贛州市林地質(zhì)量評價及生產(chǎn)潛力研究

王雪軍，張煜星，黃國勝，馬 煒，陳新云，夏朝宗

(國家林業(yè)局調(diào)查規(guī)劃設(shè)計院，北京 100714)

林地質(zhì)量評價與等級劃分是林地管理、價值評估以及林地區(qū)劃、造林、經(jīng)營與利用的基礎(chǔ)［1-4］。林地質(zhì)量評價過去主要采用立地指數(shù)和地位級兩種方法，立地指數(shù)方法適用于有林地的評價，地位級方法皆用于無林地和有林地的立地質(zhì)量評價。在20 世紀(jì)80 年代開始，我國引入聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)的土地適宜性評價，90 年代廣泛開展了多項全國森林立地分類與質(zhì)量評價研究，研究了林地分等評級的背景分析與技術(shù)構(gòu)建［5］，或采用立地指數(shù)、地位級等立地因子對有林地和無林地進(jìn)行統(tǒng)一評價［6］。不少學(xué)者通過判定各立地環(huán)境因子對林分生產(chǎn)潛力的貢獻(xiàn)，實現(xiàn)直接利用立地環(huán)境因子來描述立地質(zhì)量等級［7-9］。目前，以林木生長量為標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)置固定樣地對林木生長進(jìn)行長期連續(xù)測定，同時結(jié)合林地環(huán)境條件來評價立地質(zhì)量的綜合方法，被認(rèn)為是最直接、準(zhǔn)確和可靠的方法，用于生產(chǎn)潛力評估等［10-12，3］。因此，本研究采用層次分析方法，在森林資源連續(xù)清查(一類)固定樣地調(diào)查資料、森林資源規(guī)劃設(shè)計(二類)小班調(diào)查資料、氣候資料和其他輔助數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，從水分條件、土壤條件、熱量條件和地形地貌條件入手，構(gòu)建林地立地質(zhì)量評價指標(biāo)體系，并以江西省贛州市為例，對贛州市林地立地質(zhì)量等級及分布進(jìn)行了綜合評價和分析，同時在林地立地質(zhì)量評價的基礎(chǔ)上，根據(jù)三期固定樣地資料和贛州市現(xiàn)實林分狀況，綜合確定各林地質(zhì)量等級的林地生產(chǎn)潛力，由此來實現(xiàn)贛州市林地現(xiàn)實生產(chǎn)力狀況與生產(chǎn)潛力對比分析評價，為森林經(jīng)營方案措施制定和林地生產(chǎn)力提高提供重要的科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)域與材料

1.1 研究區(qū)域

贛州市總面積3.94 萬平方公里，位于江西省南部、贛江上游(24°29'～27°09' N，113°54'～116°38'E)，呈典型的亞熱帶丘陵山區(qū)濕潤季風(fēng)氣候，年平均氣溫18.9 ℃，年均降水量1 587 mm，年均日照時數(shù)1 823 h，平均無霜期287 d。市境內(nèi)地帶性土壤為紅壤，地貌以丘陵和山地為主，兼有盆地，分別占全市土地總面積的61%、22%和17%。贛州市是我國中亞熱帶向南亞熱帶植物區(qū)系的過渡地帶，常見森林植被類型有:以馬尾松、杉木為主要建群種的暖性常綠針葉林，以馬尾松(Pinus Massoniana)、杉木(Cunninghamia Lanceolata)、櫧類、櫟類、木荷(Schima superba Gardn)為主的暖性針闊混交林，以殼斗科、樟科、木蘭科為主要建群種的常綠闊葉林，以楓香(Liquidambar formosana)、擬赤楊(Alniphyllum fortumei perk)、水青岡(Fagus longipetiolata)為主的落葉闊葉林，以及竹林和灌叢等。截止2010 年底，林地總面積305.53 萬hm2，活立木總蓄積11921.65 萬m3，森林面積為300.23 萬hm2，森林覆蓋率76.2%。

1.2 研究材料

本文采用的信息數(shù)據(jù)資料主要包括:江西省2000 年、2005 年和2010 年三期一類清查樣地庫、2009年贛州市二類調(diào)查小班矢量數(shù)據(jù)庫、贛州市1∶5 萬數(shù)字高程模型(DEM)、江西省1∶100 萬土壤數(shù)據(jù)庫和贛州市氣象站點近10 年氣候因子數(shù)據(jù)庫(含積溫、日平均溫氣候、降水量等)。首先，將空間數(shù)據(jù)集成統(tǒng)一到西安80 坐標(biāo)系、高斯克呂格投影和Krasovsky 橢球體，并設(shè)定中央經(jīng)線117°E 和原點緯線0°。同時，一類和二類調(diào)查數(shù)據(jù)庫中無土壤質(zhì)地、積溫、日平均溫氣候、降水量等氣候因子數(shù)據(jù)，需利用地理信息系統(tǒng)(GIS)對每一個矢量小班和固定樣地賦值。以多年平均降水量為例，賦值過程為:1)收集氣象站和水文站資料，建立數(shù)據(jù)庫并計算多年平均降水量，把站點所記載的地理坐標(biāo)位置導(dǎo)入GIS 系統(tǒng);2)用Arc-View GIS 中SURFACE 模塊的空間插值方法，生成多年降水量等值線圖，同時導(dǎo)入一類固定樣地GPS 坐標(biāo)值生成點位圖;3)通過GIS 空間疊加運算，把多年平均降水量賦到每一塊樣地上。此外，由于山區(qū)水熱分配很大程度上受到地形影響，海拔每上升100 m 氣溫降低0.6 ℃，在DEM 數(shù)據(jù)支持下校正多年平均氣溫和≥10 ℃積溫等，其中≥10 ℃積溫是根據(jù)DEM 校正的各觀測站點的月平均氣象數(shù)據(jù)插值計算，相比直接插值與實際情況更相符。

2 研究方法

2.1 立地質(zhì)量評價方法

本文采用層次分析法［13］，進(jìn)行評價林地立地質(zhì)量評價:1)分析系統(tǒng)全部組成因素，劃分各因素間相互聯(lián)系的有序?qū)哟?，建立層次結(jié)構(gòu)模型;2)對比分析各層次因素，采用1-9 比率標(biāo)度方法構(gòu)造判斷矩陣，用求解判斷矩陣最大特征根及特征向量的方法得到各因素相對權(quán)重;3)進(jìn)行排序及一致性檢驗。

2.1.1 林地立地質(zhì)量評價指標(biāo)與層次結(jié)構(gòu)構(gòu)建 林地立地質(zhì)量反映了林地生長森林植被的適宜程度和潛在能力［3-4］?？筛鶕?jù)與森林植被生長密切相關(guān)的水熱條件、地形特征和土壤等自然環(huán)境因素，綜合評定林地立地質(zhì)量。本文采用層次分析法，選取多年平均降水量、年平均氣溫、≥10 ℃的積溫、海拔、坡向、坡度、坡位、土層厚度、腐殖質(zhì)層厚度和枯枝落葉層厚度11 項因子，構(gòu)建林地立地質(zhì)量評價體系(圖1)。

圖1 林地立地質(zhì)量評價指標(biāo)體系層次結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Hierachical chart of evaluation index system for forestland quality

2.1.2 評價權(quán)系數(shù)生成(1)判斷矩陣構(gòu)造。根據(jù)詹紹寧等［14］、張萬儒［15］等人研究，贛州市屬于中亞熱帶，自然條件優(yōu)越，氣溫溫和，雨量充足［16］。所以，影響林木生長的主導(dǎo)因子并非水熱條件，而主要是土壤條件和局部地形因子。本研究中，對以上11 因子的權(quán)重進(jìn)行了綜合分析的基礎(chǔ)上，通過5 位專家綜合打分，來構(gòu)建A-B、B1-C、B2-C、B3-C 和B4-C 的比較判斷矩陣(表1)，通過比較判斷矩陣，用求解判斷矩陣最大特征根及特征向量的方法得到各因素相對權(quán)重，并進(jìn)行排序及一致性檢驗，最后得到林地質(zhì)量綜合評價權(quán)重值(表1)。

表1 林地質(zhì)量評價因子總排序表權(quán)重Tab.1 Sort of forestland quality evaluation

2.1.3 評價指標(biāo)因子值標(biāo)準(zhǔn)化處理 按數(shù)量化理論I［3］，賦予環(huán)境因子各等級適當(dāng)?shù)姆种?表2)。

2.1.4 綜合指數(shù)計算與等級評價標(biāo)準(zhǔn) 結(jié)合各個評價指標(biāo)因子的權(quán)重值與各個評價指標(biāo)的等級分值進(jìn)行逐層次加權(quán)計算，得到林地立地質(zhì)量評價各因素指數(shù)與綜合評價指數(shù)，即:

式中，ZI 為林地立地質(zhì)量綜合評分值，Vi為各因素評分值，Wi為因素的權(quán)重。

表2 環(huán)境因子數(shù)量化等級值Tab.2 Quantification classes for ecological setting indexes

根據(jù)林地立地質(zhì)量綜合評分值，劃3 個質(zhì)量等級，即:

(1)一等(First class，Ⅰ)(ZI≥7.5):好，主要指其有良好的森林生長條件，能保證森林植被良好生長，一般無限制因子。(2)二等(Second class，Ⅱ)(5.0≤ZI＜7.5):中等，生態(tài)條件一般，有一個以上的影響林木生長的環(huán)境影響因子，生產(chǎn)力一般。(3)三等(Third class，Ⅲ)(ZI＜5.0):較差，生態(tài)條件差，有兩個以上的強烈影響林木生長的環(huán)境影響因子。

2.2 林地生產(chǎn)潛力評價

林地生產(chǎn)潛力特指生長在一定水熱條件、土壤和地形特征等自然環(huán)境因素組合下，林分可能達(dá)到的年平均單位面積蓄積生長量［3-4］。不同立地條件林地生產(chǎn)潛力差異很大，基于三期森林資源清查固定樣地數(shù)據(jù)，分別不同林地質(zhì)量等級，各選取10 塊近10 年沒有采伐活動和未遭受災(zāi)害且每公頃年平均蓄積生長量最大的杉木或馬尾松林分樣地，計算各等級樣地的年平均生長量的平均值，確定該等級林地生產(chǎn)潛力。據(jù)此，通過林分現(xiàn)實生產(chǎn)力(Vi)與林地潛力(V0)之間比值(M)的大小，反映了現(xiàn)實林分生產(chǎn)力與潛在生產(chǎn)能力的差距，也即提高現(xiàn)實林地生產(chǎn)力的可能性，比值越小，具備的生產(chǎn)潛力越大。根據(jù)比值的大小劃分為高、中、低三級，當(dāng)M＜30%，為高，即說明提高林地生產(chǎn)力可能性越高;當(dāng)30%≤M＜60%，為中;當(dāng)60%≤M＜100%為低;當(dāng)M≥100%，說明現(xiàn)實生產(chǎn)力已經(jīng)達(dá)到林地生產(chǎn)潛力水平。

3 結(jié)果與分析

3.1 林地立地質(zhì)量等級狀況分析

贛州市林地小班立地質(zhì)量等級評價結(jié)果見表3 和圖2、圖3。結(jié)果可知:(1)林地方面，林地立地質(zhì)量等級一等分布638 335 hm2(占20.89%)，小班數(shù)量為83 644個(占29.08%)，主要分布在贛州市西部大部(崇義縣、上猶縣和大余縣)、南部大部(全南縣、定南縣、龍南縣和安遠(yuǎn)縣)和北部小部(寧都縣)等降水量充沛、土壤較為肥沃的低山丘陵區(qū)，二等分布在贛州市全市(1 401 962 hm2，占45.89%，)小班數(shù)為135 148個(占46.98%)，而三等(1 015 047 hm2，占33.22%)，小班數(shù)有68 861個(占23.94%)主要分布在興國縣、于都縣、南康市、寧都縣、贛縣、瑞金市等丘陵薄土層薄腐殖質(zhì)層，保肥保水差的紅壤地區(qū);(2)有林地方面，同樣以一等分布(591 345 hm2，占21.58%)和二等分布(1 239 472 hm2，占45.24%)為主，三等分布(909 216 hm2，占33.18%);(3)宜林地方面，一等分布(564 hm2，占13.57%)，二等分布(2 517 hm2，占60.58%)，三等分布(1 074hm2，占25.85%)?？梢?，由于地處我國南方亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，具有適合林木生長的良好氣候條件，加上林地土壤較為肥沃，林地質(zhì)量整體較好。

表3 贛州市林地立地質(zhì)量等級評價結(jié)果Tab.3 Evaluation result of forest land quality classes in Ganzhou

3.2 林地生產(chǎn)潛力分析

根據(jù)三期(15 年)森林資源清查固定樣地調(diào)查資料，統(tǒng)計得到喬木林立地質(zhì)量等級的林分生產(chǎn)潛力值(表4)，再結(jié)合每個小班現(xiàn)實單位面積森林蓄積和平均年齡，計算得到各等級喬木林生產(chǎn)潛力對比分析結(jié)果(表5)。由表4 可知，贛州市林分單位面積蓄積量普遍偏低，平均僅43.3 m3/hm2，相當(dāng)于江西全省水平的84%，全國水平的48%，年平均每公頃蓄積生長量僅為2.37 m3/(hm2·a)，僅為贛州市林地生產(chǎn)潛力平均水平的三分之一。其中，各等級現(xiàn)實林分生產(chǎn)力均不足林地生產(chǎn)潛力的40%，差距明顯。由表5 可知，現(xiàn)實生產(chǎn)力接近或高于林地生產(chǎn)潛力的面積(39 938 hm2)僅占1.23%，提高生產(chǎn)潛力可能性高(1 414 936 hm2，54.97%)和中(927 919 hm2，占36.05%)的比例合計高達(dá)91.02%。這都說明目前贛州市林分生產(chǎn)力水平整體偏低，仍有近55%的林分年平均生產(chǎn)力低，不足于林地生產(chǎn)潛力的三分之一。因此，未來應(yīng)該加強森林撫育經(jīng)營，限制森林的采伐量，以促進(jìn)林木生長，提高林地生產(chǎn)力的潛力巨大。

表4 不同林地質(zhì)量等級林分現(xiàn)實及潛在生產(chǎn)力Tab.4 Forest-land stock realistic productivity(V0)and potential productivity(Vi)at different quality classes

3.3 森林撫育經(jīng)營潛力分析

表6 可知，贛州市中幼齡林面積大(2 267 272 hm2，占88.08%)，但單位面積年平均生產(chǎn)力低(2.15 m3/(hm2·a)，僅相當(dāng)于林地生產(chǎn)潛力平均水平的30%。從提高林地生產(chǎn)潛力的可能性來看，全市仍有1 312 165 hm2的中幼齡林現(xiàn)實生產(chǎn)力水平低于生產(chǎn)潛力的30%，占中幼齡林面積的57.87%。從地域分布上看，寧都縣、興國縣、于都縣、贛縣、安遠(yuǎn)縣和信豐縣分布最多，是今后森林撫育經(jīng)營工作的重點。經(jīng)測算，若加強中幼齡森林撫育經(jīng)營，促進(jìn)林木生產(chǎn)，促使每公頃年平均生產(chǎn)力達(dá)到或接近林地生產(chǎn)潛力的水平，將增加森林蓄積1 201.44萬m3，可見贛州市森林撫育經(jīng)營的潛力巨大。

表5 不同林地立地質(zhì)量等級喬木林生產(chǎn)潛力面積和比例分布Tab.5 Area and ratio distribution of forest-land potential productivity at different quality classes

表6 贛州市各區(qū)縣中幼齡林生產(chǎn)潛力分布Tab.6 Area and ratio distribution of forest-land potential productivity of the young-and middle-aged forests at different country

3.4 森林撫育經(jīng)營布局與重點分析

森林撫育經(jīng)營就是對中幼齡林，通過除草、割灌以及透光伐、生長伐和衛(wèi)生伐等措施，改善林木生長環(huán)境，促進(jìn)林木生長，提高林地生產(chǎn)力。參照《森林撫育規(guī)程》，本文把中幼齡中郁閉度0.2～0.4 的林分(簡稱過疏，下同)和郁閉度0.8 以上的人工林、郁閉度0.7 以上天然林(簡稱過密，下同)，以及遭受自然災(zāi)害或發(fā)生病蟲害(森林災(zāi)害等級中度以上)的中幼齡林(遭受災(zāi)害，下同)，是優(yōu)先需要開展撫育經(jīng)營的中幼齡林，統(tǒng)稱為“中幼齡林急需撫育面積”。根據(jù)贛州市二類調(diào)查成果，對各縣(區(qū)、市)中幼林急需撫育面積進(jìn)行統(tǒng)計測算(表7)，由表7 可知，贛州市中幼齡林急需撫育面積1 195 713 hm2，占全市中幼齡林面積的52.73%，其中過密的面積619 626 hm2，占急需撫育面積51.82%;過疏面積450 063 hm2，占37.64%;遭受災(zāi)害的面積10 892 hm2，占10.54%。從地域分布上看，寧都縣、瑞金市、贛縣、安遠(yuǎn)縣、信豐縣、龍南縣、崇義縣、會昌縣等8 縣分布較多，合計占全市急需中幼林撫育面積的60%。

表7 贛州市各區(qū)縣急需撫育中幼林面積分布Tab.7 Area and ratio distribution of tending of the young-and middle-aged forests at different country

4 結(jié)論與討論

本研究基于森林資源清查固定樣地和規(guī)劃設(shè)計調(diào)查小班數(shù)據(jù)庫，結(jié)合氣候資料和其他輔助資料，提出評價國家及區(qū)域大尺度林地質(zhì)量綜合指數(shù)法，以及林地生產(chǎn)潛力計算和預(yù)估評價方法，對研究全國或區(qū)域林地立地質(zhì)量，分析預(yù)估森林生產(chǎn)潛力，以及對林業(yè)生產(chǎn)單位的基層生產(chǎn)經(jīng)營組織、林地質(zhì)量評價和森林撫育經(jīng)營工作具有實用價值。

(1)從與森林植被生長密切相關(guān)的水熱條件、土壤、地形等因素著手，選取多年平均降水量、土壤質(zhì)地、年平均氣溫、≥10 ℃的積溫、海拔、坡向、坡度、坡位、土層厚度、腐殖質(zhì)層厚度、枯枝落葉層厚度11生態(tài)環(huán)境因子，構(gòu)建林地質(zhì)量綜合指數(shù)評價體系，并采用層次分析方法確定各評價因子的權(quán)重，用于評價林地質(zhì)量，并以江西省贛州市為例，以小班為評價單位，測算評定了贛州市所有林地小班的立地質(zhì)量等級，好和中等級所占比例合計66.78%，認(rèn)為全市林地質(zhì)量偏好。此方法不足之處就是在實際應(yīng)用中涉及氣候因子、土壤質(zhì)地等因子，而這些因子在目前森林調(diào)查數(shù)據(jù)中沒有，須通過GIS 軟件，在相關(guān)數(shù)據(jù)支撐的基礎(chǔ)上獲取，同時因氣候、土壤等數(shù)據(jù)的尺度大且粗放帶來局部評價結(jié)果的誤差。

(2)贛州中幼齡林面積比例達(dá)88.08%，且中幼齡林每公頃年均生產(chǎn)力為2.15 m3/(hm2·a)，僅為林地生產(chǎn)潛力水平的29.57%，如加強森林撫育經(jīng)營，可增加森林蓄積量1 201.44萬m3，森林經(jīng)營潛力巨大，需以重視。

(3)綜合運用林地質(zhì)量及生產(chǎn)潛力的評價和分析結(jié)果，能從總體上反映贛州市林地質(zhì)量分布和不同林地質(zhì)量等級小班的林分生產(chǎn)力水平差異。尤其是針對中幼齡林的森林撫育經(jīng)營潛力分析，可及時掌握急需撫育中幼齡林的范圍、分布，為林業(yè)經(jīng)營單位森林撫育經(jīng)營的布局和年度工作提供參考依據(jù)。

(4)本文提出的環(huán)境因子林地質(zhì)量評價方法，不足之處是因涉及氣候因子、土壤質(zhì)地等因子，而這些因子在目前森林調(diào)查數(shù)據(jù)中沒有，須通過GIS 軟件，在相關(guān)數(shù)據(jù)支撐的基礎(chǔ)上獲取，同時因氣候、土壤等數(shù)據(jù)的尺度大且粗放帶來局部評價結(jié)果的誤差。

圖2 贛州市林地立地質(zhì)量等級Fig.2 Forestland quality distribution in Ganzhou City

圖3 贛州市森林生產(chǎn)潛力Fig.3 Forest potential productivity distribution in Ganzhou City

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