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一种闽楠天然次生林健康评价模型及健康评价方法

阅读:239发布:2020-05-19

专利汇可以提供一种闽楠天然次生林健康评价模型及健康评价方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 提供一种闽楠天然次生林健康评价模型,健康评价模型为式中H为 森林健康 指数,表示健康状况的综合评价值,Bj表示第j个指标无量纲化后的值,Wj表示第j个指标的总排序权重值,n为指标总数;各个所述指标包括单位面积蓄积量、林分郁闭度、天然更新、林木生长势、群落结构、林层结构、树种结构、径级结构、森林病虫害、森林火灾、林下植被盖度、物种多样性、闽楠母树株数、森林自然度、林地 质量 、凋落物厚度。本发明构建闽楠天然次生林的健康评价指标体系和健康评价模型,并对江西省闽楠天然次生林进行评价,依据评价结果,提出促进健康经营的主要对策,为闽楠天然次生林的保护和可持续经营提供科学依据。,下面是一种闽楠天然次生林健康评价模型及健康评价方法专利的具体信息内容。

1.一种闽楠天然次生林健康评价模型,其特征在于,所述健康评价模型为
式中:H为森林健康指数,表示健康状况的综合评价值,Bj表示第j个指标无量纲化后的值,Wj表示第j个指标的总排序权重值,n为指标总数;所述指标包括单位面积蓄积量、林分郁闭度、天然更新、林木生长势、群落结构、林层结构、树种结构、径级结构、森林病虫害、森林火灾、林下植被盖度、物种多样性、闽楠母树株数、森林自然度、林地质量和凋落物厚度。
2.根据权利要求1所述的闽楠天然次生林健康评价模型,其特征在于,各个所述指标的总排序权重值Wj计算公式为Wj=Wi·Wij,式中:Wi为i系统层的权重值,Wij为第i系统层第j指标的权重值。
3.根据权利要求2所述的闽楠天然次生林健康评价模型,其特征在于,采用均值化方法对各个指标的数据进行无量纲处理,将无量纲化后的值控制在0~1之间;所述均值化处理是将所述指标的实际值除以设定的基准值。
4.根据权利要求3所述的闽楠天然次生林健康评价方法,其特征在于,不同性质指标的无量纲化处理包括:当所述指标是正向指标,采用上限效果测度:B=Sj/S0;当所述指标是逆向指标,采用下限效果测度:B=S0/Sj;当所述指标是适度指标,采用中心效果测度:指标实际值≥指标适中值时B=S0/Sj,指标实际值<指标适中值时B=Sj/S0,式中B为无量纲化值,Sj为指标实际值,S0为基准值。
5.一种对闽楠天然次生林进行健康评价的方法,其特征在于,采用权利要求4中所述的健康评价模型对闽楠天然次生林进行健康评价,包括以下步骤:
S1、获取指标数据:通过标准地调查和查阅资料获取标准地中的闽楠天然次生林健康评价的各项指标数据;
S2、数据无量纲化:采用均值化方法对步骤S1中所获得的各个指标的数据进行无量纲化处理,获得无量纲化后的数值;
S3、综合评价:根据闽楠天然次生林健康评价模型,利用所述步骤S2中所获得的数据以及闽楠天然次生林各个指标的总排序权重值,计算所述步骤S1中标准地中的闽楠天然次生林的森林健康指数;
S4、统计所述步骤S3中闽楠天然次生林的健康评价结果。
6.根据权利要求5所述的闽楠天然次生林健康评价方法,其特征在于,所述步骤S2中进行无量纲化处理时,各指标设定的基准值分别为:单位面积蓄积量基准值为300m3·hm-2;林分郁闭度的基准值为0.7;天然更新指标基准值为3;林木生长势基准值为4;群落结构基准值为3;单层林赋值为1,复层林赋值为2,林层结构基准值为2;树种结构基准值为4;径级结构关系式为Xtd=Xtd-1/q,式中X为t时刻时第d径级的立木株数,q值的基准值为1.5;森林病虫害基准值为4;森林火灾基准值为4;林下植被盖度基准值为80%;物种多样性计算公式为式中H为多样性指数,pi为第i个种的个体数占所有种个体数的比例,n为
物种数,以3为基准值;闽楠母树株数基准值为200株·hm-2;森林自然度基准值为5;林地质量基准值为5;凋落物厚度基准值为5cm。
7.根据权利要求6所述的闽楠天然次生林健康评价方法,其特征在于,所述步骤S3中综合评价时,系统层中的活性、结构性、稳定性和持续性4类指标的权重依次为0.4801、
0.1346、0.1576和0.2277。
8.根据权利要求7所述的闽楠天然次生林健康评价方法,其特征在于,所述步骤S3中综合评价时,系统层中各指标的权重值为:单位面积蓄积量0.4885、林分郁闭度0.0961、天然更新0.2401、林木生长势0.1753;群落结构0.3835、林层结构0.1474、树种结构0.2243、径级结构0.2448;森林病虫害0.3839、森林火灾0.2248、林下植被盖度0.1295、物种多样性
0.2618;闽楠母树株数0.2597、森林自然度0.2435、林地质量0.3262、凋落物厚度0.1706。

说明书全文

一种闽楠天然次生林健康评价模型及健康评价方法

技术领域

[0001] 本发明属于森林保护和森林生态系统健康领域,具体涉及一种闽楠天然次生林健康评价模型及健康评价方法。

背景技术

[0002] 我国第八次森林资源连续清查结果森林覆盖率为22.96%,森林蓄积量89.79m3·hm-2,而全球森林覆盖率为31%,森林蓄积量131m3·hm-2。总体来说,我国森林资源总量相对不足、生产不高、森林整体质量有待提升,我国林业的发展还面临着巨大的压力和挑战。
[0003] 天然次生林是原始森林经过人为的或自然的因素破坏之后,借助自然的力量恢复起来的一类森林。天然次生林是天然林的主要组成部分,在提供木材等林产品和维持生态平衡、提高环境质量等方面发挥着重要的作用,经营好天然次生林对提升我国森林资源质量及生态安全具有重要意义。森林健康是森林资源经营管理的新理念,培育健康森林是实现森林可持续经营的有效途径。然而,到目前,森林健康还没有明确清晰的概念,不同的环境条件下健康的要求不同,但总体上健康的森林是指森林具有较好的自我调节能力,可在受到外界干扰时进行自我恢复和调节,且功能和结构趋于相对稳定,生物多样性和生态平衡能够维持基本平衡,并提供良好的森林服务功能,充分、持续地发挥其生态、社会、经济效益。森林健康评价指标和标准作为森林状况评估和森林资源管理质量考核的重要标准之一,可为森林经营管理者采取合理的经营措施提供技术基础
[0004] 闽楠(Phoebe bournei)为中国特有物种,属樟科楠属,常绿乔木,亚热带阔叶树种,多分布于江西省、湖南省、福建省、广东省、广西省等海拔1000m以下的地区,现为国家Ⅱ级重点保护野生植物,属珍稀渐危物种。我国不少学者对闽楠天然次生林的空间结构、林分结构、自然更新、林木竞争等方面有所研究,而关于闽楠天然次生林健康评价指标的选取、评价体系的构建等方面的研究较少。发明内容:
[0005] 本发明目的是提供了一种闽楠天然次生林健康评价模型及健康评价方法,要解决现有技术中缺乏闽楠天然次生林健康评价指标体系及评价方法的技术问题。
[0006] 为实现以上目的,本发明采用如下技术方案:
[0007] 一种闽楠天然次生林健康评价模型,所述健康评价模型为 式中:H为森林健康指数,表示健康状况的综合评价值,Bj表示第j个指标无量纲化后的值,Wj表示第j个指标的总排序权重值,n为指标总数;各个所述指标包括单位面积蓄积量、林分郁闭度、天然更新、林木生长势、群落结构、林层结构、树种结构、径级结构、森林病虫害、森林火灾、林下植被盖度、物种多样性、闽楠母树株数、森林自然度、林地质量、凋落物厚度。
[0008] 各个所述指标的总排序权重值Wj的计算公式为Wj=Wi·Wij,式中:Wi为i系统层的权重值,Wij为第i系统层第j指标的权重值。
[0009] 采用均值化方法对各个所述指标的数据进行无量纲处理,并对不同性质的评价指标采用相应的处理方法,将无量纲化后的值控制在0~1之间;所述均值化处理是将所述指标的实际值除以设定的基准值。
[0010] 不同性质的评价指标的无量纲化处理包括:当所述指标是正向指标,采用上限效果测度:B=Sj/S0;当所述指标是逆向指标,采用下限效果测度:B=S0/Sj;当所述指标是适度指标,采用中心效果测度:指标实际值≥指标适中值时B=S0/Sj,指标实际值<指标适中值时B=Sj/S0,式中B为无量纲化值,Sj为指标实际值,S0为基准值。
[0011] 一种对闽楠天然次生林进行健康评价的方法,采用上述的健康评价模型对闽楠天然次生林进行健康评价,包括以下步骤:
[0012] S1、获取指标数据:通过标准地调查和查阅资料获取标准地中的闽楠天然次生林健康评价的各项指标数据;
[0013] S2、数据无量纲化:采用均值化方法对步骤S1中所获得的各个指标的数据进行无量纲化处理,获得无量纲化后的数值;
[0014] S3、综合评价:根据闽楠天然次生林健康评价模型,利用所述步骤S2中所获得的数据以及闽楠天然次生林各个指标的总排序权重值,计算所述步骤S1中标准地中的闽楠天然次生林的森林健康指数;
[0015] S4、统计所述步骤S3中闽楠天然次生林的健康评价结果。
[0016] 所述步骤S2中进行无量纲化处理时,各指标设定的基准值分别为:单位面积蓄积量基准值为300m3·hm-2;林分郁闭度的基准值为0.7;天然更新指标基准值为3;林木生长势基准值为4;群落结构基准值为3;单层林赋值为1,复层林赋值为2,林层结构基准值为2;树种结构基准值为4;径级结构关系式为Xtd=Xtd-1/q,式中X为t时刻时第d径级的立木株数,q值的基准值为1.5;森林病虫害基准值为4;森林火灾基准值为4;林下植被盖度基准值为80%;物种多样性计算公式为 式中H为多样性指数,pi为第i个种的个体数
占所有种个体数的比例,n为物种数,以3为基准值;闽楠母树株数基准值为200株·hm-2;森林自然度基准值为5;林地质量越高基准值为5;凋落物厚度基准值为5cm。
[0017] 所述步骤S3中综合评价时,系统层中的活力性、结构性、稳定性和持续性4类指标的权重依次为0.4801、0.1346、0.1576和0.2277。
[0018] 所述步骤S3中综合评价时,系统层中各指标的权重值为:单位面积蓄积量0.4885、林分郁闭度0.0961、天然更新0.2401、林木生长势0.1753;群落结构0.3835、林层结构0.1474、树种结构0.2243、径级结构0.2448;森林病虫害0.3839、森林火灾0.2248、林下植被盖度0.1295、物种多样性0.2618;闽楠母树株数0.2597、森林自然度0.2435、林地质量
0.3262、凋落物厚度0.1706。
[0019] 本发明具有以下有益效果:首次构建了闽楠天然次生林的健康评价指标体系和健康评价模型,并以江西省闽楠天然次生林为研究对象,以森林健康理论为指导,通过标准地调查,综合考虑闽楠天然次生林的培育目标,通过所构建的健康评价模型对其进行了评价,依据评价结果,可为闽楠天然次生林的保护和可持续经营措施的制订提供科学依据。附图说明
[0020] 图1为本发明实施例中闽楠天然次生林健康评价指标体系的示意图。

具体实施方式

[0021] 以下提供本发明的优选实施例,以助于进一步理解本发明。本领域技术人员应了解到,本发明实施例的说明仅是示例性的,并不是为了限制本发明的方案。
[0022] 本实施例以江西省境内的闽楠天然次生林(将天然闽楠林经各种干扰后自然恢复起来的、具有闽楠分布且以其作为培育的目的树种,无论现有林分中闽楠是否为优势树种均视为闽楠天然次生林)为研究对象,通过标准地调查获得基础数据,对闽楠天然次生林进行健康评价。
[0023] 1、研究区概况
[0024] 江西省位于中国东南部,地理坐标为24°29′14″N-30°04′41″N,113°34′36″E-118°28′58″E,东邻浙江省、福建省,南连广东省,西接湖南省,北毗邻湖北省、安徽省而共接长江;全省总面积为16.69×104km2。地貌以山地和丘陵为主,东、南、西三面环山,中部相对平缓,河谷平原与丘陵交错分布,北部则为鄱阳湖平原。气候属亚热带季温润性气候区,年平均气温18.0℃,年平均降量1675mm。本方案的数据采集主要在九江市、上饶市和吉安市。
[0025] 2、标准地设置与调查
[0026] 通过查阅江西省森林资源二类调查、珍稀物种普查等资料以及向林业部咨询了解,选择了安福县、遂川县、井冈山市、玉山县、婺源县、修水县等县市,对其闽楠天然次生林分布区域进行踏查。在踏查的基础上,于2015~2018年间选取人为活动干扰程度相对较轻且林分在分布区域内具有代表性的设置标准地调查。标准地大小依据其分布地形和闽楠树种分布情况等因素而定,标准地面积为400m2(20m×20m)或600m2(20m×30m),共30个。在每个标准地的上、中、下选择具有代表性的区域分别设置灌木样方(2m×2m)、草本样方(1m×1m)和凋落物样方(1m×1m)。具体调查如下:
[0027] (1)乔木层调查。对标准地内所有乔木进行每木检尺,详细记录胸径≥2cm乔木的种名、胸径、树高等;胸径<2cm的属于幼树、幼苗,记录其树种、地径、树高、冠幅等。
[0028] (2)灌木层调查。记录标准地灌木层的总盖度,每个灌木样方内调查其种类、数量、盖度等。
[0029] (3)草本层调查。记录标准地草本层总盖度,每个草本样方内调查其种类、数量、盖度等。
[0030] (4)凋落物层调查。记录每个样方内的凋落物盖度、厚度等。
[0031] (5)土壤调查。在标准地内选取具有代表性的地段挖取土壤剖面并记录土层厚度、腐殖质层厚度等。
[0032] (6)其他调查。利用GPS测定标准地的海拔和地理位置,记录坡位、坡向、坡度和郁闭度等。
[0033] 3、构建森林健康评价的指标体系
[0034] 3.1主要原则与指标体系内容
[0035] 森林健康评价指标的选择需要以评价目标为基础,根据研究区的性质和要求构建科学、合理的评价指标体系。其指标体系构建的好坏将直接影响评价结果的准确性。指标筛选应该遵循整体性原则、尺度性原则、可操作性原则、简明性原则、导向性原则、科学性原则。
[0036] 闽楠天然次生林健康的发展方向是提高其稳定性、活力性和抗干扰性,即培育具有较高的生物多样性和生产力的林分,并使乔木层、灌木层和草本层结构合理,郁闭度及盖度适合林下植物的生长,病虫害程度小,人为干扰程度低。对闽楠天然次生林的健康评价可以分解为对林分活力层次、林分结构层次、林分稳定层次、林分持续层次等评价,从这4个层次出发,再进行具体细化选取相应的评价指标,构建健康评价体系。
[0037] 本方案在构建健康评价体系时,首先将国内外相关森林健康评价的研究进行整理分析,采取频度统计法对各指标出现的频率进行统计,将使用频度较高的指标作为参考。整理分析主题为森林健康评价的中外文文献,将所涉及到的指标大致归类,可分为10类,分别是:树木/树冠生命力/活力、生物多样性、更新能力、林分结构复杂性、生产力、有害因子发生程度、土壤质量、产品和服务、社会因素、立地条件等。
[0038] 结合森林健康的内涵与要求、研究区的地域特征、闽楠天然次生林的特点,在遵循整体性、尺度性、可操作性、简明性、和科学性等原则的同时,结合《森林健康经营与生态系统健康评价规程》(2010),将频度统计的各个指标进行分析、比对,初步对评价指标进行取舍,明确闽楠天然次生林健康评价各个指标的定义。在此基础上采用专家咨询法,对指标进行多次调整,从中将一些重要的评价指标选择出来予以保留,增加一些之前未考虑到的指标,如,增加了闽楠母树株数指标,将灌木盖度、草本盖度合并为林下植被盖度等。
[0039] 本方案采用层次分析法对闽楠天然次生林进行健康评价,评价指标体系框架由3个层次组成,自下而上是评价的实施过程,自上而下是评价的控制过程,进而完成研究区闽楠天然次生林森林健康评价指标体系构建,参见附图1所示。
[0040] 闽楠天然次生林健康评价指标体系分为总体层、系统层和指标层3个等级。
[0041] (1)总体层:表示研究区闽楠天然次生林总体健康程度。
[0042] (2)系统层:包括活力性、结构性、稳定性和持续性4类指标,从本质上反映闽楠天然次生林健康内涵及变量关系,组成健康评价指标体系的直观变量要素。
[0043] (3)指标层:共计16个指标,分别对4个系统层进行描述,具体包括单位面积蓄积量、林分郁闭度、天然更新、林木生长势、群落结构、林层结构、树种结构、径级结构、森林病虫害、森林火灾、林下植被盖度、物种多样性、闽楠母树株数、森林自然度、林地质量、凋落物厚度。
[0044] 3.2指标内涵和基准值的确定
[0045] 构建森林健康评价指标体系,必须明确各指标的内涵,这也是正确评价森林健康的前提。而指标基准值是衡量和判断指标体系中各个指标是否达到健康状态的标准,确立各个指标合理的基准值是森林健康评价的关键所在。由于森林健康评价影响因素的复杂性、现有指标统计数据的不完全性、一些指标临界值的不确定性以及寻求指标基准值的困难性,因此,申请人从多个度确定指标的基准值:选择国际或国内先进水平案例;参考相关文献;行业相关规程或标准;对难于量化的指标,通过分析具体情况,依据实地考察与专业评判确定基准值。
[0046] 3.2.1活力性指标
[0047] (1)单位面积蓄积量
[0048] 林分中全部林木的材积称为林分蓄积量,它是鉴定森林质量的主要指标,可以反映森林资源的丰富程度,它的高低与森林生态系统中生物量、汇的高低以及碳储量的能力有直接的关系。一般情况下,林木蓄积量越高,表明其森林资源越丰富,活力性越强。第八次全国森林资源连续清查结果显示,我国森林每公顷蓄积量为89.79m3,而人工林每公顷蓄积量只有52.76m3。结合闽楠天然次生林的经营目标,单位面积蓄积量以300m3·hm-2为基准值。
[0049] (2)林分郁闭度
[0050] 林分中树冠投影面积与林地面积之比,称为林分郁闭度。林分郁闭度可以说明光、水等环境因子通过林冠进入林内的再分布状况,其大小直接影响林内光照、水分、热量的变化以及林下层的光照情况。确定以0.7为林分郁闭度的基准值。
[0051] (3)天然更新
[0052] 天然更新的状况是影响森林生态系统演替的重要因素之一,其体现了林分的发展趋势,更新状况良好的林分说明其活力及生产力潜力会相对较好。用幼苗的数量来表述天然更新的状况,幼树幼苗的数量越多,说明该林分天然更新状态越好,活力性越高。按照《江西省森林资源二类调查技术规程》(2019)中“天然更新等级”的规定,将每公顷乔木幼苗(3年内)天然更新等级划分为良好、中等、不良并分别赋值3、2、1,天然更新取3为基准值。
[0053] (4)林木生长势
[0054] 生长势是林木生长发育旺盛程度的反映,林分生长势越强则说明林分生长量越大,林分活力越强;生长势越差则说明林分生长量越小,林分活力越差。林木生长势主要是依据林木生命力,从树冠、树干、叶、根等林木外观特征因子和受害现象及生长周围状况等因子进行综合评价,评价时遵循“就低原则”来进一步确定生长势等级,根据《江西省森林资源二类调查技术规程》(2019)中“林木生长势”分为优、中、差、极差4个等级,分别赋值4、3、2、1,林木生长势取4为基准值。
[0055] 3.2.2结构性指标
[0056] (1)群落结构
[0057] 合理的群落结构是森林生态系统健康的重要体现,并且能够更充分利用环境的有利条件,减弱群落间竞争的强度。群落结构一般由乔木层、下木层和地被层组成,在划分群落结构时,参考《江西省森林资源二类调查技术规程》(2019):在进行群落结构划分时,下木层包括灌木和层外幼树,地被物包括草本、苔藓和地衣。当下木或地被物的覆盖度≥20%时,可单独划分植被层;当下木和地被物的覆盖度合计≥20%且两者覆盖率分别都大于5%时,可合并为1个植被层。下木层平均高度需高于50cm,地被物层平均高度需高于5cm;当地类为特殊灌木林地时,可将地被物层覆盖度确定为较完整结构。根据群落层次的特征,将群落结构可划分为3类,即完整结构(具有乔木层、下木层、地被物层3个层次,且下木层和地被物层覆盖度均≥20%的林分)、较完整结构(具有乔木层和其它1个植被层或下木层和地被物层覆盖度均在5%以上,且合计20%的林分)、简单结构(只有乔木1个植被层或下木层和地被物层覆盖均低于5%的林分),分别赋值3、2、1,群落结构取3为基准值。
[0058] (2)林层结构
[0059] 林层结构指林分的林冠层次结构,分单层和复层两类。森林的林层次结构越复杂,群落的稳定性就越强,林分自我调节能力就越强,森林越健康。本方案在划分林层时参考《江西省森林资源二类调查技术规程》(2019),要求复层林的划分应同时满足下列4个条件:各林层每亩蓄积量不少于2m3;次林层与主林层的平均高差应不少于20%;各林层平均胸径在8cm以上;主林层郁闭度不少于0.3,其它层郁闭度不少于0.2。将单层林赋值为1,复层林赋值为2,林层结构取2为基准值。
[0060] (3)树种结构
[0061] 树种组成是林分结构的重要部分,丰富的树种结构可以减缓森林生态功能退化,有利于提高防护效能。天然次生林的树种结构是长期自然过程中相互适应、相互选择的结果,这也是天然林内在结构特征之一。根据闽楠天然次生林的特征并参考《江西省森林资源二类调查技术规程》(2019),将树种结构划分阔叶纯林、阔叶相对纯林、针阔混交林和阔叶混交林,并分别赋值1、2、3、4,树种结构取4为基准值。
[0062] (4)径级结构
[0063] 林分直径结构是林分内各种大小直径林木的分布状态,可反应群落的生长状态,且测定方便简单。异龄林在理想状态下,随着径级增大,不同径级的林木株数逐渐减少,表现为倒“J”型的曲线。在对理想异龄林进行描述时,该规律是一种非常重要的非空间结构特征。在典型的异龄林林分内,相邻径级的立木株数比率通常趋向于一个常数,则其林分径级结构可通过如下关系式来体现:Xtd=Xtd-1/q,(式1),其中X为t时刻时第d径级的立木株数,q为一个递减系数或常数。q值的定义为某一径级的株数与相邻较大径级株数之比,可以用来反映林分的径级结构。q值的取值越低,直径的分布曲线越平坦,表明在这样的林分中,较大径级的林木所占比例相对高,而q值较大的林分内,幼树的所占比例高。根据不少研究学者研究结果q值位于1.2~2.0之间较理想,因此,本方案q值的基准值为1.5。
[0064] 3.2.3稳定性指标
[0065] (1)森林病虫害
[0066] 森林病虫害是自然灾害的一种,病虫害的发生会严重破坏森林生态资源、制约林业可持续发展、不利于对有害生物的可持续控制、破坏森林生态系统的稳定性,直接影响森林的健康发展。根据《江西省森林资源二类调查技术规程》(2019),受害立木株数百分率,分为无、轻、中、重4个等级,分别赋值4、3、2、1,森林病虫害取4为基准值。
[0067] (2)森林火灾
[0068] 森林火灾会破坏森林生态系统的稳定性,并造成较大的危害和损失。森林火灾的大小通常用受害、成灾面积或株数来衡量。根据《江西省森林资源二类调查技术规程》(2019),按受害立木株数占总株数百分比及受害后林木能否存活和影响生长的程度,分无、轻、中、重4个等级,分别赋值4、3、2、1,森林火灾以4为基准值。
[0069] (3)林下植被盖度
[0070] 林下植被盖度可以反映出群落的垂直结构及复杂程度,丰富的林下植被能促进养分的有效化,减少地面径流,减轻水土流失的危害,并且在一定程度上能起到改善土壤肥力的作用,有利于森林群落的稳定性。林下植被主要指灌木、草本以及地被物。林下植被盖度基准值取80%。
[0071] (4)物种多样性
[0072] 物种多样性反映森林群落的组织水平,并通过结构和功能的关系可以间接的反映森林群落功能的特征。在一定范围内,多样性越高,稳定性越高。本方案选用Shannon-Wiener物种多样性指数来反映物种多样性水平,以3为指标基准值。计算公式为:
[0073] 式中:H为多样性指数,pi为第i个种的个体数占所有种个体数的比例,n为物种数。
[0074] 3.2.4持续性指标
[0075] (1)闽楠母树株数
[0076] 林分的自然更新需要种源,在闽楠天然次生林中闽楠大树结实且比较稳定,可为林分更新提供种源,对其幼树幼苗的更新起重要作用。将闽楠天然次生林内的大树视为母树,母树越多,所能够提供的种子越多,越有利于天然更新,有利于林分持续性发展。参考相关文献并结合闽楠的生长特性,将闽楠下种母树定义为胸径≥20cm年以上的树木,本方案内将母树株树基准值定为200株·hm-2。
[0077] (2)森林自然度
[0078] 森林自然度是指森林群落类型的现状与原乡土植物群落之间的差异程度。以森林群落类型或种群结构特征在次生演替中的阶段为基础,根据《江西省森林资源二类调查技术规程》(2019),按林分类型、人为干扰强度、年龄结构、树种组成等把森林自然度分为5个等级,将森林自然度最高等级的“原始林或受人为影响很小而处于基本原始的植被,森林群落组成复杂,为多层结构、异龄林”赋值为5,并取5为森林自然度的基准值。
[0079] (3)林地质量
[0080] 根据林地质量与森林生产力密切相关,直接影响森林生产力和持续性。在参考国家林业局《林地保护利用规划林地落界技术规程》(2011)中林地质量因素的基础上,结合闽楠的生物学特性等因素,林地质量综合土层厚度、土壤类型、坡位、坡度、坡向等5个因子,各因子数量化等级划分及赋值见表1。
[0081] 表1林地质量相关因子数量化等级值表
[0082]
[0083] 将林地质量划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ等5个等级,具体按下式计算:
[0084]
[0085] 式中:EEQ为林地质量综合评分值;Vk为各项指标分值;Wk为因子的权重。根据土壤厚度、土壤类型、坡度、坡位、坡向等5个因子对闽楠生长的影响,其权重分别为0.3、土壤类型0.2、坡度0.2、坡位0.1、坡向0.2。然后,根据林地质量综合评分值大小,采用下限排外法划分为Ⅰ级(>8)、Ⅱ级(6~8)、Ⅲ级(4~6)、Ⅳ级(2~4)和Ⅴ级(分值≤2)5个等级并分别赋值5、4、3、2、1,林地质量取5为基准值。
[0086] (4)凋落物厚度
[0087] 凋落物是森林养分循环中养分归还的主要途径之一,养分的归还量和循环速率影响林地地力的维持和提高。一定厚度的凋落物可以有效抑制土壤内水分蒸发速度,有利于减小地表径流的平均流速从而进行水土保持,增加降水入渗量等功能,有利于林地地力的维持。本方案取凋落物层厚度5cm为基准值。
[0088] 3.3指标权重计算
[0089] 从理论上来讲,在反映闽楠天然次生林健康状况中的相对重要程度上,不同层次的不同评价指标是不可能完全相同的,客观上需要有一个权重。评价指标权重的高低将直接影响健康评价的结果,指标权重的变动可能直接影响评价对象的优劣状态。本方案邀请森林资源经营管理、生态学等方面的专家对此健康评价指标进行权重打分,以这些得分为基础,利用层次分析法(AHP法)将各专家的打分情况进行群决策,经过不断调整,并经一致性检验,确定各层及各指标的权重值,如表2。
[0090] 其中各指标总排序权重值(Wj)计算公式为:
[0091] Wj=Wi·Wij   (式4)
[0092] 式中,Wi为i系统层的权重值;Wij为第i系统层第j指标的权重值。
[0093] 表2闽楠天然次生林健康评价指标权重
[0094]
[0095] 从系统层来看,活力性指标所占权重最高,为0.4801,其次是持续性权重为0.2277,稳定性和结构性权重分别为0.1576和0.1346。在活力性系统层中,单位面积蓄积量所占权重最大,达0.4885,也是所有指标中所占权重最大的指标,单位面积蓄积量的权重总排序达0.2345,说明了单位面积蓄积量在森林健康评价中的重要地位;林木生长势所占权重最低为0.1753,权重总排序为0.0842。在结构性系统层中,群落结构所占权重最大达
0.3835,其权重总排序为0.0516;林层结构权重最低只有0.1474,权重总排序为0.0198。在稳定性系统层中,森林病虫害所占权重最大达0.3839,其权重总排序为0.0605;林下植被盖度所占权重最低只有0.1295,权重总排序为0.0204。在持续性系统层中,林地质量所占权重最大,为0.3262,其权重总排序为0.0743;凋落物厚度所占权重最低只有0.1706,权重总排序为0.0389。
[0096] 总体来看,权重总排序排前3的指标分别为单位面积蓄积量(0.2345)、天然更新(0.1153)、林木生长势(0.0842);权重总排序最小的3项指标分别为林层结构(0.0198)、林下植被盖度(0.0204)、树种结构(0.0302)。
[0097] 4、数据无量纲化
[0098] 在森林健康评价指标体系中的各个指标,由于其量纲、表现形式、意义以及对总目标的作用趋向不同,不具有可比性,无法对其进行直接评价,必须对各评价指标进行无量纲化处理,才可以消除指标量纲带来的影响,避免不科学、不合理的现象发生。无量纲化处理方法主要有“极大化”处理、“极小化”处理、“极差化”处理、“中心化”处理和“均值化”处理。“中心化”处理虽然能消除各指标变异程度上的差异,但不能较准确反映原数据所包含的信息,可能导致综合评价结果的不准确,结果可能出现负数,而均值化处理则保留了各指标变异程度的信息。均值化是将指标的实际值与相应的基准值进行比较,计算简便易于理解,故本方案采用均值化方法进行无量纲处理,并评价指标的性质不同,采用相应的处理方法,将无量纲化后的值控制在0~1之间。
[0099] 当指标是正向指标,即指标数值越大越好,则采用上限效果测度:
[0100] B=Sj/S0,(式5)
[0101] 当指标是逆向指标,即指标数值越小越好,采用下限效果测度:
[0102] B=S0/Sj,(式6)
[0103] 当指标是适度指标,即指标数值处于某一适度的数值时最好,偏大或偏小均不好,采用中心效果测度:
[0104] 当指标实际值≥指标适中值B=S0/Sj,(式7)
[0105] 当指标实际值<指标适中值B=Sj/S0,(式8)
[0106] 上述各式中B为无量纲化值(评价值),Sj为指标实际值,S0为基准值。
[0107] 5、构建森林健康评价模型
[0108] 综合指数法是通过指标体系将信息进行综合,适用于任何类型的生态系统,是目前应用最多和比较完善的评价方法。评价模型如下:
[0109]
[0110] 式中H为森林健康指数,表示健康状况的综合评价值,Wj表示第j个指标的权重(总排序),Bj表示第j个指标无量纲化后的值。
[0111] 根据森林健康度的定性与定量分析,综合评价值的大小,将森林健康的程度采用上限排外法划分为4个等级,即健康(0.8~1.0)、亚健康(0.6~0.8)、中健康(0.4~0.6)、不健康<0.4。
[0112] 6、利用以上获得的评价指标体系和评价模型,对标准地中闽楠天然次生林进行健康评价,依次进行以下步骤:
[0113] S1、获取指标数据:主要有三种方式,一是通过标准地调查获得林分郁闭度、凋落物厚度等基础数据;二是通过标准地调查获得的基础数据,例如平均胸径、物种株数等,通过计算得到单位面积蓄积量、物种多样性等指标数据;三是通过查阅相关资料并划分等级,获取林木生长势、林地质量等相关定性指标的状况并赋值;
[0114] S2、数据无量纲化:采用均值化方法对步骤S1中所获得的各个指标的数据进行无量纲化处理,获得无量纲化后的数值,本实施例中各指标的无量纲化具体结果见下表3所示;
[0115] 表3闽楠天然次生林各指标无量纲化结果
[0116]
[0117]
[0118] S3、综合评价:采用所述步骤S2中所获得的数据,根据闽楠天然次生林健康评价模型,获得所述步骤S1标准地中的闽楠天然次生林的森林健康指数和综合评价结果,本实施例中闽楠天然次生林健康综合评价结果参见下表4所示;
[0119] 表4闽楠天然次生林健康综合评价结果
[0120]
[0121]
[0122] S4、对所述步骤S3获得的闽楠天然次生林健康状况的评价结果进行分析:
[0123] (一)无量纲化结果分析
[0124] (1)活力性指标
[0125] 从表3的无量纲化结果可以看出,单位面积蓄积量无量纲化的平均值为0.51,即平均每公顷蓄积量为153m3,共计13个标准地大于此平均值,其中标准地21、23、24、25为1.00,30号标准地最低仅有0.04;绝大多数标准地中单位面积蓄积量低于基准值,说明闽楠次生林总体上其单位面积蓄积量还不理想。林分郁闭度无量纲化的平均值为0.80,即郁闭度平均为0.56,共计20个标准地大于此平均值,其中最高的标准地为13、14、24,都为1.00,而其它标准地的郁闭度大多等于或小于基准值(0.7),说明闽楠天然次生林郁闭度整体上还是偏低。天然更新无量纲化的平均值为0.72,共计8个标准地大于此平均值,其中5、6、10、11、
12、24、25、26号标准地值都为1.00,达到良好更新等级,闽楠天然次生林天然更新总体上达到中等状态及以上,天然更新较好。林木生长势的无量纲化平均值为0.62,共计14个标准地大于此平均值,整体上处于Ⅱ级与Ⅲ级之间,树冠发育良好,树梢、树枝和树叶有少许自然枯损,树木间距较窄,林木生长略受影响。
[0126] (2)结构性指标
[0127] 群落结构无量纲化的平均值为0.87,其中有18个标准地为1.00,达到完整结构,具备乔木层、下木层、地被物层3个层次。林层结构的无量纲化平均值为0.93,共计26个标准地大于此平均值且为1.00,表明闽楠天然次生林大多为复层林。树种结构的无量纲化平均值为0.80,共计20个标准地大于此平均值且为1.00,表明多为阔叶混交林。径级结构的无量纲化平均值为0.58,共计14个标准地大于此平均值,其中标准地21、15、29的值较大,分别为0.96、0.90和0.86,总体上闽楠天然次生林中幼树比例较高。
[0128] (3)稳定性指标
[0129] 森林病虫害和森林火灾各个标准地无量纲化的值均为1.00,所有标准地均处于无森林病虫害和森林火灾等级,未受森林病虫害和森林火灾威胁。林下植被盖度无量纲化平均值为0.72,即平均林下植被盖度为58%,共计19个标准地大于此平均值,而26号林下植被较少,其无量纲化值仅为0.06。物种多样性的无量纲化平均值为0.54,共计17个标准地大于此平均值,其中8、16号标准地值较高,分别为0.84、0.78;6号标准地值最低,仅为0.18,总体上其物种多样性还有待提高。
[0130] (4)持续性指标
[0131] 闽楠母树株树无量纲化的平均值为0.47,共计20个标准地大于此平均值,30号标准地最低,为0.00,暂无胸径≥20cm的闽楠母树,其中,标准地14、18、24、25、29高于基准值(200株·hm-2)。森林自然度的无量纲化平均值为0.65,共计8个标准地大于此平均值,标准地14、16、21、22、23、24、25、27无量纲化值为0.80,说明这8个标准地的森林自然度处于Ⅱ级,其余标准地处于Ⅲ级;总体来看,闽楠天然次生林森林自然度处于Ⅲ级与Ⅱ级阶段,有较明显人为干扰影响,总体上处于演替阶段中期向后期过渡阶段的次生群落。林地质量的无量纲化平均值为0.68,处于Ⅲ级与Ⅱ级之间,有12个标准地大于此平均值且值为0.80,总体上闽楠天然次生林的林地质量还是相对较好。凋落物厚度的无量纲化平均值为0.40,即平均凋落物厚度为2cm,共计6个标准地大于此平均值且为0.60,23号标准地值最低仅为0.10,说明闽楠天然次生林总体凋落物厚度偏低。
[0132] (二)健康评价结果分析
[0133] 参见表4中闽楠天然次生林森林健康综合评价结果,从4个系统层来看:活力性方面各个标准地的平均值为0.61,权重后平均分为0.29,其中得分较高的前3个标准地为24、25、23,其值分别为0.96、0.94、0.86;30号标准地得分最低为0.27。结构性方面各个标准地的平均值为0.79,权重后平均分为0.11,其中得分较高的前3个为标准地9、3、7,其值分别为
0.96、0.93、0.91;30号标准地得分最低为0.43。稳定性方面各个标准地的平均值为0.84,权重后平均值为0.13,其中标准地8、10、11得分较高,分别为0.96、0.93、0.93;26号标准地得分最低为0.70。持续性方面各个标准地的平均值为0.57,权重后平均分为0.13,其中14、24、
21号标准地得分最高,分别为0.78、0.78、0.75。
[0134] 对表4统计得到的不同健康等级的标准地情况如下表5所示。
[0135] 表5闽楠天然次生林健康评价统计表
[0136]
[0137] 在进行健康评价的30个标准地中,标准地16、21、24、25属于健康状态,得分分别为0.80、0.81、0.88、0.84,占全部标准地的13.33%;标准地2、3、5、6、7、9、10、11、12、14、15、
18、20、22、23、27、29属于亚健康状态,占全部标准地的60.00%;标准地1、4、8、17、19、26、28属于中健康状态,占全部标准地的23.33%;标准地30属于不健康状态,占全部标准地的
3.33%。平均健康指数为0.66,说明闽楠天然次生林总体上呈亚健康状态。
[0138] 本实施例的研究区内有4个标准地处于健康状态,具有较高的物种多样性和生产力,乔木层、灌木层和草本层结构合理,郁闭度及盖度较适合林下植物的生长,更新能力强,有较高的稳定性、活力性和抗干扰性。18个标准地处于亚健康阶段,林分的层次结构相对完整,物种多样性较高,更新能力较强。7个标准地处于中健康状态,主要特点是蓄积量、物种多样性较低,天然更新能力中等。1个标准地属于不健康状态,其单位面积蓄积量低,林下植被种类少,缺乏闽楠母树,其单位面积蓄积量、天然更新、郁闭度、物种多样性等指标分值都低。
[0139] 总体来说,研究区闽楠天然次生林整体上处于亚健康状态,与期望的健康状态有所差距。因此,应进行以森林健康为导向的健康经营活动,加强对林分结构的调整,促使林分向复层、混交方向发展,提高林分生产力和抵抗灾害的能力,充分挖掘其生长潜力,促进其向稳定、健康的森林正向演替发展。
[0140] 根据以上评价结果,申请人建议从提高林分活力、优化林分结构、增强林分稳定性、维持林分持续性、加强健康经营宣传、注重管护与监测等方面加强对闽楠天然次生林的经营与管理,以促进其向健康方向发展。
[0141] 最后应当说明的是,以上实施例仅用于说明本申请的技术方案而非对其保护范围的限制,尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明,所述领域的普通技术人员应当理解:本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或等同替换,但以上变更、修改或等同替换,均在本申请的待授权或待批准之权利要求保护范围之内。
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