近自然森林經(jīng)理計(jì)劃技術(shù)體系的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

近自然森林經(jīng)理計(jì)劃技術(shù)體系的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

1方法和數(shù)據(jù)1.1試驗(yàn)地選擇及研究對(duì)象近天然林管理試驗(yàn)的樣本區(qū)包括海南、云南、四川、陜西、北京等不同地區(qū)的森林類型。本文以北京西山林場(chǎng)和魏村集體森林為例，介紹了近天然林管理規(guī)劃體系的方法、數(shù)據(jù)和結(jié)果。魏家村示范作業(yè)區(qū)地處東經(jīng)116°10′58″~116°11′24″,北緯39°57′52″~39°58′12″,海拔340~590m,土壤為山地黃棕壤。以林齡48a的人工油松林為主要研究對(duì)象。油松林為1957年造林,造林株行距為1.5m×1.5m,1992年經(jīng)過(guò)1次疏伐撫育作業(yè),目前林分平均胸徑14cm,平均樹(shù)高9m,林下植被較少,有天然更新的闊葉樹(shù)種。1.2封閉式天然林管理計(jì)劃的技術(shù)要素群落生境調(diào)查技術(shù)工具群落生境調(diào)查與制圖是近自然森林經(jīng)營(yíng)中理解和表達(dá)一個(gè)具體的森林經(jīng)營(yíng)區(qū)域內(nèi)自然生態(tài)條件的基本技術(shù)工具,是制定近自然森林經(jīng)營(yíng)計(jì)劃的必備技術(shù)文件之一群落生境制圖所需的野外調(diào)查基本內(nèi)容包括:(1)在GIS技術(shù)支持下準(zhǔn)備基本的野外工作手圖;(2)在現(xiàn)地完成林況踏查和對(duì)坡勾繪;(3)各群落生境類型立地因子調(diào)查、植被構(gòu)成調(diào)查和土壤調(diào)查等基本信息采集工作目標(biāo)森林培育型森林發(fā)展類型是基于群落生境類型、潛在天然森林植被及其演替進(jìn)程、森林培育經(jīng)濟(jì)需求和技術(shù)可能等多因子而綜合制定的一種目標(biāo)森林培育導(dǎo)向模式。森林發(fā)展類型作為長(zhǎng)期理想的森林經(jīng)營(yíng)目標(biāo),空間尺度上與傳統(tǒng)森林經(jīng)營(yíng)方案中的“作業(yè)級(jí)”類似,是介于具體林分和經(jīng)營(yíng)單位之間的一個(gè)自然性質(zhì)、動(dòng)態(tài)特征和經(jīng)營(yíng)目標(biāo)基本一致的森林經(jīng)營(yíng)計(jì)劃單元;具體設(shè)計(jì)時(shí)包括了森林概觀、森林發(fā)展目標(biāo)、樹(shù)種比例、混交類型、近期經(jīng)營(yíng)措施等5方面合乎邏輯的概念性規(guī)定。設(shè)計(jì)在林地更新中的核心地位和作用目標(biāo)樹(shù)林分作業(yè)體系是規(guī)定本次經(jīng)理期內(nèi)對(duì)當(dāng)前林分執(zhí)行具體作業(yè)的技術(shù)模式,主要包括目標(biāo)樹(shù)導(dǎo)向的林木分類、撫育采伐設(shè)計(jì)和促進(jìn)更新設(shè)計(jì)3方面。設(shè)計(jì)的基本原則是在發(fā)展類型的框架內(nèi),在理解和尊重自然、充分利用林地自身更新生長(zhǎng)的潛力、生態(tài)和經(jīng)濟(jì)目標(biāo)兼顧的要求下,做出保留木、采伐木和林下更新幼樹(shù)的標(biāo)記和描述,實(shí)現(xiàn)在保持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定的基礎(chǔ)上最大限度地降低森林經(jīng)營(yíng)投入并生產(chǎn)盡可能多的森林產(chǎn)品;設(shè)計(jì)的基本依據(jù)是林木間對(duì)光、水、養(yǎng)分等生長(zhǎng)要素的競(jìng)爭(zhēng)或互助關(guān)系。生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)周期控制傳統(tǒng)的用材林經(jīng)營(yíng)中針對(duì)作業(yè)級(jí)的森林經(jīng)理計(jì)劃是用基于數(shù)量成熟的輪伐期為明確的經(jīng)營(yíng)周期指標(biāo),實(shí)現(xiàn)對(duì)森林生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)進(jìn)程的整體控制和經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)計(jì)劃。生命周期經(jīng)營(yíng)計(jì)劃就是同時(shí)考慮森林的數(shù)量和質(zhì)量指標(biāo)在整個(gè)森林生長(zhǎng)周期內(nèi)的發(fā)展變化情況,以林分優(yōu)勢(shì)高所代表的垂直結(jié)構(gòu)為依據(jù)而做出的階段劃分和相應(yīng)的經(jīng)營(yíng)作業(yè)或收獲的整體框架設(shè)計(jì)。1.3調(diào)查和劃分方法針對(duì)制定近自然森林經(jīng)理計(jì)劃的數(shù)據(jù)調(diào)查由群落立地和森林環(huán)境條件調(diào)查、植被和土壤調(diào)查、林分結(jié)構(gòu)和生長(zhǎng)調(diào)查3部分組成。作業(yè)區(qū)工作手圖、立地條件因子分類及編碼體系是調(diào)查工作必要的基礎(chǔ)材料。野外調(diào)查使用的工作手圖要求包括必要的圖素有道路(小路)、水域、等高線及高程點(diǎn)等固定不變的地理地貌要素及林班、小班區(qū)劃界線和注記等信息,以便于野外調(diào)查記錄和勾繪參考。圖1表示了調(diào)查方案中對(duì)立地條件因子分類定義及編碼的示例情況,該立地條件分類體系中,將海拔高度、地形地貌、土壤厚度及有機(jī)質(zhì)情況等3類森林環(huán)境因子進(jìn)行分級(jí)及編碼。立地條件調(diào)查及制圖應(yīng)該描繪出立地條件的主要特征,要求把鑲嵌在一起的不同立地條件地段區(qū)分和標(biāo)記出來(lái),這樣才能真正做到按立地條件及其生態(tài)特征經(jīng)營(yíng)每一塊林地。由于與現(xiàn)有的區(qū)劃體系在指導(dǎo)思想和方法上的不同,該示范區(qū)調(diào)查中確定的立地類型單元與現(xiàn)有小班區(qū)劃中林分的界線很少有一致的情況,造林地樹(shù)種選擇也存在許多與立地條件不相適應(yīng)的情況。群落生境調(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)的路線踏查估計(jì)和對(duì)坡觀測(cè)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和界線,在群落生境調(diào)查表中記錄各個(gè)群落的林分特征、立地因子代碼、建群物種、起源、演替階段、生長(zhǎng)狀況和近自然度、經(jīng)營(yíng)的文化和經(jīng)濟(jì)目標(biāo)、生態(tài)保護(hù)需求等基本信息。林分結(jié)構(gòu)調(diào)查采用半徑為8.92m的圓形標(biāo)準(zhǔn)地進(jìn)行,在油松林內(nèi)設(shè)置6塊標(biāo)準(zhǔn)地,位置見(jiàn)圖2,各標(biāo)準(zhǔn)地基本林分參數(shù)見(jiàn)表1。生長(zhǎng)調(diào)查采用解析木方法進(jìn)行。具體的樣地調(diào)查技術(shù)、演替階段劃分及近自然度評(píng)價(jià)體系等描述見(jiàn)參考文獻(xiàn)2結(jié)果與分析在提出近自然森林經(jīng)理計(jì)劃模式的目標(biāo)下,給出4個(gè)主要技術(shù)要素的應(yīng)用結(jié)果與分析。2.1類群落生境設(shè)計(jì)圖森林經(jīng)理計(jì)劃的模式設(shè)計(jì)工作從群落生境開(kāi)始,因?yàn)槿郝渖撤治鲋茍D是確定經(jīng)營(yíng)目標(biāo)和方向的基礎(chǔ)性工作,比較明確的4類群落生境圖包括立地條件、植被及演替類型、近自然度分析和經(jīng)營(yíng)措施設(shè)計(jì)圖。本文僅給出魏家村試點(diǎn)區(qū)群落生境圖(圖2)和生境的近自然度分析結(jié)果(圖3)。人工油松林(圖3中1005號(hào)地段)處于3n級(jí)近自然程度,為具有天然更新的先鋒群落階段,是具有長(zhǎng)期穩(wěn)定特征的森林類型,森林近自然化經(jīng)營(yíng)改造的措施可以針對(duì)當(dāng)前主林層設(shè)計(jì)和實(shí)施。2.2生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)營(yíng)模式的選擇西山試驗(yàn)林場(chǎng)魏家村林區(qū)地處北京市西區(qū)城郊結(jié)合部,毗鄰香山、北京植物園等風(fēng)景區(qū),所以森林的城市景觀功能以及為市民提供休閑游憩的功能是經(jīng)營(yíng)的首要目標(biāo),這種特殊的社會(huì)環(huán)境和地理位置決定了在制定發(fā)展類型時(shí)要把森林景觀和游憩需要放在首位,經(jīng)營(yíng)目標(biāo)是把現(xiàn)有的人工同齡純林改造為結(jié)構(gòu)豐富穩(wěn)定的近自然森林,以滿足可持續(xù)的環(huán)境和文化服務(wù)為首要目標(biāo),并在生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展豐富的進(jìn)程中逐步提高木材生產(chǎn)的能力。根據(jù)群落生境調(diào)查分析結(jié)果,現(xiàn)有油松純林分布的立地條件主要有2類,一類是土層深厚、水分較好的平緩坡面或山麓地帶,另一類是土層中等到瘠薄的半陽(yáng)(東南)坡或陽(yáng)坡、地勢(shì)較陡的坡面或山丘突起部位等較干燥的立地條件。按發(fā)展類型設(shè)計(jì)的原則,總是選擇適合一個(gè)立地中最為“尊貴”的樹(shù)種為森林的主要樹(shù)種,在較好的立地條件下決不優(yōu)先使用適應(yīng)于較差立地環(huán)境的樹(shù)種。所以,第1類立地條件下設(shè)計(jì)了01號(hào)發(fā)展類型,進(jìn)行景觀林與用材兼顧的經(jīng)營(yíng)模式,目標(biāo)是通過(guò)持續(xù)的目標(biāo)樹(shù)培育出林木品質(zhì)優(yōu)秀、森林景觀感人的高品質(zhì)近自然森林。第2類立地條件下設(shè)計(jì)了02號(hào)發(fā)展類型,以充分利用油松耐貧瘠的特征,經(jīng)撫育改造實(shí)現(xiàn)并保持先鋒群落樹(shù)種與中生和頂級(jí)樹(shù)種混交的穩(wěn)定森林結(jié)構(gòu),以創(chuàng)造盡可能豐富的物種多樣性基礎(chǔ),使植被和立地長(zhǎng)期保持物質(zhì)和能量交互的正向演化發(fā)展,從而不斷提高生態(tài)系統(tǒng)的整體質(zhì)量。以下給出發(fā)展類型設(shè)計(jì)的主要指標(biāo),在后附的文本框中僅給出了01號(hào)目標(biāo)發(fā)展類型設(shè)計(jì)。外來(lái)樹(shù)種為主,外來(lái)樹(shù)種為輔,選擇適合當(dāng)?shù)貥?shù)種為主近自然化改造目標(biāo)指導(dǎo)下發(fā)展類型設(shè)計(jì)的第1個(gè)指標(biāo)是,確定未來(lái)林分的樹(shù)種結(jié)構(gòu)。原則上說(shuō),未來(lái)樹(shù)種應(yīng)該是以立地適應(yīng)的鄉(xiāng)土樹(shù)種為主,如果必須是引進(jìn)的外來(lái)樹(shù)種,最基本的原則是該樹(shù)種應(yīng)該能夠持續(xù)地實(shí)現(xiàn)天然更新。樹(shù)種構(gòu)成目標(biāo)中還應(yīng)該體現(xiàn)當(dāng)前的喜光樹(shù)種結(jié)構(gòu)向演替過(guò)渡的中生樹(shù)種到未來(lái)頂級(jí)群落的耐蔭樹(shù)種構(gòu)成的發(fā)展分析和估計(jì)。調(diào)整近自然森林徑級(jí)結(jié)構(gòu)第2個(gè)指標(biāo)是林分的徑級(jí)結(jié)構(gòu)和目標(biāo)直徑。見(jiàn)圖4。如圖4所示,在當(dāng)前林分具體的徑級(jí)結(jié)構(gòu)與目標(biāo)的近自然森林的倒J型徑級(jí)結(jié)構(gòu)之間有2個(gè)空白區(qū)域,可指示出改造計(jì)劃撫育作業(yè)的調(diào)整重點(diǎn)應(yīng)該通過(guò)闊葉樹(shù)種補(bǔ)植和促進(jìn)更新生長(zhǎng)在盡可能短的期間內(nèi)充實(shí)直徑分布左端的樹(shù)木,通過(guò)選擇和促進(jìn)現(xiàn)有100株/hm總之,提高徑級(jí)結(jié)構(gòu)在空間上的差異程度始終是該森林類型在近自然化改造進(jìn)程中不能忘記的。存在較大干擾強(qiáng)度第3個(gè)指標(biāo)是林分的垂直結(jié)構(gòu)。首要的問(wèn)題不是下層結(jié)構(gòu)的發(fā)展而是主林層的疏開(kāi)與保持的矛盾問(wèn)題。這個(gè)矛盾在完全郁閉的單林層且林下沒(méi)有任何更新幼樹(shù)的同齡林中表現(xiàn)最為突出,這樣的林分為了促進(jìn)林下更新的出現(xiàn)需要在第1次改造疏伐時(shí)設(shè)計(jì)較大的干擾強(qiáng)度,但這種作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)是導(dǎo)致上層林木機(jī)械穩(wěn)定性銳減而在未來(lái)被自然出現(xiàn)的風(fēng)倒、雪壓等因素進(jìn)一步摧毀,可能導(dǎo)致林地失去主林層的失敗局面。因此在發(fā)展類型指導(dǎo)下的目標(biāo)樹(shù)體系中要作出有耐心的作業(yè)設(shè)計(jì)。目標(biāo)發(fā)展類型01提出的森林混交格局結(jié)果也許需要40a以上的改造周期才能實(shí)現(xiàn),因?yàn)閺哪壳巴g林結(jié)構(gòu)的林分到天然更新和異齡結(jié)構(gòu)機(jī)制自動(dòng)出現(xiàn)的穩(wěn)定森林狀態(tài)的調(diào)整是一個(gè)漫長(zhǎng)而細(xì)心調(diào)控的過(guò)程。2.3不同生長(zhǎng)階段、不同競(jìng)爭(zhēng)因素對(duì)土壤養(yǎng)分狀態(tài)的影響,是造成第3個(gè)限制因子出現(xiàn)基于群落生境分析和發(fā)展類型設(shè)計(jì)的結(jié)果,可以總結(jié)出把人工油松林改造為結(jié)構(gòu)豐富穩(wěn)定的近自然森林而實(shí)現(xiàn)以景觀和游憩為主兼顧木材生產(chǎn)的經(jīng)營(yíng)目標(biāo),需要克服3個(gè)限制因子:(1)減緩當(dāng)前林木生長(zhǎng)退化的趨勢(shì);(2)盡快促進(jìn)后續(xù)林木生長(zhǎng),調(diào)整徑級(jí)結(jié)構(gòu)到可持續(xù)的倒J形分布狀態(tài);(3)增加闊葉樹(shù)種的比例以促進(jìn)土壤腐殖質(zhì)形成進(jìn)程,改善自然立地環(huán)境條件?？赡艿牟僮鳈C(jī)制是應(yīng)用目標(biāo)樹(shù)作業(yè)技術(shù),通過(guò)干擾樹(shù)采伐后緩解目標(biāo)樹(shù)的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系,使目標(biāo)樹(shù)出現(xiàn)新的生長(zhǎng)勢(shì)頭而使第1個(gè)限制因子得以改進(jìn);通過(guò)干擾樹(shù)采伐而改善下層木的生長(zhǎng)環(huán)境并保護(hù)天然更新幼樹(shù),實(shí)現(xiàn)和加速天然更新的持續(xù)發(fā)展;通過(guò)促進(jìn)混交和物種多樣性發(fā)展的措施而改善土壤養(yǎng)分狀態(tài),啟動(dòng)并加速生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)機(jī)制,使第3個(gè)限制因子逐步得到改善。這種調(diào)整從第1到第3因素表現(xiàn)出人為控制和影響能力減弱、需要時(shí)間延長(zhǎng)和可測(cè)量性逐步模糊的特征。設(shè)計(jì)和實(shí)施目標(biāo)樹(shù)作業(yè)體系的首要任務(wù)就是選擇和永久地標(biāo)記目標(biāo)樹(shù),采伐干擾樹(shù)并制定保護(hù)更新幼樹(shù)的多種措施。表2是對(duì)示范林分全部林木調(diào)查分類后主要技術(shù)參數(shù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果,表中的70株/hm在此略去采伐作業(yè)設(shè)計(jì)部分。采伐后的更新設(shè)計(jì)是進(jìn)行以樹(shù)種比例調(diào)整為目標(biāo)的栓皮櫟直播補(bǔ)植。補(bǔ)植方法分為2種:采伐林隙處補(bǔ)植和林下群團(tuán)狀補(bǔ)植。群團(tuán)補(bǔ)植的視主林層條件定每群5~10穴,每穴8~10粒,穴間距1m×1m。群間交差錯(cuò)開(kāi),針對(duì)林下天然更新不足的地段進(jìn)行,所有天然更新的幼樹(shù)均要注意保護(hù)。避免全林補(bǔ)植的作業(yè)一方面節(jié)約投入和充分利用自然力,另一方面可提高森林的物種多樣性。2.4缺乏可靠證據(jù)的撫育作業(yè)周期由于北方地區(qū)油松林生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展的相對(duì)長(zhǎng)期性和目前對(duì)人工林近自然化改造知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的缺乏,對(duì)森林經(jīng)理計(jì)劃主要技術(shù)參數(shù)之一的撫育作業(yè)周期的具體分析和確定目前還是一個(gè)缺乏可靠證據(jù)的技術(shù)難題。在這種情況下,制定了表3所示的以林分垂直結(jié)構(gòu)為指標(biāo)的森林生命周期經(jīng)營(yíng)計(jì)劃。續(xù)表表3所示的這個(gè)完整周期的經(jīng)營(yíng)計(jì)劃沒(méi)有對(duì)未來(lái)的每一次林分作業(yè)設(shè)定簡(jiǎn)單機(jī)械的時(shí)間周期指標(biāo),以避免定期作業(yè)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的過(guò)渡干擾和浪費(fèi)人力物力,而又對(duì)系統(tǒng)的變化保持有整體的把握,根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)的變化進(jìn)行適時(shí)的相應(yīng)作業(yè)調(diào)整。3技術(shù)措施分析本研究結(jié)合北京實(shí)驗(yàn)區(qū)的一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)例,給出了一個(gè)以多功能森林經(jīng)營(yíng)為目標(biāo)的近自然森林經(jīng)理計(jì)劃技術(shù)體系范例。由于森林生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展的長(zhǎng)期性特征,基于現(xiàn)地變化數(shù)據(jù)的效果評(píng)價(jià)還需要有一定的時(shí)期才能提出。這個(gè)范例的群落生境分析4個(gè)技術(shù)要素中,目標(biāo)樹(shù)單株木林分施業(yè)體系有可靠的林學(xué)和生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)和極強(qiáng)的可操作性,實(shí)施后可將現(xiàn)有林分的蓄積量和生長(zhǎng)量進(jìn)一步提高,并實(shí)現(xiàn)森林的多品種