模擬計算法確定采伐量及其對價值量的影響

華偉平，江希鈿，丘　甜，李　沛，江　華，黃思猷

(1 福建農(nóng)林大學 林學院，福建 福州 350002；2 武夷學院 a 生態(tài)與資源工程學院，b 商學院，福建 武夷山 354300)

模擬計算法確定采伐量及其對價值量的影響

華偉平1，2a，江希鈿1，丘甜2b，李沛1，江華1，黃思猷1

(1 福建農(nóng)林大學 林學院，福建 福州 350002；2 武夷學院 a 生態(tài)與資源工程學院，b 商學院，福建 武夷山 354300)

[摘要]【目的】 探討采用模擬計算法確定合理年采伐量后的實施效果，為實現(xiàn)森林資源的可持續(xù)經(jīng)營提供支持。【方法】 以福建某林業(yè)企業(yè)經(jīng)營的杉木、馬尾松人工用材林為研究對象，通過模擬計算法模擬林分的采伐和生長，以輪伐期期末成熟林和過熟林的面積占42.8%為控制目標，不斷設定年采伐量使一個輪伐期期末的成熟林和過熟林的面積達到設定目標。在此基礎上，利用重置成本法、收獲現(xiàn)值法、市場價倒算法測算各齡組價值，并通過對比模擬前后的價值分析模擬計算法對價值量的影響?！窘Y果】 在一定控制目標下，采用模擬計算得到杉木、馬尾松的合理年采伐面積分別為18.7和21.6 hm2，根據(jù)單位面積蓄積量得到合理采伐量分別為351.5和989.3 m3，在此采伐量下林分各齡組分布結構較為均勻、穩(wěn)定、合理。利用各評估方法測算林分價值量，對比分析各年份的林分價值量，顯示模擬計算法在確定合理采伐量的同時，有效提高了林分的價值量?！窘Y論】 以輪伐期末成熟林和過熟林面積占 42.8%為控制目標，輪伐期期末林分各齡組結構分布均勻，林分價值量提高，有利于森林資源的可持續(xù)經(jīng)營。

[關鍵詞]模擬計算法；森林資源；采伐量；資產(chǎn)評估；林分價值量

森林經(jīng)營方案的編制、森林采伐限額的制定等均需要明確森林年采伐量，而合理的年采伐量的確定是森林經(jīng)理的重要工作之一。前人已有較多關于森林年采伐量的研究報道[1-8]，其中用到的確定采伐量的方法主要有材積控制法、面積控制法等[9]，其中材積控制法又分為平均生長量法、較差法等，利用面積控制法確定年采伐量時常用第一林齡公式法、第二林齡公式法、面積輪伐公式法等。利用這些方法確定森林年采伐量的條件均較為苛刻，如林分近似法正林、林分各齡組占比較為均勻時，在此情況下測算出的結果才比較客觀。而在現(xiàn)實林分中，由于森林經(jīng)營者長期的經(jīng)營管理，使林分各齡組分布結構并不均勻，甚至差異較大，因此利用上述測算方法確定年采伐量并不合理。為此，本研究擬利用模擬計算法確定林分的合理采伐量，旨在解決傳統(tǒng)方法所存在的弊端。

模擬計算法通過控制林分面積建立模擬林分生長的模型[10]，然后根據(jù)法正林的理論來計算林分年采伐蓄積，適用于具有主伐年齡的用材林及公益林，但這兩大林種不一定要求是純林，也可以是起源相同、權屬相同、優(yōu)勢樹種相同的林分。本研究以福建某林業(yè)企業(yè)經(jīng)營的人工用材林為對象，引入模擬計算法確定其合理采伐量，以期為經(jīng)營者確定合理的年采伐量提供理論依據(jù)，也為不同林分合理采伐量的確定提供借鑒，以實現(xiàn)森林資源的可持續(xù)經(jīng)營。

1研究區(qū)概況

本研究以福建某林業(yè)企業(yè)經(jīng)營的人工用材林為對象，該企業(yè)森林資源主要分布于福建西部的三明寧化，地理經(jīng)緯度分別為北緯25°58′～26°40′、東經(jīng)116°22′～117°02′，年均氣溫15～18 ℃，降水量1 700～1 800 mm，地貌以丘陵、盆地、低山居多，適合林木生長。全縣森林面積18.6萬hm2，有林地面積17.3萬hm2，森林覆蓋率達到73.4%。

2材料與方法

2.1數(shù)據(jù)收集

收集該企業(yè)的森林資源清單，主要因子包括林班號、大班號、小班號、小班面積、優(yōu)勢樹種、林分起源、小班林分年齡、小班蓄積量、各小班齡組、經(jīng)營類型等，為確定其準確性，根據(jù)森林資源清查技術規(guī)程，采用小班核查法對該企業(yè)提供的森林資源清單進行抽查，且抽查面積不低于清單總面積的20%，主要核查林分優(yōu)勢樹種、起源、齡組等。通過核查可知，該企業(yè)提供的森林資源清單可信，總面積為 1 955 hm2，均為人工起源，具體森林資源情況見表1。

表 1　福建某林業(yè)企業(yè)杉木和馬尾松人工林的林分概況

由表1可以看出，該企業(yè)森林資源情況分布不均，幼齡林、中齡林、近熟林、成熟林、過熟林所占比例分別為42.6%，8.9%，18.0%，30.3%和0.2%。根據(jù)《中國可持續(xù)發(fā)展林業(yè)戰(zhàn)略研究總論》提出成、過熟林所占面積比為42.8%，該比例較為合理，而該企業(yè)的成、過熟林所占面積比為30.5%，小于合理比例，不利于企業(yè)森林資源可持續(xù)經(jīng)營及資金收益最大化。為了使齡組結構合理化，本研究擬利用模擬計算法確定該企業(yè)的年合理采伐量。

2.2模擬計算法

模擬計算法是建立通過控制林分面積來模擬林分生長的模型，利用該模型根據(jù)法正林的理論來計算林分年采伐蓄積。其計算思路為：林分成熟后才能采伐，即只采伐成熟林、過熟林，設定小于年生長量的年采伐量進行采伐，然后將年采伐量轉化為采伐面積，同時在當年采伐后及時更新造林，控制林分面積不變；通過模擬計算法模擬林分經(jīng)過一個輪伐期后成熟林、過熟林面積所占比例為42.8%；若通過模擬，輪伐期末的成熟林、過熟林面積所占的比例低于或高于設定目標，則要調(diào)整年采伐量，再次模擬，使輪伐期末的成熟林、過熟林面積所占比例等于設定目標，模型構建的具體過程如下：

設第T年、林分年齡為I的森林面積為S(T)t，那么在T=1時，即模型林分生長的第1年，林分各年齡的面積為：

(1)

式中：J指幼齡林、中齡林、近熟林、成熟林、過熟林，簡稱為幼、中、近、成、過；NJ為對應的齡組終止面積年齡減去起始年齡再加1后的年齡值。

同時，設定年采伐蓄積量為M，根據(jù)單位面積蓄積量將采伐蓄積量M轉化為年采伐面積，采伐的原則是采伐成熟林、過熟林，幼齡林、中齡林、近熟林不得采伐，那么通過模擬林分生長，第T年的采伐面積(S(T)采)為：

S(T)采=S(T)成采+S(T)過采。

(2)

式中：S(T)成采、S(T)過采分別表示成熟林和過熟林的采伐面積；T為輪伐期，T=2，3，4，…。

通過設定的采伐面積，經(jīng)過采伐更新造林后，林分的更新面積即為采伐面積，即：

S(T)更=S(T)采。

(3)

那么經(jīng)過T年后，幼齡林面積的狀態(tài)轉移方程為：

S(T)幼=∑S(T-1)t+S(T)更。

(4)

式中：S(T-1)t為經(jīng)過T-1年后林分年齡為t年時的面積，其中t的上限值為幼齡林終止年齡減1，下限值為幼齡林起始年齡。

中齡林、近熟林面積的狀態(tài)轉移方程為：

S(T)J=∑S(T-1)t+S(T-1)Z。

(5)

式中：t的上限值為中齡(近熟)林終止年齡減1,下限值為中齡(近熟)林起始年齡；Z為中齡(近熟)林終止年齡。

成、過熟林面積的狀態(tài)轉移方程為：

S(T)J=∑S(T-1)t+S(T-1)Z-S(T)J采。

(6)

式中：t的上限值為成(過)熟林終止年齡減1,下限值為成(過)熟林起始年齡；Z為成(過)熟林終止年齡；S(T)J采為各齡組T年的采伐面積。

最后，經(jīng)過一個輪伐期后，各齡組面積比例發(fā)生變化，終止模擬的控制目標公式為：

(7)

式中：S成、S過、S幼、S中、S近分別表示成熟林、過熟林、幼齡林、中齡林、近熟林的面積。

2.3齡組劃分

杉木、馬尾松的主伐年齡分別為26和31年，杉木以5年為一個齡級，其各齡組(幼、中、近、成、過)的年齡段分別為1～10、11～20、21～25、26～35和36年以上；馬尾松以10年為一個齡級，其各齡組的年齡段分別為1～10、11～20、21～30、31～50和51年以上。

2.4評估值測算方法

為分析模擬計算法對林分價值的影響，本研究通過市場調(diào)研收集相關經(jīng)濟指標，利用重置成本法(幼齡林價值量計算方法)[11-12]、收獲現(xiàn)值法(中、近熟林價值量計算方法)[13]、市場價倒算法(成、過熟林價值量計算方法)[14-15]測算林分價值量。

幼齡林價值量計算方法為：

(8)

式中：En為林木資產(chǎn)評估值，Ci為第i年以現(xiàn)時工價和生產(chǎn)水平為標準的營林生產(chǎn)成本，p為投資收益率，n為現(xiàn)實林分年齡。

中、近熟林價值量計算方法為：

(9)

式中：Mu為主伐時林分蓄積量，Zu為主伐時林木每m3蓄積純收益，u為主伐年齡，V為經(jīng)營管護成本。

成、過熟林價值量計算方法為：

(10)

式中：Mn為林齡n年時的林分蓄積量，f為出材率，W為木材平均銷售價格，C為木材生產(chǎn)成本，F(xiàn)為經(jīng)營利潤，B為稅費。

2.5技術經(jīng)濟指標

通過社會調(diào)研收集到的技術經(jīng)濟指標為：杉木、馬尾松平均木材價格分別為1 030 和730 元/m3，計征價分別為845和765 元/m3，木材生產(chǎn)經(jīng)營成本分別為297.55和272.05元/m3(包括采伐、集材、運輸、伐區(qū)設計費、檢尺費、銷售費、管理費及不可預見費等)，經(jīng)營利潤為木材平均價格的5%，育林費為計征價的10%，森林植物檢疫費為計征價的0.2%，增值稅為木材平均價格的4%，教育附加費為增值稅的5%，城建稅為增值稅的5%；杉木、馬尾松出材率分別為65.25%和80.55%，營林生產(chǎn)成本第1年分別為6 750和6 300 元/hm2，第2和3年均為1 800元/hm2，第4年起均為150元/hm2，投資收益率為6%。

3結果與分析

3.1合理采伐量的確定

根據(jù)杉木和馬尾松的主伐年齡，可得杉木、馬尾松的輪伐期分別為27和32年，以輪伐期期末成熟林和過熟林的面積占42.8%為控制目標，利用模擬計算法分別模擬杉木、馬尾松一個輪伐期后各齡組的面積，并計算杉木、馬尾松的合理年采伐面積和采伐量，得到輪伐期末該企業(yè)的森林資源情況見表2。

表 2　福建某林業(yè)企業(yè)輪伐期末杉木和馬尾松人工林各齡組的面積

由表2數(shù)據(jù)通過模擬計算法，得到杉木、馬尾松的合理年采伐面積分別為18.7和21.6 hm2時，輪伐期末成、過熟林面積占比均為42.8%，根據(jù)單位面積蓄積量，得到該企業(yè)杉木、馬尾松的合理采伐量分別為351.5和989.3 m3。

3.2各齡組面積的的變化趨勢

現(xiàn)以馬尾松為例，在輪伐期末其成、過熟林面積的控制目標為42.8%時，不同年份各齡組面積的變化情況如圖1所示。

圖 1福建某林業(yè)企業(yè)在控制目標下馬尾松各齡組面積的變化情況

Fig.1Area changes of each age group ofPinusmassonianaof a forestry enterprise in Fujian under control objective

由圖1可以看出，在第2年(即2015年)馬尾松林分中、近熟林面積較大，幼齡林與成、過熟林面積比較接近，中齡林面積最少；到2025年時，馬尾松林分各齡組面積的變化情況差異較大，成、過熟林面積達到最大，而近熟林面積達到最小，即近熟林所占比例最小；從2035年開始，馬尾松林分各齡組的面積變化趨于穩(wěn)定，特別是越接近輪伐期末，各齡組所占面積越趨于穩(wěn)定。這是由于通過模擬計算法確定采伐量并經(jīng)過采伐使林分各齡組結構逐漸趨于穩(wěn)定，使森林資源實現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展。為了更直觀地展現(xiàn)模擬計算法在確定林分合理年采伐量中的優(yōu)勢，以年份為橫坐標、各齡組面積所占比例為縱坐標說明各年份各齡組林分面積的變化情況，結果如圖2所示。

圖 2　福建某林業(yè)企業(yè)在控制目標下不同年份馬尾松各齡組的面積組成

由圖2可以看出，2015年時，各齡組所占比例非常不協(xié)調(diào)，近熟林所占比例最大，而中齡林所占比例最??；經(jīng)過模擬計算法模擬林分采伐，越接近輪伐期末各齡組面積所占比例越趨于穩(wěn)定，符合森林資源可持續(xù)經(jīng)營的理念。

3.3林分價值量的變化

利用模擬計算法確定林分合理采伐量有效避免了傳統(tǒng)采伐量計算方法的不足，為了進一步了解該方法對林分價值量的影響，通過各評估方法測算幼齡林、中齡林、近熟林、成熟林、過熟林的價值量，可以得到單位面積杉木、馬尾松價值量的平均評估值，現(xiàn)以杉木成、過熟林為例說明價值量的測算過程。杉木每m3蓄積純收益和林木資產(chǎn)平均評估值的計算見下式：

Zu=f×(W-C-F-B)=65.25%×(1 030-297.55-51.5-131.51)=358.51元/m3。

(11)

En=Mn×Zu=44.26×358.51=15 867.65元/hm2。

(12)

按式(8)、(9)、(10)，同樣可得到其他各齡組單位面積價值量評估值，具體結果見表3。

表 3　基于模擬計算法確定合理采伐量后輪伐期末單位面積價值量的平均評估值

由表3可知，杉木各齡組的評估值均高于馬尾松，且杉木近熟林的評估值最高，達到40 581.44元/hm2，這是由于杉木近熟林單位面積蓄積量較高所致。將單位面積評估值乘以面積并求和即可得到該企業(yè)森林資源的總評估值，結果為28 087 203.75元。為了比較分析通過模型計算法模擬林分采伐及生長后各年的價值量評估值，以馬尾松為例其結果見表4。

表 4　基于模擬計算法確定馬尾松合理采伐量后各齡組價值量評估值隨時間的變化

由表4可知，該企業(yè)馬尾松林的價值量隨模擬計算法確定的采伐量及林分生長而發(fā)生變化，起初馬尾松林的評估值為14 279 992.02元，輪伐期末的評估值為14 482 911.02元，增加了202 919.00元，對于經(jīng)營者而言這是比較可觀的收益。對于幼齡林，從現(xiàn)實林分到輪伐期末，林分價值量增幅為 1.1%，而中齡林增幅較大，近熟林的價值量較小，成、過熟林價值量的增幅為162.7%。所以通過模擬計算法模擬林分采伐和生長，有利于提高林分的總價值量。

4結論與討論

以福建某林業(yè)企業(yè)為例，利用模擬計算法測算林分的合理采伐蓄積量，以《中國可持續(xù)發(fā)展林業(yè)戰(zhàn)略研究總論》提出的成、過熟林所占面積比例 42.8%為控制目標，得到該企業(yè)杉木、馬尾松的合理采伐蓄積量分別為351.5和989.3 m3。對馬尾松林各齡組面積變化趨勢的分析表明，模擬計算法模擬林分的采伐量，在一個輪伐期后，林分各齡組面積趨于穩(wěn)定、合理，各齡組所占比例越來越穩(wěn)定，符合森林資源可持續(xù)經(jīng)營理念，彌補了材積控制法、面積控制法的弊端，為企業(yè)決策者及政府相關部門確定合理采伐量提供了借鑒，對森林資源可持續(xù)經(jīng)營管理具有一定的指導意義。

根據(jù)收集的經(jīng)濟指標，利用重置成本法、收獲現(xiàn)值法、市場價倒算法測算可知，該林業(yè)企業(yè)的現(xiàn)實林分價值量為28 087 203.75元。同時，在模擬計算法模擬林分采伐和生長后，可以通過計算各年份林分價值量，得到各齡組的價值量和總價值量的變化情況；總體而言，從現(xiàn)實林分到輪伐期末，馬尾松林分價值量增加202 919.00元，表明通過模擬計算法模擬林分采伐和生長，可以提高林分的總價值量。

本研究利用模擬計算法確定年采伐量的基礎數(shù)據(jù)來自杉木和馬尾松人工林，采伐方式為皆伐。而天然林分利用擇伐方式進行收獲更新，那么就無法利用模擬計算法確定年采伐量，這是該方法的弊端，也是今后需深入研究的方向。

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Determination of felling amount and effects on value based on a simulation method

HUA Wei-ping1，2a,JIANG Xi-dian1,QIU Tian2b,LI Pei1,JIANG Hua1,HUANG Si-you1

(1CollegeofForestry,FujianAgricultureandForestryUniversity,Fuzhou,Fujian350002,China;2 aCollegeofEcologyandResourceEngineering,bCollegeofBusiness,WuyiUniversity,Wuyishan,Fujian354300,China)

Abstract:【Objective】 This paper used a simulation method for determining a reasonable annual felling amount and the effects on value to achieve the sustainable management of forest resources.【Method】 Taking timber forests of Cunninghamia lanceolata and Pinus massoniana managed by a forestry company in Fujian as example,a simulation method was used to simulate the stand harvesting and growth.With the ratio of the final mature forest and over mature forest area of 42.8% as control target,annual felling volume was changed independently.On this basis,replacement cost method,present earning value method and market value method were used to calculate forest value.Then,the effects of simulation method on value were analyzed.【Result】 With the certain control objective,the annual cutting amounts of Cunninghamia lanceolata and Pinus massoniana were 18.7 and 21.6 hm2.According to volume of per unit area,the reasonable cutting amounts were 351.5 and 989.3 m3.The distribution of each age group was uniform,stable and reasonable.Based on the assessment of stand volume and comparative analysis of forest value of all years,the calculation method also increased the amount of forest value. 【Conclusion】 With the control target of 42.8%,the structure distribution of each age group was uniform,the stand value was increased,and it benefited the sustainable management of forest resources.

Key words:simulation method;forest resources;cutting amount;asset assessment;forest value

DOI：網(wǎng)絡出版時間:2016-05-0314:0510.13207/j.cnki.jnwafu.2016.06.012

[收稿日期]2014-10-29

[基金項目]福建省自然科學基金項目(B0010019)；武夷學院科研基金項目(XD201402)

[作者簡介]華偉平(1988-)，男，福建上杭人，助教，碩士，主要從事森林資源資產(chǎn)評估和生態(tài)學研究。 E-mail：511391056@qq.com [通信作者]江希鈿(1958-)，男，福建古田人，教授，博士生導師，主要從事森林經(jīng)營和資產(chǎn)評估研究。E-mail：fjjxd@126.com

[中圖分類號]S757.4+5

[文獻標志碼]A

[文章編號]1671-9387(2016)06-0079-06

網(wǎng)絡出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1390.S.20160503.1405.024.html