永定河流域森林質(zhì)量評價與分析

邵 煒，熊 宇，盧 惠，白 玲*

(1.國家林業(yè)和草原局 調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)院，北京100714；2.中國華油集團(tuán)有限公司 油氣資源事業(yè)部，北京 100101)

森林是維護(hù)國土生態(tài)安全的重要堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，也是確保區(qū)域水土保持、水源涵養(yǎng)、防風(fēng)固沙、碳匯增量、維護(hù)生物多樣性等社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展所需生態(tài)服務(wù)功能的基本支撐，經(jīng)過近70年努力，我國森林覆蓋率由8.6%提高至23.04%，成為全球森林資源增長最快的國家。提升森林質(zhì)量已成為當(dāng)前生態(tài)文明建設(shè)的重要主題[1]，國家也將森林質(zhì)量提升納入林草發(fā)展的主要目標(biāo)。森林質(zhì)量不僅說明森林資源本身生長情況，也反映了森林生態(tài)系統(tǒng)發(fā)揮供給、調(diào)節(jié)、服務(wù)等生態(tài)、社會和經(jīng)濟(jì)效益總和，因此很多學(xué)者從森林物種結(jié)構(gòu)、齡組結(jié)構(gòu)、徑級結(jié)構(gòu)、郁閉度、林地生產(chǎn)力、單位面積蓄積量、病蟲害狀況等指標(biāo)對區(qū)域森林質(zhì)量進(jìn)行分析與評價[2-10]，總體上為分析全國或區(qū)域森林質(zhì)量評價提供了技術(shù)支撐。

永定河作為京津冀地區(qū)“六河五湖”中重要河流之一，也是京津冀地區(qū)重要的水源涵養(yǎng)區(qū)、生態(tài)安全屏障和生態(tài)廊道[11]。加強(qiáng)永定河流域生態(tài)保護(hù)建設(shè)，是推動京津冀晉蒙生態(tài)協(xié)同圈穩(wěn)定、逐步擴(kuò)大區(qū)域生態(tài)空間、提高區(qū)域生態(tài)承載力的重要途徑。本研究將根據(jù)永定河流域相關(guān)區(qū)域森林資源變化情況，分析流域森林質(zhì)量及變化趨勢，旨在探尋永定河流域森林資源質(zhì)量存在的問題，提出提升其質(zhì)量的對策建議，為永定河流域生態(tài)保護(hù)修復(fù)工作提供借鑒和參考。

1 研究區(qū)域概況

永定河發(fā)源于內(nèi)蒙古高原的南緣和山西高原的北部，流域地跨內(nèi)蒙古(約占12%)、山西(約占40%)、河北(約占40%)、北京(約占7%)和天津(約占1%)5個省(自治區(qū)、直轄市)，流域面積4.70萬平方千米[12]，為溫帶大陸性季風(fēng)氣候，半濕潤、半干旱型氣候過渡區(qū)，春季干旱，多風(fēng)沙；夏季炎熱，多暴雨；秋季涼爽，少降雨；冬季寒冷，較干燥；多年平均氣溫6.9 ℃，最高39 ℃，最低-35 ℃，年均降水量360～650 mm，不同地區(qū)降水量差異較大。流域植被可分為內(nèi)蒙古高原溫帶草原區(qū)、華北山地暖溫帶落葉闊葉林區(qū)、平原暖溫帶落葉林區(qū)等三個區(qū)，天然次生林主要分布在海拔1 000 m以上。

2 材料與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

喬木林是森林資源的主體，其質(zhì)量指標(biāo)通常用于反映森林資源質(zhì)量[13]。永定河流域森林資源質(zhì)量采用喬木林作為評價指標(biāo)進(jìn)行分析。根據(jù)數(shù)據(jù)獲取情況，本研究以《中國森林資源報(bào)告(2014-2018)》中華北地區(qū)第九次全國森林資源清查數(shù)據(jù)為參照，利用2020年全國森林資源管理“一張圖”年度更新數(shù)據(jù)對流域森林資源質(zhì)量進(jìn)行分析評價。

2.2 評價指標(biāo)體系及其權(quán)重的確定

2.2.1 指標(biāo)體系 目前我國對森林資源質(zhì)量的定義和衡量指標(biāo)未見統(tǒng)一[1]。本文在結(jié)合既往研究成果中出現(xiàn)頻次較高的指標(biāo)[2-4]，同時考慮獲得數(shù)據(jù)的可操作性和可比性，構(gòu)建以森林質(zhì)量綜合評價為目標(biāo)層(A)，森林結(jié)構(gòu)(B1)、林地生產(chǎn)力(B2)、森林健康(B3)為約束層指標(biāo)，喬木林面積、齡組結(jié)構(gòu)、平均胸徑、有林地比例、單位面積蓄積、平均郁閉度、病蟲害、森林火災(zāi)和干旱9個指標(biāo)為指標(biāo)層(C1-C9)構(gòu)成永定河流域森林資源質(zhì)量評價指標(biāo)體系(表1)。

表1 森林資源質(zhì)量綜合評價(A層)各指標(biāo)的權(quán)重

2.2.2 評價指標(biāo)權(quán)重的確定 應(yīng)用層次分析法確定各層指標(biāo)的權(quán)重，并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)[3]。

2.2.3 各指標(biāo)評價值的確定 永定河流域5省(自治區(qū)、直轄市)位于我國華北地區(qū)腹地，對照指標(biāo)層中各指標(biāo)，將永定河流域森林資源狀況作為實(shí)際值(Pi)，華北地區(qū)森林資源狀況作為參照值(Qi)，對9個指標(biāo)進(jìn)行對比獲取各指標(biāo)評價值(Di)。

按照綜合指數(shù)法計(jì)算要求，9個指標(biāo)的實(shí)際值和參照值進(jìn)行無量綱化處理，病蟲害、森林火災(zāi)、干旱為逆向指標(biāo)，其他為正向指標(biāo)。正向指標(biāo)按Di=Pi/Qi計(jì)算，要求“越大越好”；逆向指標(biāo)按Di=Qi/Pi計(jì)算，要求“越小越好”；Di值需在0～1之間，當(dāng)Di>1時取Di=1[3]。

9個指標(biāo)的參照值如下。

(1)喬木林面積

2020年永定河流域喬木林面積80.58萬公頃，森林覆蓋率27.38%。根據(jù)第九次全國森林資源清查[13]，華北地區(qū)喬木林面積2 438.41萬公頃，森林覆蓋率22.66%。本文選擇華北地區(qū)森林覆蓋率作為喬木林面積指標(biāo)的參照值，即該指標(biāo)參照值為22.66%。

(2)齡組結(jié)構(gòu)

林齡可劃分為幼齡林、中齡林、近熟林、成熟林和過熟林5種。永定河流域喬木林面積近熟林-成熟林-過熟林面積32.30萬公頃，占喬木林面積比例為40.07%。華北地區(qū)喬木林中，近熟林—成熟林—過熟林面積985.31萬公頃，占40.41%。選擇華北地區(qū)近熟林—成熟林—過熟林占比作參照值，即該指標(biāo)參照值40.41%。

(3)平均胸徑

胸徑大小反映了其所占空間相關(guān)性，是林地生產(chǎn)力體現(xiàn)的重要指標(biāo)，按林木徑級，6～12 cm為小徑組，14～24 cm為中徑組，26～36 cm為大徑組，38 cm以上為特大徑組。永定河流域喬木林平均胸徑13.4 cm，其中流域天津區(qū)域平均胸徑最大為17.1 cm，河北區(qū)域最小為10.3 cm。華北地區(qū)喬木林平均胸徑12.9 cm。確定該指標(biāo)的參照值為12.9 cm。

(4)有林地比例

有林地反映了林業(yè)用地的使用效率。永定河流域林業(yè)用地面積239.08萬公頃，有林地占林業(yè)用地比例33.70%，華北地區(qū)有林地占林業(yè)用地比例39.40%。因此，該指標(biāo)的參照值為39.40%。

(5)單位面積蓄積

單位面積蓄積量是衡量林地生產(chǎn)力的重要指標(biāo)。2020年永定河流域喬木林蓄積量為29.73×106m3，流域喬木林蓄積36.89 m3·hm-2。華北地區(qū)喬木林蓄積1 822.01×106m3，單位面積蓄積量為51.72 m3·hm-2。確定該指標(biāo)的參照值為51.72 m3·hm-2。

(6)平均郁閉度

郁閉度能夠反映林分疏密程度，影響著森林生態(tài)功能的有效發(fā)揮，按《森林采伐作業(yè)規(guī)程》(LY/T1646-2005),郁閉度0.2～0.4為過疏喬木林，0.8以上為過密喬木林，永定河流域喬木林的平均郁閉度為0.51，其中流域天津區(qū)域平均郁閉度最大為0.57。華北地區(qū)喬木林林分平均郁閉度0.53，各相關(guān)省(自治區(qū)、直轄市)基本一致，森林疏密適宜。最終確定該指標(biāo)參照值為0.53。

(7)病蟲害

森林病蟲鼠害、火災(zāi)、風(fēng)折、干旱等災(zāi)害對森林資源質(zhì)量影響很大，是衡量森林資源質(zhì)量重要指標(biāo)之一。2020年永定河流域喬木林災(zāi)害面積共計(jì)15.98萬公頃，其中受病蟲害影響面積3.18萬公頃，占3.95%。華北地區(qū)喬木林受病蟲害影響面積16.35萬公頃，占喬木林面積0.67%。因此該指標(biāo)參照值為0.67%。

(8)森林火災(zāi)

2020年流域喬木林受森林火災(zāi)影響面積70 hm2，占0.009%。華北地區(qū)喬木林受火災(zāi)影響面積占喬木林面積0.02%。因此該指標(biāo)參照值為0.02%。

(9)干旱

2020年永定河流域喬木林受干旱因素影響的喬木林面積12.37萬公頃，占喬木林面積15.35%。華北地區(qū)喬木林受干旱影響面積46.20萬公頃，占1.89%。因此該指標(biāo)參照值為1.89%。

經(jīng)計(jì)算，永定河流域森林資源質(zhì)量各評價指標(biāo)的評價值如表2所示，正向指標(biāo)評價值均在0.7以上，逆向指標(biāo)中森林火災(zāi)的評價值較大。

表2 永定河流域森林資源質(zhì)量評價各指標(biāo)評價值

2.2.4 綜合評價指數(shù)計(jì)算 運(yùn)用綜合指數(shù)法，計(jì)算目標(biāo)層(A)綜合評價指數(shù)值。

(1)指標(biāo)層C指數(shù)值

指數(shù)計(jì)算公式為Ci=Di×Si，式中Ci為該層指數(shù)值，Di為該層中各指標(biāo)評價值，Si為各指標(biāo)總排序權(quán)重。

(2)約束層B指數(shù)值

(3)目標(biāo)層A綜合指數(shù)值

2.3 森林資源質(zhì)量等級劃分

根據(jù)目標(biāo)層A綜合指數(shù)值計(jì)算結(jié)果，并參照相關(guān)研究，將森林資源質(zhì)量分為5個等級，即0≤A≤0.2，質(zhì)量為“差”；0.2

3 結(jié)果與討論

3.1 結(jié)果

從表3可以看出，永定河流域森林資源綜合評價指數(shù)值為0.842 6，等級為好，表明永定河流域森林資源質(zhì)量相對于華北地區(qū)來說處于上游水平。

表3 永定河流域森林資源質(zhì)量綜合評價指數(shù)

約束層中森林結(jié)構(gòu)指標(biāo)值最高(0.998 0)，質(zhì)量為好；林地生產(chǎn)力指標(biāo)值也較高(0.768 1)，質(zhì)量也較好；森林健康指標(biāo)值較低(0.275 0)，說明森林健康狀況處在較差水平。森林結(jié)構(gòu)和林地生產(chǎn)力是影響流域森林資源質(zhì)量的主要因子。

從表2中可知，森林結(jié)構(gòu)中，喬木林面積、齡組結(jié)構(gòu)、平均胸徑等3個指標(biāo)的評價值均靠近1，齡組結(jié)構(gòu)略低。說明永定河流域森林結(jié)構(gòu)參照華北地區(qū)來說較合理，但中幼齡林比例稍大，是今后撫育管護(hù)的重點(diǎn)。

林地生產(chǎn)力中，有林地比例、單位面積蓄積、平均郁閉度等3個指標(biāo)的評價值均在0.7以上，其中單位面積蓄積指標(biāo)值為0.713 3，說明永定河流域森林資源單位面積蓄積和有林地面積參照華北地區(qū)仍然有很大提升空間，今后應(yīng)加強(qiáng)森林經(jīng)營，提升流域森林資源單位面積蓄積、擴(kuò)大有林地面積。

森林健康中，病蟲害、森林火災(zāi)、干旱等3個指標(biāo)為逆向指標(biāo)，病蟲害和干旱相比較華北地區(qū)對永定河流域森林資源質(zhì)量影響較小，森林火災(zāi)影響較大。加強(qiáng)流域森林火災(zāi)預(yù)警和救援，避免森林資源損失，是維護(hù)森林資源健康發(fā)展的重點(diǎn)工作之一。

3.2 討論

永定河流域作為京津冀水源涵養(yǎng)、生態(tài)屏障的重要區(qū)域和協(xié)同發(fā)展的率先生態(tài)突破點(diǎn)，對拓展北方人口最稠密、經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)區(qū)域生態(tài)空間有著重要意義。在京津風(fēng)沙源治理、三北防護(hù)林、退耕還林、永定河流域綜合治理與生態(tài)修復(fù)及相關(guān)省(自治區(qū)、直轄市)生態(tài)保護(hù)修復(fù)等工程的強(qiáng)力支撐下，流域植樹造林面積不斷擴(kuò)大，森林覆蓋率由10年前的21.29%提升至27.38%。與此同時，判斷流域森林資源質(zhì)量，識別流域森林資源質(zhì)量主導(dǎo)影響因素，對下一步精準(zhǔn)提升森林質(zhì)量、增強(qiáng)森林生態(tài)功能很有必要。

從評價結(jié)果看，永定河流域森林資源質(zhì)量等級為好，森林覆蓋率、平均胸徑都超過了華北地區(qū)。針對影響森林質(zhì)量的主要因素，應(yīng)繼續(xù)穩(wěn)步推進(jìn)流域林草建設(shè)，通過植樹造林、退化林改造等措施，提高有林地比例，加強(qiáng)森林撫育，提升林木蓄積量，做好防災(zāi)減災(zāi)預(yù)警和救援工作，精準(zhǔn)提升流域森林資源質(zhì)量，確保流域森林生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)、固土防風(fēng)、調(diào)節(jié)氣候、維護(hù)生物多樣性等功能穩(wěn)定發(fā)揮，提高流域生態(tài)承載力，確保構(gòu)建京津冀晉生態(tài)安全屏障。

同時，永定河流域作為京津冀區(qū)域協(xié)同發(fā)展生態(tài)建設(shè)的示范與樣板，應(yīng)積極結(jié)合新時期生態(tài)文明建設(shè)思想，尋求多種模式提升流域森林資源質(zhì)量，如擴(kuò)大政府和社會資本合作，探索社會資本投資林業(yè)生態(tài)保護(hù)建設(shè)途徑，建立利益聯(lián)結(jié)機(jī)制，擴(kuò)大政策性金融信貸產(chǎn)品支持力度，在逐步提升流域森林資源質(zhì)量的同時，實(shí)踐林業(yè)鄉(xiāng)村振興的長效機(jī)制。積極踐行“兩山理論”，在提升森林資源質(zhì)量、筑牢流域良好生態(tài)產(chǎn)品本底的同時，強(qiáng)化流域生態(tài)產(chǎn)品價值轉(zhuǎn)化途徑研究與實(shí)踐，健全生態(tài)產(chǎn)品保護(hù)補(bǔ)償機(jī)制，核算流域森林資源碳儲量和價值量，測算流域森林碳儲量和碳匯潛力，穩(wěn)步推進(jìn)流域森林資源在碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)過程中能貢獻(xiàn)永定河力量。