森林撫育采伐質(zhì)量評價模型構(gòu)建與應(yīng)用

劉愛兵，錢升平，程 明，鄧清華

（江西省林業(yè)資源監(jiān)測中心，江西 南昌330046）

森林撫育是指從幼林郁閉成林到林分成熟前根據(jù)培育目標(biāo)所采取的各種營林措施的總稱，包括撫育采伐、補植、修枝、澆水、施肥、人工促進(jìn)天然更新以及視情況進(jìn)行的割灌、割藤、除草等輔助作業(yè)活動[1-2]。森林的撫育是培育森林的重要技術(shù)手段，可以促進(jìn)目的樹種正常生長，保證目的樹種的生長空間，調(diào)整林分密度和樹種結(jié)構(gòu)，改善林木生長條件，進(jìn)而有效提升森林質(zhì)量[3]。森林撫育采伐工作耗時耗力，是森林撫育重要且復(fù)雜的措施之一，撫育采伐質(zhì)量直接關(guān)系到林分的林木生長空間以及林分大徑材的培養(yǎng)，以往實施采伐作業(yè)時，采伐人員往往不按作業(yè)設(shè)計實施，大部分憑借主觀意識挑選采伐木，使得林分在采伐后并未達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)，采伐質(zhì)量難以得到保障[4-5]。

近年來國家高度重視森林撫育工作，在全國開展森林經(jīng)營試點工作，加大對撫育工作的財政投入以取得更好的撫育成效[6]。當(dāng)前國內(nèi)對森林撫育采伐的研究，以森林撫育的技術(shù)方法、目的意義、撫育成效監(jiān)測研究居多[7]，如丁燕等[8]探析了林業(yè)撫育采伐技術(shù)與管理，張紀(jì)元等[9]以東方紅林業(yè)局為例，對森林撫育采伐成效監(jiān)測進(jìn)行了分析，王璐等[10]分析了森林撫育采伐的意義及基本方法。撫育采伐質(zhì)量評價方面的研究較為少見，常用的森林撫育質(zhì)量評價方法以《森林撫育檢查驗收辦法的通知》（林造發(fā)〔2014〕140 號）中定性評價方法為主，并未突破定量評價的門檻。因此，通過科學(xué)合理的方法，進(jìn)行撫育采伐質(zhì)量定量評價，對加強撫育采伐成效監(jiān)測，科學(xué)合理地指導(dǎo)森林撫育采伐工作有重要意義[11-12]。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

依托江西省森林撫育年度核查項目，以江西省分宜縣人工杉木（Cunninghamia lanceolata）幼齡林為對象，收集其森林撫育采伐作業(yè)設(shè)計等相關(guān)材料，對江西省分宜縣2021 年實施的森林撫育采伐進(jìn)行實地核查，選取3 個撫育采伐作業(yè)區(qū)，采取樣地調(diào)查的方法，對林分伐后平均胸徑，伐后郁閉度、采伐木、采伐強度等數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)查收集。

1.2 研究方法

根據(jù)科學(xué)性、系統(tǒng)性、簡明性、代表性、可比性、適用性原則，參考森林撫育采伐相關(guān)文獻(xiàn)，依據(jù)《森林撫育規(guī)程》（GB/T 15781-2015）、《森林撫育檢查驗收辦法的通知》（林造發(fā)〔2014〕140 號），結(jié)合江西省實際情況，初步選取森林撫育采伐質(zhì)量評價指標(biāo)，通過德爾菲法（專家評分法）[13]，對指標(biāo)進(jìn)行篩選，基于篩選得到的指標(biāo)，采用層次分析法[14]，計算各指標(biāo)權(quán)重，構(gòu)建森林撫育采伐質(zhì)量評價指標(biāo)（EI）的計量模型。

2 結(jié)果與分析

2.1 指標(biāo)篩選

通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，參考最新的《森林撫育規(guī)程》《森林撫育檢查驗收辦法》，初步選取了伐后平均胸徑（D）、伐后郁閉度（Y）、未采木株數(shù)（W）、采伐目標(biāo)樹株數(shù)（M）、伐樁高度（H）、撫育剩余物處理（F）、采伐強度（Q）、林窗數(shù)量（L）等8 個反映森林撫育采伐質(zhì)量的指標(biāo)[15]。采用德爾菲法對初步選取的指標(biāo)進(jìn)行篩選，共邀請30 位相關(guān)專業(yè)人員進(jìn)行意見征集，其中包括林業(yè)研究員、大學(xué)教授、林業(yè)高級工程師和基層單位的森林撫育管理人員，主要涉及森林經(jīng)理學(xué)、森林培育學(xué)、生態(tài)學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域，依據(jù)各指標(biāo)對于評價森林撫育采伐質(zhì)量的相關(guān)性及重要性，對指標(biāo)給出“贊同”或“反對”的意見，并同時給出相應(yīng)的修改建議。對于贊成某指標(biāo)的人數(shù)在70%及以上則保留該指標(biāo)，小于70%則刪除該指標(biāo)的原則。指標(biāo)篩選結(jié)果見表1。

表1 指標(biāo)篩選結(jié)果Tab.1 The results of indicator screening

從指標(biāo)篩選結(jié)果可以看出，伐后平均胸徑（D）、伐后郁閉度（Y）、未采木株數(shù)（W）、采伐目標(biāo)樹株數(shù)（M）、伐樁高度（H）、撫育剩余物處理（F）6 個指標(biāo)的贊成比例在70%及以上，林窗數(shù)量（L）和采伐強度（Q）2 個指標(biāo)在70%以下。對于林窗數(shù)量部分專業(yè)人員表示作業(yè)區(qū)內(nèi)的林窗數(shù)量不一定是由于撫育采伐導(dǎo)致，部分作業(yè)區(qū)內(nèi)林木在采伐前就分布不均勻，通過合理地采伐病木、干擾木等也可能會導(dǎo)致林窗出現(xiàn)，采伐后可進(jìn)行合理補值；對于采伐強度，部分專業(yè)人員表示，采伐強度與采伐木及伐后平均胸徑關(guān)聯(lián)度較大，并且不同林分的采伐強度與林分的生長狀況息息相關(guān)，因此不選取這兩個指標(biāo)。通過篩選，最后保留伐后平均胸徑（D）、伐后郁閉度（Y）、未采木株數(shù)（W）、采伐目標(biāo)樹株數(shù)（M）、伐樁高度（H）、撫育剩余物處理（F）等6 個指標(biāo)。

得到篩選指標(biāo)后，對各指標(biāo)的滿分值進(jìn)行界定，為保證各指標(biāo)分?jǐn)?shù)閾值統(tǒng)一，使撫育采伐質(zhì)量評分在0~100 之間，確定各指標(biāo)滿分均為100 分，依據(jù)《森林撫育技術(shù)規(guī)程》等技術(shù)規(guī)程關(guān)于各指標(biāo)的定性描述及定量賦分，結(jié)合以往森林撫育采伐質(zhì)量評定工作經(jīng)驗，制定各指標(biāo)的評分標(biāo)準(zhǔn)，見表2。

表2 指標(biāo)評分標(biāo)準(zhǔn)Tab.2 The standard of Index scoring

2.2 評價模型構(gòu)建

研究采取層次分析法來確定篩選得到的各指標(biāo)對于總目標(biāo)（森林撫育采伐質(zhì)量EI）的權(quán)重，分析的關(guān)鍵是構(gòu)建判斷矩陣。判斷矩陣是層次分析法的基本信息，也是進(jìn)行權(quán)重計算和排序的重要依據(jù)[8]。判斷矩陣元素的值代表了指標(biāo)層的某個指標(biāo)相對于另一個指標(biāo)對于目標(biāo)層的重要程度，一般采用1~9 及其倒數(shù)的標(biāo)度方法，通過這些元素值，系統(tǒng)地判斷各指標(biāo)相對于總目標(biāo)的權(quán)重。采取與指標(biāo)篩選同樣的方法，邀請行業(yè)相關(guān)的20 位專家對判斷矩陣進(jìn)行賦值，針對判斷矩陣中每行和每列的元素求其平均值再取整得到最終判斷矩陣，判斷矩陣及其計算結(jié)果見表3。

表3 判斷矩陣計算結(jié)果Tab.3 The result of judgment matrix

從表3 可知，λmax=5.1170，一致性指標(biāo)CI=0.0293，隨機一致性比例CR=0.0261＜0.1，因此判斷矩陣具有滿意的一致性。5 個指標(biāo)中采伐目標(biāo)樹株數(shù)指標(biāo)權(quán)重最大，伐樁高度指標(biāo)權(quán)重最小，權(quán)重大小排序為：采伐目標(biāo)樹株數(shù)（0.3254）＞未采木株數(shù)（0.2157）＞伐后郁閉（0.1849）＞撫育剩余物處理（0.1649）＞伐樁高度（0.1091）。

從權(quán)重可以看出，采伐目標(biāo)樹株數(shù)和未采木株數(shù)2 個指標(biāo)權(quán)重比較大，這表明采伐木的選擇是否準(zhǔn)確是撫育采伐過程中的關(guān)鍵，直接關(guān)系到撫育采伐質(zhì)量，影響林分結(jié)構(gòu)和質(zhì)量，關(guān)乎采伐后林木的生長空間；伐后郁閉度屬于林分因子，他們反映了林分在采伐后的狀態(tài)，從林分整體層面上反映了撫育采伐質(zhì)量的好壞；撫育剩余物處理及伐樁高度屬于撫育作業(yè)因子，從一定程度上可以反映撫育作業(yè)人員對待此次撫育的責(zé)任心和態(tài)度。

根據(jù)各指標(biāo)及其權(quán)重可以構(gòu)建森林撫育采伐質(zhì)量評價的計量模型（適用于伐后郁閉度大于0.6 的林分），見式（1）。

式（1）中：KD為啞變量，當(dāng)伐后平均胸徑大于伐前平均胸徑時，KD=1，否則KD=0。

根據(jù)其計量模型及各指標(biāo)的滿分值可知，森林撫育采伐質(zhì)量評價指數(shù)值分布在[0，100]之間，依據(jù)指數(shù)的評分值，參考《森林撫育檢查驗收辦法》，將森林撫育采伐質(zhì)量評價指數(shù)劃分為不合格、合格、良好、優(yōu)秀4 個等級，見表4。

表4 森林撫育采伐質(zhì)量等級劃分Tab.4 Quality grade division

2.3 案例分析

以江西省分宜縣為例，選取分宜縣3 個森林撫育采伐作業(yè)區(qū)分別隨機設(shè)置3 個面積666.7 m2的圓形樣地，樹種均為杉木，齡組為幼齡林，對樣地的伐后胸徑、伐后郁閉度以及采伐情況等進(jìn)行調(diào)查，調(diào)查數(shù)據(jù)見表5。

表5 撫育采伐樣地數(shù)據(jù)Tab.5 The sample field data of tending felling

以撫育采伐樣地數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合各指標(biāo)評分標(biāo)準(zhǔn)，對指標(biāo)進(jìn)行評分，利用式（1）森林撫育采伐質(zhì)量評價指數(shù)計量模型，對每個樣地進(jìn)行評分，進(jìn)而得到3個采伐作業(yè)區(qū)的評分，并劃分質(zhì)量等級，其評價結(jié)果詳見表6。

表6 撫育采伐質(zhì)量評價結(jié)果Tab.6 The quality evaluation results of tending felling

從9 個樣地評分情況來看，評分等級優(yōu)秀的1 個，良好的3 個，合格的1 個，不合格的樣地有4 個，其中6 號樣地得滿分。1、2、3 號樣地不合格的原因主要是不僅存在未采和錯采情況，并且其采伐后撫育剩余物未處理；8 號樣地評分較低，為78.3 分，其主要原因是該樣地采伐了2 株目標(biāo)樹，并且存在2 株未采木，由此可見，采伐木選擇的正確與否對撫育采伐質(zhì)量起到了關(guān)鍵性作用。通過樣地評分得到Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3 個作業(yè)區(qū)評分分別為82.2、94.9、85.9，其中Ⅰ號作業(yè)區(qū)撫育采伐質(zhì)量等級為不合格，Ⅱ號為良好，Ⅲ號為合格。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

森林撫育采伐是改善林分結(jié)構(gòu)、提高森林質(zhì)量的有效措施，撫育采伐質(zhì)量關(guān)系到林木的生長空間及生長條件，科學(xué)合理的森林撫育采伐有利于林木大徑材的培養(yǎng)及林分群落結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，對森林撫育采伐質(zhì)量進(jìn)行定量評價有利于科學(xué)監(jiān)測森林撫育采伐成效，為做好森林撫育工作及撫育項目決策提供依據(jù)。文章篩選得到了伐后平均胸徑、伐后郁閉度、未采木株數(shù)、采伐目標(biāo)樹株數(shù)、伐樁高度、撫育剩余物處理等6 個撫育采伐質(zhì)量評價指標(biāo)，基于伐后平均胸徑引入了啞變量KD，采用層次分析法得到其他5 個指標(biāo)權(quán)重，構(gòu)建了森林撫育采伐質(zhì)量評價模型：EI=KD（0.3254M+0.2157W+0.1849Y+0.1649F+0.1091H）。以江西省分宜縣為例，對3 個撫育采伐作業(yè)區(qū)隨機設(shè)置了9 個樣地，采用計量模型計算得到Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3 個撫育采伐作業(yè)區(qū)質(zhì)量評分分別為82.2、94.9、85.9，撫育采伐質(zhì)量等級分別為不合格、良好、合格。

3.2 討論

目前國內(nèi)對于森林撫育采伐質(zhì)量評價的研究較為鮮見，研究基于層次分析法構(gòu)建森林撫育采伐質(zhì)量評價模型，為撫育采伐質(zhì)量評價提供新思路和新方法。該定量模型的構(gòu)建尚屬初步研究，適用于健康林分的采伐，對于衛(wèi)生伐等可能造成郁閉度低于0.6 的采伐方式并不適用，在日后的生產(chǎn)研究和運用中需不斷完善。另外，由于林分類型、樹種、經(jīng)營目標(biāo)等不同，其撫育采伐要求也不完全一致，在今后研究中，可考慮針對不同林分類型、樹種、經(jīng)營目標(biāo)等因素對模型進(jìn)行完善，構(gòu)建適應(yīng)不同林分的評價模型。