森林自然度調(diào)整系數(shù)研究
——以烏爾旗漢林業(yè)局為例

馮素靜，孫忠文，宮秀富，邢俊鵬，劉川江

（1.內(nèi)蒙古大興安嶺碳匯科技有限責(zé)任公司，牙克石 022150；2.內(nèi)蒙古大楊樹林業(yè)有限責(zé)任公司，大楊樹鎮(zhèn) 165456）

為了做好森林資源環(huán)境資產(chǎn)的評(píng)估，2008年以來，國家先后發(fā)布了《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估規(guī)范》、《森林資源資產(chǎn)評(píng)估技術(shù)規(guī)范》和《自然資源（森林）資產(chǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，這為森林資源資產(chǎn)評(píng)估提供了理論依據(jù)和技術(shù)指南。但在評(píng)估涵養(yǎng)水源、防止土壤侵蝕、物種保育等指標(biāo)的生態(tài)價(jià)值時(shí)，森林自然度調(diào)整系數(shù)是必不可少的。因此，建立森林自然度指標(biāo)體系，運(yùn)用主成分分析法確定各指標(biāo)權(quán)重，是森林資源資產(chǎn)評(píng)估必須突破的技術(shù)瓶頸，也是進(jìn)行森林自然度調(diào)整系數(shù)研究的主要原因。烏爾旗漢林業(yè)局開展森林自然度調(diào)整系數(shù)的研究，填補(bǔ)了內(nèi)蒙古大興安嶺林區(qū)的空白，主要目的是用森林實(shí)際的自然度值替代等步距劃分的森林自然度值，能夠更加快捷、精準(zhǔn)地計(jì)算森林資源資產(chǎn)的價(jià)值量，為烏爾旗漢林業(yè)局生態(tài)功能區(qū)森林資源資產(chǎn)進(jìn)行全面核算奠定基礎(chǔ)。

1 基本情況

1.1 地理位置

烏爾旗漢林業(yè)局有限公司地處大興安嶺西坡中部，位于內(nèi)蒙古呼倫貝爾市境內(nèi)，地跨牙克石市和鄂倫春自治旗。地理坐標(biāo)為東經(jīng)121°12′25″～122°50′43″，北緯49°14′04″～49°58′30″，東西長130 km，南北寬84 km。林業(yè)局東與諾敏森林經(jīng)營所接壤，東南、南與北大河林業(yè)局毗鄰，西與免渡河林業(yè)局和牙克石市牧原鎮(zhèn)交界，北與庫都爾林業(yè)局相連。

林業(yè)局總面積59 3617 hm2。森林覆蓋率為82.44%，林木綠化率為82.88%。

1.2 森林資源

1.2.1 林地資源

烏爾旗漢林業(yè)局總面積593 617 hm2，其中：林權(quán)證內(nèi)面積577 017 hm2，占林業(yè)局總面積的97.2%，林權(quán)證外面積16 600.0 hm2，占林業(yè)局總面積的2.8%。

1.2.2 林木資源

林業(yè)局總蓄積543 738 58 m3，其中活立木蓄積533 858 69 m3，占總蓄積的98.2 %；枯倒木蓄積987 989 m3，占總蓄積的1.8%。

活立木蓄積中，喬木林蓄積51 097 858m3，占活立木蓄積的95.7%；散生木蓄積2 258 661m3，占活立木蓄積的4.2%；疏林地蓄積29 351 m3，占活立木蓄積的0.1%。

1.2.3 喬木林資源結(jié)構(gòu)

按起源分：天然喬木林面積436 390.0 hm2，占喬木林地面積的90.4%；人工喬木林面積38 194.3 hm2，占喬木林地面積的7.9%；人天混喬木林面積8121.3hm2，占喬木林地面積的1.7%。

按優(yōu)勢樹種分：落葉松分布較廣，面積338 636.7hm2，占喬木林地面積的70.3%；其次為白樺，面積111 989.8hm2，占喬木林地面積的23.2%；少量分布樟子松、山楊、楊樹、柳樹、黑樺等。

2 項(xiàng)目研究的內(nèi)容及分析

2.1 項(xiàng)目研究內(nèi)容

森林自然度是指地段森林生長發(fā)育過程狀態(tài)與森林（頂級(jí)）狀態(tài)的距離，具體含義包括總蓄積量、蓄積結(jié)構(gòu)、樹種組成等與森林頂級(jí)狀態(tài)的近似程度。森林自然度調(diào)整系數(shù)是評(píng)估林分自然度值與參照林分自然度值的比值。它是用來評(píng)估林分生態(tài)價(jià)值的重要參數(shù)。目前，國內(nèi)采用的是等步距法給森林進(jìn)行自然度賦值，不能精準(zhǔn)確定林分的自然度值，從而導(dǎo)致自然度調(diào)整系數(shù)不能精準(zhǔn)計(jì)算，這樣會(huì)導(dǎo)致森林生態(tài)系統(tǒng)功能價(jià)值評(píng)估也不夠準(zhǔn)確。近年來，森林自然度的相關(guān)理論與評(píng)估方法的研究，逐漸成為國內(nèi)外近自然林業(yè)理論研究的重點(diǎn)。但因影響森林自然度的因子眾多，指標(biāo)體系引用和確定難以統(tǒng)一，有些體系雖然能夠合理確定林分自然度，但需要大量的前期監(jiān)測，不適合推廣應(yīng)用。主要表現(xiàn)在：缺乏統(tǒng)一的、權(quán)威的被廣泛認(rèn)可的指標(biāo)體系；定性評(píng)價(jià)的多，定量評(píng)價(jià)的少；參照系選擇難度大。當(dāng)前，內(nèi)蒙古大興安嶺林區(qū)還沒有建立森林自然度指標(biāo)體系，也就沒有不同林分類型的自然度值。本研究的內(nèi)容主要包括建立適合在內(nèi)蒙古大興安嶺林區(qū)推廣的森林自然度指標(biāo)體系和確定特定小班的森林自然度調(diào)整系數(shù)，為科學(xué)評(píng)估內(nèi)蒙古大興安嶺生態(tài)功能區(qū)森林生態(tài)價(jià)值提供基礎(chǔ)參數(shù)。

2.2 項(xiàng)目研究程序

2.2.1 自然度等級(jí)篩選

依據(jù)《森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查技術(shù)規(guī)程》，以2018 年森林資源檔案的森林自然度等級(jí)為自變量篩選二類調(diào)查小班。

二類調(diào)查將天然林按照植被狀況與原始頂極群落的差異，或次生群落位于演替中的階段劃分為3 種類型：原始林Ⅰ級(jí)、次生林Ⅱ級(jí)、殘次林Ⅲ級(jí)。自然度等級(jí)落實(shí)在年度森林資源檔案上，用以區(qū)分不同林分類型與原始林或頂極群落的差異。借鑒國內(nèi)自然度研究成果，本研究依據(jù)二類調(diào)查取值范圍，將自然度劃分為4 個(gè)等級(jí)，分別為：Ⅰ級(jí)原始林狀態(tài)、Ⅱ級(jí)次生林狀態(tài)、Ⅲ級(jí)殘次林狀態(tài)、Ⅳ級(jí)人工林狀態(tài)及疏林狀態(tài)。

2.2.2 構(gòu)建自然度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[1]

對(duì)森林自然度有效評(píng)價(jià)的前提應(yīng)該是建立科學(xué)、合理的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。森林自然度評(píng)價(jià)指標(biāo)選取遵循以下原則：

①所選指標(biāo)應(yīng)該能夠有效區(qū)分林分的自然和人為特征；②客觀性強(qiáng)，具有說服力，能夠得到一致、準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果；③具有可測性，能夠通過已有數(shù)據(jù)計(jì)算得到；④對(duì)林分范圍的變化有較強(qiáng)的敏感性；⑤便于推廣應(yīng)用。

森林自然度評(píng)價(jià)是一個(gè)困難而復(fù)雜的工作，在一些高山陡角和國家一級(jí)公益林內(nèi)還存在部分沒有經(jīng)過人類經(jīng)營活動(dòng)干擾及自然干擾的林分，但也很難弄清森林的具體組成情況，因此，選用指標(biāo)要綜合考慮空間尺度上的頂級(jí)樹種、森林類型、林分活力、物種多樣性、受干擾程度等約束類型。本研究按照以上約束類型，通過多次專家咨詢、集中探討，確定10 個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，自然度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系見表1。

表1 自然度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2.3 結(jié)果與分析

2.3.1 樣地選擇與林分因子選用

為了充分利用現(xiàn)有的森林資源檔案資料，便于確定特定林分的森林自然度值，本研究選用森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)作為森林自然度評(píng)價(jià)基礎(chǔ)，同時(shí)搜集其他與研究地區(qū)有關(guān)的數(shù)據(jù)和圖像資料，并選擇樣地進(jìn)行生態(tài)因子復(fù)查，以森林資源檔案從Ⅰ級(jí)頂級(jí)群落到Ⅳ級(jí)人工林劃分的4 個(gè)自然度等級(jí)為框架，在林業(yè)局生態(tài)功能區(qū)范圍內(nèi)，區(qū)分不同林場、坡向、坡位、樹種、海拔高度、地位級(jí)、土壤、可及度等因子，選擇有代表性的200 個(gè)二類小班為研究對(duì)象（見表8指標(biāo)賦值表），選用2018年森林資源檔案記載的土地種類、起源、林型、郁閉度、樹種組成、優(yōu)勢樹種、林分單蓄、群落結(jié)構(gòu)、下木、地被物、干擾程度、過去經(jīng)營情況、更新情況因子等，結(jié)合生物多樣性指數(shù)、野生動(dòng)物多度、動(dòng)物多樣性分級(jí)等，對(duì)選用小班自然度進(jìn)行量化打分。

2.3.2 計(jì)算指標(biāo)權(quán)重

根據(jù)自然度研究的需要，在不同自然度的林分條件下，按照隨機(jī)抽樣的原則抽取了200個(gè)樣本，每個(gè)樣本中均有相同的10 個(gè)屬性，分別是：動(dòng)物多樣性、起源、郁閉度、頂級(jí)樹種、群落結(jié)構(gòu)、干擾程度、更新等級(jí)、林分單蓄、生長狀況、Shannon。利用熵值法來確定各指標(biāo)權(quán)重。

（1）選擇200個(gè)樣地作為方案，每個(gè)方案中均有10個(gè)屬性,見表2。

表2 方案屬性

（2）求出第j 個(gè)屬性下的第i 個(gè)方案Ai的貢獻(xiàn)度，先求出各列的和，然后用每行的數(shù)值比上列和，形成新的矩陣。

（3）可利用熵信息的概念確定權(quán)重，假設(shè)多屬性決策矩陣如下：

表示第j個(gè)屬性下第i個(gè)方案Ai的貢獻(xiàn)度。

表3 D矩陣

（4）求出所有方案對(duì)應(yīng)屬性Xj的貢獻(xiàn)總量，將上面生成的矩陣每個(gè)元素與ln(元素）的積可以用Ej來表示所有方案對(duì)屬性Xj的貢獻(xiàn)總量：

其中，常數(shù)K=1/ln(m)，這樣，就能保證0≤Ej≤1，即Ej最大為1。

由式中可以看出，當(dāng)某個(gè)屬性下各方案的貢獻(xiàn)度趨于一致時(shí)，E趨于1；特別是當(dāng)全相等時(shí)，也就可以不考慮該目標(biāo)的屬性在決策中的作用，即此時(shí)屬性的權(quán)重為零。

（5）求出常數(shù)K，K為1/ln（方案數(shù)），本項(xiàng)目中有個(gè)200方案，在求K與新矩陣每一列和的乘積，這樣獲得的10 個(gè)積為所有方案對(duì)屬性Xj的貢獻(xiàn)度。至此求出所有的Ej。

表5 K值與Ej貢獻(xiàn)總量

（6）dj為第j 屬性下各方案貢獻(xiàn)度的一致性程度。Dj=1-Ej，利用上面求得的Ej，可以得到dj。

表6 各方案貢獻(xiàn)的一致程度

（7）各屬性權(quán)重為對(duì)應(yīng)的dj與所有dj和的商。dj的和為0.205 482 232，求得各屬性的權(quán)重。

表7 各屬性的權(quán)重

2.3.3 指標(biāo)賦值[1-2]

本次采用指標(biāo)定量評(píng)價(jià)方法，既利用森林資源檔案，對(duì)森林資源檔案的相關(guān)指標(biāo)（指標(biāo)層）分類型（約束層）歸納、整理，然后依據(jù)單項(xiàng)指標(biāo)差異區(qū)間進(jìn)行賦值，各項(xiàng)指標(biāo)確定權(quán)重后計(jì)算綜合數(shù)值來衡量特定林分的自然度。賦值方法主要參考了《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)生物多樣性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》、中國林業(yè)科學(xué)研究院趙中華的博士學(xué)位論文《基于林分狀態(tài)特征的森林自然度評(píng)價(jià)》、中南林業(yè)科技大學(xué)臧顥的碩士學(xué)位論文《森林自然度的計(jì)量模型研究》、楊韜等《山岳型風(fēng)景名勝自然度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建》（新浪博客、2016年4月5日）等研究成果，結(jié)合林區(qū)專家經(jīng)驗(yàn)劃分賦值區(qū)間和分?jǐn)?shù)。各項(xiàng)指標(biāo)以1為基數(shù)，負(fù)向指標(biāo)進(jìn)行正向化處理。詳見表8。

表8 指標(biāo)賦值表

2.3.4 建立參照系

（1）以選定的200 個(gè)森林自然度核算樣地為樣本，以樣本內(nèi)各樣地10 個(gè)指標(biāo)賦值為基數(shù)，計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重得分，累加后得到各個(gè)樣地自然度得分。表達(dá)式如下：

式中：

NI——樣本森林自然度得分；

n——指標(biāo)個(gè)數(shù)；

fi——森林自然度評(píng)價(jià)指標(biāo)量得分；

Wi——第i個(gè)指標(biāo)的權(quán)重值。

（2）以二類自然度等級(jí)劃分為基礎(chǔ)，在樣本內(nèi)求得4 個(gè)自然度等級(jí)的平均得分，作為這個(gè)自然度等級(jí)的參照林分森林自然度值，既NI0。詳見表9。

表9 各自然度等級(jí)平均得分表

2.3.5 自然度調(diào)整系數(shù)

根據(jù)自然度調(diào)整系數(shù)計(jì)算公式計(jì)算評(píng)估林分自然度調(diào)整系數(shù)。公式如下：

式中：K2——森林自然度調(diào)整系數(shù)；

NIe——評(píng)估林分森林自然度值；

NIo——參照林分森林自然度值。

3 結(jié)論

森林自然度是反映森林現(xiàn)實(shí)狀況的一項(xiàng)重要指標(biāo)，也是進(jìn)行森林經(jīng)營、恢復(fù)和重建的重要依據(jù)。森林自然度調(diào)整系數(shù)是核算森林資源資產(chǎn)價(jià)值的重要參數(shù)，在評(píng)價(jià)現(xiàn)實(shí)森林自然度調(diào)整系數(shù)時(shí)，指標(biāo)選擇應(yīng)當(dāng)科學(xué)、合理，具有代表性、可比性、客觀性和敏感性，在評(píng)價(jià)方法的選擇上應(yīng)當(dāng)遵循具有可操作性，易于理解和掌握，易于量化，簡單實(shí)用的原則。通過研究表明，用本土實(shí)際的森林自然度值替代等步距劃分的森林自然度值，能夠更加快捷精準(zhǔn)地計(jì)算森林資源資產(chǎn)的價(jià)值。烏爾旗漢林業(yè)局森林自然度指標(biāo)體系包括：森林類型、樹種結(jié)構(gòu)、林分活力、物種多樣性、干擾程度等5個(gè)約束層類型共設(shè)置10 個(gè)具體指標(biāo)，指標(biāo)選用契合《森林資源檔案》《森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查技術(shù)規(guī)程》《內(nèi)蒙古大興安嶺動(dòng)物調(diào)查報(bào)告》給出的各項(xiàng)相關(guān)因子、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和動(dòng)物分布概況，計(jì)算森林自然度值方便快捷，并且能夠計(jì)算任一特定林分（二類小班）的自然度值。K2是森林資源資產(chǎn)價(jià)值核算的必要參數(shù)，此前的森林資源資產(chǎn)價(jià)值評(píng)估核算，都是引用其他成果文獻(xiàn)的數(shù)值，與所要評(píng)估的林分實(shí)際出入較大。

本研究的先進(jìn)性和實(shí)用性體現(xiàn)在：

一是所選擇的樣本分布在烏爾旗漢15 個(gè)生態(tài)功能區(qū)，區(qū)分不同自然度等級(jí)、齡組、起源、群落結(jié)構(gòu)、更新等級(jí)、優(yōu)勢樹種、郁閉度、林分單蓄、干擾程度等，具有本土特色，代表性強(qiáng)。

二是確定自然度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。森林自然度評(píng)價(jià)是一個(gè)復(fù)雜的過程，單一變量并不能充分描述現(xiàn)有林分與天然林之間的差異，因此，使用的是多個(gè)指標(biāo)的組合而不是單個(gè)指標(biāo)，指標(biāo)賦值依據(jù)科學(xué)，計(jì)算特定林分森林自然度調(diào)整系數(shù)方便快捷。

三是評(píng)價(jià)指標(biāo)量化。運(yùn)用主層次分析法賦權(quán)重，進(jìn)行線性組合及歸一法處理。

四是計(jì)算自然度調(diào)整系數(shù)。選擇參照系，依次進(jìn)行“分析—降維—因子分析”，確定各主成分對(duì)應(yīng)特征值，通過數(shù)學(xué)公式和系統(tǒng)軟件計(jì)算得出不同林分森林自然度調(diào)整系數(shù)。

森林自然度調(diào)整系數(shù)研究，主要目的是為了對(duì)內(nèi)蒙古大興安嶺生態(tài)功能區(qū)森林資源資產(chǎn)進(jìn)行全面盤查，以貨幣單位評(píng)估森林資源資產(chǎn)總價(jià)值，為森林資源資產(chǎn)評(píng)估提供技術(shù)支撐。