可拓評(píng)判法在紅皮云杉碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用1)

趙狀 董希斌 曲杭峰 宋鑫彧 劉慧 毛亮亮

(森林持續(xù)經(jīng)營(yíng)與環(huán)境微生物工程黑龍江省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(東北林業(yè)大學(xué))，哈爾濱，150040)

撫育間伐對(duì)森林的結(jié)構(gòu)和功能、森林生態(tài)系統(tǒng)的碳動(dòng)態(tài)、碳儲(chǔ)量分配格局具有重要影響，也是影響森林碳匯量的重要措施之一[1-6]。立木碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)是估算森林碳儲(chǔ)量的關(guān)鍵參數(shù)[7]，對(duì)它的準(zhǔn)確測(cè)定是度量區(qū)域和全國(guó)森林生態(tài)系統(tǒng)碳貯量的重要基礎(chǔ)[8]。以往關(guān)于森林碳儲(chǔ)量評(píng)價(jià)方法，主要有回歸分析[9]、主成分分析[10]、過(guò)生物學(xué)模型鏈接[11]等，對(duì)于森林生態(tài)系統(tǒng)中喬木碳儲(chǔ)量的估算常使用0.45或0.50的轉(zhuǎn)換因子[12]，對(duì)不同地域的相同樹(shù)種碳儲(chǔ)量的估算往往會(huì)使用相同的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)，這會(huì)影響估算結(jié)果的精確度，影響特定地域喬木樹(shù)種的真實(shí)固碳狀態(tài)。

為拓展立木評(píng)價(jià)方法，本研究引入可拓評(píng)判法，對(duì)不同撫育間伐強(qiáng)度的紅皮云杉(PiceakoraiensisNakai)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)。于2011年在伊春森工帶嶺林業(yè)局有限責(zé)任公司東方紅林場(chǎng)，根據(jù)采伐蓄積量與總蓄積量之比為撫育間伐強(qiáng)度的設(shè)計(jì)原則，建立了6塊不同撫育間伐強(qiáng)度的樣地和1塊對(duì)照(CK)樣地(未間伐)；2019、2020年對(duì)每塊樣地內(nèi)的3棵紅皮云杉標(biāo)準(zhǔn)木的器官(樹(shù)干、樹(shù)枝、樹(shù)葉、樹(shù)皮、樹(shù)根)進(jìn)行取樣，實(shí)測(cè)其碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)。應(yīng)用可拓評(píng)判法，構(gòu)建了紅皮云杉碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)等級(jí)可拓評(píng)價(jià)模型；依據(jù)紅皮云杉各器官碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)實(shí)測(cè)值，參考不同地域云杉屬器官碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)實(shí)測(cè)值，建立了小興安嶺紅皮云杉碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)等級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)；應(yīng)用粗糙集和知識(shí)粒度的權(quán)重確定方法，確定紅皮云杉各器官的權(quán)重，計(jì)算各樣地紅皮云杉關(guān)于評(píng)價(jià)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度，確定各樣地紅皮云杉的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)等級(jí)；分析撫育間伐強(qiáng)度對(duì)小興安嶺天然針闊混交林中紅皮云杉碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響，遴選益于提高紅皮云杉碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的撫育間伐強(qiáng)度。旨在為小興安嶺天然針闊混交林的撫育、以固碳增匯為目的的森林撫育間伐的評(píng)價(jià)方法提供參考。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于我國(guó)東北部的小興安嶺，試驗(yàn)樣地設(shè)置在伊春森工帶嶺林業(yè)局有限責(zé)任公司東方紅林場(chǎng)。林場(chǎng)位于小興安嶺南麓，帶嶺區(qū)東南13.9 km處。地理坐標(biāo)為128°37′～129°17′E、46°50′～47°21′N(xiāo)。試驗(yàn)區(qū)域氣候?qū)俅箨懶詽駶?rùn)季風(fēng)氣候，平均海拔600 m，年平均氣溫為1.4 ℃，季節(jié)溫差較大，年最高氣溫達(dá)37 ℃，最低氣溫-40 ℃；年平均降水量661 mm，降水全年為130 d左右。主要的森林群落類(lèi)型為針闊混交林，主要喬木樹(shù)種有云杉(PiceaasperataMast)、冷杉(Abiesfabri(Mast.) Craib)、紅松(PinuskoraiensisSiebold et Zuccarini)、水曲柳(FraxinusmandshuricaRupr.)、椴樹(shù)(TiliatuanSzyszyl.)等。

2 研究方法

2011年，在研究區(qū)根據(jù)采伐蓄積量與總蓄積量之比為撫育間伐強(qiáng)度的設(shè)計(jì)原則，對(duì)林分密度相同的天然針闊混交林進(jìn)行間伐改造，在試驗(yàn)區(qū)內(nèi)設(shè)置了6塊100 m×100 m的樣地，撫育間伐強(qiáng)度分別為10%(A樣地)、15%(B樣地)、20%(C樣地)、25%(D樣地)、30%(E樣地)、35%(F樣地)，設(shè)置1塊對(duì)照樣地(CK，未撫育間伐)。于2019、2020年進(jìn)行外業(yè)調(diào)查，每塊樣地選取3棵長(zhǎng)勢(shì)良好的紅皮云杉(PiceakoraiensisNakai)標(biāo)準(zhǔn)木，每棵標(biāo)準(zhǔn)木取各器官(樹(shù)干、樹(shù)枝、樹(shù)葉、樹(shù)皮、樹(shù)根)樣品鮮樣200 g左右。取樣方法：①樹(shù)干——采用生長(zhǎng)錐在立木1.3 m高處鉆取樹(shù)芯，取得樹(shù)干鮮樣。②樹(shù)枝——用活枝剪在樹(shù)冠上、中、下3層分別取得標(biāo)準(zhǔn)枝1根，每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)枝取一部分粗枝、細(xì)枝，混合作為樹(shù)枝鮮樣。③樹(shù)葉——在取得的標(biāo)準(zhǔn)枝上各取一部分粗枝、細(xì)枝部分的樹(shù)葉，混合作為樹(shù)葉鮮樣。④樹(shù)皮——在樹(shù)干0.5、1.3、2.0處，用砍刀分別剝?nèi)?塊長(zhǎng)方形的樹(shù)皮，作為樹(shù)皮鮮樣。⑤樹(shù)根——用砍刀剝?nèi)〔糠致懵队诘乇淼拇指霉けP鏟開(kāi)地表淺層取部分中根，用水洗凈泥土，混合作為樹(shù)根鮮樣。測(cè)定樣品的鮮質(zhì)量后，將樣品密封帶回實(shí)驗(yàn)室，在烘箱里85 ℃烘干至質(zhì)量恒定；將烘干的樣品先用剪刀剪成小塊，再用粉碎機(jī)粉碎；將粉碎后的樣品過(guò)篩網(wǎng)孔徑為0.15 mm的100目篩，篩取粉末樣品6 g左右，放入塑封袋密封保存。用重鉻酸鉀濃硫酸外加熱氧化法，測(cè)定粉末樣品的有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)，每個(gè)樣品平行測(cè)定3次，取其均值作為樣品有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)，3棵標(biāo)準(zhǔn)木相同器官樣品有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)均值作為紅皮云杉器官有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)(見(jiàn)表1)。測(cè)定前，再次將粉末樣品在85 ℃下烘干24 h，使得粉末樣品處于絕干狀態(tài)。

表1 不同撫育間伐強(qiáng)度的紅皮云杉各器官碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)

本研究首先根據(jù)實(shí)測(cè)的小興安嶺紅皮云杉各器官碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)數(shù)據(jù)，參考不同地域的云杉屬碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，建立了小興安嶺紅皮云杉活立木碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)等級(jí)可拓分類(lèi)依據(jù)；然后根據(jù)可拓評(píng)判法基本原理，構(gòu)建了紅皮云杉碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)等級(jí)可拓評(píng)價(jià)模型。在權(quán)重確定方面，應(yīng)用粗糙集、知識(shí)粒度的權(quán)重確定方法，確定了紅皮云杉各器官碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)客觀權(quán)重，再參考云杉屬各器官生物量比例確定主觀權(quán)重，以綜合確定紅皮云杉各器官碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的綜合權(quán)重。應(yīng)用構(gòu)建的可拓評(píng)價(jià)模型，計(jì)算樣地紅皮云杉關(guān)于碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)等級(jí)分類(lèi)依據(jù)的關(guān)聯(lián)度，根據(jù)關(guān)聯(lián)度的大小決策樣地紅皮云杉的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)等級(jí)，以此說(shuō)明撫育間伐強(qiáng)度對(duì)樣地紅皮云杉活立木碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)等級(jí)的影響，最終確定最適合小興安嶺紅皮云杉碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)等級(jí)提高的撫育間伐強(qiáng)度。

3 結(jié)果與分析

3.1 評(píng)價(jià)依據(jù)的確定

依據(jù)對(duì)紅皮云杉各器官的實(shí)測(cè)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)數(shù)據(jù)，參考《全國(guó)林業(yè)碳匯計(jì)量監(jiān)測(cè)技術(shù)指南(試行)》給出的云杉生物量碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)用在大尺度碳固存量計(jì)算的選取值(0.499 4)，參考各個(gè)區(qū)域的云杉屬碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)實(shí)測(cè)值(新疆西伯利亞云杉的各器官碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)實(shí)測(cè)值在0.391 7～0.509 0之間[13]，青海省云杉屬的各器官碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)實(shí)測(cè)值在0.450 0～0.480 0之間[14])，根據(jù)正態(tài)分布理論中的拉依達(dá)原理(3σ原理)，將紅皮云杉的樹(shù)干、樹(shù)枝、樹(shù)葉、樹(shù)皮、樹(shù)根碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)分為五級(jí)(見(jiàn)表2)，以此作為紅皮云杉碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)可拓評(píng)價(jià)依據(jù)。

表2 紅皮云杉各器官碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)等級(jí)劃分的可拓評(píng)價(jià)依據(jù)

3.2 紅皮云杉碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)評(píng)價(jià)的權(quán)重確定

3.2.1 依據(jù)粗糙集和知識(shí)粒度的權(quán)重確定

粗糙集是由波蘭的Pawlak[15]于1982年提出的理論，可以在不遵照先驗(yàn)數(shù)據(jù)的情況下，處理不定性、不精確、不完全的數(shù)據(jù)。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，粗糙集逐步成為了一種重要的數(shù)據(jù)處理方法，特別是在特征權(quán)重確定方面的應(yīng)用。本研究參考施振佺等[16]研究的依據(jù)粗糙集和知識(shí)粒度的特征權(quán)重確定方法，確定紅皮云杉器官碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)評(píng)價(jià)的客觀權(quán)重。

Rkc(C)=ρC(Xm)·Re(C)。

(1)

式中：Rkc(C)為知識(shí)特征分辨度；Re(C)為C的分辨度；C為知識(shí)庫(kù)K=(U，C)中的等價(jià)關(guān)系；ρC(Xm)為粗糙集(Xm)在等價(jià)關(guān)系(C)中的精確度：

(2)

(3)

式中：x為C中的元素，φ為空集。

|RC(Xm)|為粗糙集(Xm)在等價(jià)關(guān)系(C)中的下近似集：

|RC(Xm)|={x|[x]C?Xm}。

(4)

(5)

Rkc(c)=Rkc(C)-Rkc(C-{c})。

(6)

定義3：在決策表中T=(U，C，D，V，f)中，Xm=U/D={X1，X2，…，Xn}，式中m=1、2、…、n，Xm是論域(U)在決策屬性(D)中的等價(jià)分類(lèi)集，對(duì)于條件特征中?C∈C，客觀權(quán)重(W(c))定義為：

W(c)=Rkc(c)/∑c∈C[Rkc(c)]。

(7)

3.2.2 客觀權(quán)重的確定

本研究中，論域(U)為待評(píng)價(jià)的樣地全體，u1為CK樣地、u2為A樣地、…、u7為F樣地，既U={u1，u2，u3，u4，u5，u6，u7}；條件屬性(C)為各器官碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)，分別為樹(shù)干、樹(shù)枝、樹(shù)葉、樹(shù)皮、樹(shù)根碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)，既C={c1，c2，c3，c4，c5}；決策屬性D=j5i0abt0b為樣地的紅皮云杉是否擁有較好的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)等級(jí)，以紅皮云杉各器官碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)均值作為決策指標(biāo)，以0.480 0作為分界。

在羅塞塔軟件(Rosetta)中，將表1進(jìn)行離散化處理，決策表見(jiàn)表3。

表3 離散后的紅皮云杉碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)決策表

依據(jù)特征的等價(jià)分類(lèi)：

U/D={{u1，u5，u6，u7}，{u2，u3，u4}}；

U/C={{u1}，{u2}，{u3}，{u4，u5}，{u6}，{u7}}；

U/(C-{c1})={{u1}，{u2}，{u3，u7}，{u4，u5}，{u6}}；

U/(C-{c2})={{u1，u6}，{u2}，{u3}，{u4，u5}，{u7}}；

U/(C-{c3})={{u1}，{u2}，{u3}，{u4，u5，u7}，{u6}}；

U/(C-{c4})={{u1}，{u2}，{u3，u6}，{u4，u5}，{u7}}；

U/(C-{c5})={{u1}，{u2，u4，u5}，{u3}，{u6}，{u7}}。

由式(1)得Rkc(C)=0.481 92，同理可得Rkc(C-{c1})=0.221 57、Rkc(C-{c2})=0.467 93、Rkc(C-{c3})=0.310 20、Rkc(C-{c4})=0.221 57、Rkc(C-{c5})=0.301 02。

由式(6)得Rkc(c1)=0.260 35，同理可得Rkc(c2)=0.013 99、Rkc(c3)=0.171 72、Rkc(c4)=0.260 53、Rkc(c5)=0.180 90。

由式(7)得W(c1)=Rkc(c1)/[Rkc(c1)+Rkc(c2)+Rkc(c3)+Rkc(c4)+Rkc(c5)]=0.293 4，同理可得W(c2)=0.015 8、W(c3)=0.193 5、W(c4)=0.293 4、W(c5)=0.203 9。

綜上，紅皮云杉各器官碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)客觀權(quán)重(woj)：樹(shù)干的為0.293 4、樹(shù)枝的為0.015 8、樹(shù)葉的為0.193 5、樹(shù)皮為0.293 4、樹(shù)根為0.203 9。

3.2.3 綜合權(quán)重的確定

定義4[18]：由客觀權(quán)重(woj)、主觀權(quán)重(wsj)，則綜合權(quán)重(wcj)為：

wcj=α·woj+(1-α)wsj。

(8)

式中：α為經(jīng)驗(yàn)因子。

本研究的主觀權(quán)重根據(jù)云杉各器官生物量的比例確定，參考周維[19]對(duì)云杉生物量的研究，確定紅皮云杉碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)主觀權(quán)重；取經(jīng)驗(yàn)因子α=0.4，由式(8)可得紅皮云杉各器官碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)綜合權(quán)重(見(jiàn)表4)。

表4 紅皮云杉各器官碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)權(quán)重值

3.2.4 權(quán)重合理性檢驗(yàn)

根據(jù)指標(biāo)權(quán)重熵值的大小判斷指標(biāo)權(quán)重分布的合理性，權(quán)重熵值(H)[20]為：

H=-∑[wcjlogn(wcj)]，j=1、2、…、n。

(9)

將計(jì)算的紅皮云杉各器官綜合權(quán)重值代入公(9)得H=0.9∈(0.5,1.0)，表明權(quán)重分布合理。

3.3 紅皮云杉碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)等級(jí)可拓評(píng)價(jià)模型

在本研究的紅皮云杉碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)等級(jí)可拓評(píng)價(jià)模型中，待評(píng)價(jià)樣地用Yi表示(i=1、2、3、4、5、6、7，分別表示CK、A、B、C、D、E、F樣地)、評(píng)價(jià)指標(biāo)用qij表示(j=1、2、3、4、5，分別表示樹(shù)干、樹(shù)枝、樹(shù)葉、樹(shù)皮、樹(shù)根)、碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)等級(jí)用z表示(z=5、4、3、2、1，分別表示Ⅴ、Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ級(jí)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)可拓等級(jí))。

3.3.1 紅皮云杉碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)評(píng)價(jià)的經(jīng)典域、節(jié)域

碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)評(píng)價(jià)的經(jīng)典域：

(10)

式中：Rz為碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)評(píng)價(jià)的經(jīng)典域的有序三元組；Nz為紅皮云杉碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)等級(jí)(z=1、2、…、v)；Cj為評(píng)價(jià)指標(biāo)(j=1、2、…、n)；Xzj為Cj關(guān)于Nz所取的量值范圍，既紅皮云杉碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)評(píng)價(jià)的經(jīng)典域。

碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)評(píng)價(jià)的節(jié)域：

(11)

式中：Rp為碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)評(píng)價(jià)的節(jié)域的有序三元組；p為紅皮云杉碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)等級(jí)全體；Xpj為評(píng)價(jià)指標(biāo)Cj所確定的量值范圍，既紅皮云杉碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)評(píng)價(jià)的節(jié)域。

3.3.2 確定紅皮云杉碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)評(píng)價(jià)的關(guān)聯(lián)函數(shù)

本研究選取可拓學(xué)中的基本關(guān)聯(lián)函數(shù)[21]計(jì)算關(guān)聯(lián)度：

k(x)=ρ(x,X0)/D(x,X0,X)。

(12)

式中：k(x)為基本關(guān)聯(lián)函數(shù)；ρ(x,X0)為點(diǎn)x與區(qū)間X0的距；D(x,X0,X)=ρ(x,X)-ρ(x,X0)，ρ(x,X)為點(diǎn)x與區(qū)間X的距[22]。

根據(jù)式(12)知，第i樣地的第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)qij關(guān)于碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)等級(jí)(z)的關(guān)聯(lián)度(Kiz(qij))[22]為：

(13)

式中：ρ(qij,Xzj)為點(diǎn)qij與區(qū)間Xzj的距；ρ(qij,Xpj)為點(diǎn)qij與區(qū)間Xpj的距；|Xzj|為區(qū)間長(zhǎng)度。

ρ(qij,Xzj)=|qij-(1/2)(azj+bzj)|-(1/2)(bzj-azj)；

(14)

ρ(qij,Xpj)=|qij-(1/2)(apj+bpj)|-(1/2)(bpj-apj)；

(15)

|Xzj|=(bzj-azj)。

(16)

則Yi樣地關(guān)于碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)等級(jí)(z)的關(guān)聯(lián)度為：

Kz(Yi)=∑[WcjKz(qij)]。

(17)

式中：Wcj為評(píng)價(jià)指標(biāo)的綜合權(quán)重分配系數(shù)，∑Wcj=1；j=1、2、…、n；i=1、2、3、4、5、6、7；z=1、2、3、4、5。

由式(17)得，關(guān)聯(lián)度矩陣(Kz(Yi))為：

Kz(Yi)=Wcj·Kiz(qij)=[wc1wc2…wcn]

[kv(Yi)kv-1(Yi) …k1(Yi)]。

(18)

若[Kz(Yi)]max=kt(Yi)，則Yi樣地紅皮云杉的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)等級(jí)為T(mén)級(jí)(T為碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)等級(jí)的其中一級(jí)，既T∈{Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ})。

3.3.3計(jì)算紅皮云杉碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)關(guān)于各級(jí)分類(lèi)依據(jù)的關(guān)聯(lián)度

本研究以CK樣地為例，由式(13)、式(14)、式(15)計(jì)算，得出紅皮云杉各器官碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)分類(lèi)各級(jí)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度(見(jiàn)表5)。

表5 CK樣地紅皮云杉各器官碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)關(guān)于各級(jí)分類(lèi)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度

由式(18)得：

Kz(Y1)=Wcj·K1z(q1j)=[wc1wc2…wc5]

[0.432 40.083 50.129 20.180 80.174 1]

[-0.232 0-0.122 1-0.027 5-0.024 8-0.162 2]。

[K5(Y1)～K1(Y1)]max=K3(Y1)=0.027 5，所以CK樣地的紅皮云杉碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)等級(jí)為Ⅲ級(jí)。同理可得各樣地紅皮云杉碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)等級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果(見(jiàn)表6)。

表6 各樣地紅皮云杉碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)等級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果

4 結(jié)論與討論

紅皮云杉作為小興安嶺區(qū)域森林生態(tài)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)樹(shù)種，在森林碳匯功能的發(fā)揮方面起到了不可替代的作用。本研究對(duì)小興安嶺區(qū)域紅皮云杉各器官碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的實(shí)測(cè)平均值為0.481 4，略低于《全國(guó)林業(yè)碳匯計(jì)量監(jiān)測(cè)技術(shù)指南(試行)》給出的云杉生物量碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.499 4；這表明，所處地域不同、氣候環(huán)境不同等立地條件的差異，會(huì)影響云杉對(duì)于二氧化碳的吸收。對(duì)紅皮云杉碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行實(shí)測(cè)，精確掌握特定地域環(huán)境中的云杉固碳情況，可為森林生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能的研究提高參考，為提高小興安嶺區(qū)域森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量的估算精度提高技術(shù)支撐。

本研究引入可拓評(píng)判法，選取具有代表性的紅皮云杉樹(shù)干、樹(shù)枝、樹(shù)葉、樹(shù)皮、樹(shù)根碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，探討不同撫育間伐強(qiáng)度對(duì)小興安嶺天然針闊混交林中紅皮云杉碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)等級(jí)的影響，評(píng)價(jià)結(jié)果顯示：對(duì)照(CK)樣地(未撫育間伐)的紅皮云杉碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)等級(jí)為Ⅲ級(jí)；A、B、C、D、E、F樣地的紅皮云杉碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)等級(jí)，分別為Ⅳ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ、Ⅲ級(jí)。研究結(jié)果表明：較低撫育間伐強(qiáng)度時(shí)(10%～20%)，15%的撫育間伐強(qiáng)度對(duì)紅皮云杉碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)等級(jí)的影響不明顯，10%、20%的撫育間伐強(qiáng)度會(huì)降低云杉的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)等級(jí)。中高撫育間伐強(qiáng)度時(shí)(25%～35%)，紅皮云杉活立木碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨著間伐強(qiáng)度的提高呈現(xiàn)出明顯的先提升、后下降的規(guī)律；25%、35%的撫育間伐強(qiáng)度時(shí)，樣地內(nèi)紅皮云杉的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)等級(jí)與對(duì)照樣地相當(dāng)，在此改造強(qiáng)度時(shí)，紅皮云杉的各器官碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)等級(jí)提高的不明顯；當(dāng)撫育間伐強(qiáng)度為30%時(shí)，紅皮云杉碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)等級(jí)最高(為Ⅱ級(jí))，說(shuō)明30%的撫育間伐強(qiáng)度最有利于紅皮云杉各器官碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)等級(jí)的提高，在此撫育間伐強(qiáng)度環(huán)境中生長(zhǎng)的紅皮云杉，對(duì)林分環(huán)境的適應(yīng)性最佳，對(duì)二氧化碳的吸收、固定率高于在其它撫育間伐強(qiáng)度環(huán)境中生長(zhǎng)的紅皮云杉。綜合看，使得小興安嶺紅皮云杉固碳效果最佳、碳匯功能的發(fā)揮最為徹底、對(duì)區(qū)域森林生態(tài)系統(tǒng)的碳吸收與固定所作的貢獻(xiàn)最大的經(jīng)營(yíng)條件是：撫育間伐強(qiáng)度30%。

撫育間伐強(qiáng)度不僅在碳匯功能方面對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)功能產(chǎn)生影響，撫育間伐強(qiáng)度對(duì)森林其他生態(tài)功能也有顯著影響。在林下植被的碳密度層面，30%的撫育間伐強(qiáng)度，可顯著提高林下植被的碳密度，最有利于林下植被的固碳增匯[23]；在森林水源涵養(yǎng)層面，中齡林和近成熟林采用25%～35%的間伐強(qiáng)度、成熟林采用35%～45%的間伐強(qiáng)度對(duì)林分進(jìn)行撫育，森林的水源涵養(yǎng)效果最好[24]；在土壤呼吸和理化性質(zhì)層面，25.5%～34.4%的撫育間伐強(qiáng)度，對(duì)興安落葉松林樣地的改造效果最佳[25]。綜合撫育間伐強(qiáng)度對(duì)林下植被碳密度、森林土壤呼吸和理化性質(zhì)、森林水源涵養(yǎng)等多方面生態(tài)效益的影響，小興安嶺天然針闊混交林可采用30%的撫育間伐強(qiáng)度，既保證了紅皮云杉碳匯功能最好的發(fā)揮，也確保了森林其他生態(tài)功能的發(fā)揮。