王景才，李 明，蒋新瑞，王艳华，王忠英，魏宇飞

(1.国家林业和草原局华东调查规划设计院，浙江 杭州 310019；2.费县自然资源和规划局，山东 费县 273400；3.费县国有林场总场，山东 费县 273400)

一类清查是国家森林资源调查体系的重要组成部分，以省为单位，利用固定样地为主进行定期复查[1]，一类清查是掌握国家森林资源宏观现状，消长动态，监督检查各地森林资源消长任期目标责任制[2]等的重要依据。及时了解国家森林资源的数量和质量以及其变化情况，有助于国家合理地制定林业发展计划和研究各项林业方针政策[2-3]。此外，一类清查数据也被广泛用于科学研究，主要涉及立地质量评价[4]、生长预估[1]、森林生物量及生产力[5]、碳储量估算[6-7]等。然而，使用一类清查数据分析不同林种内的树种、单木结构和生长动态的研究相对较少。

不同的林种其经营目标和发挥的主要功能不同，目前我国少林省份大部分森林都作为防护林和特种用途林[8]。山东省同属少林省份，面临最大的困难就是森林蓄积量小，森林面积越少，森林的生态作用相对越重要[9]。因此，充分了解主要林种的现状和生长动态，分析不同林种的结构，并提出相应的问题和建议，有助于全面掌握和规划区域内的森林资源，更好地促进森林可持续发展。

因此，本研究的主要目的是了解费县各地类的数量及变化，分析3个主要亚林种(水土保持林、一般用材林和果树林)的树种径级株数分布、树种重要值等非空间结构特征，并提出经营措施。

1 研究区概况

费县隶属于山东省临沂市，位于山东省东南部，地理位置：117°36′～118°19′E，35°01′～35°33′N，总面积1 660.11 km2[8]。属暖温带季风性气候，年均气温一般在13.1～13.9 ℃，年均日照时数2 532.1 h，年均降水量819.3 mm。费县地貌特征是低山、丘陵和倾斜的山前平原，山地占51.9%、丘陵占24.4%、平原占16.3%，有温河、浚河、祊河、涑河4条主要河流[8]。全县最高点为北部蒙山挂心崛子，海拔1 026 m，最低点在汪沟镇与临沂界的山水口，海拔75.3 m，平原海拔75～100 m，丘陵海拔100～200 m，山地海拔在200 m以上。

2 数据来源

本研究使用山东省费县的一类清查数据，包括3期(2007年、2012年和2017年)样地数据和2期(2012年和2017年)的单木数据，共有104个连续清查样地，样地面积667 m2，间距4 km×4 km。样地调查因子包括树种、胸径、树高等，林分因子包括优势树种、平均胸径、平均年龄、平均树高、物种个数、频度等。

3 研究方法

3.1 重要值

重要值(IV)是描述林木在林分中所占优势程度的指标之一，其公式如下[10]。

相对多度=(某一种植物总的个体数/样地内植物总个体数)×100%

(1)

相对显著度=(某一种植物所有个体胸高断面积之和/所有个体胸高断面积之和)×100%

(2)

相对频度=(某物种的频度/所有物种个体频度总和)×100%

(3)

重要值=(相对多度+相对显著度+相对频度)/3

(4)

3.2 树种多样性指数

树种多样性指森林群落中各树种的数量及个体数量分配的均匀程度，可以反映物种丰富程度和均匀性，体现群落的生境差异及结构类型等[11]。本研究选取物种丰富度(M)，Shannon-Wiener index(H′)，Pielou均匀度指数(J′)和Simpson index(S′)[12-14]等指标来描述不同林种内乔木树种多样性，公式如下：

M=(S-1)/lnN

(5)

H′=-∑PilnPi

(6)

(7)

J′=(-∑PilnPi)/lnS

(8)

式中：S为物种个数；Pi为物种重要值；N为全部物种的个体总数。

3.3 生长量和生长率

基于2012和2017年的调查数据，计算3个主要林种内乔木的胸径、断面积和材积年平均生长量。同时，利用普雷斯特生长率公式[15]计算相应的定期平均生长率(Periodic annual increment，PAI)：

PAIn=(ya-ya-n)/(ya+ya-n)×200/n

(9)

式中：PAIn为n年间平均生长率；ya和ya-n分别表示a(2017)和a-n(2012)年的乔木树种胸径(断面积或材积)。

4 结果与分析

4.1 一类清查样地土地类型变化

由表1可知，费县有森林资源一类清查样地104个。2007年和2012年各有9个地类，2017年地类增加至13个。其中2007年地类主要以耕地(共49块，占总样地数的47.12%)和乔木林(26块，占总样地数的25%)为主，而到2017年时，增加了其他宜林地、其他用地和未利用地3个地类，同时耕地数量减少至40个，特殊灌木林地从2个增加至19个，乔木林样地数量从26个减少至18个。

针对有林地，从林种来看，2017年比前两期增加了风景林，但是仅有2块样地；果树林林种的样地从11个增加到22个，水土保持林样地数减少了2个，一般用材林样地数量也从11个减少到4个。

4.2 树种重要值和物种多样性

费县森林资源一类清查样地主要有3个亚林种，即果树林、水土保持林和一般用材林，2017年出现的风景林是由于标准变化从水土保持林划分为风景林，因此将风景林和水土保持林统一当作水土保持林进行统计分析。针对这3个亚林种统计其主要林木，结果显示，水土保持林的树种数量从2012年的8个增加到2017年的15个，林种内主要以黑松和侧柏为优势树种，其重要值分别为2012年0.44和0.30，2017年0.34和0.33(表2)。而一般用材林以欧美杨占绝对优势。果树林内目的树种包括枣、杏、板栗等，但大多处于幼龄阶段，而胸径5 cm以上的乔木主要是板栗，重要值达0.49，其次为杏。

表1 2007-2017年费县一类清查样地土地类型变化

表2 2012年和2017年费县主要林种内树种重要值变化

与2012年相比，2017年3个林种的物种多样性指数总体基本呈现不断增加趋势(表3)。水土保持林内的物种丰富度和Shannon-Wiener多样性指数显著高于其他两者。一般用材林的Simpson生态优势度指数最大，而Pielou均匀度指数最低。

表3 2012年和2017年3个主要林种物种多样性变化

4.3 乔木径级结构

乔木林的径级结构研究表明(图1)，水土保持林的径阶-株数分布基本呈现“倒J型”，2017年时6和8径阶的林木株数比2012年增加。果树林的径级变化较大，6、8、10和12径阶变化幅度最大，费县是果树种植区，人工种植株数增加，该林种乔木林整体径阶结构表现出“倒J型”。一般用材林内乔木以欧美杨占绝对优势，径级分布呈现单峰或多峰分布。

图1 2012年和2017年3个亚林种内主要树种径阶株数分布

4.4 3个林种内蓄积分布

2012年，水土保持林、果树林和一般用材林的乔木蓄积量分别为44.55、13.02和19.12 m3·hm-2，2017年分别为54.14、18.37和48.36 m3·hm-2。水土保持林内蓄积多集中在10～24 cm径阶，黑松蓄积量占优势，其次是侧柏、刺槐，随着时间推移，大径阶树木的蓄积比例在增加。果树林内中小径阶蓄积偏多，以苹果为主，而大径阶林木蓄积以板栗居多，其次是杏。一般用材林中欧美杨蓄积占绝对优势。

4.5 乔木生长量

通过计算保留木的生长，总体看来，一般用材林的生长量和生长率均最大，其次是果树林，最后是水土保持林(表4)。水土保持林内，麻栎年均胸径生长量、胸径生长率最大，分别为2.70 cm和5.69%，其断面积和树种的材积生长率均最大，刺槐和黄檀的胸径年均生长量紧随其后。果树林内板栗胸径生长量最大，而刺槐的胸径生长率最高。一般用材林内欧美杨的胸径、材积生长量和生长率最大。

表4 2012-2017年3个林种树木生长量和生长率

5 结论与讨论

5.1 地类与林种变化

2007-2017年费县森林资源一类清查样地的地类发生了较大变化，主要是乔木林减少，一般用材林的样地数量由2007年的11个减少为2017年的4个，而特殊灌木林地从2个增加到19个，原因可能是林地和耕地之间存在着交替转换，且农民受到市场或者政策的影响，调整了农林种植结构[16]。同时，主要用材树种杨树被大量采伐，导致地类变为耕地等。2017年增加了一个林种，即风景林，其原因是2017年复查时的标准发生了变化，将原来部分乔木林归为特殊灌木林，并将两块水土保持林划为风景林。

5.2 树种多样性与林木生长

从费县的一类清查数据来看，2012年和2017年水土保持林每公顷蓄积量分别为44.55 m3和54.14 m3，低于全省水土保持林同期平均水平(分别为55.25 m3和60.01 m3)[16]。

水土保持林，就主要乔木树种黑松、侧柏、刺槐和赤松而言，刺槐的胸径、材积生长量最大，其次是赤松、黑松和侧柏，这与罗军伟对鲁中山区的研究结果类似[17]。一般用材林每公顷蓄积量从2012年的19.12 m3增长到2017年的48.36 m3，增幅较大，其原因可能是：①一般用材林内以欧美杨为主要树种，欧美杨为速生树种[18]，年均生长量也最大；②部分林木被采伐后保留的杨树获得了更多的营养空间，生长加快。

5.3 林木可持续发展

异龄林分中理想的直径结构分布情况是小径阶林木株数最多，随着直径的增大，林木株数按径阶依常数q值(相邻径阶株树比)急剧下降，达到一定直径后，株数减少的幅度趋于平缓状态，呈现近似于双曲线形式的负指数分布[19]或反J形分布[20-21]。充足的更新和林木进阶是保证森林可持续发展的前提。总的来说，费县一类清查样地内有林地总体生长良好，水土保持林内林木径阶分布呈“倒J型”，说明其短期内可以持续发展，2017年时6～8 cm径阶林木相对增加，说明林下更新进阶较好，需要采取人工抚育等措施调整林分结构、促进林下树木生长[19]。一般用材林中欧美杨占绝对优势，但其直径分布并不合理，原因可能是用材林受到较多的人工干预措施，大径阶林木多被采伐，而杨树天然更新较少，小径级林木得不到充分补充。同时，用材林多为纯林，抗性相对较差，在获得经济收益的同时注意防范病虫害的发生，为提供优质的速生木材提供保障。

总之，本研究利用山东费县3期一类清查数据，统计分析了地类和林种变化，也从实际结果中体现出清查规程的不断变化和调整。此外，通过分析一类清查样地不同林种的林分非空间结构，包括径级株数分布和林木生长量，可以更直观地体现森林的可持续性和生物多样性变化，为进一步采取合理措施调整和优化林分结构提供一定依据。