森林自然度調整系數研究
——以烏爾旗漢林業局為例

馮素靜，孫忠文，宮秀富，邢俊鵬，劉川江

（1.內蒙古大興安嶺碳匯科技有限責任公司，牙克石 022150；2.內蒙古大楊樹林業有限責任公司，大楊樹鎮 165456）

為了做好森林資源環境資產的評估，2008年以來，國家先后發布了《森林生態系統服務功能評估規范》、《森林資源資產評估技術規范》和《自然資源（森林）資產評價技術規范》等技術標準，這為森林資源資產評估提供了理論依據和技術指南。但在評估涵養水源、防止土壤侵蝕、物種保育等指標的生態價值時，森林自然度調整系數是必不可少的。因此，建立森林自然度指標體系，運用主成分分析法確定各指標權重，是森林資源資產評估必須突破的技術瓶頸，也是進行森林自然度調整系數研究的主要原因。烏爾旗漢林業局開展森林自然度調整系數的研究，填補了內蒙古大興安嶺林區的空白，主要目的是用森林實際的自然度值替代等步距劃分的森林自然度值，能夠更加快捷、精準地計算森林資源資產的價值量，為烏爾旗漢林業局生態功能區森林資源資產進行全面核算奠定基礎。

1 基本情況

1.1 地理位置

烏爾旗漢林業局有限公司地處大興安嶺西坡中部，位于內蒙古呼倫貝爾市境內，地跨牙克石市和鄂倫春自治旗。地理坐標為東經121°12′25″～122°50′43″，北緯49°14′04″～49°58′30″，東西長130 km，南北寬84 km。林業局東與諾敏森林經營所接壤，東南、南與北大河林業局毗鄰，西與免渡河林業局和牙克石市牧原鎮交界，北與庫都爾林業局相連。

林業局總面積59 3617 hm2。森林覆蓋率為82.44%，林木綠化率為82.88%。

1.2 森林資源

1.2.1 林地資源

烏爾旗漢林業局總面積593 617 hm2，其中：林權證內面積577 017 hm2，占林業局總面積的97.2%，林權證外面積16 600.0 hm2，占林業局總面積的2.8%。

1.2.2 林木資源

林業局總蓄積543 738 58 m3，其中活立木蓄積533 858 69 m3，占總蓄積的98.2 %；枯倒木蓄積987 989 m3，占總蓄積的1.8%。

活立木蓄積中，喬木林蓄積51 097 858m3，占活立木蓄積的95.7%；散生木蓄積2 258 661m3，占活立木蓄積的4.2%；疏林地蓄積29 351 m3，占活立木蓄積的0.1%。

1.2.3 喬木林資源結構

按起源分：天然喬木林面積436 390.0 hm2，占喬木林地面積的90.4%；人工喬木林面積38 194.3 hm2，占喬木林地面積的7.9%；人天混喬木林面積8121.3hm2，占喬木林地面積的1.7%。

按優勢樹種分：落葉松分布較廣，面積338 636.7hm2，占喬木林地面積的70.3%；其次為白樺，面積111 989.8hm2，占喬木林地面積的23.2%；少量分布樟子松、山楊、楊樹、柳樹、黑樺等。

2 項目研究的內容及分析

2.1 項目研究內容

森林自然度是指地段森林生長發育過程狀態與森林（頂級）狀態的距離，具體含義包括總蓄積量、蓄積結構、樹種組成等與森林頂級狀態的近似程度。森林自然度調整系數是評估林分自然度值與參照林分自然度值的比值。它是用來評估林分生態價值的重要參數。目前，國內采用的是等步距法給森林進行自然度賦值，不能精準確定林分的自然度值，從而導致自然度調整系數不能精準計算，這樣會導致森林生態系統功能價值評估也不夠準確。近年來，森林自然度的相關理論與評估方法的研究，逐漸成為國內外近自然林業理論研究的重點。但因影響森林自然度的因子眾多，指標體系引用和確定難以統一，有些體系雖然能夠合理確定林分自然度，但需要大量的前期監測，不適合推廣應用。主要表現在：缺乏統一的、權威的被廣泛認可的指標體系；定性評價的多，定量評價的少；參照系選擇難度大。當前，內蒙古大興安嶺林區還沒有建立森林自然度指標體系，也就沒有不同林分類型的自然度值。本研究的內容主要包括建立適合在內蒙古大興安嶺林區推廣的森林自然度指標體系和確定特定小班的森林自然度調整系數，為科學評估內蒙古大興安嶺生態功能區森林生態價值提供基礎參數。

2.2 項目研究程序

2.2.1 自然度等級篩選

依據《森林資源規劃設計調查技術規程》，以2018 年森林資源檔案的森林自然度等級為自變量篩選二類調查小班。

二類調查將天然林按照植被狀況與原始頂極群落的差異，或次生群落位于演替中的階段劃分為3 種類型：原始林Ⅰ級、次生林Ⅱ級、殘次林Ⅲ級。自然度等級落實在年度森林資源檔案上，用以區分不同林分類型與原始林或頂極群落的差異。借鑒國內自然度研究成果，本研究依據二類調查取值范圍，將自然度劃分為4 個等級，分別為：Ⅰ級原始林狀態、Ⅱ級次生林狀態、Ⅲ級殘次林狀態、Ⅳ級人工林狀態及疏林狀態。

2.2.2 構建自然度評價指標體系[1]

對森林自然度有效評價的前提應該是建立科學、合理的評價指標體系。森林自然度評價指標選取遵循以下原則：

①所選指標應該能夠有效區分林分的自然和人為特征；②客觀性強，具有說服力，能夠得到一致、準確的計算結果；③具有可測性，能夠通過已有數據計算得到；④對林分范圍的變化有較強的敏感性；⑤便于推廣應用。

森林自然度評價是一個困難而復雜的工作，在一些高山陡角和國家一級公益林內還存在部分沒有經過人類經營活動干擾及自然干擾的林分，但也很難弄清森林的具體組成情況，因此，選用指標要綜合考慮空間尺度上的頂級樹種、森林類型、林分活力、物種多樣性、受干擾程度等約束類型。本研究按照以上約束類型，通過多次專家咨詢、集中探討，確定10 個評價指標，自然度評價指標體系見表1。

表1 自然度評價指標體系

2.3 結果與分析

2.3.1 樣地選擇與林分因子選用

為了充分利用現有的森林資源檔案資料，便于確定特定林分的森林自然度值，本研究選用森林資源二類調查數據作為森林自然度評價基礎，同時搜集其他與研究地區有關的數據和圖像資料，并選擇樣地進行生態因子復查，以森林資源檔案從Ⅰ級頂級群落到Ⅳ級人工林劃分的4 個自然度等級為框架，在林業局生態功能區范圍內，區分不同林場、坡向、坡位、樹種、海拔高度、地位級、土壤、可及度等因子，選擇有代表性的200 個二類小班為研究對象（見表8指標賦值表），選用2018年森林資源檔案記載的土地種類、起源、林型、郁閉度、樹種組成、優勢樹種、林分單蓄、群落結構、下木、地被物、干擾程度、過去經營情況、更新情況因子等，結合生物多樣性指數、野生動物多度、動物多樣性分級等，對選用小班自然度進行量化打分。

2.3.2 計算指標權重

根據自然度研究的需要，在不同自然度的林分條件下，按照隨機抽樣的原則抽取了200個樣本，每個樣本中均有相同的10 個屬性，分別是：動物多樣性、起源、郁閉度、頂級樹種、群落結構、干擾程度、更新等級、林分單蓄、生長狀況、Shannon。利用熵值法來確定各指標權重。

（1）選擇200個樣地作為方案，每個方案中均有10個屬性,見表2。

表2 方案屬性

（2）求出第j 個屬性下的第i 個方案Ai的貢獻度，先求出各列的和，然后用每行的數值比上列和，形成新的矩陣。

（3）可利用熵信息的概念確定權重，假設多屬性決策矩陣如下：

表示第j個屬性下第i個方案Ai的貢獻度。

表3 D矩陣

（4）求出所有方案對應屬性Xj的貢獻總量，將上面生成的矩陣每個元素與ln(元素）的積可以用Ej來表示所有方案對屬性Xj的貢獻總量：

其中，常數K=1/ln(m)，這樣，就能保證0≤Ej≤1，即Ej最大為1。

由式中可以看出，當某個屬性下各方案的貢獻度趨于一致時，E趨于1；特別是當全相等時，也就可以不考慮該目標的屬性在決策中的作用，即此時屬性的權重為零。

（5）求出常數K，K為1/ln（方案數），本項目中有個200方案，在求K與新矩陣每一列和的乘積，這樣獲得的10 個積為所有方案對屬性Xj的貢獻度。至此求出所有的Ej。

表5 K值與Ej貢獻總量

（6）dj為第j 屬性下各方案貢獻度的一致性程度。Dj=1-Ej，利用上面求得的Ej，可以得到dj。

表6 各方案貢獻的一致程度

（7）各屬性權重為對應的dj與所有dj和的商。dj的和為0.205 482 232，求得各屬性的權重。

表7 各屬性的權重

2.3.3 指標賦值[1-2]

本次采用指標定量評價方法，既利用森林資源檔案，對森林資源檔案的相關指標（指標層）分類型（約束層）歸納、整理，然后依據單項指標差異區間進行賦值，各項指標確定權重后計算綜合數值來衡量特定林分的自然度。賦值方法主要參考了《中華人民共和國環境保護標準生物多樣性評價標準》、中國林業科學研究院趙中華的博士學位論文《基于林分狀態特征的森林自然度評價》、中南林業科技大學臧顥的碩士學位論文《森林自然度的計量模型研究》、楊韜等《山岳型風景名勝自然度評價指標體系的構建》（新浪博客、2016年4月5日）等研究成果，結合林區專家經驗劃分賦值區間和分數。各項指標以1為基數，負向指標進行正向化處理。詳見表8。

表8 指標賦值表

2.3.4 建立參照系

（1）以選定的200 個森林自然度核算樣地為樣本，以樣本內各樣地10 個指標賦值為基數，計算各指標權重得分，累加后得到各個樣地自然度得分。表達式如下：

式中：

NI——樣本森林自然度得分；

n——指標個數；

fi——森林自然度評價指標量得分；

Wi——第i個指標的權重值。

（2）以二類自然度等級劃分為基礎，在樣本內求得4 個自然度等級的平均得分，作為這個自然度等級的參照林分森林自然度值，既NI0。詳見表9。

表9 各自然度等級平均得分表

2.3.5 自然度調整系數

根據自然度調整系數計算公式計算評估林分自然度調整系數。公式如下：

式中：K2——森林自然度調整系數；

NIe——評估林分森林自然度值；

NIo——參照林分森林自然度值。

3 結論

森林自然度是反映森林現實狀況的一項重要指標，也是進行森林經營、恢復和重建的重要依據。森林自然度調整系數是核算森林資源資產價值的重要參數，在評價現實森林自然度調整系數時，指標選擇應當科學、合理，具有代表性、可比性、客觀性和敏感性，在評價方法的選擇上應當遵循具有可操作性，易于理解和掌握，易于量化，簡單實用的原則。通過研究表明，用本土實際的森林自然度值替代等步距劃分的森林自然度值，能夠更加快捷精準地計算森林資源資產的價值。烏爾旗漢林業局森林自然度指標體系包括：森林類型、樹種結構、林分活力、物種多樣性、干擾程度等5個約束層類型共設置10 個具體指標，指標選用契合《森林資源檔案》《森林資源規劃設計調查技術規程》《內蒙古大興安嶺動物調查報告》給出的各項相關因子、技術標準和動物分布概況，計算森林自然度值方便快捷，并且能夠計算任一特定林分（二類小班）的自然度值。K2是森林資源資產價值核算的必要參數，此前的森林資源資產價值評估核算，都是引用其他成果文獻的數值，與所要評估的林分實際出入較大。

本研究的先進性和實用性體現在：

一是所選擇的樣本分布在烏爾旗漢15 個生態功能區，區分不同自然度等級、齡組、起源、群落結構、更新等級、優勢樹種、郁閉度、林分單蓄、干擾程度等，具有本土特色，代表性強。

二是確定自然度評價指標體系。森林自然度評價是一個復雜的過程，單一變量并不能充分描述現有林分與天然林之間的差異，因此，使用的是多個指標的組合而不是單個指標，指標賦值依據科學，計算特定林分森林自然度調整系數方便快捷。

三是評價指標量化。運用主層次分析法賦權重，進行線性組合及歸一法處理。

四是計算自然度調整系數。選擇參照系，依次進行“分析—降維—因子分析”，確定各主成分對應特征值，通過數學公式和系統軟件計算得出不同林分森林自然度調整系數。

森林自然度調整系數研究，主要目的是為了對內蒙古大興安嶺生態功能區森林資源資產進行全面盤查，以貨幣單位評估森林資源資產總價值，為森林資源資產評估提供技術支撐。