北京地區(qū)森林經(jīng)營(yíng)的近自然評(píng)價(jià)

北京地區(qū)森林經(jīng)營(yíng)的近自然評(píng)價(jià)

自引入貼近自然森林管理理論和技術(shù)以來(lái)，中國(guó)逐步建立了相關(guān)工作和實(shí)踐。同時(shí)，引入了靠近自然的概念。這一理論和實(shí)踐密切相關(guān)。近林管理體系的核心內(nèi)容和技術(shù)之一是森林替代法及其替代階段的劃分。森林演替規(guī)律是森林發(fā)展的自然進(jìn)程,近自然度是人們對(duì)森林演替規(guī)律及其發(fā)展階段的理解和把握,正確地理解近自然度與合理地劃分森林演替的發(fā)展階段,成為掌握和成功實(shí)現(xiàn)近自然森林經(jīng)營(yíng)基本技術(shù)的關(guān)鍵。林分近自然度(NatureClosenessofVegetationComposition)是真實(shí)植被構(gòu)成與同一地區(qū)原始植被或發(fā)生學(xué)所表現(xiàn)的潛在植被構(gòu)成比較而做出的評(píng)價(jià)。潛在植被的概念和調(diào)查在這里起著重要的作用。一個(gè)特定地段的植被構(gòu)成包括具體林分的當(dāng)前植被構(gòu)成和潛在植被構(gòu)成兩方面。由當(dāng)前群落生境和生態(tài)狀況決定的物種組成、指示性物種、生態(tài)關(guān)鍵物種、珍稀物種的種類、比例、分布狀態(tài)等雖然表現(xiàn)了森林植被的基本情況,但卻不能說(shuō)明就是這個(gè)地段可能的和應(yīng)有的植被構(gòu)成,即潛在植被構(gòu)成11.1間結(jié)構(gòu)和異齡林“近自然森林”是指主要由鄉(xiāng)土樹(shù)種組成且具有多樹(shù)種混交、多層次空間結(jié)構(gòu)和異齡林時(shí)間結(jié)構(gòu)特征的森林。森林近自然度(naturalcloseness)是一個(gè)評(píng)價(jià)在特定自然條件下森林狀態(tài)的可廣泛應(yīng)用的指標(biāo),包括土壤、植被構(gòu)成、森林演替和林分年齡結(jié)構(gòu)等方面1.2自然地形的設(shè)計(jì)在同齡林經(jīng)營(yíng)體系中,小班是計(jì)劃和設(shè)計(jì)的基本單元,在近自然森林經(jīng)營(yíng)體系中,占據(jù)一定空間的植物群落是計(jì)劃和設(shè)計(jì)的基本單元,而各個(gè)單元經(jīng)營(yíng)措施的設(shè)計(jì)是與其“近自然度”的評(píng)定密切相關(guān)的。近自然度是根據(jù)外業(yè)調(diào)查中對(duì)具體地段上的不同植物群落的空間位置、物種組成、立地條件、演替階段等因素的記錄綜合評(píng)定的。借鑒德國(guó)的近自然度評(píng)價(jià)指標(biāo)22.1半城帶-霧靈山示范區(qū)近自然森林經(jīng)營(yíng)試點(diǎn)在中德合作密云水庫(kù)水源林保護(hù)和經(jīng)營(yíng)項(xiàng)目區(qū),在此區(qū)域選擇了3個(gè)森林類型的不同區(qū)域作為示范區(qū)(圖2a),位于東經(jīng)116°40′23″～117°29′43″、北緯40°19′12″～40°47′53″。其中,半城子示范區(qū)以油松純林、天然櫟類混交林和人工側(cè)柏純林建立示范經(jīng)營(yíng)模式的森林類型;霧靈山示范區(qū)以人工落葉松純林和天然闊葉混交林為示范林型;二道河示范區(qū)以人工營(yíng)造的側(cè)柏、楊樹(shù)和櫟類等闊葉混交幼齡林為主要林型。示范區(qū)面積150～200hm霧靈山華北落葉松林地處高海拔地帶,是以華北落葉松(2.2調(diào)查方法和樣地調(diào)查野外調(diào)查:經(jīng)營(yíng)計(jì)劃調(diào)查針對(duì)全示范區(qū)進(jìn)行,通過(guò)現(xiàn)地踏查了解示范區(qū)的天然植被構(gòu)成情況,特別是天然優(yōu)勢(shì)樹(shù)種和立地條件指示性植物,形成一個(gè)簡(jiǎn)要實(shí)用的植物名錄。同時(shí)通過(guò)沿著提前設(shè)計(jì)的路線調(diào)查來(lái)估計(jì)不同地域上現(xiàn)有植物群落的類型及空間布局情況,并在外業(yè)工作手圖上勾繪出各個(gè)群落的具體分布位置。記錄的項(xiàng)目有各個(gè)群落的立地條件、建群物種、起源、演替階段、生長(zhǎng)狀況,最后進(jìn)行近自然度指標(biāo)評(píng)價(jià)。林分作業(yè)設(shè)計(jì)樣地調(diào)查:針對(duì)示范區(qū)內(nèi)的主要林分類型進(jìn)行,樣地面積一般為50m×50m;對(duì)樣地內(nèi)的所有胸徑大于5cm的林木編號(hào)并進(jìn)行每木檢尺等常規(guī)調(diào)查項(xiàng)目記錄。隨后由參加調(diào)查的人員按目標(biāo)樹(shù)經(jīng)營(yíng)體系中林木分類的原則獨(dú)立地對(duì)樣地林木進(jìn)行分類并選擇出目標(biāo)樹(shù),經(jīng)統(tǒng)計(jì)匯總和綜合評(píng)價(jià)確定出林分的目標(biāo)樹(shù)、干擾樹(shù)等各類林木,并在每株林木上做出標(biāo)記。2.3群落調(diào)查和分析參照對(duì)象的選擇:一個(gè)地區(qū)近自然森林經(jīng)營(yíng)的理想?yún)⒄諏?duì)象是同一個(gè)地理區(qū)域的原始森林,但是目前很多地區(qū)已經(jīng)難以找到真正的原始森林,所以根據(jù)條件的不同,選擇的參照對(duì)象可以是原始林、受過(guò)干擾的天然林或經(jīng)營(yíng)時(shí)間較長(zhǎng)而有自我更新能力的人工林,本研究選擇地帶性植被類型作為參照。經(jīng)營(yíng)結(jié)構(gòu)和保護(hù)過(guò)程:物種和結(jié)構(gòu)多樣性是森林生態(tài)系統(tǒng)中的所有物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)移和循環(huán)的基礎(chǔ),對(duì)一個(gè)特定的生態(tài)系統(tǒng)來(lái)說(shuō),盡可能高的遺傳多樣性才是保持系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定的基礎(chǔ)。而自然的多樣性很大程度上是由于演替進(jìn)程的變動(dòng)而產(chǎn)生的,所以過(guò)程保護(hù)的目標(biāo)就是保護(hù)不同森林群落的典型、隨機(jī)和多變量的鑲嵌演替過(guò)程及相應(yīng)的發(fā)生物種,使其不因采伐利用木材而受到影響參考性森林植被調(diào)查和分析:針對(duì)一個(gè)特定地區(qū)的植被情況進(jìn)行的調(diào)查(包括歷史的、當(dāng)前的、指示性的、潛在的植物群落構(gòu)成方面),其主要目的是為了了解群落生態(tài)狀況、指示性物種、當(dāng)前森林植被的主要成分及自然發(fā)展趨勢(shì)和潛在穩(wěn)定群落的目標(biāo)樹(shù)種等對(duì)近自然經(jīng)營(yíng)有直接參考意義的信息。參考性植被調(diào)查的結(jié)果首先用描述性文字和表格形式記錄,重要的數(shù)據(jù)結(jié)合其它數(shù)據(jù)在群落生境圖(近自然經(jīng)營(yíng)的實(shí)用工具)中表達(dá)出來(lái)。自然群落估計(jì):在全面的群落構(gòu)成及近自然特征調(diào)查和分析的基礎(chǔ)上,對(duì)自然森林群落或植被做出估計(jì)(表2)。對(duì)象區(qū)域越大,需要調(diào)查分析的情況就越復(fù)雜,只有知道在特定立地上按照自然演替的過(guò)程中沒(méi)有人為干擾狀況下應(yīng)該出現(xiàn)什么森林植被,才能確定當(dāng)前植被是否適應(yīng)該立地條件。按照Braun-Blanquet(1962)的觀點(diǎn),自然森林群落的確定是在植物學(xué)調(diào)查基礎(chǔ)上做出的一種估計(jì),并結(jié)合北京地區(qū)的實(shí)際情況,制定了如下的自然森林群落分級(jí)(表3)。自然森林植被是森林生態(tài)系統(tǒng)變化過(guò)程的指示性群落,其變化是受多因素影響的。其中有隨機(jī)的成分,但它是立地條件和區(qū)域特征植被譜系的表達(dá)。主要影響因素是生物量豐富的演替階段,而最重要的指標(biāo)是群落中的頂級(jí)成分、附屬成分及先鋒成分的組成比例參考性森林土壤調(diào)查和分析:區(qū)別于土壤學(xué)中的全面調(diào)查,近自然經(jīng)營(yíng)的土壤調(diào)查應(yīng)該抓住那些能很好反映土壤肥沃程度、穩(wěn)定性較高、易于調(diào)查和測(cè)定的因子。其中土壤剖面結(jié)構(gòu)、腐殖質(zhì)含量、土壤酸堿度(pH值)、主要養(yǎng)分元素的全量和速效量4個(gè)指標(biāo)是既能反映經(jīng)營(yíng)森林的土壤狀態(tài)且易于調(diào)查和測(cè)量的主要技術(shù)指標(biāo)。演替階段:對(duì)森林的演替階段有著不同的劃分。從指導(dǎo)北京地區(qū)森林撫育經(jīng)營(yíng)的科學(xué)性和可操作性考慮,筆者認(rèn)為劃分為以下5個(gè)演替和經(jīng)營(yíng)階段是科學(xué)而可行的體系。①森林建群階段,即人工林造林到郁閉或天然林先鋒群落發(fā)生和更新的階段;②競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)階段,即所有林木個(gè)體在互利互助的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系下開(kāi)始高生長(zhǎng)而導(dǎo)致主林層高度快速增長(zhǎng)的階段;③質(zhì)量選擇階段,林木個(gè)體競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系轉(zhuǎn)化為相互排斥為主,林木出現(xiàn)顯著分化,樹(shù)木高度差異顯著,生活力強(qiáng)的樹(shù)木占據(jù)林冠的主林層,優(yōu)勢(shì)木和被壓木可以明顯的識(shí)別出來(lái),優(yōu)良的目標(biāo)樹(shù)也可以明顯地標(biāo)記出來(lái),典型的耐蔭(頂極)群落樹(shù)種出現(xiàn)大量天然更新;④近自然森林階段,樹(shù)高差異變化表現(xiàn)出停止趨勢(shì),天然更新起源的耐蔭樹(shù)種林木進(jìn)入主林層,林分表現(xiàn)出先鋒樹(shù)種和頂極群落樹(shù)種交替(混交)的特征,這一階段正是生態(tài)林業(yè)經(jīng)營(yíng)的目標(biāo)森林狀態(tài);⑤恒續(xù)林階段,林分擁有許多不同層次的林木,樹(shù)木的直徑分布范圍很寬,即存在1～100cm胸高直徑的林木,主林層由地帶性樹(shù)種和(或)立地適應(yīng)的引進(jìn)樹(shù)種組成,林分空間范圍增大并普遍存在林隙,已形成良好的垂直結(jié)構(gòu),處于競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)或質(zhì)量選擇階段的林木群團(tuán)狀地充滿較小的林隙空間內(nèi)。33.1不同網(wǎng)格區(qū)域的植物群落空間布局根據(jù)土壤、植被構(gòu)成、森林演替和林分年齡結(jié)構(gòu)等方面的綜合分析,可對(duì)相應(yīng)林分的近自然度做出評(píng)價(jià)在圖3的基礎(chǔ)上,借助GIS平臺(tái),將近自然度評(píng)價(jià)結(jié)果用群落生境圖表示出來(lái),如圖4a所示,進(jìn)而根據(jù)不同的近自然度等級(jí),規(guī)劃設(shè)計(jì)不同的林分經(jīng)營(yíng)措施(圖4b)。圖4中粗線為小班區(qū)劃界線。圖4a的不同網(wǎng)格區(qū)域表示小班中處于不同近自然度的植物群落空間布局情況,結(jié)合群落立地環(huán)境和演替階段的空間布局,即可順其自然地做出針對(duì)具體空間地塊的經(jīng)營(yíng)措施計(jì)劃圖。例如圖中的11小班,在原有的經(jīng)營(yíng)計(jì)劃中是側(cè)柏中齡林撫育管護(hù)類型,而按近自然經(jīng)營(yíng)的原則該小班可區(qū)劃出4種植物群落類型,中下部的側(cè)柏人工林的近自然度為6級(jí)(側(cè)柏雖然是本區(qū)域的鄉(xiāng)土樹(shù)種但該小班的立地不適宜其生長(zhǎng)),需要經(jīng)調(diào)整改造加入其他鄉(xiāng)土樹(shù)種成分,但目前側(cè)柏林分還未達(dá)到撫育擇伐的年齡,故圖4b中列為撫育管護(hù)類型;左上部分處于3p級(jí)近自然度的油松人工林需要進(jìn)行撫育擇伐以促進(jìn)其向松櫟混交林過(guò)渡;中上部處于5s近自然度的先鋒種天然闊葉林處于灌木向喬林過(guò)渡階段,可采取補(bǔ)植或封育的經(jīng)營(yíng)措施;而上部天然更新并處于先鋒向頂級(jí)群落過(guò)渡的林分則在20a內(nèi)不再需人為干預(yù),使其有一個(gè)質(zhì)量生長(zhǎng)的時(shí)期后方可計(jì)劃擇伐利用?？梢?jiàn)在近自然經(jīng)營(yíng)的調(diào)查和分析基礎(chǔ)上,經(jīng)營(yíng)措施的制定也就是一個(gè)順其自然的過(guò)程。3.2林分類型和目標(biāo)樹(shù)選擇根據(jù)近自然度的評(píng)價(jià)結(jié)果,完成了圖4所示的3個(gè)不同示范區(qū)內(nèi)的華北落葉松純林、優(yōu)勢(shì)種不明顯的天然闊葉林、油松純林、櫟類混交林4個(gè)主要林分類型的標(biāo)準(zhǔn)地調(diào)查和目標(biāo)樹(shù)林分施業(yè)體系的現(xiàn)地設(shè)計(jì)。在此以半城子示范區(qū)7小班的櫟類混交林?jǐn)?shù)據(jù)為例說(shuō)明設(shè)計(jì)結(jié)果。圖5所示的倒“J”形株數(shù)-直徑分布曲線反映出該櫟類混交林分為異齡林結(jié)構(gòu),但缺少大徑級(jí)林木且7、9cm徑階株數(shù)偏低,表4中林分的每公頃活立木蓄積量只有76m作為技術(shù)訓(xùn)練的例子,在標(biāo)準(zhǔn)地中的林木編號(hào)后首先執(zhí)行的是林木分類標(biāo)記。表5是半城子示范區(qū)櫟類混交林(槲樹(shù)和槲櫟)林分樣地林木分類標(biāo)記和作業(yè)設(shè)計(jì)的結(jié)果。其中用于目標(biāo)樹(shù)、干擾樹(shù)、特殊目標(biāo)選擇的林分密度分別為53、47、27株/hm目標(biāo)樹(shù)的選擇指標(biāo)有生活力、干材質(zhì)量、林木起源、損傷情況及林木年齡等方面,具體標(biāo)準(zhǔn)可因不同的樹(shù)種和林分而不同。表7所示的3類林木在現(xiàn)地按其編號(hào)標(biāo)記后,即可進(jìn)行第1次撫育擇伐作業(yè),按編號(hào)伐除被列為“干擾樹(shù)”的林木,以促進(jìn)目標(biāo)樹(shù)的生長(zhǎng)和激發(fā)林下天然更新的機(jī)制。該林分作為本地區(qū)頂級(jí)結(jié)構(gòu)的林分類型,林木生長(zhǎng)量較高,調(diào)查中測(cè)量的胸徑在20～24cm的林木其平均胸徑年生長(zhǎng)量為0.8～1.0cm,所以在未來(lái)采用正向撫育擇伐目標(biāo)樹(shù)經(jīng)營(yíng)體系作業(yè),這類林分的蓄積量至少還可提高1倍以上。4實(shí)用技術(shù)參數(shù)在保持森林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能穩(wěn)定的基礎(chǔ)上,近自然森林經(jīng)營(yíng)具有投入成本低、抗災(zāi)害能力強(qiáng)的特征,保證了林業(yè)投資效果,沒(méi)有生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和災(zāi)難后果,使在同一空間的森林同時(shí)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會(huì)效益,其整體經(jīng)營(yíng)的總生產(chǎn)力和經(jīng)濟(jì)效果高于同齡林人工林經(jīng)營(yíng)體系。人工林經(jīng)營(yíng)以強(qiáng)調(diào)人為設(shè)計(jì)和控制的輪伐期技術(shù)機(jī)制為基本特征,而近自然經(jīng)營(yíng)是以原始森林的結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)為參照對(duì)象的比較分析和應(yīng)用為主要特征,實(shí)用技術(shù)參數(shù)包括森林的近自然度、多樣性、森林結(jié)構(gòu)、森林產(chǎn)品、立地條件和環(huán)境相關(guān)的參數(shù)等,其實(shí)用工具包括了經(jīng)營(yíng)及作業(yè)設(shè)計(jì)調(diào)查技術(shù)、群落生境制圖及經(jīng)營(yíng)計(jì)劃技術(shù)、目標(biāo)樹(shù)單株木林分施業(yè)體系、人工林近自然化改造技術(shù)和森林動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)技術(shù)等方面,這在上述的研究?jī)?nèi)容中得到了充分的體現(xiàn)。針對(duì)北京密云縣霧靈山、半城子、二道河3個(gè)示范區(qū),在群落生境圖技術(shù)支持下的近自然經(jīng)營(yíng)計(jì)劃是以具體的森林生態(tài)系統(tǒng)(植物群落)為基本單元,注重現(xiàn)地?cái)?shù)據(jù)調(diào)查、演替階段分析和近自然度評(píng)價(jià),與具體立地環(huán)境中自然穩(wěn)定的頂級(jí)群落為參照目標(biāo)計(jì)劃和設(shè)計(jì)森林經(jīng)營(yíng)過(guò)程和措施的科學(xué)方法,其應(yīng)用可節(jié)約至少30%的造林