山西省關(guān)帝山國有林區(qū)南海灘林場森林生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)研究

王曉康

(山西省關(guān)帝山國有林管理局，山西文水 032100)

森林生態(tài)系統(tǒng)作為全球生物圈重要的生態(tài)系統(tǒng)，不僅能夠?yàn)槿祟愄峁┍姸嗌鷳B(tài)產(chǎn)品，更是我國生態(tài)文明建設(shè)的重要載體。目前，山西全省僅有宜林荒山地107余萬hm，按照目前山西省每年33余萬hm的造林速度，3年內(nèi)將基本實(shí)現(xiàn)綠化任務(wù)。因此，積極開展森林經(jīng)營，精準(zhǔn)提升森林質(zhì)量必將成為林草發(fā)展的轉(zhuǎn)型方向。根據(jù)2019年山西省森林資源年度清查數(shù)據(jù)，全省森林覆蓋率達(dá)23.18%，首次超過全國平均水平，但山西省森林蓄積量僅為8 126萬m，平均蓄積僅為52.95 m/hm，僅為全國平均水平(94.80 m/hm)的44.15%，更是遠(yuǎn)低于世界平均水平(138.00 m/hm)，與德國、日本、加拿大等發(fā)達(dá)國家差距更大。關(guān)帝林局蓄積103.50 m/hm，略高于全國平均水平，但遠(yuǎn)低于世界平均水平。山西省把提高森林質(zhì)量作為“十四五”林草發(fā)展規(guī)劃的重點(diǎn)任務(wù)，提出到2025年實(shí)現(xiàn)全省森林蓄積量達(dá)到1.69億m。關(guān)帝山國有林區(qū)作為山西省最大的省直國有林區(qū)，針對山西森林由增量向提質(zhì)的轉(zhuǎn)變，筆者以林區(qū)南海灘林場為例，進(jìn)行了森林健康評價(jià)，對進(jìn)一步豐富森林經(jīng)營技術(shù)，培育穩(wěn)定優(yōu)質(zhì)的森林生態(tài)系統(tǒng)，提升森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值有著重要的理論支撐。

森林健康評價(jià)是基于生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)理論的基礎(chǔ)上提出的。森林健康是指森林生態(tài)系統(tǒng)能夠維持林分結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，增強(qiáng)抗干擾免疫，保持生物多樣性。隨著森林經(jīng)營理論和森林經(jīng)營技術(shù)的不斷發(fā)展，森林生態(tài)系統(tǒng)健康的概念也逐漸被各領(lǐng)域的專家學(xué)者接受和利用，對森林進(jìn)行健康評估工作也越來越受到森林資源管理者和經(jīng)營者的重視，同時(shí)，很多森林資源管理機(jī)構(gòu)在開展森林經(jīng)營活動(dòng)中，將構(gòu)建健康穩(wěn)定的森林作為林草工作的標(biāo)準(zhǔn)和目標(biāo)。

森林健康的概念于20世紀(jì)70年代由德國學(xué)者提出，并制定出監(jiān)測方法和評價(jià)體系，90年代又提出了新的“近自然經(jīng)營”理論，目前，成為山西省森林經(jīng)營的主要理論。我國森林健康評價(jià)研究起步較晚，始于21世紀(jì)初，陳高等從不同角度對森林健康進(jìn)行了定義，孔紅梅等從生物多樣性、結(jié)構(gòu)功能、養(yǎng)分循環(huán)的角度制定了評價(jià)體系，曹小玉等則運(yùn)用基于結(jié)構(gòu)方程的方法對森林健康構(gòu)建了評價(jià)模型。目前，全國各地均開展了森林健康評價(jià)工作，周泉等利用VOR模型對阿爾泰山林區(qū)開展了森林生態(tài)系統(tǒng)健康，譚繼旭對青海高寒地區(qū)人工林開展了健康評價(jià)，劉芬利用遙感技術(shù)建模對大興安嶺森林生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行了健康評價(jià)。國家林業(yè)和草原局在理論研究的基礎(chǔ)上，分別在北京八達(dá)嶺、江西信豐縣、云南麗江市、貴州麻江縣和陜西佛坪縣建立了森林健康示范區(qū)，這些示范區(qū)基本上涵蓋了我國黃河、長江流域的主要森林類型，既有天然林又有人工林，既有次生林又有低效改造林，既有國有林場又有國家級自然保護(hù)區(qū)。

1 研究區(qū)概況

南海灘林場位于關(guān)帝山國有林區(qū)西部，屬于呂梁山生態(tài)脆弱區(qū)，為溫帶大陸性氣候，年均氣溫8.5 ℃，年均降水量480 mm，無霜期100～125 d。林場經(jīng)營總面積12 806.37 hm，林木活立木總蓄積量6.69萬m。其中，有林地8 016.45 hm，灌木林地2 671.75 hm，宜林荒山地225.69 hm，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為2019年林業(yè)資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)。

2 森林健康評價(jià)體系構(gòu)建原則

森林健康評價(jià)是對森林在生長過程中，受人為干擾或自然因素，進(jìn)行林分結(jié)構(gòu)、生態(tài)功能的診斷。對森林生態(tài)系統(tǒng)健康進(jìn)行評價(jià)，指標(biāo)體系的選擇是重點(diǎn)，指標(biāo)的選取將對評價(jià)結(jié)果的科學(xué)性產(chǎn)生最直接的影響。森林健康指標(biāo)的選取必須實(shí)現(xiàn)3個(gè)目標(biāo)：一是指標(biāo)體系能精準(zhǔn)地反映該區(qū)域森林生態(tài)系統(tǒng)特點(diǎn)；二是能科學(xué)地反映該區(qū)域森林的健康狀況；三是通過長期觀測，能夠反映該區(qū)域森林生態(tài)系統(tǒng)變化的趨勢，分析出合理的原因。綜合所述，主要包含以下幾個(gè)原則：

(1)遵循科學(xué)性。指標(biāo)體系必須建立在科學(xué)理論的基礎(chǔ)上才能客觀、準(zhǔn)確地評價(jià)該區(qū)域森林健康狀況，并且將來能夠指導(dǎo)森林經(jīng)營。

(2)有可操作性。指標(biāo)要簡單明了，易監(jiān)測，易獲取。同時(shí)，在評價(jià)計(jì)算中，不宜過于煩瑣復(fù)雜。

(3)具有推廣性。指標(biāo)的選擇要面對服務(wù)基層林業(yè)技術(shù)人員，易理解，并得到基層林區(qū)技術(shù)人員的認(rèn)可，在林區(qū)開展森林撫育等經(jīng)營活動(dòng)中易于推廣。

3 森林健康評價(jià)體系構(gòu)成

根據(jù)構(gòu)建原則，結(jié)合關(guān)帝山國有林區(qū)南海灘林場森林生態(tài)系統(tǒng)的實(shí)際情況，從生長結(jié)構(gòu)指標(biāo)、生長活力指標(biāo)、抵抗能力指標(biāo)3個(gè)層次構(gòu)建關(guān)帝山國有林區(qū)南海灘林場森林生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)體系。林木生長結(jié)構(gòu)主要有林木空間結(jié)構(gòu)、群落層次結(jié)構(gòu)、草本灌木層蓋度；生長活力指標(biāo)主要有公頃活立木蓄積、天然更新能力、林齡結(jié)構(gòu)、郁閉度；抵抗能力指標(biāo)主要有抗有害生物能力、火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級、土壤侵蝕度。具體指標(biāo)等級見表1。

表1 研究區(qū)森林健康評估指標(biāo)體系Table 1 Forest health assessment index system in the study area

應(yīng)用下式對研究區(qū)各小班森林生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行健康型評價(jià)。

(1)

式中，為各小班森林健康評價(jià)的得分，為各小班不同指標(biāo)森林健康的等級得分，為各指標(biāo)的權(quán)重；為小班；為森林生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)指標(biāo)。

式中分值采取指標(biāo)賦值法，對評價(jià)的小班按指標(biāo)予以賦值進(jìn)行計(jì)算，表1中，Ⅰ級分值為≥8.5～10.0分，Ⅱ級分值為6.0～<8.5分，Ⅲ級分值為<6.0分。根據(jù)研究區(qū)的林分特點(diǎn)，采用層次分析法，對各指標(biāo)相應(yīng)賦權(quán)。不同指標(biāo)的權(quán)重值見表2。

4 評價(jià)結(jié)果

根據(jù)式(1)，對關(guān)帝山國有林區(qū)南海灘林場各小班森林

表2 不同指標(biāo)權(quán)重值Table 2 Weights of different indicators

健康分值進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)總體得分，將健康等級劃分為健康(分值≥7.5)、亞健康(分值為6.0～7.4)、不健康(分值為4.0～5.9)和極不健康(分值為<4.0)4個(gè)等級，并利用AcrGIS繪制南海灘林場森林健康等級分布圖(圖1)。

圖1 研究區(qū)小班森林生態(tài)系統(tǒng)健康等級分布Fig.1 Distribution of the health level of Xiaoban forest ecosystem in the study area

評價(jià)結(jié)果顯示，健康的森林小班有119個(gè)，占小班總數(shù)的8.7%，面積1 237.24 hm，天然林以遼東櫟為主的闊葉混交林，人工林為2018—2020年人工撫育的小班。其主要特點(diǎn)為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各要素之間形成良好的生物循環(huán)，物種多樣性豐富，林木凈生產(chǎn)力旺盛，土壤層厚，抵抗病蟲害、火災(zāi)能力強(qiáng)，在森林經(jīng)營中不需要進(jìn)行過多的人為撫育措施。

亞健康小班有193個(gè)，占小班總數(shù)的14.0%，面積為1 668.34 hm。主要由人工油松、落葉松純林或針葉混交林、楊樺混交林組成，其主要特點(diǎn)為群落層次為復(fù)合層，但生物多樣性相對不足，抵抗能力偏弱，在森林經(jīng)營中，需要進(jìn)行衛(wèi)生伐、生長伐等較多的撫育措施。

不健康小班有318個(gè)，占小班總數(shù)的23.1%，面積為3 048.33 hm。主要由人工油松、落葉松中幼齡純林、闊葉樹純林組成，主要特點(diǎn)為群落結(jié)構(gòu)單一，生物多樣性偏少，生長力不足，穩(wěn)定性差，火險(xiǎn)和病蟲害等級高。需要采取生長伐的方式，提高林木生長力。

極不健康小班有746個(gè)，占小班總數(shù)的54.2%，面積為6 852.46 hm。主要為人工針葉林幼林、闊葉樹幼林、灌木林地、疏林地、荒山荒地等。主要特點(diǎn)為密度過大，結(jié)構(gòu)單一，生產(chǎn)力極低，病蟲害、火災(zāi)等級高，生態(tài)系統(tǒng)極不穩(wěn)定。需要采取透光伐、生長伐、疏伐、灌木林改造、低效林改造等撫育措施，調(diào)整結(jié)構(gòu)，提高生長力，調(diào)節(jié)生態(tài)系統(tǒng)。

5 結(jié)論與討論

通過以小班為單位，運(yùn)用林木空間結(jié)構(gòu)、群落層次結(jié)構(gòu)、草本灌木層蓋度、公頃活立木蓄積、天然更新能力、林齡結(jié)構(gòu)、郁閉度、抗有害生物能力、火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級、土壤侵蝕度10個(gè)指標(biāo)對關(guān)帝山國有林區(qū)南海灘林場森林生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行健康評價(jià)，反映南海灘林場森林生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況，評價(jià)結(jié)果顯示，健康林分主要表現(xiàn)為混交復(fù)層林、異齡林、灌木草本層較為發(fā)達(dá)，郁閉度為0.5～0.7，天然更新良好，生物多樣性豐富，這樣的森林生態(tài)結(jié)構(gòu)具有一定的穩(wěn)定性和抗干擾性，是健康森林的標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)，但南海灘林場1 376個(gè)小班中，有54.2%的小班處于極不健康狀況，這說明應(yīng)該加快森林經(jīng)營步伐，運(yùn)用人工撫育措施，改良林分結(jié)構(gòu)，釋放林木生長力，從而提升森林質(zhì)量，培育穩(wěn)定健康的林分結(jié)構(gòu)。

在不健康小班中，主要是人工油松幼林純林，這主要是由于南海灘林場20世紀(jì)60年代為造林站，是老林業(yè)人留下的廣大一片人工林，這說明南海灘林場應(yīng)該將中幼林人工林撫育作為森林經(jīng)營的重點(diǎn)。

森林生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況是動(dòng)態(tài)變化的，因此，今后林區(qū)應(yīng)設(shè)置固定樣地，開展長期穩(wěn)定的森林生態(tài)系統(tǒng)效益監(jiān)測評價(jià)，積累更為精準(zhǔn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)，為森林經(jīng)營提供科學(xué)支撐。該研究僅以關(guān)帝山國有林管理局1個(gè)林場進(jìn)行小尺度研究，林區(qū)經(jīng)營面積30.71萬hm，包含1個(gè)國家級保護(hù)區(qū)、1個(gè)國家級濕地公園、2個(gè)省級保護(hù)區(qū)、20個(gè)國有林場，下一步將對關(guān)帝山國有林區(qū)開展大尺度評價(jià)研究，為整個(gè)林區(qū)科學(xué)開展森林經(jīng)營提供有力支撐。