靖州排牙山國有林場森林自然度評價(jià)

楊培松，陳彩虹，佘濟(jì)云，唐子朝

（中南林業(yè)科技大學(xué) 林學(xué)院，湖南 長沙 410004）

森林是一個(gè)綜合的陸地生態(tài)系統(tǒng)，其面積約為全球陸地面積的三分之一，能夠?yàn)槿祟愄峁┤粘Ｉa(chǎn)生活所需的各種產(chǎn)品和服務(wù)，是人類和動(dòng)植物生存發(fā)展的基礎(chǔ)，同時(shí)其復(fù)雜、多樣、穩(wěn)定的特性能夠有效保障陸地生態(tài)平衡，促進(jìn)生態(tài)文明的發(fā)展[1-3]。人類活動(dòng)的加劇，對森林生態(tài)的穩(wěn)定性產(chǎn)生了極大影響[4]，為了使森林趨于健康穩(wěn)定和可持續(xù)發(fā)展，通過森林自然度評價(jià)體系的建立，描述森林資源質(zhì)量，以便于探索更為科學(xué)有效的森林經(jīng)營模式[5]，進(jìn)一步促進(jìn)人與自然和諧共生。

森林自然度是森林生態(tài)系統(tǒng)與原始森林植被狀態(tài)之間的差異程度[5]。森林自然度的研究最早可以追溯到“生態(tài)干擾”概念的確立，芬蘭植物學(xué)家Jalas 首先提出“生態(tài)干擾”的定義，用于描述人類活動(dòng)對生境產(chǎn)生的影響。德國生態(tài)學(xué)家在此基礎(chǔ)上提出了“生態(tài)干擾度”的概念，并將其引入生態(tài)學(xué)范疇[6]。隨后歐洲學(xué)者對“生態(tài)干擾度”和“自然度”的對比研究，得出自然度含義更廣且包含生態(tài)干擾度的結(jié)論[7-8]。Ellenberg 提出了第一個(gè)較完善地描述現(xiàn)實(shí)植被天然性程度的8 級分類系統(tǒng)。隨后眾多專家學(xué)者都開始嘗試對“自然度”進(jìn)行度量。國內(nèi)對于自然度的研究起步較晚，始于張志英等[9-10]從物種組成豐富度大小的角度，對長白山地區(qū)的森林自然度進(jìn)行評價(jià)研究；張玉環(huán)等[11]用定性評價(jià)的方法將海南島植被自然度劃分10 個(gè)等級；屠玉麟[12]依據(jù)植被性質(zhì)和珍稀物種保護(hù)價(jià)值的高低把自然度分成高、中和低3 個(gè)等級[3]。喻慶國[13]選取了物種多樣性指數(shù)、頂極適應(yīng)值、均勻度指數(shù)、實(shí)生幼苗數(shù)、森林蓄積量、郁閉度和胸徑級等7 個(gè)自然度評價(jià)指標(biāo)。彭舜磊等[14]對反映群落特征的28 個(gè)參數(shù)進(jìn)行敏感性分析，構(gòu)建了植被組成、土壤肥力和群落演替3 個(gè)層面的18 個(gè)指標(biāo)評價(jià)體系。趙中華等[15]認(rèn)為采用定性描述與定量表達(dá)相結(jié)合的方法能提高自然度評價(jià)的可信性，是未來自然度研究的重要發(fā)展方向[16]。在2014 年《國家森林資源連續(xù)清查技術(shù)規(guī)定》中，根據(jù)林場小班森林資源生長情況的屬性，將森林自然度劃分為5 個(gè)等級。綜上，森林自然度評價(jià)是為研究某一區(qū)域森林植被狀況與原始（或潛在）森林植被狀況之間的差異程度而作出的評價(jià)和量化分級。

在森林經(jīng)營領(lǐng)域，自然度廣泛用于自然保護(hù)價(jià)值評估、森林現(xiàn)狀的評價(jià)以及森林經(jīng)營計(jì)劃的制定。通常以自然度評價(jià)結(jié)果作為依據(jù)進(jìn)行林場的經(jīng)營區(qū)劃，根據(jù)不同經(jīng)營區(qū)的植被狀況探索不同的經(jīng)營模式。目前，主要的評價(jià)自然度的方法有定性評價(jià)、定量評價(jià)及定性和定量相結(jié)合的評價(jià)。定性評價(jià)：根據(jù)森林某些方面的特征，通過定性描述的方法評價(jià)森林自然度。定量評價(jià)：確定權(quán)重后計(jì)算綜合數(shù)值來衡量森林自然度。定性和定量相結(jié)合的評價(jià)：先用定量的方法得到森林自然度指數(shù)，再根據(jù)自然度指數(shù)劃分自然度等級[10]。本研究采用定性和定量相結(jié)合的方法，通過評價(jià)指標(biāo)的篩選和指標(biāo)權(quán)重的確定，計(jì)算出各樣點(diǎn)的自然度指數(shù)，然后進(jìn)行自然度等級劃分，其等級劃分結(jié)果作為林場森林經(jīng)營分區(qū)的一個(gè)參考因素，影響著林場經(jīng)營模式的確立，也為林場的多功能經(jīng)營提供了有力參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

靖州苗族侗族自治縣排牙山國有林場（以下簡稱“林場”）位于湖南省懷化市靖州縣西南部，距縣城20 km，地理范圍位于東經(jīng)109°27′～109°38′、北緯26°24′～26°35′，東臨飛山鄉(xiāng)、橫江橋鄉(xiāng)，西接藕團(tuán)鄉(xiāng)，南與新廠鄉(xiāng)毗連，北與鋪口鄉(xiāng)接壤，全場東西寬8 km，南北長19 km，土地總面積6 794.32 hm2，經(jīng)營范圍分為排牙山（總場）、馬園（分場）及地理沖（自然保護(hù)區(qū)）3 個(gè)不相連的部分，林場植被資源豐富，種類繁多，以杉木人工林、天然馬尾松林及闊葉樹林為主；人工林以純林為主，天然林以混交林為主。該林場是靖州苗族侗族自治縣唯一的國有林場，林地面積6176.03 hm2，活立木蓄積542 988.2 m3，竹林株數(shù)約為16 萬株，森林覆蓋率為90.9%，林木綠化率為93.3%。土地所有權(quán)歸林場所有。

1.2 數(shù)據(jù)來源

研究數(shù)據(jù)來源分為三個(gè)部分：首先是前期的數(shù)據(jù)收集工作，收集林場的地形圖、影像圖、森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)以及林場的相關(guān)文本資料；其次是外業(yè)調(diào)查，分為樣地調(diào)查和小班數(shù)據(jù)補(bǔ)充調(diào)查，外業(yè)調(diào)查的周期比較長，是研究數(shù)據(jù)的重要來源之一；最后是內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)的整合和處理。

1.2.1 樣地設(shè)置與調(diào)查

樣地是利用《湖南省森林資源抽樣調(diào)查系統(tǒng)》和《湖南省森林資源監(jiān)測數(shù)據(jù)調(diào)查與處理系統(tǒng)》兩個(gè)軟件進(jìn)行均勻布設(shè)，在布設(shè)樣點(diǎn)過程中，以林場為單位劃分成1 個(gè)總體，采用系統(tǒng)抽樣方法控制總體蓄積量，抽樣對象是有蓄積的喬木林地?？傮w蓄積量的抽樣精度≥90%（可靠性95%）。樣本數(shù)量采用簡單隨機(jī)抽樣公式計(jì)算，按90%的精度和95%的可靠性，預(yù)估蓄積變動(dòng)系數(shù)（c值為0.50 ～0.70）。

本研究中：E值取0.10；t值取1.96；c值取0.65。

布點(diǎn)數(shù)量等于樣本數(shù)量乘以擴(kuò)大倍數(shù)，以保證能抽取滿足調(diào)查精度的樣地?cái)?shù)量。擴(kuò)大倍數(shù)等于總體總面積與總體中需抽樣控制蓄積量的林地面積的比值。

式中：S1為林場總面積；S2為林場中需抽樣控制蓄積量的林地面積。本研究中，S1取值6 794.32 hm2，S2取值6 176.03 hm2。

通過計(jì)算共布設(shè)樣點(diǎn)178 個(gè)，樣點(diǎn)之間間距為600 m，其中有效樣點(diǎn)155 個(gè)，無效樣點(diǎn)23 個(gè)，無效的原因是樣點(diǎn)落在了河流水面或是道路上，對無效樣點(diǎn)剔除后，樣點(diǎn)分布如圖1 所示。

圖1 林場樣點(diǎn)分布Fig. 1 Sample distribution map of the forest farm

樣點(diǎn)覆蓋整個(gè)林場，分布均勻，在研究過程中對林場構(gòu)建了樣點(diǎn)—林班—林場的層級系統(tǒng)，林場和林班的樣點(diǎn)分布原則都是隨機(jī)均勻散布，林場各林班的樣點(diǎn)分布情況如表1 所示。從表1可以看出，包含樣點(diǎn)數(shù)最多的是7 林班，樣點(diǎn)數(shù)最少的分別是13、17 和24 林班，綜合來看樣點(diǎn)在林班中的分布還是比較均勻的。

表1 林班樣點(diǎn)分布Table 1 Sample distribution table of forest classes

在外業(yè)調(diào)查中，利用平板和GPS 定位系統(tǒng)，找到每個(gè)樣點(diǎn)，在每個(gè)樣點(diǎn)設(shè)置20 m×20 m 樣方，每個(gè)樣方內(nèi)設(shè)置1 m×1 m 草本樣方，記錄樣地內(nèi)DBH ＞5 cm 的喬木名稱、胸徑、樹高，調(diào)查灌木種類、相對蓋度、株樹和平均高度，以及草本樣方內(nèi)草本種類、蓋度、株數(shù)和平均高度。

1.2.2 評價(jià)指標(biāo)的初步篩選

在林場森林自然度評價(jià)指標(biāo)篩選過程中，首先利用森林資源二類清查數(shù)據(jù)中各小班的相關(guān)數(shù)據(jù)，再結(jié)合樣地調(diào)查數(shù)據(jù)，從林分結(jié)構(gòu)、立地條件、植被組成三個(gè)方面初步篩選出19 個(gè)與森林自然度相關(guān)的指標(biāo)，其中包含群落結(jié)構(gòu)、起源、齡組、坡度、海拔、腐殖質(zhì)厚度、枯落物厚度、郁閉度、平均年齡、平均胸徑、平均樹高、小班面積、公頃蓄積、公頃株數(shù)、下木覆蓋度、草本覆蓋度、Shannon-Wiener 指數(shù)、Simpson 指數(shù)、PieLou 指數(shù)。

19個(gè)自然度評價(jià)指標(biāo)的選取依據(jù)如圖2所示，對初步篩選出的指標(biāo)進(jìn)行分析：

圖2 森林自然度評價(jià)指標(biāo)體系層次結(jié)構(gòu)Fig. 2 Hierarchy structure of the forest naturalness evaluation index system

1）群落結(jié)構(gòu)。森林群落結(jié)構(gòu)的完整程度與自然度關(guān)系密切，完整的森林群落是森林自然度的重要特征，群落結(jié)構(gòu)一般分為完整結(jié)構(gòu)、復(fù)雜結(jié)構(gòu)、簡單結(jié)構(gòu)3 種。

2）起源。起源分為自然起源和人工起源，自然起源是指自然下種、人工促進(jìn)自然更新或自然萌生起源，人工起源則是植苗、直播或飛播的方式形成，林場一般的起源形式有自然下種、自然萌生、人工促進(jìn)自然更新、人工萌生和植苗。

3）齡組。一般根據(jù)森林中主林層優(yōu)勢樹種的平均年齡確定，劃分為幼齡林、中齡林、近熟林、成熟林和過熟林。

4）坡度、海拔。坡度和海拔均是林地的立地屬性，研究采用的是森林資源二類資源調(diào)查數(shù)據(jù)中的坡度與海拔數(shù)據(jù)。

5）腐殖質(zhì)厚度、枯落物厚度。腐殖質(zhì)厚度指的是自然土壤中富含腐殖質(zhì)的表層土壤的厚度；枯落物厚度指的是森林中土壤表層的枯枝落葉的厚度。

6）郁閉度。郁閉度是喬木層樹冠垂直投影面積與樣地面積之比，表明了林分密度的大小，也可以認(rèn)為是林木利用樣地空間的程度。

7）平均年齡、平均胸徑和平均樹高。平均年齡、平均胸徑和平均樹高均是根據(jù)樣地的外業(yè)調(diào)查數(shù)據(jù)，計(jì)算出樣地范圍內(nèi)所有喬木樹種的平均年齡、平均胸徑和平均樹高。

8）小班面積。小班面積的數(shù)據(jù)來源是根據(jù)林場已有的小班區(qū)劃方式確定的。

9）公頃蓄積。公頃蓄積是每公頃林地上的立木材積之和，是森林生產(chǎn)力的重要體現(xiàn)，受立地條件、環(huán)境等因素的影響而變化。

10）每公頃株數(shù)。每公頃株數(shù)反映的是林分的密度，與林分的林木質(zhì)量息息相關(guān)。

11）下木覆蓋度、草本覆蓋度。下木覆蓋度指的是林分中喬木層以下的林木、灌木等植被在地面的垂直投影面積占統(tǒng)計(jì)區(qū)總面積的百分比；草本覆蓋度是指單位面積的草本植被在地面的垂直投影面積占統(tǒng)計(jì)區(qū)總面積的百分比。

12）Shannon-Wiener 指數(shù)。表示群落的復(fù)雜程度的指數(shù)，公式為：

式中：Z為樣方內(nèi)的物種總數(shù)。

其中群落結(jié)構(gòu)、起源、齡組為定性指標(biāo)，首先將其定量化，以數(shù)字的形式量化其文字描述內(nèi)涵，結(jié)果如表2 所示。

表2 定性指標(biāo)量化描述Table 2 Quantitative description of qualitative indicators

1.3 研究方法

1.3.1 主成分分析法

主成分分析法又稱矩陣數(shù)據(jù)分析或主分量分析，是利用原始變量的線性組合組成主成分來解釋多維變量的協(xié)方差結(jié)構(gòu)，通過選出最佳變量子集，簡化數(shù)據(jù)，揭示變量間關(guān)系的一種多元統(tǒng)計(jì)分析方法[17]。在研究復(fù)雜問題時(shí)主成分分析可以只考慮少數(shù)幾個(gè)主成分而不至于損失太多信息，使問題得到簡化，提高分析效率。由于主成分分析的這些優(yōu)勢，在實(shí)際問題中遇到指標(biāo)較多且各指標(biāo)相關(guān)關(guān)系較大時(shí)，一般會(huì)應(yīng)用主成分分析的方法[18]。

主成分分析法的具體步驟：1）建立觀測數(shù)據(jù)矩陣，對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理；2）建立相關(guān)系數(shù)矩陣并計(jì)算各主成分的特征值λ與對應(yīng)的特征向量；3）依據(jù)特征值和累計(jì)貢獻(xiàn)率，確定所需主成分的個(gè)數(shù)；4）計(jì)算主成分得分[19]。

主成分分析一般通過SPSS 軟件來實(shí)現(xiàn)，在本研究中選取累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)到70%以上的主成分，在進(jìn)行KMO 和Bartlett 球形檢驗(yàn)時(shí)，KMO統(tǒng)計(jì)量取值在0 和1 之間，KMO 值越接近于1，變量間的相關(guān)性越強(qiáng)，主成分分析的效果越好；KMO 值越接近于0，變量間的相關(guān)性越弱，變量不適合作主成分分析。Bartlett 球形檢驗(yàn)中，若顯著性值P≤0.05，則認(rèn)為相關(guān)系數(shù)矩陣不是單位矩陣，可以進(jìn)行主成分分析。

1.3.2 熵值法

在信息論中，熵是對不確定性的一種度量。信息量越大，不確定性就越小，熵也就越?。恍畔⒘吭叫?，不確定性越大，熵也越大[20]。在給定評估對象集后，不同指標(biāo)的差異性不同，有效信息也不同，指標(biāo)的信息熵越小，則該指標(biāo)提供的信息量越多，其在綜合評價(jià)中發(fā)揮的作用也越大，相應(yīng)地權(quán)重占得越高[21]。因此，可根據(jù)熵的特性，計(jì)算出各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重，為多指標(biāo)綜合評價(jià)提供依據(jù)。

目前自然度評價(jià)的研究中，大多采用層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重，不過層次分析法賦權(quán)的結(jié)果具有一定的主觀性；而熵值法作為一種客觀賦權(quán)方法，在研究過程中得到的指標(biāo)權(quán)重結(jié)果更準(zhǔn)確客觀。計(jì)算步驟為：

1）構(gòu)建判斷矩陣：設(shè)有n個(gè)樣地，m個(gè)評 價(jià) 指 標(biāo)，xij表 示 第i(i=1,2,…,n) 個(gè) 樣 地 的 第j(j=1,2,…,m)個(gè)評價(jià)指標(biāo)的值。

2）指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理：采用極差變換法對評價(jià)對象的指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化[22]，對于正向指標(biāo)，取

1.3.3 綜合評價(jià)法

森林自然度綜合指數(shù)（Q）是將各評價(jià)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值乘以各指標(biāo)的權(quán)重之和，公式如下：

2 結(jié)果與分析

2.1 評價(jià)指標(biāo)的篩選結(jié)果

依據(jù)初步篩選出19 個(gè)與森林自然度相關(guān)的指標(biāo)，包括群落結(jié)構(gòu)、起源、齡組、坡度、海拔、腐殖質(zhì)厚度、枯落物厚度、郁閉度、平均年齡、平均胸徑、平均樹高、小班面積、公頃蓄積、每公頃株數(shù)、下木覆蓋度、草本覆蓋度、Shannon-Wiener 指數(shù)、Simpson 指數(shù)、PieLou 指數(shù)，構(gòu)建樣地評價(jià)指標(biāo)矩陣，進(jìn)行主成分分析，分析結(jié)果如表3 ～5 所示。

由主成分分析統(tǒng)計(jì)信息的結(jié)果（表3）可知，前5 個(gè)成分的累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)到73%以上，KMO 取樣適切性量數(shù)為0.815，P值為0，表明了樣本數(shù)據(jù)適合做主成分分析。從主成分因子載荷矩陣表可以看出，群落結(jié)構(gòu)、齡組、腐殖質(zhì)厚度、郁閉度、平均年齡、平均胸徑、平均樹高、公頃蓄積、下木覆蓋度、草本覆蓋度10 個(gè)指標(biāo)在第一主成分上有較高的載荷，Shannon-Wiener 指數(shù)、Simpson指數(shù)、PieLou 指數(shù)在第二主成分上有較高的載荷，海拔在第三主成分上有較高的載荷（表5）。根據(jù)分析結(jié)果，選取載荷因子大于0.6 的指標(biāo)，共篩選出14 個(gè)評價(jià)指標(biāo)，分別是群落結(jié)構(gòu)、齡組、海拔、腐殖質(zhì)厚度、郁閉度、平均年齡、平均胸徑、平均樹高、公頃蓄積、下木覆蓋度、草本覆蓋度、Shannon-Wiener 指數(shù)、Simpson 指數(shù)、PieLou 指數(shù)。

表3 主成分分析統(tǒng)計(jì)信息Table 3 Statistical information tables of principal component analysis

表4 KMO 和Bartlett 球度檢驗(yàn)Table 4 KMO and Bartlett tests

表5 主成分因子載荷矩陣Table 5 Principal component factor load matrix table

2.2 評價(jià)指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算

熵值法是一種客觀賦權(quán)方法，通過R 語言計(jì)算出各評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。首先通過篩選出的14 個(gè)指標(biāo)建立樣地的評價(jià)指標(biāo)矩陣，用極差法對樣地的評價(jià)指標(biāo)矩陣進(jìn)行無量綱化處理，接下來將處理好的矩陣導(dǎo)入R 語言軟件中，通過計(jì)算得出各指標(biāo)的權(quán)重，結(jié)果如表6 所示。

表6 熵值法確定的評價(jià)指標(biāo)權(quán)重Table 6 Weight table of evaluation indexes determined by the entropy method

在評價(jià)指標(biāo)權(quán)重中群落結(jié)構(gòu)所占的權(quán)重最大，接下來依次為PieLou 指數(shù)、Simpson 指數(shù)、Shannon-Wiener 指數(shù)、下木覆蓋度，由此可以得出，森林垂直結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度、群落中物種的多樣性以及林下物種的豐富度等因素對森林自然度有顯著影響。

2.3 自然度綜合評價(jià)結(jié)果

各個(gè)樣地的自然度評價(jià)指數(shù)結(jié)果如表7 所示。

表7 林場155 個(gè)樣地的自然度評價(jià)指數(shù)Table 7 Naturalness values of 155 plots on the forest farm

在林場155 個(gè)樣地的森林自然度評價(jià)結(jié)果中，森林自然度評價(jià)指數(shù)最大的是27 號樣地，評價(jià)指數(shù)為0.84，植被類型是櫟類與馬尾松的針闊混交林，群落結(jié)構(gòu)復(fù)雜，物種多樣，近自然程度也比較高。自然度評價(jià)指數(shù)最小的是2 號樣地，為0.02，該樣地是杉木人工純林，群落結(jié)構(gòu)簡單，其近自然程度也比較低。

自然度指數(shù)在0 ～0.1 之間的樣地有14 個(gè)，占總樣地?cái)?shù)的9.03%；自然度指數(shù)在0.1 ～0.2 之間的樣地有12 個(gè)，占總樣地?cái)?shù)的7.74%；自然度指數(shù)在0.2 ～0.3 之間的樣地有20 個(gè)，占總樣地?cái)?shù)的12.90%；自然度指數(shù)分布在0.3 ～0.4 之間的樣地有29 個(gè)，占總樣地?cái)?shù)的18.71%；自然度指數(shù)分布在0.4 ～0.5 之間的樣地有24 個(gè)，占總樣地?cái)?shù)的15.48%；自然度指數(shù)分布在0.5 ～0.6 之間的樣地有40 個(gè)，占總樣地?cái)?shù)的25.81%；自然度指數(shù)分布在0.6 ～0.7 之間的樣地有7 個(gè)，占總樣地?cái)?shù)的4.52%；自然度指數(shù)分布在0.7 ～0.8 之間的樣地有7 個(gè)，占總樣地?cái)?shù)的4.52%；自然度指數(shù)分布在0.8 ～0.9 之間的樣地有2 個(gè)，占總樣地?cái)?shù)的1.29%。具體的樣地自然度分布如表8 所示。

表8 樣地自然度分布Table 8 Plot naturalness distribution

2.4 自然度等級的劃分

本研究中自然度等級的劃分參照2014 年《國家森林資源連續(xù)清查技術(shù)規(guī)定》，將森林自然度劃分為5 個(gè)等級，等級代碼Ⅰ～Ⅴ對應(yīng)的分別是近自然、半自然、遠(yuǎn)自然、近人工、人工，具體的分級標(biāo)準(zhǔn)見表9。

表9 自然度等級劃分標(biāo)準(zhǔn)Table 9 Criteria for naturalness grading

由于整個(gè)林場中155 個(gè)樣地的自然度指數(shù)不呈正態(tài)分布，所以在進(jìn)行取值區(qū)間劃分時(shí)，采用不等間距法進(jìn)行分級。劃分結(jié)果如表10 所示。

表10 靖州排牙山國有林場自然度等級的劃分Table 10 Grading table of forest farm naturalness

林場各樣地森林自然度等級的分布情況如圖3所示。

圖3 林場森林自然度等級分布Fig. 3 Hierarchical distribution of forest naturalness on the forest farm

其中自然度等級為“人工”的樣地有26 個(gè)，其優(yōu)勢樹種為杉木Cunninghamia lanceolata、馬尾松Pinus massoniana，主要的植被類型是杉木人工純林、馬尾松人工純林，樹種結(jié)構(gòu)單一，群落結(jié)構(gòu)比較簡單。自然度等級為“近人工”的樣地有49 個(gè)，主要優(yōu)勢樹種為杉木、馬尾松、木荷Schima superba、香樟Cinnamomum camphora、楊梅Myrica rubra、楓香Liquidambar formosana，其植被類型分別有杉木針葉純林、馬尾松針葉純林、杉木木荷針闊混交林、馬尾松櫟類香樟針闊混交林以及杉木馬尾松混交林，林下植被較少，森林結(jié)構(gòu)較為單一。自然度等級為“遠(yuǎn)自然”的樣地有64 個(gè)，其優(yōu)勢樹種有杉木、馬尾松、櫟類、木荷、香樟、楓香、濕地松Pinus elliottii和其他中生及慢生闊葉樹，植被類型包括杉木馬尾松針葉混交林、杉木楓香針闊混交林、馬尾松櫟類針闊混交林、馬尾松杉木櫟類針闊混交林等。自然度等級為“半自然”的樣地有7 個(gè)，優(yōu)勢樹種有杉木、馬尾松、櫟類、柳杉Cryptomeria japonicavar.sinensis、楠木Phoebe zhennan、楓香、木荷、櫸類、檀類和其他中生樹，主要的植被類型為馬尾松櫟類針闊混交林、馬尾松木荷針闊混交林、馬尾松杉木針葉混交林、香樟楠木闊葉混交林。自然度等級為“近自然”的樣地有9 個(gè)，優(yōu)勢樹種有馬尾松、榆類、楓香、櫸類、檫木Sassafras tzumu、楠木、核桃Juglans regia、紫薇Lagerstroemia indica、香樟等，主要的植被類型有楓香紫薇闊葉混交林、櫟類馬尾松杉木針闊混交林，具有復(fù)雜的群落結(jié)構(gòu)，已出現(xiàn)地帶性頂級樹種。

林場共有25 個(gè)林班，各林班中包含的樣點(diǎn)個(gè)數(shù)以及樣點(diǎn)對應(yīng)的自然度等級如表11 所示。本文中根據(jù)樣點(diǎn)—林班—林場層級系統(tǒng)，對于林班自然度的評價(jià)，選擇計(jì)算同一個(gè)林班中不同樣地的自然度等級占比的方法，綜合評價(jià)得出每個(gè)林班的自然度等級，結(jié)果如圖4 所示。

圖4 林場各林班森林自然度等級分布Fig. 4 Distribution map of forest naturalness classes on each forest farm

表11 林班自然度等級分布Table 11 Natural degree distribution table of forest classes

在4 林班和24 林班中，“人工”等級的樣點(diǎn)占比最高，分別為62.50%和66.67%。5 林班中“近人工”等級的樣點(diǎn)占比80%，該林班的綜合自然度等級為“近人工”。綜合自然度等級為“遠(yuǎn)自然”的林班有15 林班和16 林班，兩個(gè)林班內(nèi)“遠(yuǎn)自然”等級的樣點(diǎn)占比均為100%。所有林班中“半自然”等級的樣點(diǎn)占比最高的林班為1 林班。“近自然”等級樣地占比最高的是25 林班，為55.56%，25林班是林場中唯一的一片自然保護(hù)區(qū)，植被大多屬于演替后期的次生林。

從表11 和圖4 可以看出，林場自然度可劃分為5 個(gè)等級，根據(jù)每個(gè)林班中隸屬于不同自然度等級的樣地?cái)?shù)在該林班中的占比，綜合分析得出，自然度等級為“人工”的有3 個(gè)，分別是4 林班、10 林班、24 林班；“近人工”等級的有8 個(gè)，包括2 林班、5 林班、7 林班、8 林班、9 林班、11林班、14 林班、17 林班；“遠(yuǎn)自然”等級的有12 個(gè)，分別是3 林班、6 林班、12 林班、13 林班、15 林班、16 林班、18 林班、19 林班、20 林班、21 林班、22 林班、23 林班；“半自然”等級的是1 林班；“近自然”等級的是25 林班。綜合分析，林場的自然度處于“遠(yuǎn)自然”等級。

2.5 林場自然度分析

各樣地的自然度等級都已經(jīng)有了明確的劃分結(jié)果，將樣地自然度評價(jià)結(jié)果與起源、林種以及齡組分別結(jié)合分析，能有效地了解林場的森林資源現(xiàn)狀，結(jié)果如圖5 ～7 所示。

圖5 森林起源狀況分析Fig. 5 Analysis of forest origin

圖6 林種狀況分析Fig. 6 Analysis chart of forest species status

圖7 齡組狀況分析Fig. 7 Age group analysis chart

林場的林木按森林起源分為人工林、天然林兩大類，人工林面積遠(yuǎn)大于天然林，人工林與天然林中均是遠(yuǎn)自然等級的樣地占比最高，這與林場整體的“遠(yuǎn)自然”等級相對應(yīng)。在人工林中的“遠(yuǎn)自然”等級、“近人工”等級、“人工”等級的樣地占比分別為33.55%、29.68%、16.77%，合計(jì)占總樣地?cái)?shù)的80%，以絕對的數(shù)量優(yōu)勢高于近自然和半自然等級。天然林中除了遠(yuǎn)自然等級之外，占比最高的就是近自然等級的樣點(diǎn)，沒有人工等級的樣點(diǎn)。從圖5 可以看出林場以人工林為主，其自然度等級也偏向人工，說明林場的人工經(jīng)營程度、經(jīng)營質(zhì)量和經(jīng)營效率都比較高。

排牙山林場的林種主要分為防護(hù)林、特種用途林、用材林和經(jīng)濟(jì)林4 類。防護(hù)林以水源涵養(yǎng)林為主，其自然度等級主要分布在遠(yuǎn)自然、近人工和人工。特種用材林主要是國防林，特種用材林在所有林種中的占比是最高的，其自然度等級分布側(cè)重遠(yuǎn)自然等級、近人工等級和人工等級。用材林中也是以遠(yuǎn)自然等級、近人工等級和人工等級為主，經(jīng)濟(jì)林在所有林種中占比最少。從圖6中可以看出，特種用途林面積最大，其主要功能就是防護(hù)和生態(tài)保障，用材林居第二位。從林種來看，林場的森林經(jīng)營采用生態(tài)建設(shè)和林產(chǎn)品生產(chǎn)并行的發(fā)展方向。

通過林場齡組與自然度的關(guān)系分析，可以看出林場的齡組結(jié)構(gòu)健康，發(fā)展有活力。幼齡林占比23.87%，中齡林占比10.97%，近熟林占比36.77%，成熟林占比17.42%，過熟林占比10.97%。幼齡、近熟林的占比較高，表現(xiàn)出林場森林生長的活力。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié) 論

在進(jìn)行靖州排牙山國有林場的自然度評價(jià)時(shí)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的評價(jià)流程包括篩選指標(biāo)、確定指標(biāo)權(quán)重，計(jì)算自然度指數(shù)，得出了林場的自然度評價(jià)結(jié)果；為了研究的科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，在確定指標(biāo)權(quán)重時(shí)選用熵值法，提高了賦權(quán)的客觀性。靖州排牙山國有林場中群落結(jié)構(gòu)多樣，林場自然度指數(shù)為0.02 ～0.84，自然度等級跨度比較大，從整體上看，林場的自然度等級為“遠(yuǎn)自然”。自然度指數(shù)最大的樣地隸屬于25 林班，是櫟類與馬尾松的針闊混交林，25 林班也是林場唯一的一片自然保護(hù)區(qū)；自然度指數(shù)最小的是2 號樣地，為杉木人工純林；這體現(xiàn)了自然度評價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。根據(jù)起源分類，林場中人工林的自然度等級偏向“遠(yuǎn)自然”，天然林的面積占比雖小，但整體上偏向“近自然”。林種與自然度的分析結(jié)果表明，林場的主要林種類型是特種用途林，其自然度等級偏向遠(yuǎn)自然。林場齡組與自然度的分析結(jié)果體現(xiàn)出林場林齡結(jié)構(gòu)的均衡與穩(wěn)定，森林處于比較健康的狀態(tài)。自然度與起源、林種以及齡組的綜合分析結(jié)果與林場整體的自然度等級評價(jià)趨勢是一致的，通過分析可以看出林場的經(jīng)營程度比較高，森林的齡組結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，森林質(zhì)量也比較好。

3.2 討 論

利用森林自然度劃分的森林經(jīng)營區(qū)，更符合植被的自然特性，對于森林經(jīng)營來說合理的自然度分析能夠?yàn)榻?jīng)營模式的構(gòu)建提供參考。本研究是從林分結(jié)構(gòu)、立地條件、植被組成三個(gè)方面考慮評價(jià)指標(biāo)的選取，目的是通過分析森林植被垂直結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀特性，為森林經(jīng)營區(qū)的劃分提供較為直接的依據(jù)，僅從自然度評價(jià)的角度來看，本研究中考慮的影響因素還不夠全面，森林群落結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣，自然度反映的是森林的一個(gè)狀態(tài)，其傳達(dá)出來的信息對森林經(jīng)營保護(hù)和恢復(fù)有著積極的影響。但森林自然度評價(jià)的作用不僅局限于此，影響自然度的指標(biāo)多種多樣，還可以從多種不同的方向篩選指標(biāo)體系，比如在自然度評價(jià)體系的構(gòu)建過程中加入相關(guān)的森林動(dòng)態(tài)指標(biāo)，評價(jià)結(jié)果就可以體現(xiàn)森林的動(dòng)態(tài)發(fā)展方向[6]，這也是后續(xù)的研究中需要探索的方向，要持續(xù)深入地探索更為全面的影響因素和各因子對自然度評價(jià)結(jié)果的影響程度。目前大多數(shù)林場的經(jīng)營和保護(hù)措施還比較粗獷，改變傳統(tǒng)的經(jīng)營模式迫在眉睫，運(yùn)用多功能的經(jīng)營理念，對林場進(jìn)行科學(xué)有效的經(jīng)營管理符合我國堅(jiān)持人與自然和諧共生的發(fā)展方略，亦能夠維護(hù)國家的生態(tài)安全。森林自然度評價(jià)是森林多功能經(jīng)營的基礎(chǔ)[21]，運(yùn)用森林經(jīng)理學(xué)的相關(guān)理論和分析方法，解構(gòu)森林的多重功能，發(fā)揮森林的多功能優(yōu)勢是現(xiàn)代林業(yè)的發(fā)展方向。