基于标准森林单位的中国乔木林资源物量核算方法与应用

　　摘要：森林资源核算是森林资源管理的基础,森林资源是数量与质量的统一体,全面的森林资源实物量核算应该综合考虑数量和质量2个方面。文中提出森林资源物量这一概念作为森林资源数量与质量的融合,进一步提出以“标准森林单位”为核算森林资源物量的基本单位,通过将质量参差不齐的各种森林折算为标准森林单位来核算森林资源物量;最后,基于中国第7和第8次全国森林资源连续清查乔木林省域汇总数据进行了试算。结果显示:乔木林资源物量最高的省份为黑龙江、内蒙古、云南等,最低的省份为上海、天津、宁夏等;第7和第8次森林资源清查间隔期间乔木林资源物量增幅最高的省份为江苏、天津、北京等,物量出现下降的为湖南和江西;根据森林资源清查各省份汇总数据计算的乔木林资源物量之和与根据全国汇总数据计算的乔木林资源物量相差不大,表明我们所建立的乔木林资源物量核算体系具有较强的一致性与稳定性。

　　关键词：标准森林单位; 乔木林物量; 物量指数; 森林资源; 中国;

　　作者：张慧程   胡明形

　　森林作为地球上最重要的陆地生态系统,其发展变化与人类命运息息相关。同时,森林又是一类“有生命”的资源,其数量与质量受人类活动影响很大,利用得合理将能够永续利用,利用得不好很快就会枯竭。因此,人类需要密切监测森林的数量与质量。

　　当前,关于森林资源评价方面的研究较多。但相关研究多为静态、横向研究,即基于同一时期不同区域森林资源的截面数据构建评价体系,划定不同区域森林资源的优劣等级。此类研究较好地解决了一定时期内不同区域的森林资源质量评价问题,但难以实现对数量与质量的综合评价,也无法反映森林资源的动态变化。事实上,不同地区森林资源本底状况往往不同,某些地区森林资源质量高但可能正在经历着急速退化,另一些地区森林资源质量低但可能正在显著改善,单纯进行森林资源静态评价便难以发现问题。此外,某些地区森林资源质量提升但其数量可能在衰退,另一些地区森林资源数量在增加而其质量可能在下降,单纯进行森林资源质量评价或数量监测会忽视某些问题。从长远来看,森林资源的发展方向(改善或退化)甚至比现状更重要。因此,有必要构建一种动态、连续、兼顾数量与质量的方法体系,来反映特定地区森林资源的整体发展变化情况。

　　本文借鉴能源统计中“标准煤”、污染排放核算中“污染当量”等概念,提出“森林资源物量”这一概念作为森林资源数量与质量的融合,以“标准森林单位”为核算森林资源物量的基本单位,通过将质量不同的各种森林折算为标准森林单位来核算森林资源物量;还提出通过对计算期森林资源物量与选定基期物量进行对比得到森林资源物量指数,以动态反映森林资源数量与质量的整体变化。

　　1标准森林单位构建

　　本文将“标准森林单位”定义为单位面积范围内符合特定质量标准的一片森林,其中单位面积选定为1 hm2。因此,标准森林单位本质上是一个质量概念、一个森林资源质量标准。

　　1.1森林资源质量的内涵

　　森林资源质量是一个抽象、动态的概念,相对于不同的森林资源经营理论及不同的历史阶段有着不同的内涵。总体而言,对于森林资源质量的定义主要从3个方面考虑:一是构成森林资源质量的物质基础,二是森林资源的服务效能,三是前两者的结合。本文旨在探索森林资源实物存量核算方法,因此对于森林资源质量的定义主要考虑构成森林资源质量的物质基础。

　　1.2标准森林单位的质量指标

　　通过梳理森林资源质量评价领域的文献,结合中国的全国森林资源连续清查指标体系,本文从森林生产力、森林结构、森林健康等方面确定标准森林单位的质量指标:1)森林生产力。森林生产力一般以单位面积生产的生物量来衡量,此处选择单位面积蓄积和森林年消长比例。2)森林结构。森林结构主要指林木的空间格局及其属性如树种、年龄和大小等的分布,此处选取森林起源、树种结构、群落结构、龄组结构。3)森林健康。森林健康主要包括对不良干扰的临界承载力、抵抗病虫害的能力、再生更新力等。现有森林资源连续清查已根据林木的生长发育、外观表象特征及受灾情况综合评定森林健康状况,分为健康、亚健康、中健康、不健康4个等级,此处直接选取森林健康等级指标。

　　1.3质量指标的标准值

　　基于代表性与正向性的思想,结合现有森林资源清查数据设定标准森林单位各项指标的标准值。单位面积蓄积常用每公顷林地木材蓄积量表示,取第7次全国森林资源清查乔木林单位面积蓄积全国平均值85.88 m³/hm2为标准值。森林年消长比例反映森林系统自身的增长能力,用森林年消耗量与年生长量之比反映。当森林年消长比例为1时,森林生态系统达到动态平衡。因此,森林年消长比例标准值取为1。按照法正林理论,幼龄林、中龄林、近成过熟林面积的理想比例为33∶34∶33,以此为龄组结构标准值。其余指标标准值均取森林群落最优状态值。具体标准见表1。

　　表1 标准森林单位质量指标

　　2基于标准森林单位的物量核算方法构建

　　首先,确定各质量指标不同水平赋分方法;然后,采用层次分析法确定各指标的权重;最后,对各质量指标加权并结合森林面积得到森林资源物量。

　　2.1指标得分计算方法

　　将标准森林单位各项指标标准值得分定为100,并以此为基准划定各项指标不同水平得分。根据现有森林资源清查数据类型,结合指标本身意义,分别选取不同的指标赋值方法。

　　对于定比型指标,即单位面积蓄积与森林年消长比例,采用同比例放缩法。其中,单位面积蓄积以85.88 m³/hm2得分100为基准,森林年消长比例以1得分100为基准。

　　对于定序型指标,重点考虑指标本身意义,主要采用2种赋分方法:1)基于黄金分割理论的赋分方法,对指标不同等级依次赋予100分、62分和38分(黄金分割点近似比例),然后采用面积加权的方式计算该指标总得分,采用这种赋分方法的指标有森林起源、群落结构与森林健康等级;2)基于最优比例结构的赋分方法,采用这种赋分方法的指标是树种结构和龄组结构。

　　2.1.1树种结构得分计算方法

　　全国森林资源清查按照针叶林与阔叶林蓄积比例将不同省份森林的树种结构分为7类(见表2),并分类统计面积。数学上当2个数字之和一定时,则2数相差越小它们的积越大。基于该理论,设计如下树种结构赋分方法:以针阔混交林(针叶林蓄积与阔叶林蓄积占比均为50%)为最优树种结构,并对其赋予100分。其他树种结构类型得分计算方法如下:

　　Ei=Ai×Bi0.5×0.5×100         (1)

　　其中,Ei(i=1,2……7)为不同树种结构得分,Ai为针叶林蓄积占比,Bi为阔叶林蓄积占比。

　　2.1.2龄组结构得分计算方法

　　按照法正林理论,幼龄林、中龄林、近成过熟林面积的理想比例为33∶34∶33，对该龄组结构赋予100分。不同龄组结构得分计算方式如下:

　　G=A1×A2×A30.33×0.34×0.33×100         (2)

　　其中,A1,A2,A3分别为幼龄林、中龄林、近成过熟林面积。

　　2.2指标权重的确定

　　采用层次分析法，对标准森林单位各质量指标采用1～9标度法,通过两两比较重要程度构建判断矩阵并逐层进行判断评分,计算出各层次的权重值,其结果都通过了一致性检验,各层次权重见表2。

　　2.3物量及物量指数计算方法

　　2.3.1区域乔木林资源物量计算方法

　　本文旨在构建基于标准森林单位的乔木林资源物量核算体系,所测算出的乔木林资源物量表示在该体系下目标区域范围内乔木林资源所能折算的标准森林单位的数量。物量计算方法如下:

　　F=∑(wiDi)×S/100         (3)

　　其中,F为目标区域乔木林资源物量,wi为标准森林单位各指标权重,Di为目标区域森林各指标相对标准森林单位的得分,S为目标区域范围内乔木林面积。

　　2.3.2区域乔木林资源物量指数计算

　　采用计算期乔木林资源物量与基期乔木林资源物量之比表示物量指数,计算方法如下:

　　I=F1/F0×100         (4)

　　其中,I为区域乔木林资源物量指数,F1为计算期区域乔木林物量,F2为基期区域乔木林物量。

　　3案例应用

　　3.1中国各省份乔木林资源物量计算结果

　　选取第7和第8次全国森林资源连续清查乔木林相关数据(不包括港、澳、台),采用前文建立的基于标准森林单位的乔木林资源物量计算方法,初步核算中国31个省份(不包括港、澳、台)的乔木林资源物量及物量指数,结果详见中国知网本文录用定稿版附件1。

　　3.2方法评价

　　3.2.1质量指标真实权重

　　本文采用对质量指标进行加权的方式计算质量总评分,在此过程中需要注意指标数据分布特征会影响指标的真实权重。分别从样本数据均值和标准差2个维度计算不同指标在质量总评分中的绝对贡献与相对贡献,绝对贡献表示分指标对总评分整体水平的权重,相对贡献表示分指标对总评分相对水平的权重,采用指标权重与均值的乘积表示绝对贡献,用指标权重与标准差的乘积表示相对贡献,结果见表3。

　　表2 指标体系层次结构、指标权重、指标赋分

　　注:1)括号中数据为指标权重。2)N指目标区域单位面积蓄积,单位为m³/hm2;β指目标区域森林年消长比例,即森林年消耗量与年生长量之比。3)指标层一致性检验:对于C1-D,λmax=1.995,CI=-0.005,RI=0,CR=0<0.1,层次一致性检验通过;对于C2-D,λmax=4.025 7,CI=0.008 6,RI=0.58,CR=0.01<0.1,层次一致性检验通过。4)约束层一致性检验:λmax=3.018 3,CI=0.009 2,RI=0.58,CR=0.016<0.1,层次一致性检验通过。

　　表3 各质量指标绝对贡献与相对贡献

　　除森林年消长比例与树种结构2个指标外,多数指标对质量评分的绝对贡献与其名义权重相接近,其原因前者是指标样本数据均值过高,后者是指标样本数据均值过低;各指标相对贡献与其名义权重差异较大,主要是由于不同指标样本数据标准差较大,这反映了中国不同省份森林资源质量特征分异较大的现状。

　　3.2.2全国与各省份乔木林资源物量

　　基于第7次森林资源清查全国汇总数据计算的全国乔木林资源物量为13 978.47万标准森林单位,而根据各省份汇总数据计算的各省份乔木林资源物量之和为13 706.52万标准森林单位,后者偏离前者仅-1.95%;基于第8次森林资源清查全国汇总数据计算的全国乔木林资源物量为15 234.67万标准森林单位,根据省份汇总数据计算的各省份乔木林资源物量之和为15 093.10万标准森林单位,后者偏离前者仅-0.93%。这说明根据本文所建立的乔木林资源物量核算体系核算出来的乔木林资源物量数据具有较好的可加性,该体系具有较强的一致性与稳定性。

　　3.3结果分析

　　如图1所示,基于第8次森林资源清查数据计算的乔木林资源物量结果显示(以下括号内为乔木林资源物量,单位为万标准森林单位):中国乔木林资源最为丰富的省份依次是黑龙江(1 759.6)、内蒙古(1 572.1)、云南(1 551.1)、四川(1 256.8)、西藏(1 217.5),乔木林资源物量均达到1 200万标准森林单位以上;最为匮乏的省份依次是上海(2.8)、天津(5.3)、宁夏(11.8)、北京(32.4)、青海(38.6)、海南(92.6)、江苏(95.4)、山东(113.2),乔木林资源物量均不足120万标准森林单位;在乔木林资源最为匮乏的8个省份中,海南、北京、天津、上海主要是由于辖区面积狭小,其中北京、天津、上海3市还存在单位面积蓄积较低、树种结构单一、幼龄林占比较大等影响质量评分的不利因素,青海和宁夏则主要是受到本区不利地理环境与气候条件的影响。值得关注的是山东和江苏,这2省地处东部沿海,气候适宜,亟需加强林业建设。乔木林资源最丰富的5个省份主要得益于较高的单位面积蓄积与较大的森林面积。其中值得关注的是,西藏作为乔木林资源物量最丰富的省份之一,其森林年消长比例、龄组结构指标得分却较低,这主要是因为该区近成过熟林比重过高,森林增长缓慢。将各省份乔木林资源分别按面积与物量从高到低进行排序,发现有17个省份的乔木林资源物量排名相对面积排名发生了变动,表明森林资源物量与森林资源面积是有本质区别的。

　　基于第7和第8次森林资源清查数据计算的乔木林资源物量指数结果显示(以下括号内为乔木林资源物量指数):2次森林资源清查间隔期间大多数省份乔木林资源物量均有所增长,且大体上呈现乔木林物量存量基础越高物量指数越低即增长幅度越小的趋势。乔木林资源物量指数较高的省份为江苏(203.9)、天津(167.1)、北京(159.8)、宁夏(156.4)、上海(144.3)、山西(135.2),均高于135。这些地区乔木林资源本底存量较低,主要得益于森林面积的大幅增加与森林质量的适度改善。乔木林资源物量指数较低的省份分别是湖南(92.5)、江西(95.7)、四川(99.2)、西藏(101.5)、黑龙江(106.5)、云南(106.8)、浙江(108.1)、广西(109.7),均低于110。其中云南、黑龙江、西藏、四川、广西主要是由于乔木林资源本底存量较高,增长空间有限。值得关注的是湖南和江西物量指数均低于100,表明2省乔木林资源整体上呈现衰退趋势。深入分析发现,造成湖南和江西乔木林资源物量有所衰减的主要原因是森林年消长比例指标的大幅不利变化,即乔木林总生长量大幅下降而总消耗量大幅上升。同第7次森林资源清查相比,第8次森林资源清查期间湖南省乔木林蓄积年均总生长量同比下降17.2%,总消耗量上升35.5%;江西省年均总生长量同比下降10.7%,总消耗量上升28.5%。

　　对比第7和第8次森林资源清查森林质量评分结果发现(以下括号内为质量评分变化率):乔木林质量改善幅度最大的省份为北京(32.52%)、天津(21.34%)、江苏(21.26%)、福建(17.44%)、河北(16.13%),均达15%以上。这主要得益于单位面积蓄积、森林年消长比例等指标的较大幅度改善,其中北京还得益于树种结构和龄组结构的较大改善,河北还得益于群落结构和龄组结构的较大改善,江苏还得益于群落结构的较大改善。乔木林质量未有显著改善的省份有重庆(1.64%)和西藏(0.66%),质量下降的省区有湖南(-7.75%)、江西(-6.89%)、四川(-2.36%)、贵州(-2.2%)、广西(-2.08%)。资源质量下降显著的是湖南和江西,主要受到森林起源、年龄结构、健康等级等指标不利变化的影响,其中湖南还受到单位面积蓄积下降的不利影响。

　　4讨论与展望

　　森林资源是数量与质量的统一体,科学的森林资源管理需要综合考虑森林资源的数量与质量。但长期以来,学者们始终未能找到有效的方法将森林资源的数量与质量统一起来。本文提出森林资源物量这一概念作为森林资源数量与质量的有机融合,进一步引入“标准森林单位”的概念作为核算森林资源物量的基本单位,为核算森林资源物量提供了一条可行的思路。

　　然而,森林资源的概念十分广泛,不仅包括乔木林,还包括灌木林、经济林、竹林甚至林地等等。本文提出的标准森林单位以乔木林群落为基础构建,适合乔木林资源物量的核算,但不适合其他类别森林资源物量的核算。未来研究可基于本文思路进行其他类别森林资源物量的核算方法研究,并探索不同类别森林资源物量的汇总方法,最终建立涵盖全面的森林资源物量核算体系。