近年来，随着生物数学、计算机技术的应用和森林分类经营的实施，森林质量评价越来越引起人们的关注。欧洲和美国是世界上最早关注森林健康问题的国家，其研究也仅局限于森林健康(Bruno et al., 2005；Alena et al., 2005)和林业可持续发展(Robert et al., 1997；张银龙等，1999)范畴。在国内，针对森林的评价工作，涉及到森林生态环境(张银龙等，1999；陈高等，2003；毕晓丽等，2001；黄国胜等，2005)、森林健康(鲁绍伟等，2006；李静锐等，2007；陈高等，2003；马克明等，2001)、城市森林环境(康博文等，2006；吴际友等，2007)、区域环境质量(任广鑫等，2004；康相武等，2007)、动物栖息地质量(周洁敏，2007；李军锋等，2005)和旅游资源质量(马剑英等，2003；卢双珍，2008；郑晓兴等，2006；康永祥等，2005)等方面。目前，有关森林质量评价的研究较少，缺乏统一的森林质量评价指标体系和评价标准。本研究以天然林保护工程实施以来陕西省延安市黄龙山林业局蔡家川林场次生林为研究对象，应用层次分析法，对该地区地带性植被油松(Pinus tabulaeformis)林、辽东栎(Quercus liaotungensis)林、白桦(Betula platyphylla)林、油松-辽东栎混交林、油松-白桦混交林和辽东栎-白桦混交林进行质量评价，旨在了解天然次生林的封育效果，探索森林质量评价的方法和途径，为各地建立和制定森林质量评价指标体系提供参考，为天然林封育措施的实施提供理论依据，对我国的森林分类经营有重要的理论和现实意义。

调查样地位于陕西省延安市黄龙山林业局蔡家川林场(109°38′49″—110°12′47″ E，35°28′49″—36°02′01″ N)，人口密度16.6人·km^-2。该区为典型的黄土丘陵地貌，海拔1 100~1 300 m，土壤以褐土和灰褐土为主。属大陆性暖温带半湿润气候，年均气温8.6 ℃，全年无霜期126~186天，年均降雨量611.8 mm，多集中在7—9月。蔡家川林场位于陕西黄土高原的中心区域，森林植被保存较好，森林资源丰富。20世纪50—80年代，这里曾是陕西省延安市主要的木材生产基地之一。1999年，随着天然林保护工程的实施，停止了一切形式的森林采伐，进入了森林长期封育阶段。

该林区属暖温带针阔混交林带，植被以油松、辽东栎次生林为主，植被覆盖率84.6%，植物种类丰富。主要建群树种有辽东栎、油松和白桦等，灌木有胡枝子(Lespedeza bicolor)、胡颓子(Elaeagnus pungens)、黄蔷薇(Rosa higonis)、虎榛子(Ostryopsis davidiana)、绣线菊(Spiraea thunbergii)和灰栒子(Cotoneaster acutifolius)等。

在天然林保护工程范围内，选择抚育采伐后封禁10~15年、具有代表性的油松林、辽东栎林、白桦林、油松-辽东栎混交林、油松-白桦混交林和辽东栎-白桦混交林6个森林类型，设置12块20 m×20 m油松林样地，其他林型分别设置11块20 m×20 m样地，共设样地67个。在每个样地的四角和中心分别设置1个5 m×5 m的灌木样方和1个1 m×1 m的草木样方。对样地中胸径≥5 cm或树高≥2 m的所有树种进行每木检尺，胸径＜5 cm或树高＜2 m的按幼苗、幼树对待，记录优势树种幼苗的种类和数量及林分郁闭度。在灌木和草本样方中，调查灌木和草本的种类、盖度、多度和频度。在灌木样方中，对每个灌木树种选取生长势和大小处于平均水平的个体作为标准木，分别将不同种类的标准灌木连根挖出，用修枝剪将完整的植株分成根、主干、侧枝和叶子4个部分，分别称取各部分的鲜质量。同时，从各部分中取样若干，迅速称鲜质量后装入牛皮纸袋，带回实验室。另外，在草本样方中，将全部草本连根挖出，称取地上和地下部分的鲜质量。然后按草本的种类分别取样、称鲜质量。

在实验室80 ℃条件下，将灌木和草本样品烘干至恒质量，称重。计算每种灌木根、主干、侧枝和叶各部分的含水量，计算出灌木样方中各标准灌木的根、主干、侧枝和叶的干质量，之和为标准灌木的生物量，标准灌木生物量乘以样方中该树种的个体数量，得到该样方该树种灌木生物量，样方中所有灌木树种生物量之和作为样方灌木生物量。另外，计算出各个草本植物地上和地下部分的含水量，再计算出对应的干质量，样方中所有草本地上和地下部分干质量之和作为样方草本生物量。经过单位换算及求和得到灌草生物量。分别计算各个样地的物种丰富度、均匀度(张金屯，2004)和林分乔木蓄积量。幼苗数量和林分蓄积量分别以每公顷优势种的数量和活立木蓄积量来表示。

在综合考虑多种因素的基础上，通过约束层的3个方面(森林结构指标、生产力指标和演替趋势)和指标层8个评价指标(郁闭度、物种丰富度、均匀度、枯枝落叶厚度、乔木蓄积量、灌草生物量、幼苗数量和优势种幼树幼苗与乔木数量之比)构成森林质量评价的结构模型(图 1)。

图 1 森林质量评价层次结构 Figure 1 Hierarchical structure of forest quality evaluation CD: Canopy density; RI: Richness index; PI: Pielou index; LD: Litter depth; SV: Stock volume; BSG: Biomass of shrubs and grasses; NSS: Number of seedlings and saplings; PSS: Proportion of the number of the saplings and seedlings to the number of all dominant trees.

通过分析每2个评价因子之间的相对重要性，得到各评价因子的判断矩阵，并求解矩阵最大特征根及其对应的特征向量，经多次一致性检验，使之满足要求。森林质量评价目标层和约束层判断矩阵见表 1；森林结构指标、林地生产力指标和演替趋势与对应指标层的判断矩阵分别见表 2, 3和4。

表 1 森林质量评价判断矩阵 Tab.1 Determining matrix of forest quality evaluation

表 1 森林质量评价判断矩阵 Tab.1 Determining matrix of forest quality evaluation

表 2 森林结构判断矩阵 Tab.2 Determining matrix of forest structure

表 2 森林结构判断矩阵 Tab.2 Determining matrix of forest structure

表 3 生产力判断矩阵 Tab.3 Determining matrix of stand productivity

表 3 生产力判断矩阵 Tab.3 Determining matrix of stand productivity

表 4 演替趋势判断矩阵 Tab.4 Determining matrix of regeneration status

表 4 演替趋势判断矩阵 Tab.4 Determining matrix of regeneration status

目标层和约束层评价因子判断矩阵的总体随机一致性比率为0.008，小于0.1；森林结构与其对应指标层评价因子判断矩阵的总体随机一致性比率为0.023，小于0.1。它们都满足层次分析法的一致性检验要求，说明具有较为满意的一致性，可以用于权重的计算。由于生产力指标判断矩阵和演替趋势判断矩阵均为二阶判断矩阵，平均随机一致性指标RI完全一致(均为0)，故不作判断一致性检验。

用高斯迭代法求解各层次上评价因子判断矩阵的最大特征根以及对应的特征向量，得到的森林质量评价指标权重见表 5。由表 5可以看出，森林结构对森林质量的贡献率为0.738 0，生产力为0.094 4，演替趋势为0.167 6。可见，在黄龙山林区森林结构对森林质量的影响较大，群落演替趋势对森林质量有一定的影响，林地生产力并不是衡量森林质量的主要因子。各评价因子对森林质量的贡献率表现为林分郁闭度(0.356 2)＞枯枝落叶厚度(0.211 6)＞优势种幼树幼苗与乔木数量之比(0.130 5)＞均匀度(0.105 8)＞乔木蓄积量(0.082 6)＞物种丰富度(0.064 4)＞幼苗数量(0.037 2)＞灌草生物量(0.011 8)。可见，林分郁闭度和林下枯枝落叶厚度对森林质量有极其重要的影响，是评价森林质量的关键因子。另外，虽然林中幼苗数量的权重并不大，但优势种幼树幼苗与乔木数量之比对森林质量会产生较大的影响。同时，乔木蓄积量和林下灌草生物量并不能作为衡量林分质量的主要因子。

表 5 评价因子权重 Tab.5 Relative weight of evaluating factors

表 5 评价因子权重 Tab.5 Relative weight of evaluating factors

根据样地调查数据，将各个评价指标划分成5个区间，即5个质量等级，并按照其表达的生物学意义，给出质量状况等级和相应的得分值，按100分制赋值，依次用好、较好、中等、较差和差来表示各个等级的质量状况，分别按100，80，60，40和20来赋值(表 6)。

表 6 森林质量评价指标等级及评分标准 Tab.6 Criteria and indicator values, classes and scores for forest quality evaluation

表 6 森林质量评价指标等级及评分标准 Tab.6 Criteria and indicator values, classes and scores for forest quality evaluation

，式中：V_i为第i个样地森林质量综合评分值；X_i为根据评分标准，第i个样地第j个指标所在质量区间所对应的得分值；W_j为第j个指标的权重。考虑到各区间数值的连续性，即相互连接作用，各区间下限分值取该区间加权求和值的90%，并且上限值与上一级下限衔接。森林质量等级和综合评分值范围分别为：≥80.00，森林质量好，用Ⅰ表示；60.00~79.99，质量较好，用Ⅱ表示；40.00~59.99，质量中等，用Ⅲ表示；20.00~39.99，质量较差，用Ⅳ表示；＜20，质量差，用Ⅴ表示。

从表 7可以看出，被调查67个样地的森林结构、林地生产力、群落演替能力等林分特征有很大差异。从森林外貌和结构来看，林分郁闭度5%~90%，林间枯枝落叶层最薄10 cm，最厚12 cm；物种数量最多50个，最少16个；均匀度指数0.46~0.95。林中光照条件可能是林下植物数量、植物分布和枯枝落叶分解速度等产生差异的一个重要原因。在林地生产力方面，林分蓄积量和林下灌草生物量也有一定差异，油松林分蓄积量和灌草生物量分别达到295.48和26.83 t·hm²，分别是最小生物量的46.8和122.0倍；其他森林类型的蓄积量相对较少。

表 7 样地林分特征和综合得分值^① Tab.7 Characteristics and quality evaluation of the sample plots

表 7 样地林分特征和综合得分值① Tab.7 Characteristics and quality evaluation of the sample plots

从各个样地的综合评分值来看(表 7)，68个样地的林分质量差异较大，样地综合评分值28.0~92.2。接近一半的林地森林质量处于较好水平，质量差和较差的林分极少。根据样地综合评分值的统计结果，森林质量好的样地数量为9个，占样地总数的14.43%；质量较好的23个，占49.25%；质量中等的23个，占34.33%，仅有2个样地质量较差，占样地总数的2.99%。

综合分析来看，不同类型森林的质量存在明显差异。油松-辽东栎混交林和油松林质量最好，其综合得分值在72以上，其次为辽东栎林，综合得分值为65.68。另外，白桦林、油松-白桦混交林和辽东栎-白桦混交林质量相对较差，综合评分值均低于60.00。同时，在同一森林类型中，大多数林分质量达到较好或中等水平，质量很好的林分偏少，质量差和较差的林分极少。

研究结果表明，林分结构对森林质量的影响要远远大于林地生产力和群落演替状况对森林质量的影响，这一结论比较符合该地区的自然状况、林业发展实际，符合森林可持续经营的要求。研究区属于黄土高原水源涵养林区，其森林的水土保持作用要比生产木材获取经济效益重要得多，这就要求质量较好的林分必须突出其生态作用，即水土保持功能。

从评价指标来看，林分郁闭度和枯枝落叶厚度对森林质量影响较大，较大的森林郁闭度和丰富的枯枝落叶有利于减少径流、减轻降水对土壤表面的冲刷；林下幼苗数量远没有优势种幼树幼苗与乔木数量之比对森林质量的影响大；乔木蓄积量的权重远远大于灌草生物量，反映出乔木在森林群落中的重要地位。

该地区的地带性植被为针阔混交林，辽东栎林和油松林为顶级群落或亚顶级群落，白桦林为先锋群落(朱志诚，1993)。对该地区次生林质量评价的结果符合森林地带性分布的基本规律。经过10多年的封育，以油松为代表的天然次生林经过人工抚育，林分质量已经得到一定程度的恢复。相对于油松林和辽东栎林而言，白桦及其混交林质量相对较差，这可能与白桦的生态学特征有关。白桦耐荫性差，一般存在于森林群落演替的初级阶段，为干旱半干旱地区较差立地的先锋树种，极易成林，并且有较强的入侵能力，其混交林极不稳定，随着森林群落的演替，最终会被其他种群所替代(朱志诚，1993)。不同森林类型之间质量的这种差异与该林区森林经营的实际情况和森林群落演替过程相吻合，体现了森林质量评价的科学性原则(李静锐等，2007；黄国胜等，2005)。

本评价模型所采用的评价指标都是林分调查的一般内容，通过样地调查，易于获取数据，便于确定各评价指标的数值范围和质量等级，评价方法和指标体系模型可以在黄土高原森林区其他地区次生林质量评价中应用和借鉴。