四川省天然喬木林動(dòng)態(tài)變化規(guī)律分析

王洪榮, 張文, 劉波, 王紀(jì)杰

四川省林業(yè)和草原調(diào)查規(guī)劃院，四川 成都 610081

天然林是層次最合理、結(jié)構(gòu)最完整、生物多樣性最豐富的陸地上最穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)，是我國(guó)森林資源的主體，在維護(hù)生態(tài)平衡，提高環(huán)境質(zhì)量及保護(hù)生物多樣性等方面發(fā)揮著不可替代的作用[1]。其中喬木是森林植被的主體，是衡量天然林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要因素[2]，可作為反映區(qū)域生態(tài)安全的重要指標(biāo)，相同年齡下，天然林的生態(tài)服務(wù)功能強(qiáng)于人工林，占森林生態(tài)服務(wù)功能的主體地位[3]。

四川省是我國(guó)西南林區(qū)（云南、貴州、四川、重慶）天然林資源的重要組成部分，其面積和蓄積分別占全國(guó)的9.65%、11.75%；占西南林區(qū)的36.64%、42.93%[4]。自新中國(guó)成立以來，我省天然林資源主要經(jīng)歷了無(wú)節(jié)制采伐期、控伐恢復(fù)期、全面禁伐保護(hù)期，但天然林資源在不同的歷史時(shí)期發(fā)生著什么樣的變化，天然林的齡組、林種結(jié)構(gòu)是否合理等，無(wú)報(bào)道。

天然林資源動(dòng)態(tài)變化研究是一大熱點(diǎn)，早期可追溯到上世紀(jì)90年代，根據(jù)研究尺度可歸為兩方面：一是林分尺度的研究，主要針對(duì)林分結(jié)構(gòu)因子、土壤肥力和微生物、林下凋落物等的動(dòng)態(tài)變化；二是區(qū)域尺度的研究，即天然林資源的動(dòng)態(tài)變化[5]。其中，區(qū)域尺度的天然林資源動(dòng)態(tài)變化研究主要基于森林資源連續(xù)清查數(shù)據(jù)，其優(yōu)點(diǎn)在于調(diào)查數(shù)據(jù)連續(xù)、完整、認(rèn)可度高[6]。我省自1978年第一次全省森林資源清查以來，已進(jìn)行了8次森林資源連續(xù)清查，數(shù)據(jù)資料完整可靠，可用于天然林資源的動(dòng)態(tài)變化分析。

本研究以四川省跨度近40年的森林資源連續(xù)清查結(jié)果為基礎(chǔ)，通過對(duì)天然林資源面積、蓄積、年齡、林種、森林類型等指標(biāo)空間分布及其隨時(shí)間演變的統(tǒng)計(jì)分析，摸清天然林變化原因，旨在為我省天然林保護(hù)修復(fù)工作提供重要參考和科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況及研究方法

1.1 研究區(qū)概況

四川省地處長(zhǎng)江上游，是我國(guó)重要的生態(tài)屏障，地理坐標(biāo) 97°21′—108°12′E，26°03′—34°19′N，面積 48.6萬(wàn) hm2，海拔 220~7 556 m，年均降雨量1 000~1 400 mm，土壤有紫色土、黃壤、森林土、草甸土等。全省天然林森林類型豐富多樣，可劃分為以冷云杉為主的冷云杉類，以馬尾松、云南松為主的松類，以柏木為主的柏木類，以杉木、柳杉為主的杉類和以櫟類、樺木為主的闊葉類等5大類型。按經(jīng)營(yíng)目的可劃分為公益林和商品林，其中公益林包括防護(hù)林和特用林2類，商品林包括用材林和薪炭林2類。

1.2 研究方法

資源數(shù)據(jù)來自四川省8次森林資源連續(xù)清查（1979年、1988年、1992年、1997年、2002年、2007年、2012年、2017年）成果報(bào)告、四川省天保一期實(shí)施方案（2000—2010年）、四川省天保二期實(shí)施方案（2011—2020年）、四川省林地保護(hù)利用規(guī)劃（2011—2020年）和四川省林地變更調(diào)查成果（2017年）[7-18]、四川省退耕還林等相關(guān)資料。

通過天然林面積、單位面積蓄積和齡組結(jié)構(gòu)等指標(biāo)，分析森林資源可持續(xù)經(jīng)營(yíng)及永續(xù)利用的可行性[19]，結(jié)合姜孟霞[20]提出的齡組結(jié)構(gòu)和蓄積量比分析四川天然林現(xiàn)狀及對(duì)策。

數(shù)據(jù)處理中，對(duì)于缺失數(shù)據(jù)采用各期樣地和樣本數(shù)據(jù)及相關(guān)參考資料進(jìn)行計(jì)算獲得，作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。所有數(shù)據(jù)通過整理、清洗、入庫(kù)等過程建立四川省天然林資源數(shù)據(jù)庫(kù)，篩選天然喬木林資源進(jìn)行分析。采用 SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、SAS9.2、OFFICE2016等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 天然林資源數(shù)量

從圖1看，近40年間，全省天然喬木林總體呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，面積由1979年的766.07萬(wàn)hm2增加到2017年的956.49萬(wàn)hm2，凈增24.86%；蓄積由1979年的 122469.30 萬(wàn) m3增加到 2017 年的 160 652.53萬(wàn)m3，凈增31.18%。其中1992—1997年和2012—2017年是面積的快速增長(zhǎng)期，分別是近、成、過熟林面積的大幅增加和天然次生中、幼齡林面積增加而致。

圖1 四川省1979—2017年天然喬木林面積和蓄積的動(dòng)態(tài)變化Fig.1 Dynamic changes of area and volume of natural forest from 1979 to 2017 in Sichuan province

天然林資源增長(zhǎng)趨勢(shì)在1988年出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)，即1979—1988年期間，天然喬木林因無(wú)限制采伐導(dǎo)致面積、蓄積均呈下降趨勢(shì)，1988年的面積、蓄積分別比1979年減少1.48%、2.23%；1988—2017年期間，天然林適采資源殆盡，采伐受限，加之天然林保護(hù)工程、退耕還林工程、停伐政策等的實(shí)施，面積和蓄積處于逐年增加階段，2017年的面積、蓄積分別比1988年增加26.73%、34.16%。

另外，2012年面積略低于2007年，蓄積增幅較低，這是因?yàn)槭?008年“5·12汶川地震”的影響而致，經(jīng)過積極的森林恢復(fù)，2017年的面積和蓄積分別比2012年提高了8.90%、5.67%。

從圖2看出，天然林面積和蓄積占森林的比例均持續(xù)下降，分別從1979年的89.09%和98.76%下降到2017年的71.79%和86.33%。這說明天然林面積和蓄積增幅遠(yuǎn)低于人工林。

圖2 四川省1979—2017年天然喬木林面積和蓄積占森林的比例Fig.2 Area and volume ratio of natural forest on total forest in Sichuan province from 1979 to 2017

僅以面積為例，在不計(jì)其他造林任務(wù)的前提下，以1999—2017年退耕還林工程人工造林任務(wù)來看（見表1），1999—2017年間人工造林面積總增幅是天然林的2.33倍?？梢?，天然林保護(hù)工程區(qū)內(nèi)天然林禁伐和退耕還林工程的實(shí)施對(duì)增加天然林和人工林資源總量成效顯著，但天然林面積增幅低于人工林，下階段可對(duì)重點(diǎn)生態(tài)區(qū)域的人工林進(jìn)行近自然馴化，引導(dǎo)其向天然林發(fā)展。

表1 四川省 1979—2017 年退耕還林工程造林及天然林增加面積表Tab.1 Increased area of natural forest and artificial forest from the conversion of cropland to forest project

2.2 天然林資源質(zhì)量

1979—2017 年間，四川省天然林公頃蓄積提高5.0%。其變化可劃分3個(gè)階段（見圖3），分別以1997年和2012年為界，表現(xiàn)為“降-升-降，總體升高”的趨勢(shì)。其中，1997—2012年，天然林公頃蓄積直線上升，這是由于天然林保護(hù)工程、退耕還林等生態(tài)工程的實(shí)施，使天然林資源得到休養(yǎng)生息，公頃蓄積達(dá)近40年來最高值。1992—1997年和2012—2017年是天然林公頃蓄積的下降階段，同時(shí)也是其面積激增的2個(gè)階段，分析發(fā)現(xiàn)，1992—1997年期間，面積增幅最大的集中于近熟林33.81%、成熟林24.23%和過熟林34.24%，說明這期間增加的近、成、過熟林面積都是無(wú)節(jié)制采伐時(shí)剩余的中幼齡林，其林木質(zhì)量較差，導(dǎo)致單位蓄積量不升反降；2012—2017年期間影響單位蓄積的主要因素是天然幼齡林面積大幅增加，其次是成、過熟林的質(zhì)量差而致?？梢?，天然林生產(chǎn)力仍有較大提高空間。

圖3 四川省 1979—2017 年天然林公頃蓄積動(dòng)態(tài)變化Fig.3 Dynamic changes of volume per hector from 1979 to 2017 in Sichuan province

2.3 齡組結(jié)構(gòu)變化

由圖4(a)、(b)分析發(fā)現(xiàn)，1979—2017年期間，除成過熟林的面積、蓄積是隨時(shí)間增加而增加外，其他齡組均表現(xiàn)為“下降-上升”的總體趨勢(shì)。其中天然幼齡林和成過熟林的面積、蓄積增加，天然幼齡林面積、蓄積分別增加10.11%和57.46%、成過熟林分別增加81.88%和104.92%；中齡林和近熟林的面積、蓄積下降，中齡林分別下降6.38%和24.53%、近熟林分別下降9.95%和40.69%。從天然林資源質(zhì)量看，1979—2017年期間，幼齡林公頃蓄積增加43.59%、成過熟林增加12.80%、中齡林降低19.29%、近熟林降低33.97%。

圖4 a 四川省1979—2017年各齡組面積隨時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化(a)Fig.4a Dynamic changes of different age groups’ area with time from 1979 to 2017 in Sichuan province (a)

圖4 b 四川省1979—2017年各齡組蓄積隨時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化(b)Fig.4b Dynamic changes of different age groups’ volume with time from 1979 to 2017 in Sichuan province (b)

天然幼齡林及成過熟林?jǐn)?shù)量和質(zhì)量提升的主要源于1988年以來天然林控伐恢復(fù)及1998年以來天保工程、退耕還林工程等生態(tài)工程的實(shí)施，且中齡林向成過熟林的演替過程較順暢；而中齡林和近熟林?jǐn)?shù)量和質(zhì)量的下降主要因?yàn)榍捌跓o(wú)節(jié)制采伐導(dǎo)致，其中中齡林下降的最低值在1988年、近熟林在1992年，次要原因是中齡林向近熟林演替及幼齡林向中齡林演替的過程均欠順暢。

另外，從各齡組面積、蓄積占比來看，幼、中、近熟林面積、蓄積占比總體呈減小趨勢(shì)，成過熟林呈增加趨勢(shì)，中齡林和近熟林占比減小幅度較大，成、過熟林占比增加幅度較大且遠(yuǎn)離合理比例?？梢?，在禁伐與保護(hù)的措施實(shí)施下，以原始林為主的成過熟林自然恢復(fù)能力較強(qiáng)，但齡組結(jié)構(gòu)欠合理，近熟林比例過低、成過熟林比例過高，如不加干涉，自然更新將可能會(huì)出現(xiàn)障礙（見表2）。

表2 四川省 1979—2017 年各齡組在各年度的占比表Tab.2 Area and volume ratio of different age groups in each year from 1979 to 2017 in Sichuan province

2.4 林種結(jié)構(gòu)變化

從圖5(a)、(b)看出，近40年間，天然防護(hù)林、特用林和薪炭林面積、蓄積呈增加趨勢(shì)，用材林面積、蓄積總體呈減少趨勢(shì)，公益林和商品林面積、蓄積分別從3:7和1:9演變?yōu)?:2、9:1的比例。其中防護(hù)林和特用林面積、蓄積總體呈上升趨勢(shì)，自1979年至2017年分別增加了1.97倍和8.66倍；特用林的面積、蓄積分別增加19.01倍和27.48倍，防護(hù)林和特用林面積合計(jì)占天然喬木林面積的80.67%。天然商品林中，用材林面積、蓄積自1979年至2017年分別下降67.52%和81.71%，1998年以后，62.43%的用材林調(diào)整為防護(hù)林或特用林；薪炭林面積、蓄積略有增加，但中面積占比不足0.55%、蓄積占比不足0.3%，用材林和薪炭林面積合計(jì)占天然喬木林面積的19.33%。

圖5 a 四川省 1979—2017 年天然林種面積和蓄積數(shù)量動(dòng)態(tài)變化(a)Fig.5a Volume dynamic changes of different components in natural forest from 1979 to 2017 in Sichuan province (a)

可見，隨著天然林保護(hù)工程的實(shí)施，公益林和商品林之間的比例、林種結(jié)構(gòu)都在不斷優(yōu)化，這是因?yàn)樘烊涣直Ｗo(hù)工程實(shí)施后，對(duì)天然林的經(jīng)營(yíng)方式逐步從木材利用轉(zhuǎn)變?yōu)樯鷳B(tài)保護(hù)，符合四川省的生態(tài)區(qū)位特點(diǎn)。

2.5 森林類型變化

從圖6(a)、(b)看出，近40年間，冷云杉和松類呈“降-升-降-升”趨勢(shì)，柏木和闊葉類呈持續(xù)上升趨勢(shì)，杉類呈總體下降趨勢(shì)，到2017年下降幅度達(dá)91.02%。其中冷云杉、松類、杉類的最低值都出現(xiàn)在1988年，表明在無(wú)節(jié)制采伐天然林的年代，冷云杉、松類、杉類是主要采伐樹種，與1979年比，面積分別減少8.21%、51.09%、92.56%；蓄積量分別減少7.61%、53.29%、91.89%。此后，隨著采伐強(qiáng)度逐步降低及天然林保護(hù)工程的實(shí)施，到2017年，柏木類和闊葉林分別比1979年增加了87.41萬(wàn)hm2、386.20 萬(wàn) hm2。

圖6 b 四川省 1979—2017 年天然林不同森林類型的蓄積量動(dòng)態(tài)變化(b)Fig.6b Volume dynamic changes of different forest types from 1979 to 2017 in Sichuan province (b)

圖6 a 四川省 1979—2017 年天然林不同森林類型的面積動(dòng)態(tài)變化(a)Fig.6a Area dynamic changes of different forest types from 1979 to 2017 in Sichuan province (a)

從各優(yōu)勢(shì)樹種組占比來分析，冷云杉類、松類、柏木類、杉類、闊葉類的面積、蓄積比例分別由1979年的38∶45∶0∶17∶0.2 和69∶26∶0∶5∶0演變?yōu)?017年的30∶19∶9∶1∶41和52∶15∶5∶0.6∶28，針葉林、闊葉林結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，雖仍以冷云杉為主的針葉樹種為主，但闊葉類樹種正逐漸增加，針:闊的面積比從10∶0演替到6∶4，符合合理林分結(jié)構(gòu)要求[20]，體現(xiàn)了四川省天然林資源保護(hù)的成效。

3 結(jié)論與討論

3.1 繼續(xù)保護(hù)

全省天然喬木林資源自1979年以來，經(jīng)歷了無(wú)節(jié)制采伐的資源損失期、1984年開始的控伐恢復(fù)期、1998年開始的全面禁伐保護(hù)期，期間經(jīng)歷了2008年“5·12汶川地震”帶來的資源損害期，天然林資源變化規(guī)律基本與各時(shí)期吻合。2017年的天然林面積、蓄積分別比1979年凈增24.86%、31.18%。自1998年實(shí)施天然林保護(hù)工程以來，全省天然喬木林面積增加了10%，蓄積增加了20%。因此，保護(hù)的重要性不言而喻，我省的天然林資源需繼續(xù)加大保護(hù)力度。

3.2 提高質(zhì)量

近40年來，前期無(wú)節(jié)制采伐后剩余的質(zhì)量較差的天然林在后期逐步演化為近、成、過熟林，使其面積、蓄積增加，但單位面積蓄積反而較低，同時(shí)幼齡林和中齡林分別向中齡林和近熟林的演變相對(duì)較遲緩，亟須采取措施，提高林分質(zhì)量。另外，2017年的天然林單位面積蓄積雖高出全國(guó)平均水平的50%以上，但與世界林業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍有較大差距。因此，我省的天然林生產(chǎn)力仍有較大增長(zhǎng)空間，有必要采取措施提高天然林質(zhì)量。

3.3 優(yōu)化結(jié)構(gòu)

根據(jù)姜夢(mèng)霞[20]的研究成果，合理的林分結(jié)構(gòu)指標(biāo)是：天然林∶人工林面積=7∶3；幼、中、近、成過熟林面積各占1/4，蓄積比0.5∶1.5∶3∶5；針葉林與闊葉林的比例4∶6~6∶4。四川省自1979—2017年以來，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，天然林與人工林的面積占比從1979年的9∶1優(yōu)化到2002年的8∶2再到2017年以來的7∶3；幼、中、近、成過熟林面積比 0.15∶0.23∶0.14∶0.48，蓄積比 0.5∶1.5∶1.2∶6.8；針∶闊=6∶4。其中齡組結(jié)構(gòu)不合理，尤其是近熟林的面積、蓄積均有待提高。

因此，我省應(yīng)繼續(xù)加大力度保護(hù)天然林資源，提高天然林質(zhì)量，注重天然幼、中林撫育，加快中幼林向近熟林演變進(jìn)度，優(yōu)化天然喬木林林分結(jié)構(gòu)，提高天然林生態(tài)系統(tǒng)自我修復(fù)能力，筑牢長(zhǎng)江上游天然林生態(tài)屏障。