桉树人工林生态目标量化评价指标体系的应用

桉树人工林生态目标量化评价指标体系的应用

杨水珍

身份证号码：452330198105212***

摘要：随着桉树人工林经营水平的提高，桉树人工林不仅满足木材的需求，还发挥生态效益等其他功能。本文综合之前学者对于人工林生态效益的研究结合实地调查，对人工林生态价值各部分进行细分，提炼出桉树人工林生态目标详尽准确的评价因子，并对各因子赋予权重，构建起桉树人工林生态目标评价体系，以达到量化评价的目的，以期最大限度地发挥南方人工林的生态效益，并为林业决策部门、人工林相关法规制定单位、林业经营管理者进行相

关活动时提供科学依据。

关键词：桉树人工林；生态评价；指标体系；应用

作为速生丰产树种代表的桉树(Eucalyptus)，其人工林所体现的经济、社会价值得到普遍认可，它部分填补了我国的木材需求缺口，缓解木材供需紧张局面，解决了大量富余劳动力的就业问题。预计我国2015年木材消费量达到3.3~3.4亿m3，而国内可供应量只有1.9亿m3，桉树人工林是最优良的木材供应树种之一，可见其经济社会价值不可或缺。但是，桉树人工林的生态价值未得到全面认识，如何更好地提高桉树人工林的生态效益也是亟待解决的问题。本研究在森林经理学的基础上利用森林生态学、系统科学等知识，力求正确评价桉树人工林的生态价值，为更好发挥桉树人工林生态效益提出建议。

1材料与方法

1.1试验

某地处热带北缘海洋性季风气候区，每年6—11月为热带风暴和台风季节。年平均气温在23.0~23.5℃，年平均日照时数达1817.7~2160.8h。雨量充沛，干湿季节较明显，年平均降雨量为1864.5mm，年平均蒸发量为1725.5mm，相对湿度85%。土层厚度为40~100cm，土壤肥力不高，富铝化，砖红色，酸度大，盐基不饱和。地形地势按其起伏程度不同，主要为平台地和丘陵地。现有经营面积4.95万hm2，其中林业用地面积4.74万hm2，林分面积3.2万hm2，桉树人工林面积2.97万hm2，占林分面积的93%。

1.2研究方法

建立了多层次的森林评价指标体系后，综合评价的第一步是要确定各指标的分值，而评价指标的性质往往是不同的。一方面是各指标的量纲不同；另一方面是各评价指标反映出体系的不同侧面，所以，采用的指标形式有所不同，有的是总量指标，也有的是相对指标或平均指标，从而使各评价指标单位不同。因此必须通过无量纲化的方法加以解决，即通过数学变换来消除原来指标量纲的影响。无量纲化的方法使用隶属函数法，是假设第i个评价指标的最优值为bi，最劣值为ai，实际值为xi，Ri(x)为无量纲化后的评价值，则隶属函数为：

对于正指标(ai<bi)

对于逆指标(ai>bi)

隶属函数法的无量纲化适用于时间序列的评价指标值，不适用于单个时间指标。对于正指标，评价时间序列内实际值最大者为1，最小者为0；对于逆指标，评价时间序列内实际值最小者为1，最大者为0。

2结果与分析

指标体系建立后在实际中运用是否能达到很好的效果，需要通过实例进行验证，验证内容包括指标的选择是否合理，指标权重的确定是否准确，指标无量纲化是否科学等。本文使用国营营建的桉树人工林进行实例运用和验证，数据来自实地调查和以往资料的收集。

2.1生态系统健康评价

生态系统健康包括林木情况和生态系统安全2个二级指标，共几个三级指标。

2.1.1平均胸径、平均树高、平均冠幅、平均蓄积量

2008年4月对2003年营建的4个5年生无性系的中试林进行了调查，可以看出各无性系在胸径、树高、冠幅表现差异并不大，蓄积量表现要优于其他。得出5年生桉树无性系人工林的平均胸径是10.9cm，平均树高为16.3m，平均冠幅为3.6m，平均蓄积量为161.3m3·hm-2查阅相关资料，收集有关数据，确定平均胸径的最优值bi是13.5cm，最劣值ai为5.0cm；平均树高的最优值bi是21.5m，最劣值ai是6.0m；平均冠幅的最优值bi为4.5m，最劣值ai为1.0m；平均蓄积量的最优值bi为175.0m3hm-2，最劣值ai为50.0m3·hm-2。利用公式(1)计算出平均胸径、平均树高、平均冠幅、平均蓄积量的得分分别为0.6941、0.6645、0.7429和0.8904。

2.1.2平均密度、郁闭度

林木种植密度不是越高越好，也不是越低越好，它有一个最优值，而桉树人工林的种植密度一般较高，通常会超过最优值，所以针对桉树人工林，平均密度是一个逆指标。造林密度多采用2250株hm-2，根据桉树人工林的造林株行距一般是2m×3m，桉树人工林的造林密度的最优值bi是1667株·hm-2，考虑到林地多为平地，平地造林密度通常会偏高，通过查找资料，确定平均密度的最劣值为2900株·hm-2，利用公式(2)计算出平均密度的得分为0.5267。桉树人工林郁闭度普遍比较高，由于人工林种植密度高，所以郁闭度更高，通过调查，其平均郁闭度达到0.9。通过查找资料以及实地调查，桉树人工林郁闭度的最优值bi是0.95，最劣值ai为0.4，通过公式(1)计算出郁闭度得分为0.9091。

2.1.3病虫害发生率、火灾发生率

桉树人工林病虫害包括病害和虫害2类。病害常见的有青枯病(Ralstoniasolanacearum)，焦枯病(Calonectria)，丛枝病(Witches’broom)等；虫害主要有油桐尺蛾(Buzurasuppressaria)、茶尺蛾(Ectropisobliquehypulina)、栗黄枯叶蛾(Trabalavishnougi-gantina)、木蠹蛾(Holcocerus)、同安钮夜蛾(Anuaindiscrininate)、红脚绿金龟(Anomalacupripes)等等。

森林火灾也是森林健康的一个威胁。由于桉树人工林实行集约管理，因此发生森林火灾的概率相对较低，但也不可忽视，近年来桉树人工林出现了人为火灾频发的现象，表现在两方面，一方面是林地工人疏忽大意，在林地用火之后没有及时处理引致火灾，另一方面林业公司在山区承包土地，与当地村民发生纠纷，村民人为纵火引起的火灾。本文森林发生率以1a中发生火灾的天数除以365d来计算，重视森林防火工作，火灾发生率在5%以下。通过分析资料，确定森林火灾发生率的最优值bi是2%，最劣值ai是30%。通过公式(2)计算出指标火灾发生率的得分是0.8929。

2.2生物多样性评价

2.2.1林下植物物种数量、无性系数量

林下植物物种数量(简称为物种数量)是生物多样性最直接的指标，本文总结作者2012年6月在进行实地调查的数据及2002年调查的数据，为桉树人工林物种数量做全面的评价。

桉树人工林林下物种数量丰富，通过实地调查以及总结以往资料，桉树人工林林下植物主要有飞机草(Eupatoriumodoratum)、芒(Mis-cauthussiueusis)、阔叶丰花草(Borrerialatifolia)、假臭草(Enpatoriumcatarium)、弓果黍(Cyrtococcumpatens)、光叶山黄麻(Tremorcauuabiua)、银柴(Ap-orusadioica)、粪箕笃(Stephauialouga)、舞草(Co-dariocalyxmotorius)、豆腐柴(Premnamicrophylla)、酸藤子(Embelialaeta)、大青(Clerodeudrumcyr-tophyllum)。

2012年作者调查的林下物种数量为45，两者有差异主要是由于2012年调查设置的样方数偏少，不能全面调查出桉树人工林林下物种的种类。依据调查结果可知局桉树人工林物种数量可达75种。而相关资料显示，处于热带(海南)的桉树人工林林下物种数量达到224种，这是物种数量指标的最优值bi。而广东、广西以北的桉树人工林物种数量较少，通过对比分析，确定桉树林下物种数量的最劣值ai为几种，通过计算得出本项指标分值为0.2696。

桉树在测试的无性系很多，但是真正用于生产的无性系却偏少，这主要是因为桉树人工林经营者以经济目标为出发点，对经济效益不足的无性系鲜有使用，最终导致主要集中在几个无性系，也造成了一些弊端，这一直是育种专家和经营者着力想解决却难以解决的问题。通过调查，常用的无性系有几种，收集相关资料及询问相关专家，确定桉树无性系数量的最优值bi为10种，最劣值ai为2种，故无性系数量这项指标得分为0.7500。

2.2.2多度、盖度

多度是指在某个样方内某个物种出现的次数。通常采用七级制多度：SOC(极多)、COP3(数量很多)、COP2(数量多)、COP1(数量尚多)、SP(数量不多而分散)、SOL(数量很少而稀疏)、UN(个别或单株)。本文以COP2(数量多)及以上的物种数量来评价林下植物的多度。

图1桉树人工林林下植被盖度情况

由图1可知，林龄为0.5a时，林下植被的盖度最高，总盖度达到0.8500，之后逐渐降低，直至林龄4.5时的0.4611，这是因为随着桉树人工林的生长，林下植被生长受到抑制，其中在林龄为3.5a时，盖度稍微上升为0.5331，这是林下植被与人工林竞争的结果。桉树人工林林下植被的平均盖度为0.5732。通过结合作者2012年的调查，确定桉树人工林林下植被盖度的最优值bi为0.7000，最劣值ai为0.2500。盖度的得分为0.7182。

2.2.3生态系统类型数量、景观类型数量、景观观赏性

本文的生态系统是在桉树人工林这个大生态系统下相对小尺度的类型。它们都是以桉树人工林为基础，但由于土壤、气候环境的不同而呈现出不同的特点。这种小生态系统类型的多样性有利于保持生态系统的稳定性，同时也是生物多样性的反映。林业公司将8个林场划分为3片，分别是南片、中片、北片。这种划分是出于经营上的考虑，因为不同片区经营环境不同，经营措施也应相应改变。同时，这也为不同生态系统类型做了划分，3个片区同时是3种不同的生态系统类型。南片生态系统生物多样性最丰富，经营水平相对较高，北片生态系统多样性最贫乏，中片在两者之间。通过分析相关资料，确定生态系统类型指标的最优值bi为5，最劣值ai为1，本项得分为0.5000。

2.3碳汇评价

2.3.1各部分碳密度

根据作者的调查与数据分析，乔木层各部分碳含量取值如下：干材47.56%，干皮43.46%，光枝47.76%，叶枝47.15%，树叶49.45%，根蔸47.49%，粗根46.63%，细根47.61%，吸收根45.99%。利用乔木层各部分生物量的比重乘以各部分碳密度得出乔木层的总碳密度为47.23%。通过分析相关资料，确定乔木层碳密度的最优值bi为48.00%，最劣值ai为45.00%，计算得出本项得分为0.7433。

林下草本层的碳密度40.74%，草本层的碳密度是地上部分各部分碳密度最低的，主要是因为草本木质化程度比较低。通过分析，确定桉树人工林草本层碳密度的最优值bi为41.00%，最劣值ai为40.00%，通过公式(1)计算出本项得分为0.7400。林下凋落物层的碳密度为42.23%，比草本层略高，比灌木层低，这是由于凋落物层既有草本的凋落物，也有灌木的凋落物，还有乔木层的枝叶凋落。通过分析，确定凋落物层的碳密度的最优值bi为44.00%，最劣值ai为41.00%，计算出本项得分为0.4100。

2.3.2各部分碳储量

2.3.2.1乔木层碳储量

各受调查的无性系乔木层平均碳储量比其他很多林场的碳储量要高，通过对比确定乔木层碳储量指标的最优值bi是58.0t·hm-2，最劣值ai是20.0t·hm-2，通过计算得出本项得分为0.8407。

2.3.2.2灌木层、草本层、凋落物层碳储量

各无性系草本层平均碳储量是0.7t·hm-2，变异系数是53.22%。草本层碳储量的差异性没有灌木层大，通过对比分析，确定草本层碳储量的最优值bi是0.9t·hm-2，最劣值ai为0.3t·hm-2，计算得出本项得分为0.7183。

2.3.2.3土壤层碳储量

土壤层平均碳储量92.0t·hm-2。土壤碳储量最高，是106.9t·hm-2，其次是中部的北坡，为87.45t·hm-2，最低是北部石岭，为81.8t·hm-2。土壤碳储量沿土层由上往下逐渐减少，0~20cm层平均碳储量是43.4t·hm-2，占土壤碳储量47.11%。20~40cm层平均碳储量是28.7t·hm-2；40~60cm层平均碳储量是20.0t·hm-2。

2.4生态系统水环境评价

2.4.1径流密度、年平均耗水量

根据中澳合作项目“桉树与水”对桉树林耗水等问题的研究，结果表明4年生尾叶桉日平均径流密度为2306L·m-2·d-1，其中河头林场为2772L·m-2·d-1，纪家林场为1839L·m-2·d-1。对比相关资料，确定桉树人工林径流密度的最优值bi为1500L·m-2·d-1，最劣值ai为3800L·m-2·d-1，利用公式计算出本项得分为0.6469。“桉树与水”项目结果表明桉树人工林日平均耗水量为1.51mm，年平均耗水量为551mm，占同期年降水量的35.5%。此耗水量较国外的相关研究要低，分析资料，确定桉树人工林年平均耗水量的最优值bi为400mm，最劣值ai为1900mm，通过公式计算得出本项得分为0.8993。

2.4.2土壤含水量

根据相关学者的研究，桉树人工林0~4m土壤的最大含水量平均值为305.5mm，略低于热带和亚热带山地森林的土壤蓄水能力。对比相关资料，确定桉树人工林土壤含水量的最优值bi为400.0mm，最劣值ai为130.0mm，计算得出本项得分为0.6500。

2.4.3林冠截留、总截留根据相关学者

对桉树人工林冠层对降雨截留的研究，在正常年份(降雨量2016.7mm)，冠层截留

量为215.4mm。冠层截留量随降雨量增大呈增大趋势，而林冠截留率与降雨呈显著幂函数负相关。分析相关资料，确定桉树人工林冠层截留的最优值bi为270.0mm，最劣值ai为110.0mm，本项得分为0.6588。

2.5生态系统土壤环境评价

2.5.1N/P/K含量、有机质含量

本文分析了2000年和2012年的土壤N/P/K含量情况。

在不同年份土壤6个肥力指标的差异均不显著(P>0.05)，说明2000年和2012年土壤肥力没有发生大的变化。全K含量有所降低，2000年平均值为0.78g·kg-1，2012年为0.61g·kg-1，通过分析资料，确定桉树人工林全N含量的最优值bi是1.02g·kg-1，最劣值ai是0.31g·kg-1，以2012年的数据为标准(以下同)，得出本项得分为0.4225。全P含量也是有所降低，2000年为0.24g·kg-1，2012年为0.17g·kg-1，通过分析，确定全P含量的最优值bi是0.37g·kg-1，最劣值ai为0.09g·kg-1，计算出本项得分为0.2854。全K含量有所上升，2000年的平均值是2.54g·kg-1，2012年的平均值为3.56g·kg-1，通过分析，确定全K含量最优值bi是4.73g·kg-1，最劣值ai是1.16g·kg-1，计算出本项得分为0.6723。碱解N含量有所上升，2000年为51.46mg·kg-1，2012年为49.86mg·kg-1，通过分析，确定碱解N最优值bi为68.56mg·kg-1，最劣值ai是27.90mg·kg-1，计算得出本项得分为0.5401。有效P含量上升，2000年为2.52mg·kg-1，2012年3.82mg·kg-1，通过分析，确定有效P最优值bi为4.82mg·kg-1，最劣值ai为1.12mg·kg-1，计算得出本项得分为0.7297。速效K含量有所上升，2000年平均值为29.73mg·kg-1，2012年为33.17mg·kg-1，通过分析，确定桉树人工林速效K最优值bi为45.95mg·kg-1，最劣值ai为15.94mg·kg-1，计算得分本项得分为0.5066。将6个分指标的得分加权平均得出本项指标的得分为0.5262。

图2不同年份不同地点土壤有机质含量

土壤有机质也是土壤肥力的重要指标。本文分析了2000年和2012年的土壤测试数据。由图2可知，2000年土壤有机质平均含量与2012年差别并不大，2000年的平均值是19.01g·kg-1，2012年的平均值为17.54g·kg-1。2000年不同地点土壤有机质含量的标准差是10.81，变异系数是56.88%；而2012年的标准差是5.24，变异系数是29.89%，说明两个时期不同地点的土壤有机质含量都存在明显差异，这也是不同林场存在不同土壤肥力的反映。分析相关资料，确定桉树人工林土壤有机质含量的最优值bi是45.0g·kg-1，最劣值ai是3.0g·kg-1，以2012年的数据为准，计算得出本项得分为0.3462。

2.5.2土壤微生物根据相关学者的研究，土壤微生物比较丰富。

图3土壤微生物数量

由图3可看出各样地土壤微生物差异明显，体现了土壤微生物随着土壤条件的变化而变化。0~20cm层土壤微生物数量最多，接下来是20~40cm层，最少是40~60cm层，土壤微生物数量随着土壤深度的加大而逐渐减少。土壤微生物数量的平均值是32.36×104个·g-1。通过分析相关资料，确定桉树人工林土壤微生物数量的最优值bi为55.0×104个·g-1，最劣值ai为10.0×104个·g-1，计算得出本项得分为0.4969。

2.5.3土壤容重、土壤总孔隙度

土壤容重是土壤物理性状中相对稳定的重要指标，容重大小反映出土壤透水性、透气性和根系生长时的阻力状况。土壤容重增加，会使土壤变得更为坚实，这对桉树的根系伸展、分布状况、根系的数量和根的结构产生影响，以致根系对水分、养分的吸收受到阻碍。

图4各土层土壤容重

由图4可看出，各土层土壤容重差异不大，平均值为1.49g·cm-3，分析相关资料，确定桉树人工林土壤容重的最优值bi为1.40，最劣值ai为1.63，计算得出本项得分为0.6087。土壤总孔隙度反映土壤的通气和渗透性，由2006年调查的数据显示土壤的总孔隙度平均值为43.6%。分析相关资料，确定桉树人工林土壤总孔隙度的最优值bi为46.5%，最劣值ai为38.6%，计算得出本项得分为0.6329。

2.6桉树人工林生态目标量化评价总得分

将桉树人工林生态目标量化评价的各指标得分乘以各自指标的权重(各指标权重见文献[1])，再进行相加，最终得出生态目标量化评价的总得分为0.6814(满分为1)。

3结论和讨论

3.1结论

桉树人工林生态目标量化评价指标体系的建立充分考虑桉树林的普遍性和特殊性，因此将其应用到桉树人工林中取得了较好的效果，能客观地评价桉树人工林生态效益的实现情况。指标评分过程中使用隶属函数法进行指标无量纲化，将桉树人工林生态目标量化评价的各指标得分乘以各自指标的权重，再进行相加得到生态目标量化评价的总得分是0.6814(满分为1)。说明桉树人工林的生态经营水平处于中上水平，总体能较好地发挥其生态效益。在实现其经济效益的前提下能较好地实现桉树人工林的生态目标，说明桉树人工林整体的经营水平较高。

在36个三级指标的得分中，得分在0.8以上有7个指标，占全体指标的19.44%，分别是景观类型数量、郁闭度、年平均耗水量、火灾发生率、平均蓄积量、病虫害发生率、乔木层平均碳储量。说明桉树人工林经营在这些方面表现优秀。林地多为平地，桉树种植密度高，所以郁闭度较高；由于经营水平高，林木整体生长较好，平均蓄积量和乔木层碳含量得分高，在火灾和病虫害方面管控较好。得分在0.5~0.8之间的指标占了多数，有24个指标，占66.67%，这反映了桉树人工林生态效益的总体水平，同时也反映了本指标体系的合理性。其中指标无性系数量得分0.7500，说明所使用的无性系数量在行业中属于比较多的；总截留量得分为0.7139，这体现了林地能很好地做到雨水截留，对水土保持起到很好作用。N/P/K含量得分只有0.5262，说明林地土壤肥力中下，并不肥沃。得分在0.5以下的指标有5个，占13.89%，分别是土壤微生物数量、土壤层碳密度、凋落物层碳密度、有机质含量和物种数量。土壤微生物数量得分低是由于整地方式强烈，通常使用机械全垦，破坏了微生物的生长环境。土壤层碳密度和土壤有机质含量低说明土壤肥力不高，这是因为土壤贫瘠，经过多年桉树人工林的种植，土壤肥力得不到改善。物种数量得分低并非因为桉树林物种数量少，而是因其与热带(海南)地区桉树林的物种数量比较相对较少。

指标体系应用到桉树人工林系统中，能较好地反映其生态目标实现程度。相关数据的数据尽量做到全面、准确、细致，以期达到更准确的评价结果，尤其对于高权重的指标更加重视，例如碳汇、生态系统健康、生态系统土壤环境等，进行了实地调查，掌握较全面的数据。生态目标量化评价的最终得分为0.6814，考虑到各指标最优值的确定多数比较高，这个得分能充分说明桉树人工林发挥着重要的生态作用。其中林木评价蓄积量、乔木层碳储量处在行业(国内)的先进水平，耗水量、火灾、病虫害也得到很好控制，体现了的经营水平。

3.2讨论

指标评分过程中，指标最优值和最劣值的确定较困难，虽然在确定每个指标的优劣值时充分收集相关资料，或者进行实地验证，力争做到正确，本文各指标的优劣值也确实能反映桉树人工林行业的当前情况，但是一方面由于不同地区有不同环境，各指标的数量存在一定差异，为了保持指标体系的普遍适应性，指标的最优值与最劣值区间适当进行扩大，个别指标的得分会有所减低，例如本文的物种数量得分；另一方面，个别指标例如景观观赏性、

景观类型数量是定性指标，所以其得分只能在尽量科学的前提下做定性评价。今后的进一步研究目标是修订指标体系的最优值和最劣值，使评价体系更加科学，最优值和最劣值的确定要考虑多方面的因素，包括地域、经营主体、时代特征等方面，如何更科学合理地确定各指

标的优劣值是日后研究的方向。

参考文献

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