的最優(yōu)值i為48.00%，最劣值i為45.00%，計算得出本項得分為0.743 3。

林下灌木層的碳密度是44.73%，比喬木層略低，分析相關(guān)資料，確定灌木層碳密度的最優(yōu)值i為46.50%，最劣值i為42.00%，計算得出本項得分為0.606 7。

林下草本層的碳密度40.74%，草本層的碳密度是地上部分各部分碳密度最低的，主要是因為草本木質(zhì)化程度比較低。通過分析，確定桉樹人工林草本層碳密度的最優(yōu)值i為41.00%，最劣值i為40.00%，通過公式(1)計算出本項得分為0.740 0。

林下凋落物層的碳密度為42.23%，比草本層略高，比灌木層低，這是由于凋落物層既有草本的凋落物，也有灌木的凋落物，還有喬木層的枝葉凋落。通過分析，確定凋落物層的碳密度的最優(yōu)值i為44.00%，最劣值i為41.00%，計算出本項得分為0.410 0。

通過對比相關(guān)學者的試驗數(shù)據(jù)，得出土壤層的碳密度如下：0 ~ 20 cm土壤層碳密度是1.42%，20 ~ 40 cm土壤層碳密度為0.96%，40 ~ 60 cm土壤層碳密度為0.65%，所以土壤層平均的碳密度為1.01%。通過分析相關(guān)土壤碳密度資料，確定土壤層碳儲量的i為1.5%，最劣值i為0.6%，用公式(1)計算得出本項得分為0.455 6。

2.3.2 各部分碳儲量

2.3.2.1 喬木層碳儲量

雷州林業(yè)局各受調(diào)查的無性系喬木層平均碳儲量比其他很多林場的碳儲量要高，通過對比確定喬木層碳儲量指標的最優(yōu)值i是58.0 t·hm-2，最劣值i是20.0 t·hm-2，通過計算得出本項得分為0.840 7。

2.3.2.2 灌木層、草本層、凋落物層碳儲量

各無性系灌木層平均碳儲量是2.430 t·hm-2，變異系數(shù)是62.40%，參考相關(guān)資料，確定灌木層碳儲量的最優(yōu)值i為3.5 t·hm-2，最劣值i為1.0 t·hm-2，計算得出本項得分為0.572 0。

各無性系草本層平均碳儲量是0.7 t·hm-2，變異系數(shù)是53.22%。草本層碳儲量的差異性沒有灌木層大，通過對比分析，確定草本層碳儲量的最優(yōu)值i是0.9 t·hm-2，最劣值i為0.3 t·hm-2，計算得出本項得分為0.718 3。

各無性系凋落物平均碳儲量是1.592 t·hm-2，變異系數(shù)是36.85%，其差異性較灌木層和草本層小。通過分析資料，確定凋落物層碳儲量的最優(yōu)值i是2.5 t·hm-2，最劣值i是0.4 t·hm-2，計算得出本項得分是0.630 9。

2.3.2.3 土壤層碳儲量

土壤層平均碳儲量92.0 t·hm-2。雷州半島南部的唐家土壤碳儲量最高，是106.9 t·hm-2，其次是中部的北坡，為87.45 t·hm-2，最低是北部石嶺，為81.8 t·hm-2。土壤碳儲量沿土層由上往下逐漸減少，0 ~ 20 cm層平均碳儲量是43.4 t·hm-2，占土壤碳儲量47.11%。20 ~ 40 cm層平均碳儲量是28.7 t·hm-2；40 ~ 60 cm層平均碳儲量是20.0t·hm-2。

通過分析，確定土壤層碳儲量的最優(yōu)值i為110.0 t·hm-2，最劣值i為65.0 t·hm-2，本項得分為0.600 7。

2.4 生態(tài)系統(tǒng)水環(huán)境評價

2.4.1 徑流密度、年平均耗水量

根據(jù)中澳合作項目“桉樹與水”對雷州林業(yè)局桉樹林耗水等問題的研究[8]，結(jié)果表明4年生尾葉桉日平均徑流密度為2 306 L·m-2·d-1，其中河頭林場為2 772 L·m-2·d-1，紀家林場為1 839 L·m-2·d-1。對比相關(guān)資料，確定桉樹人工林徑流密度的最優(yōu)值i為1 500 L·m-2·d-1，最劣值i為3 800 L·m-2·d-1，利用公式計算出本項得分為0.646 9。

“桉樹與水”項目結(jié)果表明雷州林業(yè)局桉樹人工林日平均耗水量為1.51 mm，年平均耗水量為551 mm，占同期年降水量的35.5%。此耗水量較國外的相關(guān)研究要低，分析資料，確定桉樹人工林年平均耗水量的最優(yōu)值i為400 mm，最劣值i為1 900 mm，通過公式計算得出本項得分為0.899 3。

2.4.2 土壤含水量

根據(jù)相關(guān)學者[8-9]的研究，桉樹人工林0 ~ 4 m土壤的最大含水量平均值為305.5 mm，略低于熱帶和亞熱帶山地森林的土壤蓄水能力。對比相關(guān)資料，確定桉樹人工林土壤含水量的最優(yōu)值i為400.0 mm，最劣值i為130.0 mm，計算得出本項得分為0.650 0。

2.4.3 林冠截留、總截留

根據(jù)相關(guān)學者[9]對桉樹人工林冠層對降雨截留的研究，在正常年份(降雨量2 016.7 mm)，冠層截留量為215.4 mm。冠層截留量隨降雨量增大呈增大趨勢，而林冠截留率與降雨呈顯著冪函數(shù)負相關(guān)。分析相關(guān)資料，確定桉樹人工林冠層截留的最優(yōu)值i為270.0 mm，最劣值i為110.0 mm，本項得分為0.658 8。

根據(jù)學者[10]的研究，在正常降雨年份，總截留量(降雨量減去流出的地表水量)是799.7 mm。通過對比分析相關(guān)資料及咨詢相關(guān)研究人員，確定總截留量的最優(yōu)值i是1 000.0 mm，最劣值i為300.0 mm，本項得分為0.713 9。

2.4.4 蒸散量

不同地區(qū)桉樹人工林具有不同的蒸散能力，根據(jù)學者[8-9]的研究，雷州林業(yè)局桉樹人工林的蒸散量在1 059.5 mm左右，其中人工林的蒸騰量550.5 mm，蒸騰量不高，主要有兩個方面的原因：一是由于在廣東夏季日平均太陽輻射低、最高溫度低，相對濕度大及飽和蒸氣壓差低，葉片氣孔中的水分比較難蒸騰到空氣中；二是我國桉樹人工林葉面積指數(shù)相對較小，通常來說，在同一地點樹木的水分蒸騰量取決于葉面積指數(shù)的大小，而同樹木種類關(guān)系不大。我國桉樹人工林葉面積指數(shù)一般在1.0 ~ 4.0，大部分在1.5 ~ 20.0，而巴西和南非等國家的桉樹人工林葉面積指數(shù)在2.0 ~ 6.0，大部分在3.0 ~ 5.0。分析相關(guān)資料，確定桉樹人工林的蒸散量最優(yōu)值i為600.0 mm，最劣值i為1 500.0 mm，計算得出本項得分為0.510 6。

2.5 生態(tài)系統(tǒng)土壤環(huán)境評價

2.5.1 N/P/K含量、有機質(zhì)含量

N/P/K含量是土壤肥力的反映，共有全N、全P、全K、堿解N、有效P、速效K 6個指標。本文分析了2000年和2012年雷州林業(yè)局的土壤N/P/K含量情況。

由圖4可看出不同年份土壤6個肥力指標的差異均不顯著(>0.05)，說明2000年和2012年土壤肥力沒有發(fā)生大的變化。全K含量有所降低，2000年平均值為0.78 g·kg-1，2012年為0.61 g·kg-1，通過分析資料，確定桉樹人工林全N含量的最優(yōu)值i是1.02 g·kg-1，最劣值i是0.31 g·kg-1，以2012年的數(shù)據(jù)為標準(以下同)，得出本項得分為0.422 5。全P含量也是有所降低，2000年為0.24 g·kg-1，2012年為0.17 g·kg-1，通過分析，確定全P含量的最優(yōu)值i是0.37 g·kg-1，最劣值i為0.09 g·kg-1，計算出本項得分為0.285 4。全K含量有所上升，2000年的平均值是2.54 g·kg-1，2012年的平均值為3.56 g·kg-1，通過分析，確定全K含量最優(yōu)值i是4.73 g·kg-1，最劣值i是1.16 g·kg-1，計算出本項得分為0.672 3。堿解N含量有所上升，2000年為51.46 mg·kg-1，2012年為49.86 mg·kg-1，通過分析，確定堿解N最優(yōu)值i為68.56 mg·kg-1，最劣值i是27.90 mg·kg-1，計算得出本項得分為0.540 1。有效P含量上升，2000年為2.52 mg·kg-1，2012年3.82 mg·kg-1，通過分析，確定有效P最優(yōu)值i為4.82 mg·kg-1，最劣值i為1.12 mg·kg-1，計算得出本項得分為0.729 7。速效K含量有所上升，2000年平均值為29.73 mg·kg-1，2012年為33.17 mg·kg-1，通過分析，確定桉樹人工林速效K最優(yōu)值i為45.95 mg·kg-1，最劣值i為15.94 mg·kg-1，計算得分本項得分為0.506 6。將6個分指標的得分加權(quán)平均得出本項指標的得分為0.526 2。

圖4 雷州林業(yè)局不同年份土壤N/P/K含量

注：25% ~ 75%非異常值 ○異常值 ※極端值

圖5　雷州林業(yè)局不同年份不同地點土壤有機質(zhì)含量

注：樣點1、2在雷州林業(yè)局唐家林場，樣點3在北坡林場，樣點4、5在石嶺林場。

土壤有機質(zhì)也是土壤肥力的重要指標。本文分析了雷州林業(yè)局2000年和2012年的土壤測試數(shù)據(jù)。

由圖5可知，2000年土壤有機質(zhì)平均含量與2012年差別并不大，2000年的平均值是19.01 g·kg-1，2012年的平均值為17.54 g·kg-1。2000年不同地點土壤有機質(zhì)含量的標準差是10.81，變異系數(shù)是56.88%；而2012年的標準差是5.24，變異系數(shù)是29.89%，說明兩個時期不同地點的土壤有機質(zhì)含量都存在明顯差異，這也是雷州林業(yè)局不同林場存在不同土壤肥力的反映。分析相關(guān)資料，確定桉樹人工林土壤有機質(zhì)含量的最優(yōu)值i是45.0 g·kg-1，最劣值i是3.0 g·kg-1，以2012年的數(shù)據(jù)為準，計算得出本項得分為0.346 2。

2.5.2 土壤微生物

根據(jù)相關(guān)學者[5]的研究，雷州林業(yè)局的土壤微生物比較豐富。

圖6 雷州林業(yè)局土壤微生物數(shù)量

注：樣地分別取自雷州林業(yè)局唐家林場、北坡林場和石嶺林場，其中樣地1、4、6為1年生桉樹林，樣地2、5是采伐跡地，樣地3為5年生桉樹林。

由圖6可看出各樣地土壤微生物差異明顯，體現(xiàn)了土壤微生物隨著土壤條件的變化而變化。0 ~ 20 cm層土壤微生物數(shù)量最多，接下來是20 ~ 40 cm層，最少是40 ~ 60 cm層，土壤微生物數(shù)量隨著土壤深度的加大而逐漸減少。雷州林業(yè)局土壤微生物數(shù)量的平均值是32.36 × 104個·g-1。通過分析相關(guān)資料，確定桉樹人工林土壤微生物數(shù)量的最優(yōu)值i為55.0 × 104個·g-1，最劣值i為10.0 × 104個·g-1，計算得出本項得分為0.496 9。

2.5.3 土壤容重、土壤總孔隙度

土壤容重是土壤物理性狀中相對穩(wěn)定的重要指標，容重大小反映出土壤透水性、透氣性和根系生長時的阻力狀況。土壤容重增加，會使土壤變得更為堅實，這對桉樹的根系伸展、分布狀況、根系的數(shù)量和根的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，以致根系對水分、養(yǎng)分的吸收受到阻礙。圖7是2006年的土壤調(diào)查數(shù)據(jù)。

圖7　雷州林業(yè)局各土層土壤容重

由圖7可看出，雷州林業(yè)局各土層土壤容重差異不大，平均值為1.49 g·cm-3，分析相關(guān)資料，確定桉樹人工林土壤容重的最優(yōu)值i為1.40，最劣值i為1.63，計算得出本項得分為0.608 7。

土壤總孔隙度反映土壤的通氣和滲透性，由2006年調(diào)查的數(shù)據(jù)顯示雷州林業(yè)局土壤的總孔隙度平均值為43.6%。分析相關(guān)資料，確定桉樹人工林土壤總孔隙度的最優(yōu)值i為46.5%，最劣值i為38.6%，計算得出本項得分為0.632 9。

2.6 桉樹人工林生態(tài)目標量化評價總得分

將雷州林業(yè)局桉樹人工林生態(tài)目標量化評價的各指標得分乘以各自指標的權(quán)重(各指標權(quán)重見文獻[1])，再進行相加，最終得出雷州林業(yè)局生態(tài)目標量化評價的總得分為0.681 4(滿分為1)。

3 結(jié)論和討論

3.1 結(jié)論

桉樹人工林生態(tài)目標量化評價指標體系的建立充分考慮桉樹林的普遍性和特殊性，因此將其應用到雷州林業(yè)局桉樹人工林中取得了較好的效果，能客觀地評價桉樹人工林生態(tài)效益的實現(xiàn)情況。指標評分過程中使用隸屬函數(shù)法進行指標無量綱化，將雷州林業(yè)局桉樹人工林生態(tài)目標量化評價的各指標得分乘以各自指標的權(quán)重，再進行相加得到雷州林業(yè)局生態(tài)目標量化評價的總得分是0.681 4(滿分為1)。說明雷州林業(yè)局桉樹人工林的生態(tài)經(jīng)營水平處于中上水平，總體能較好地發(fā)揮其生態(tài)效益。雷州林業(yè)局在實現(xiàn)其經(jīng)濟效益的前提下能較好地實現(xiàn)桉樹人工林的生態(tài)目標，說明雷州林業(yè)局桉樹人工林整體的經(jīng)營水平較高。

在36個三級指標的得分中，得分在0.8以上有7個指標，占全體指標的19.44%，分別是景觀類型數(shù)量、郁閉度、年平均耗水量、火災發(fā)生率、平均蓄積量、病蟲害發(fā)生率、喬木層平均碳儲量。說明雷州林業(yè)局桉樹人工林經(jīng)營在這些方面表現(xiàn)優(yōu)秀。雷州林業(yè)局林地多為平地，桉樹種植密度高，所以郁閉度較高；由于經(jīng)營水平高，林木整體生長較好，平均蓄積量和喬木層碳含量得分高，在火災和病蟲害方面管控較好。得分在0.5 ~ 0.8之間的指標占了多數(shù)，有24個指標，占66.67%，這反映了雷州林業(yè)局桉樹人工林生態(tài)效益的總體水平，同時也反映了本指標體系的合理性。其中指標無性系數(shù)量得分0.750 0，說明雷州林業(yè)局所使用的無性系數(shù)量在行業(yè)中屬于比較多的；總截留量得分為0.713 9，這體現(xiàn)了雷州林業(yè)局林地能很好地做到雨水截留，對水土保持起到很好作用。N/P/K含量得分只有0.526 2，說明雷州林業(yè)局林地土壤肥力中下，并不肥沃。得分在0.5以下的指標有5個，占13.89%，分別是土壤微生物數(shù)量、土壤層碳密度、凋落物層碳密度、有機質(zhì)含量和物種數(shù)量。土壤微生物數(shù)量得分低是由于雷州林業(yè)局整地方式強烈，通常使用機械全墾，破壞了微生物的生長環(huán)境。土壤層碳密度和土壤有機質(zhì)含量低說明雷州林業(yè)局土壤肥力不高，這是因為雷州半島土壤貧瘠，經(jīng)過多年桉樹人工林的種植，土壤肥力得不到改善。物種數(shù)量得分低并非因為雷州林業(yè)局桉樹林物種數(shù)量少，而是因其與熱帶(海南)地區(qū)桉樹林的物種數(shù)量比較相對較少。

指標體系應用到雷州林業(yè)局桉樹人工林系統(tǒng)中，能較好地反映其生態(tài)目標實現(xiàn)程度。相關(guān)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)盡量做到全面、準確、細致，以期達到更準確的評價結(jié)果，尤其對于高權(quán)重的指標更加重視，例如碳匯、生態(tài)系統(tǒng)健康、生態(tài)系統(tǒng)土壤環(huán)境等，進行了實地調(diào)查，掌握較全面的數(shù)據(jù)。雷州林業(yè)局生態(tài)目標量化評價的最終得分為0.681 4，考慮到各指標最優(yōu)值的確定多數(shù)比較高，這個得分能充分說明雷州林業(yè)局桉樹人工林發(fā)揮著重要的生態(tài)作用。其中林木評價蓄積量、喬木層碳儲量處在行業(yè)(國內(nèi))的先進水平，耗水量、火災、病蟲害也得到很好控制，體現(xiàn)了雷州林業(yè)局的經(jīng)營水平。

3.2 討論

指標評分過程中，指標最優(yōu)值和最劣值的確定較困難，雖然在確定每個指標的優(yōu)劣值時充分收集相關(guān)資料，或者進行實地驗證，力爭做到正確，本文各指標的優(yōu)劣值也確實能反映桉樹人工林行業(yè)的當前情況，但是一方面由于不同地區(qū)有不同環(huán)境，各指標的數(shù)量存在一定差異，為了保持指標體系的普遍適應性，指標的最優(yōu)值與最劣值區(qū)間適當進行擴大，個別指標的得分會有所減低，例如本文的物種數(shù)量得分；另一方面，個別指標例如景觀觀賞性、景觀類型數(shù)量是定性指標，所以其得分只能在盡量科學的前提下做定性評價。

今后的進一步研究目標是修訂指標體系的最優(yōu)值和最劣值，使評價體系更加科學，最優(yōu)值和最劣值的確定要考慮多方面的因素，包括地域、經(jīng)營主體、時代特征等方面，如何更科學合理地確定各指標的優(yōu)劣值是日后研究的方向。

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Analyses of Ecological Quantitative Evaluation Indices forPlantation on the Leizhou Peninsula

WANG Chu-biao1, MO Xiao-yong2

(1.,524022,,; 2.,510642,,)

The establishment of a quantitative index system for evaluation ofplantation ecology is scientific and necessary, as shown by previous research results. Ecological quantitative evaluation indicators forplantation as used by Leizhou Forestry Bureau have achieved good results. They have enabled efficient evaluation of ecological quality ofplantations. The total score of ecological quantitative evaluation in Leizhou Forestry Bureau was 0.681 4 (out of a possible score of 1). This result indicates that the quality of Leizhou Forestry Bureau’s ecological management is of reasonable quality. Theplantations of Leizhou can provide many ecological benefits. In the scores of 36 third-level indicators, there were 7 indicators that had scores exceeding 0.8 and these accounted for 19.4% of the total score; these indicators included the number of landscape types, canopy density, average annual water consumption, fire incidence, the average timber volume, pest and disease incidence, and carbon storage by the trees. The latter trait was higher thanplantations in many other regions. There were 24 third-level indicators that achieved scores ranging from 0.5 to 0.8, and they accounted for 66.7% of the total score. This diversity of third-level indicators reflects the overall level of eco-efficiency in Leizhou and the rationality of this evaluation system. There were 5 indicators under 0.5, and these accounted for only 13.9% of the total score; these included soil microbial quantity, soil carbon density, litter carbon density, soil organic matter, and number of species. Comparing with more tropical environments (such as Hainan), the number of species in Leizhou was lower.

plantation; ecological evaluation; indicators system; application

S718.5

A

王楚彪(1982— )，男，碩士，工程師，從事林木遺傳育種研究.E-mail: scauwcb@163.com

莫曉勇(1962— )，男，博士，教授，從事人工林經(jīng)營研究.E-mail: motree@163.com