Analysis of Changes in China's Forest Resources and Age Group Optimization
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摘要: 依据1973—2018年9次森林资源清查数据,分析了森林资源在覆盖率、龄组结构等方面的变化规律。根据中国的森林资源和人口背景,对适宜森林覆盖率进行了研究。针对森林资源龄组中幼化问题,构建了龄组优化模型,进行龄组结构推演并提出了可持续发展建议。结果表明:中国森林覆盖率呈稳步上升趋势,但宜林地面积有所下降,各期的森林资源龄组平衡率均低于0.8,龄组结构极不协调;以第9次森林资源清查人均森林面积0.16 hm2为标准,中国适宜森林覆盖率为25.89%,31个省域中仅有15个省达到人均森林面积标准;中国森林理想龄组比例为幼龄林占16.00%,中龄林占21.33%,近熟林占16.00%,成熟林占30.67%,过熟林占16.00%。本研究构建的龄组优化模型可调控龄组趋于平衡,模型推演后的龄组平衡率可达0.85,该模型理论和结果可为中国森林资源管理提供参考,对促进中国林业高质量发展具有借鉴意义。Abstract: Based on the data from the first to ninth forest inventories from 1973 to 2018, this study analyzed the patterns of changes in forest resources in terms of cover and age group structure. According to the situation of forest resources and population in China, the suitable forest coverage rate was studied. In response to the problem of young age groups of forest resources, an age group optimization model was constructed, the age group structure was optimized, and development suggestions were made. The results show that China's forest cover is steadily increasing, but the area of suitable land for forest has decreased, the age-group balance ratio of forest resources in all periods is lower than 0.8, and the age-group structure is extremely uncoordinated. According to the standard of 0.16 hm2 per capita forest area in the 9th forest resource inventory, the suitable forest coverage rate in China was 25.89%, and only 15 of 31 provinces reached the standard of per capita forest area. The ideal age-group ratio of China's forests were 16.00% in young forest, 21.33% in middle forest, 16.00% in near mature forest, 30.67% in mature forest and 16.00% in overmature forest. The age group optimization model constructed in this study can regulate the age groups to tend to balance, and the adjusted age group balance rate can reach 0.85. The theory and results of this model can provide reference for forest resource management in China.
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改革开放以来,通过一系列林业生态建设和保护工程的实施,中国造林绿化实现了森林面积和蓄积的双增长,现已步入控制数量、提升质量的新发展时期[1]。目前,中国仍是一个缺林少绿、生态相对脆弱的国家,森林资源存在质量不高、分布不均的问题。中国的中幼龄林居多,木材产量不足,林业木材供给能力仅能满足50%,还有一半依靠进口[2-3]。因此,全面认识中国森林资源数量现状及变化趋势,提高森林质量具有重要的现实意义[4-5]。
森林面积和蓄积是衡量森林数量的重要指标。国内许多学者在全国和区域范围内进行了森林面积和蓄积动态变化趋势的研究,并从权属结构、起源结构、树种组成结构、龄组结构等多个方面进行了构成分析。已有研究利用第1~6次全国森林资源清查数据对中国森林资源结构变化进行了分析[6-7]。崔海鸥等[8]利用第9次全国森林资源清查数据,通过与第8次清查数据对比,基于比较研究法和文献分析法,分析了2014—2018年中国森林面积和蓄积随时间的变化趋势。此外,多数研究还从省域尺度出发,定量分析了江西省[9]、北京市[10]、湖北省[11]、海南省[12]等区域的森林面积和蓄积的结构变化规律。
中国的森林覆盖率始终呈稳步上升趋势,截至2020年底已达23.04%,但仍低于全球31%的平均水平[13]。从宜林地情况来看,中国宜林地面积持续减少,由第1次森林资源清查的7793万hm2减少到第9次清查的4998万hm2,其中立地条件好的仅占11.15%,差的多达50.82%[14]。中国适宜造林的国土空间非常有限,且主要分布在西北和内蒙西部,现实的地理国情、人口、社会经济和自然资源承载力不足以支持高于30%的森林覆盖率[3]。确定适宜森林覆盖率有助于制定符合中国国情的森林经营规划,从而通过人为调整提高森林质量[3, 9]。因此,亟需预测中国适宜森林覆盖率,为今后合理实施规划造林计划、实现森林可持续经营提供科学依据,助力林业高质量发展。优化森林龄组结构,特别是增加成过熟林的面积比例,有利于提高林地生产力,增加木材产品的供给能力,逐步缓解木材供需的结构性矛盾。中国森林资源面积、蓄积呈双增长趋势,但存在中幼龄化、单位面积蓄积较低等问题。按龄组分,中国中幼龄林面积占比超过60%,可利用的近、成、过熟林少,龄组结构极不协调[8, 15]。从单位面积蓄积来看,中国乔木林94.83 m3/hm2,而德国可达336 m3/hm2[13-14],这个数据与发达林业国家差距甚大,扣除自然地理条件、国情文化等因素,其主要差距在森林龄组结构上。中国森林单位面积蓄积的增长空间还很大,科学合理的龄组优化与造采设计是提高林地生产力,促进森林资源可持续发展的可行途径[5]。
本研究基于反映森林资源数量的关键指标,分析中国森林资源数量的变化规律,在对森林资源质量进行再认识的基础上,以第9次森林资源清查人均森林面积0.16 hm2为标准,预测中国适宜森林覆盖率,并以改造优化森林龄组结构为目标,建立适用于国家的森林龄组推演模型,以期对森林资源质量问题研究有所启示,为我国制定相关森林资源发展政策提供参考。
1. 研究方法
1.1 数据来源
根据抽样理论,实施以省(市、自治区)为单位,采用固定样地为主,遥感判读为辅,每隔5年进行定期复查的森林资源调查。中国在1973—1976年开展了第1次全国森林资源清查,到2014—2018年第9次森林资源清查时,全国已有固定样地41.5 × 104个,清查面积957.67 × 104 km2[14]。本研究利用1973—2018年共9期全国森林资源清查数据进行分析和建模。
1.2 森林最大覆盖率估计
以第9次森林资源清查人均森林面积0.16 hm2为标准,估计各省(市、自治区)的适宜森林覆盖率,具体分为如下2种情况:
1)已达到国家人均森林标准的省份:
$ 省域适宜森林覆盖率=\frac{省域现有森林面积}{省域土地总面积}\times 100\text{%} $
(1) 2)未达到国家人均森林标准的省份:
(1)若可造林面积 > (全国人均森林面积 × 省域总人口数–省域现有森林面积):
$ \begin{array}{c} 省域适宜森林覆盖率=\\ \dfrac{全国人均森林面积\times 省域总人口数}{省域土地总面积}\times 100\text{%} \end{array}$
(2) (2)若可造林面积 < (全国人均森林面积 × 省域总人口数–省域现有森林面积):
$ \begin{array}{c} 省域适宜森林覆盖率=\\ \dfrac{省域可造林面积 + 省域现有森林面积}{省域土地总面积}\times 100\text{%} \end{array}$
(3) $ \begin{array}{c} 可造林面积=迹地面积 + \\ 宜林地面积-失败造林地面积 \end{array} $
(4) 1.3 理想龄组估计与推演
1.3.1 理想龄组比例估计
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表 1 全国主要树种不同龄组的进阶年限Table 1. Promotion years of different age groups of major tree species in Chinaa 树种 起源 幼 幼–中 中–近 近–成 成–过 红松、云杉、柏木、紫杉、铁杉 天然 30 40 20 40 30 红松、云杉、柏木、紫杉、铁杉 人工 20 20 20 40 20 落叶松、冷杉、樟子松、赤松、黑松 天然 20 40 20 40 20 落叶松、冷杉、樟子松、赤松、黑松 人工 10 10 10 20 10 油松、马尾松、云南松、思茅松、华山松、高山松 天然 15 20 10 20 15 油松、马尾松、云南松、思茅松、华山松、高山松 人工 10 10 10 20 10 杨、柳、桉、檫、泡桐、木麻黄、楝、枫杨、相思、软阔 人工 5 5 5 10 5 桦、榆、木荷、枫香、珙桐 天然 15 20 10 20 15 桦、榆、木荷、枫香、珙桐 人工 10 10 10 20 10 栎、柞(蒙古栎)、槠、栲、樟、楠、椴、水曲柳、胡桃楸、黄波罗、硬阔 天然 20 20 20 40 20 栎、柞(蒙古栎)、槠、栲、樟、楠、椴、水曲柳、胡桃楸、黄波罗、硬阔 人工 10 20 10 20 10 杉木、柳杉、水杉 人工 10 5 10 5 10 注:红松(Pinus koraiensis);云杉(Picea asperata);柏木(Cupressus funebris);紫杉(Taxus cuspidata);铁杉(Tsuga chinensis);落叶松(Larix gmelinii);冷杉(Abies fabri);樟子松(Pinus sylvestris var. mongolica);赤松(Pinus densiflora);黑松(Pinus thunbergii);油松(Pinus tabuliformis);马尾松(Pinus massoniana);云南松(Pinus yunnanensis);思茅松(Pinus kesiya var. langbianensis);华山松(Pinus armandii);杨(Populus spp.);柳(Salix spp.);桉(Eucalyptus robusta);檫(Sassafras tzumu);泡桐(Paulowinia fortunei);木麻黄(Casuarina equisetifolia);楝(Melia azedarach);枫杨(Pterocarya stenoptera);相思(Acacia confusa);桦(Betula spp.);榆(Ulmus pumila);木荷(Schima superba);枫香(Liquidambar formosana);珙桐(Davidia involucrata);栎(Quercus spp.);柞(蒙古栎)(Quercus mongolica);槠(Castanopsis eyrei);栲(Castanopsis fargesii);樟(Cinnamomum camphora);楠(Phoebe spp.);椴(Tilia tuan);水曲柳(Fraxinus mandschurica);胡桃楸(Juglans mandshurica);黄波罗(Incarvillea lutea);杉木(Cunninghamia lanceolata);柳杉(Cryptomeria fortunei);水杉(Metasequoia glyptostroboides)。 $ {y_i} = \displaystyle\sum\limits_j {{m_j}{y_{i,j}}} $
(5) $ {p_i} = {{{y_i}} \mathord{\left/ {\vphantom {{{y_i}} {\displaystyle\sum\limits_i {{y_i}} }}} \right. } {\displaystyle\sum\limits_i {{y_i}} }} $
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1.3.2 龄组推演矩阵
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推演步骤如下:
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采伐原则如下:
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各龄组面积推演矩阵如下:
$ {\left( {\begin{array}{*{20}{c}} {{S_{i,1}}} \\ {{S_{i,2}}} \\ {{S_{i,3}}} \\ \begin{gathered} {S_{i,4}} \\ {S_{i,5}} \\ \end{gathered} \end{array}} \right)_{5 \times 1}} = {\left( {\begin{array}{*{20}{c}} {{S_{i-1,1}}} \\ {{S_{i-1,2}}} \\ {{S_{i-1,3}}} \\ \begin{gathered} {S_{i-1,4}} \\ {S_{i-1,5}} \\ \end{gathered} \end{array}} \right)_{5 \times 1}}{\text{ + }}{\left( {\begin{array}{*{20}{c}} 1&{ - {r_1}}&0&0&0 \\ 0&{{r_1}}&{ - {r_2}}&0&0 \\ 0&0&{{r_2}}&{ - {r_3}}&0 \\ 0&0&0&{{r_3}}&{ - {r_4}} \\ 0&0&0&0&{{r_4}} \end{array}} \right)_{5 \times 5}}{\left( {\begin{array}{*{20}{c}} {\Delta S} \\ {{S_{i-1,1}}} \\ {{S_{i-1,2}}} \\ {{S_{i-1,3}}} \\ {{S_{i-1,4}}} \end{array}} \right)_{5 \times 1}} $
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各龄组面积推演矩阵如下:
$ {\left( {\begin{array}{*{20}{c}} {{S_{i,1}}} \\ {{S_{i,2}}} \\ {{S_{i,3}}} \\ \begin{gathered} {S_{i,4}} \\ {S_{i,5}} \\ \end{gathered} \end{array}} \right)_{5 \times 1}} = {\left( {\begin{array}{*{20}{c}} {{S_{i-1,1}}} \\ {{S_{i-1,2}}} \\ {{S_{i-1,3}}} \\ \begin{gathered} {S_{i-1,4}} \\ {S_i} \cdot {p_5} \\ \end{gathered} \end{array}} \right)_{5 \times 1}}{\text{ + }}{\left( {\begin{array}{*{20}{c}} 1&{ - {r_1}}&0&0&{{r_4}}&1&{ - 1} \\ 0&{{r_1}}&{ - {r_2}}&0&0&0&0 \\ 0&0&{{r_2}}&{ - {r_3}}&0&0&0 \\ 0&0&0&{{r_3}}&{ - {r_4}}&0&0 \\ 0&0&0&0&0&0&0 \end{array}} \right)_{5 \times 7}}{\left( {\begin{array}{*{20}{c}} \begin{gathered} \Delta S \\ {S_{i-1,1}} \\ {S_{i-1,2}} \\ {S_{i-1,3}} \\ \end{gathered} \\ {{S_{i-1,4}}} \\ {{S_{i-1,5}}} \\ {{S_i} \cdot {p_5}} \end{array}} \right)_{7 \times 1}} $
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1.4 龄组结构评价
平衡率(K)是用于评价森林龄组结构的综合性指标,取值范围是[0, 1],值越大表明各龄组面积差异越小,当K=1时表示各龄组面积相等,当K=0时表示存在某龄组面积等于总面积[17]。平衡率计算公式如下:
$ K = 1 - \frac{{N\displaystyle\sum\limits_{i = 1}^N {\left| {{S_i} - \bar S} \right|} }}{{2S\left( {N - 1} \right)}} $
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2. 森林资源数量及龄组变化趋势
根据9次全国森林资源清查结果,中国森林覆盖率从第1次森林资源清查的12.7%增加到第9次的22.96%,整体呈现平稳上升趋势;宜林地面积由第1次森林资源清查的7793万hm2变为第9次的4997.79万hm2,减少了2795.21万hm2(图1)。这说明中国森林资源总量呈现上升趋势,但森林资源开发潜力下降。
各龄组森林面积比例在第3~9次森林资源清查期内规律一致,均表现为中幼龄林的累计比例较高,近、成、过熟林累计比例较低;相反地,各龄组森林蓄积比例均表现为近、成、过熟林的累计比例较高,中幼龄林蓄积累计比例较低(图2)。根据第9次森林资源清查结果,森林面积按龄组所占比重依次为:幼龄林占32.67%;中龄林占31.27%;近熟林占15.91%;成熟林占13.72%;过熟林占6.43%(图3)。森林蓄积按龄组所占比重依次为:中龄林占28.26%;成熟林占23.52%;近熟林占20.6%;过熟林占15.08%;幼龄林占12.54%(图4)。具体地,分析各龄组面积比重变化发现,近熟林呈稳步的上升趋势,由第1次森林资源清查的8.93%增加到第9次的15.91%,提升了约7%;幼、中、成、过4个龄组面积比重变化幅度均不超过6%,其中过熟林由第1次森林资源清查的5.5%增加为第9次的6.43%,提升不到1%(图3)。分析各龄组蓄积比重变化也发现,近熟林呈稳步的上升趋势,由第1次森林资源清查的12.2%增加到第9次的20.6%,提升了约8%(图4)。
进一步地使用平衡率分析法评价森林资源龄组结构。根据1984—2018年7次森林资源清查的各龄组面积数据,计算各期的龄组平衡率(图3)。结果表明,各期的森林资源龄组平衡率均低于0.8,龄组结构极不平衡。从变化趋势上看,平衡率从第1次森林资源清查的0.62增加到第9次的0.70,增长了0.08,说明龄组结构在向完全调整林发展,整体态势向好。
3. 森林龄组结构调整与优化
3.1 适宜造林面积及森林覆盖率
中国的森林覆盖率为22.96%,人均森林面积为0.16 hm2,可造林面积为4797.78万hm2。以人均森林面积0.16 hm2为标准,只有内蒙古、吉林、黑龙江、福建、江西、广西、海南、四川、贵州、云南、西藏、陕西、甘肃、青海、新疆15个省区达到标准。若将各省(市、自治区)的可适林地全部造林,中国森林覆盖率可达到25.89%,实际造林面积将达到24 919.77万hm2,人均森林面积可达到0.18 hm2(表2)。
表 2 全国各地适宜造林面积及森林覆盖率Table 2. Suitable afforestation area and forest coverage rate in China序号 范围 人均森林面积/
hm2可造林面积/
万hm2达到国家标准应增加
造林面积/万hm2现有森林面积/
万hm2现有森林覆盖率/
%实际造林面积/
万hm2造林后适宜森林
覆盖率/%1 全国 0.16 4797.78 22044.62 22.96 24919.76 25.89 2 北京 0.03 1.88 274.72 71.82 43.77 73.70 44.91 3 天津 0.01 0.32 237.41 13.64 12.07 13.96 11.67 4 河北 0.07 66.73 712.53 502.69 26.78 569.42 30.16 5 山西 0.09 232.18 276.65 321.09 20.50 553.27 35.31 6 内蒙古 1.03 1522.38 已达标准 2614.85 22.10 — 22.10 7 辽宁 0.13 101.91 129.03 571.83 39.24 673.74 45.34 8 吉林 0.29 91.95 已达标准 784.87 41.49 — 41.49 9 黑龙江 0.53 411.36 已达标准 1990.46 43.78 — 43.78 10 上海 0.0037 0.01 380.86 8.90 14.04 8.91 14.14 11 江苏 0.02 8.52 1138.41 155.99 15.20 164.51 15.35 12 浙江 0.11 24.86 317.26 604.99 59.43 629.85 59.70 13 安徽 0.06 16.28 621.02 395.85 28.65 412.13 29.42 14 福建 0.21 25.00 已达标准 811.58 66.80 — 66.80 15 江西 0.22 12.80 已达标准 1021.02 61.16 — 61.16 16 山东 0.03 30.66 1342.78 266.51 17.51 297.17 18.82 17 河南 0.04 42.48 1141.09 403.18 24.14 445.66 26.69 18 湖北 0.12 61.44 215.38 736.27 39.61 797.71 42.91 19 湖南 0.15 120.42 56.57 1052.58 49.69 1109.15 52.37 20 广东 0.08 64.74 871.23 945.98 53.52 1010.72 56.24 21 广西 0.29 113.38 已达标准 1429.65 60.17 — 60.17 22 海南 0.21 14.75 已达标准 194.49 57.36 — 57.36 23 重庆 0.11 20.69 143.95 354.97 43.11 375.66 45.59 24 四川 0.22 114.12 已达标准 1839.77 38.03 — 38.03 25 贵州 0.21 89.35 已达标准 771.03 43.77 — 43.77 26 云南 2.26 167.95 已达标准 2106.16 55.04 — 55.04 27 西藏 4.33 36.14 已达标准 1490.99 12.14 — 12.14 28 陕西 0.23 171.76 已达标准 886.84 43.06 — 43.06 29 甘肃 0.19 360.29 已达标准 509.73 11.33 — 11.33 30 青海 0.70 335.09 已达标准 419.75 5.82 — 5.82 31 宁夏 0.10 76.98 45.18 65.60 12.63 110.78 16.68 32 新疆 0.32 464.35 已达标准 802.23 4.87 — 4.87 注:土地总面积、森林面积、森林覆盖率、各地区人口数据来源于国家统计局;全国数据不含台湾省和香港、澳门特别行政区的数据。 3.2 各龄组进阶年限和理想比例
通过对2014—2018第9次森林资源清查报告中各树种面积比例加权,获得各龄组进阶年限和理想比例,见表3。从表3可知,在各龄组现有林分面积中,中幼龄林2个龄组比重较大,占比为63.94%。在各龄组理想林分面积中,幼龄林占16.00%;中龄林占21.33%;近熟林占16.00%;成熟林占30.67%;过熟林占16.00%。与现有龄组结构相比,理想模式下的幼、中龄林面积比例低于现有比例,近、成、过熟林面积比例高于现有比例。
表 3 我国森林各龄组进阶年限和理想比例Table 3. Promotion years and ideal proportion of each forest age group in China龄组 进阶年限/a 理想比例/% 现有比例/% 幼龄林 12 16.00 32.67 中龄林 16 21.33 31.27 近熟林 12 16.00 15.91 成熟林 23 30.67 13.72 过熟林 12 16.00 6.43 3.3 各龄组理想分布情况及推演结果
以2050年森林覆盖率25.89%为优化目标,推演出2018—2050逐年的新增造林面积、采伐面积以及各龄组面积,见表4。由表4可知,2018年森林覆盖率为22.96%,幼中近成过龄组比例为32.67%、31.27%、15.91%、13.72%、6.43%。经过造林和采伐面积的调整,到2035年,森林近似达到理想分布,森林覆盖率为24.52%,幼中近成过龄组比例调整为13.27%、23.37%、27.15%、20.21%、16.00%。到2050年,森林覆盖率为25.89%,幼中近成过龄组比例调整为26.20%、19.51%、25.30%、12.99%、16.00%。
表 4 2018—2050年森林资源各龄组推演结果Table 4. Extrapolation results of each forest age group from 2018 to 2050年份 森林面积/
百万hm2森林覆盖率/
%幼龄林比例/
%中龄林比例/
%近熟林比例/
%成熟林比例/
%过熟林比例/
%年度造林情况 新增造林/
万hm2过熟林主伐/
万hm22018 220.45 22.96 32.67 31.27 15.91 13.72 6.43 — — 2019 221.33 23.05 30.33 31.88 16.45 14.36 6.97 87.91 — 2020 222.20 23.14 27.99 32.50 16.99 15.01 7.52 87.91 — 2021 223.08 23.23 25.64 33.11 17.53 15.65 8.06 87.91 — 2022 223.96 23.33 23.30 33.73 18.07 16.30 8.61 87.91 — 2023 224.84 23.42 20.96 34.34 18.61 16.94 9.15 87.91 — 2024 225.72 23.51 18.62 34.95 19.15 17.58 9.70 87.91 — 2025 226.60 23.60 16.28 35.57 19.69 18.23 10.24 87.91 — 2026 227.48 23.69 13.93 36.18 20.22 18.87 10.79 87.91 — 2027 228.36 23.78 11.59 36.80 20.76 19.51 11.33 87.91 — 2028 229.24 23.88 9.25 37.41 21.30 20.16 11.88 87.91 — 2029 230.12 23.97 6.91 38.02 21.84 20.80 12.42 87.91 — 2030 231.00 24.06 4.57 38.64 22.38 21.45 12.97 87.91 — 2031 231.87 24.15 4.55 36.55 22.83 22.26 13.81 87.91 — 2032 232.75 24.24 4.53 34.47 23.27 23.07 14.66 87.91 — 2033 233.63 24.33 4.52 32.38 23.71 23.89 15.50 87.91 — 2034 234.51 24.43 4.50 30.29 24.16 24.70 16.35 87.91 — 2035 235.39 24.52 13.27 23.37 27.15 20.21 16.00 87.91 2181.80 2036 236.27 24.61 18.37 19.89 27.81 17.94 16.00 87.91 1722.64 2037 237.15 24.70 21.65 18.27 27.46 16.62 16.00 87.91 1533.00 2038 238.03 24.79 23.82 17.69 26.77 15.73 16.00 87.91 1425.10 2039 238.91 24.88 25.24 17.67 26.07 15.03 16.00 87.91 1352.55 2040 239.79 24.97 26.13 17.92 25.49 14.45 16.00 87.91 1296.74 2041 240.67 25.07 26.64 18.28 25.10 13.98 16.00 87.91 1251.25 2042 241.55 25.16 26.88 18.64 24.87 13.61 16.00 87.91 1214.42 2043 242.42 25.25 26.94 18.96 24.78 13.33 16.00 87.91 1185.95 2044 243.30 25.34 26.88 19.21 24.78 13.13 16.00 87.91 1165.57 2045 244.18 25.43 26.76 19.38 24.85 13.01 16.00 87.91 1152.59 2046 245.06 25.52 26.62 19.48 24.95 12.95 16.00 87.91 1145.96 2047 245.94 25.62 26.48 19.54 25.05 12.93 16.00 87.91 1144.41 2048 246.82 25.71 26.36 19.55 25.15 12.93 16.00 87.91 1146.62 2049 247.70 25.80 26.27 19.54 25.24 12.96 16.00 87.91 1151.37 2050 248.58 25.89 26.20 19.51 25.30 12.99 16.00 87.91 1157.61 3.4 龄组平衡率
统计调整后不同龄组的面积数据,得到龄组平衡率动态变化曲线(图5)。从变化趋势来看,龄组平衡率整体呈现出增长趋势,表现为前期变化幅度大。随着时间的推移,2036年后变化幅度小,曲线逐渐趋于平稳,龄组平衡率可保持在0.85左右,而未进行结构调整前龄组平衡率仅为0.70。
4. 结论与讨论
4.1 讨论
经过几十年的努力,中国的森林面积、蓄积实现了双增长,但森林以中幼龄林为主,龄组结构不平衡问题依然突出。从1973—2018年9次森林资源清查结果来看,中幼龄林面积占绝对优势,各期的累计占比均超过60%,这说明现阶段中国的森林后备资源丰富;近、成、过熟林各期的面积累计占比不足40%,而蓄积累计占比均超过58%,这说明近、成、过熟林面积不足是导致中国森林单位面积蓄积远低于林业发达国家的主要原因之一[18];在龄组结构变化上,近熟林的面积、蓄积比例均呈上升趋势,而其他4个龄组的比例变化幅度较小。
结合森林资源和地理环境来看,中国森林覆盖率低于世界平均水平主要是受地理环境和自然环境限制[19]。中国森林资源的地理分布是东部南方多、西部北方少这样一种不均衡的分布。中国西北地区大部分降水稀少,立地环境较差,难以生长树木,覆盖率提升空间有限[19]。目前,我国的现实任务之一是控制造林绿化的数量,以提升森林质量为主要目标。当前的森林覆盖率和现实的生态环境、国民经济、社会发展、自然资源的环境承载力等已能基本适应,不经论证或变相占用农田造林,盲目地追求城镇高绿化率,利用江河湖及抽取地下水浇灌造林等被动绿化行为,将会引发林农、林建、林水等部门之间的矛盾。中国当前的森林覆盖率是23.04%,低于31%的世界平均水平。本研究得出中国适宜森林覆盖率为25.89%,这意味着未来仅有3%的国土造林绿化空间。未来造林绿化要把3%覆盖率放在最重要的防护目标上,如城市及基础设施、乡镇及庭院、道路、江河湖海等重点工程的生态防护和绿化,要应用大数据挖掘乔灌草最适宜、空间价值最大的造林绿化知识,要研究与农业、工业、生态密切相关的“三区三线”规划工作。林业发展要走精细化道路,保持现有森林植被使其能够健康地发挥生态效益,增强生态功能,维护我国生态环境安全并不断向好。
结合森林资源和人口状况来看,我国人均森林面积0.16 hm2,不足世界人均水平的1/3。如果我们要达到人均森林面积0.6 hm2的世界水平,就需要79%的森林覆盖率。考虑到我国人口基数大,本研究以第9次森林资源清查人均森林面积0.16 hm2为标准,进行分省适宜森林覆盖率的估计。针对未达标准的省域,本研究得出的最大覆盖率只作为造林阈值,表示该省域未来需要控制森林面积不要超过阈值。以北京市为例,本研究得出该区域的最大森林覆盖率为44.91%,这个数值可作为北京市造林决策的参考阈值,未来应严格控制覆盖率在该阈值以下。针对已达标准的省域,以内蒙古自治区为例,由于该省域现有覆盖率已达人均需求,未来可灵活调控造林面积。
对于中国森林龄组理想比例的估计,目前尚未形成统一的结论。《中国可持续发展林业战略研究》提出森林资源幼、中、近、成、过面积比例为2∶1∶1∶2∶1是比较理想的状态[20]。还有研究指出,理想森林龄组面积结构为幼龄林、中龄林、近熟林、成过熟林各占1/4[21]。与已有研究不同的是,本研究得出中国理想分布比例为幼龄林16.00%、中龄林21.33%、近熟林16.00%、成熟林30.67%和过熟林16.00%。
已有研究使用平衡率指标,评价了多个区域的龄组结构合理情况。例如,程建银[17]评价了陕西省桥北林业局和尚源林场的龄组结构特征,得出该区域的龄组平衡率为0.54。朱玉章等[22]通过使用辽宁省1978—2000年5次森林资源清查数据进行了龄组平衡率分析,分析出该省中幼龄林比例较大导致平衡率低于0.8。与已有研究结论一致,本研究使用全国第3~9期森林资源清查数据,得出各期的龄组平衡率均小于0.8,且主要原因是中幼龄林面积比例过大。本研究在调整龄组结构的过程中,制定了2018—2050年造采面积调整措施,通过对中幼龄林的自然更新、过熟林的采伐,进而缩小幼龄林和中龄林的比重,增加近、成熟林比重,稳定过熟林资源,来保证龄组结构的稳步调整。具体地,本研究以过熟林理想比例16%为阈值,划分出2个时期制定不同的造采方案。第1个时期为2018—2035年,即过熟林未达到16%前,进行新增造林,并让森林自然更新以增加近、成、过熟林面积比例。第2个时期为2036—2050年,即过熟林已达到16%后,除新增造林外还进行过熟林主伐,每次砍伐掉新长到过熟林的森林,由此控制过熟林的比例。经过实施一系列调整措施后,可使森林覆盖率稳步提升,且每年有适量的木材收获,中幼龄林比重得到压缩,近、成熟林比重增大,过熟林比重保持稳定,各龄组的面积比重差距减小,龄组结构趋向均衡状态,龄组平衡率稳定在0.85左右,到2050年实现森林覆盖率25.89%和过熟林比例16%的双目标优化。
合理的龄组结构有利于森林可持续经营和永续利用。显然,不谈木材的合理采伐利用,大量依靠进口木材,只强调甚至夸大森林的生态效益、过度发展林业和过度生态保护是不可持续的[23]。由于森林覆盖率的提升空间有限,不宜大规模造林,应遵循近自然更新原则,通过调整龄组结构来提高森林质量,依靠采伐过熟林木以满足木材供应的需求[24]。中国各省域的差异巨大,部分区域的潜能较大,应分区域优化龄组结构。因此,未来应对各区域的森林资源消长变化进行分析,提出适宜的龄组结构优化方案,以提升森林生产力。
4.2 结论
本研究以第9次森林资源清查人均森林面积0.16 hm2为标准,结合各省域的可造林面积,预测出中国适宜森林覆盖率为25.89%。中国的造林绿化事业不能简单地与全球平均水平或者同国情、林情不同的国家去比较,拥有世界屋脊与八大沙漠的特定自然地理条件和很大人口密度的社会经济条件,决定了中国只能走一条具有自己特色的造林绿化道路。本研究围绕龄组改造问题,估计出全国理想龄组比例,并通过龄组推演模型的估计结果,提出逐年的造林采伐建议。通过改造优化龄组后,龄组结构平衡率可达0.85,优于调整前的0.70。中国木材需求较大,且现在大量依赖进口,提高林业生产力是当下的核心目标。今后宜林地造林难度越来越大,考虑到再增加森林面积潜力不大,未来需要合理调整龄组结构,充分利用后备森林资源,提高木材产量。本研究的理论方法可以推广到任意区域尺度(省域、县域、林场),未来考虑将这些理论方法推广到其他区域尺度,为制定区域性结构调整措施提供参考。
在全国尺度龄组进阶年限的估计上,本研究考虑了天然林和人工林面积比例,以及各树种面积比例,通过面积比例加权得出进阶年限。尽管天然次生林的进阶存在年龄滞后问题,使得推导的全国尺度龄组进阶年限存在误差,但这种大尺度估计是无法绝对避免误差的,本研究结果可为中国龄组优化提供理论支撑。未来在区域尺度龄组进阶年限估计上,还可结合区域林业生产实际,区分天然林和人工林分别进行森林资源动态推演,以求得更准确的结果,提高林地生产力。
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表 1 全国主要树种不同龄组的进阶年限
Table 1 Promotion years of different age groups of major tree species in China
a 树种 起源 幼 幼–中 中–近 近–成 成–过 红松、云杉、柏木、紫杉、铁杉 天然 30 40 20 40 30 红松、云杉、柏木、紫杉、铁杉 人工 20 20 20 40 20 落叶松、冷杉、樟子松、赤松、黑松 天然 20 40 20 40 20 落叶松、冷杉、樟子松、赤松、黑松 人工 10 10 10 20 10 油松、马尾松、云南松、思茅松、华山松、高山松 天然 15 20 10 20 15 油松、马尾松、云南松、思茅松、华山松、高山松 人工 10 10 10 20 10 杨、柳、桉、檫、泡桐、木麻黄、楝、枫杨、相思、软阔 人工 5 5 5 10 5 桦、榆、木荷、枫香、珙桐 天然 15 20 10 20 15 桦、榆、木荷、枫香、珙桐 人工 10 10 10 20 10 栎、柞(蒙古栎)、槠、栲、樟、楠、椴、水曲柳、胡桃楸、黄波罗、硬阔 天然 20 20 20 40 20 栎、柞(蒙古栎)、槠、栲、樟、楠、椴、水曲柳、胡桃楸、黄波罗、硬阔 人工 10 20 10 20 10 杉木、柳杉、水杉 人工 10 5 10 5 10 注:红松(Pinus koraiensis);云杉(Picea asperata);柏木(Cupressus funebris);紫杉(Taxus cuspidata);铁杉(Tsuga chinensis);落叶松(Larix gmelinii);冷杉(Abies fabri);樟子松(Pinus sylvestris var. mongolica);赤松(Pinus densiflora);黑松(Pinus thunbergii);油松(Pinus tabuliformis);马尾松(Pinus massoniana);云南松(Pinus yunnanensis);思茅松(Pinus kesiya var. langbianensis);华山松(Pinus armandii);杨(Populus spp.);柳(Salix spp.);桉(Eucalyptus robusta);檫(Sassafras tzumu);泡桐(Paulowinia fortunei);木麻黄(Casuarina equisetifolia);楝(Melia azedarach);枫杨(Pterocarya stenoptera);相思(Acacia confusa);桦(Betula spp.);榆(Ulmus pumila);木荷(Schima superba);枫香(Liquidambar formosana);珙桐(Davidia involucrata);栎(Quercus spp.);柞(蒙古栎)(Quercus mongolica);槠(Castanopsis eyrei);栲(Castanopsis fargesii);樟(Cinnamomum camphora);楠(Phoebe spp.);椴(Tilia tuan);水曲柳(Fraxinus mandschurica);胡桃楸(Juglans mandshurica);黄波罗(Incarvillea lutea);杉木(Cunninghamia lanceolata);柳杉(Cryptomeria fortunei);水杉(Metasequoia glyptostroboides)。 表 2 全国各地适宜造林面积及森林覆盖率
Table 2 Suitable afforestation area and forest coverage rate in China
序号 范围 人均森林面积/
hm2可造林面积/
万hm2达到国家标准应增加
造林面积/万hm2现有森林面积/
万hm2现有森林覆盖率/
%实际造林面积/
万hm2造林后适宜森林
覆盖率/%1 全国 0.16 4797.78 22044.62 22.96 24919.76 25.89 2 北京 0.03 1.88 274.72 71.82 43.77 73.70 44.91 3 天津 0.01 0.32 237.41 13.64 12.07 13.96 11.67 4 河北 0.07 66.73 712.53 502.69 26.78 569.42 30.16 5 山西 0.09 232.18 276.65 321.09 20.50 553.27 35.31 6 内蒙古 1.03 1522.38 已达标准 2614.85 22.10 — 22.10 7 辽宁 0.13 101.91 129.03 571.83 39.24 673.74 45.34 8 吉林 0.29 91.95 已达标准 784.87 41.49 — 41.49 9 黑龙江 0.53 411.36 已达标准 1990.46 43.78 — 43.78 10 上海 0.0037 0.01 380.86 8.90 14.04 8.91 14.14 11 江苏 0.02 8.52 1138.41 155.99 15.20 164.51 15.35 12 浙江 0.11 24.86 317.26 604.99 59.43 629.85 59.70 13 安徽 0.06 16.28 621.02 395.85 28.65 412.13 29.42 14 福建 0.21 25.00 已达标准 811.58 66.80 — 66.80 15 江西 0.22 12.80 已达标准 1021.02 61.16 — 61.16 16 山东 0.03 30.66 1342.78 266.51 17.51 297.17 18.82 17 河南 0.04 42.48 1141.09 403.18 24.14 445.66 26.69 18 湖北 0.12 61.44 215.38 736.27 39.61 797.71 42.91 19 湖南 0.15 120.42 56.57 1052.58 49.69 1109.15 52.37 20 广东 0.08 64.74 871.23 945.98 53.52 1010.72 56.24 21 广西 0.29 113.38 已达标准 1429.65 60.17 — 60.17 22 海南 0.21 14.75 已达标准 194.49 57.36 — 57.36 23 重庆 0.11 20.69 143.95 354.97 43.11 375.66 45.59 24 四川 0.22 114.12 已达标准 1839.77 38.03 — 38.03 25 贵州 0.21 89.35 已达标准 771.03 43.77 — 43.77 26 云南 2.26 167.95 已达标准 2106.16 55.04 — 55.04 27 西藏 4.33 36.14 已达标准 1490.99 12.14 — 12.14 28 陕西 0.23 171.76 已达标准 886.84 43.06 — 43.06 29 甘肃 0.19 360.29 已达标准 509.73 11.33 — 11.33 30 青海 0.70 335.09 已达标准 419.75 5.82 — 5.82 31 宁夏 0.10 76.98 45.18 65.60 12.63 110.78 16.68 32 新疆 0.32 464.35 已达标准 802.23 4.87 — 4.87 注:土地总面积、森林面积、森林覆盖率、各地区人口数据来源于国家统计局;全国数据不含台湾省和香港、澳门特别行政区的数据。 表 3 我国森林各龄组进阶年限和理想比例
Table 3 Promotion years and ideal proportion of each forest age group in China
龄组 进阶年限/a 理想比例/% 现有比例/% 幼龄林 12 16.00 32.67 中龄林 16 21.33 31.27 近熟林 12 16.00 15.91 成熟林 23 30.67 13.72 过熟林 12 16.00 6.43 表 4 2018—2050年森林资源各龄组推演结果
Table 4 Extrapolation results of each forest age group from 2018 to 2050
年份 森林面积/
百万hm2森林覆盖率/
%幼龄林比例/
%中龄林比例/
%近熟林比例/
%成熟林比例/
%过熟林比例/
%年度造林情况 新增造林/
万hm2过熟林主伐/
万hm22018 220.45 22.96 32.67 31.27 15.91 13.72 6.43 — — 2019 221.33 23.05 30.33 31.88 16.45 14.36 6.97 87.91 — 2020 222.20 23.14 27.99 32.50 16.99 15.01 7.52 87.91 — 2021 223.08 23.23 25.64 33.11 17.53 15.65 8.06 87.91 — 2022 223.96 23.33 23.30 33.73 18.07 16.30 8.61 87.91 — 2023 224.84 23.42 20.96 34.34 18.61 16.94 9.15 87.91 — 2024 225.72 23.51 18.62 34.95 19.15 17.58 9.70 87.91 — 2025 226.60 23.60 16.28 35.57 19.69 18.23 10.24 87.91 — 2026 227.48 23.69 13.93 36.18 20.22 18.87 10.79 87.91 — 2027 228.36 23.78 11.59 36.80 20.76 19.51 11.33 87.91 — 2028 229.24 23.88 9.25 37.41 21.30 20.16 11.88 87.91 — 2029 230.12 23.97 6.91 38.02 21.84 20.80 12.42 87.91 — 2030 231.00 24.06 4.57 38.64 22.38 21.45 12.97 87.91 — 2031 231.87 24.15 4.55 36.55 22.83 22.26 13.81 87.91 — 2032 232.75 24.24 4.53 34.47 23.27 23.07 14.66 87.91 — 2033 233.63 24.33 4.52 32.38 23.71 23.89 15.50 87.91 — 2034 234.51 24.43 4.50 30.29 24.16 24.70 16.35 87.91 — 2035 235.39 24.52 13.27 23.37 27.15 20.21 16.00 87.91 2181.80 2036 236.27 24.61 18.37 19.89 27.81 17.94 16.00 87.91 1722.64 2037 237.15 24.70 21.65 18.27 27.46 16.62 16.00 87.91 1533.00 2038 238.03 24.79 23.82 17.69 26.77 15.73 16.00 87.91 1425.10 2039 238.91 24.88 25.24 17.67 26.07 15.03 16.00 87.91 1352.55 2040 239.79 24.97 26.13 17.92 25.49 14.45 16.00 87.91 1296.74 2041 240.67 25.07 26.64 18.28 25.10 13.98 16.00 87.91 1251.25 2042 241.55 25.16 26.88 18.64 24.87 13.61 16.00 87.91 1214.42 2043 242.42 25.25 26.94 18.96 24.78 13.33 16.00 87.91 1185.95 2044 243.30 25.34 26.88 19.21 24.78 13.13 16.00 87.91 1165.57 2045 244.18 25.43 26.76 19.38 24.85 13.01 16.00 87.91 1152.59 2046 245.06 25.52 26.62 19.48 24.95 12.95 16.00 87.91 1145.96 2047 245.94 25.62 26.48 19.54 25.05 12.93 16.00 87.91 1144.41 2048 246.82 25.71 26.36 19.55 25.15 12.93 16.00 87.91 1146.62 2049 247.70 25.80 26.27 19.54 25.24 12.96 16.00 87.91 1151.37 2050 248.58 25.89 26.20 19.51 25.30 12.99 16.00 87.91 1157.61 -
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