城市森林的近自然林经营技术方案

祝 宁

(东北林业大学,哈尔滨,150040)

随着经济发展、社会进步,城市化过程为人们提供大量享受和发展的同时,人口拥挤、环境污染和资源缺乏也向人们提出了各种挑战。为了改善城市环境,给人们建造舒适、优美的环境,良好的休闲、娱乐场所,各类城市营建了大量的城市森林,其发展速度之快,投入财力之大,空前未有。这种趋势方兴未艾、前途无量。已经建成和正在不断营建的城市森林是人民大众的生态文化产业,若使它们越长越好,效益越来越大,并持续稳定发挥作用,满足当代和以后各代的需要,必须改变那种“我们不能等待大自然的恩赐,而要向大自然索取”的思想,遵循城市森林自身发展的规律经营管理它们。这是对城市森林工作者的严峻挑战和不可推却的任务。本技术方案,以引进国际先进的近自然林经营理论、技术为基础,结合我国城市森林建设的实际进行研究,以期为我国城市森林的经营提供一条可行途径。

1 概念和定义

城市森林(urban forest)——城市森林是城市生态系统中的主要生物组成部分。它是由城市市区及其周边地区中,以木本植物为主的所有绿色植被组成,它对改善城市生态环境,提高人们健康和文化生活水平有极为重要的作用[1]。

人工林(artifical stand,man made forest)——通过直播或栽植,由人工营造的林木或林分[2]。

天然林(自然林)(Natural forest)——天然林是一种自然地理现象,它是在一定的区域或生境上天然发生演替形成的森林。当它们发展到可以自我更新、自我维持的稳定状态时,则是某地区生境上的顶级森林群落。它最适合该地区或生境的气候自然条件,是生物多样性高、结构合理、生物产量高、生态功能大、抗逆性强的森林。

近自然林(Close to natural forest)——近自然林是以原生的地带性森林为参照而培育和经营的,主要由地带性乡土树种组成的多种树种混交,并逐步向多层次、异龄结构发展的森林。

森林经营(forest management)——森林经营的含义很广,它包括森林培育、森林管护和利用,甚至涉及经济、法律和社会[7]。

近自然林经营(Close to natural management)——近自然林经营是以近自然林为参照,营建和将现有人工林逐步引导为近自然林的一种经营。按其原意“近自然森林经营是以生态系统的稳定性、生物多样性和系统多功能及缓冲能力分析为基础,以整个森林的生命周期为时间设计单元,以目标树的标记和择伐及天然更新为主要技术特征,以永久性林分覆盖、多功能经营和多品质产品生产为目标的森林经营体系。”这种经营遵循“森林生态系统内的自然生长发育和演替规律,以森林自然更新到稳定的顶极群落这样一个完整的森林生命过程的时间跨度来设计各项经营活动,优化森林结构和功能,永续充分利用与森林有关的各种自然力,不断优化森林经营过程,从而使生态与经济的需要能最佳结合的一种近自然森林的经营模式[3]”。

2 城市森林近自然林经营的指导理论

城市森林的近自然林经营必需有许多相关的理论从其经营理念、经营技术和经营方法上得到相应的支撑。

2.1 可持续发展的理论

可持续发展的理论是城市森林近自然林经营的理念基础。人们建设城市森林的目的就是要求城市森林世世代代为居民提供良好、优美的居住环境,舒适生动的游憩休闲场所,高雅清馨的文化氛围。而以木本植物为主体的城市森林以具寿命长久、可世代更新,可能承担这一个长久而艰巨的任务。

城市森林的近自然林经营正是合乎可持续发展理论中“在满足当代人需求的同时,不损害后代人满足其身需的能力”的理论,并且强调城市森林布局的合理性、公平性;城市森林经营中不能超越环境承载能力和尽量利用森林的自然潜力,尽可能地减少能源和其它自然资源的消耗。

2.2 森林的生长发育理论

森林的生长发育过程是森林提供一切功能效益的生物学基础。森林是由林木个体及由它组成的群体。与任何生物体一样,森林从个体到群体都有其生长发育过程,在这个过程的各种不同的阶段,林木和群体对环境有不同的要求和适应,同时将提供不同的生态和景观效能。

林木的生长曲线呈斜向的“S”形,这种“S”形生长曲线表现了林木生长是“慢—快—慢”的过程。这也表现为对空间和资源的要求是“弱—强—弱”的过程。由林木组成的森林群体,随着年龄的增长可以区分为幼龄林、中龄林、壮龄林、成熟林和过熟林阶段。森林的各个阶段,其内部结构、对外界环境的要求以及所产生的生态和景观功能效应也不同。近自然经营就是通过经营活动使其在不同阶段的生态景观功能达到最大,并且提早进入成熟期,尽量推迟过熟期,从整体上获得最大的效益。

2.3 群落学的理论

城市的兴起和发展是在摧毁当地原生生态系统而建立起来的人工生态系统。当地原生自然植被几乎破坏尽殆。新建的和保留的绝大部分是人工的或天然次生群落,它们中绝大部分是按照人的意志,在“师法自然”的指导下营建的,但是一旦营建,群落自身就开始按群落自身发生发展的规律进行自我调节,并按当地植被顶极(天然林)发生演替变化,不断调节自身的结构,不同时间的植被以其结构为基础,产生不同的功能。

城市森林的近自然林经营就是以当地天然林为参照,通过经营措施,使大部分人工营建的、天然留存林地中的林木在较短的时间里达到或接近天然林的组成、结构和功能。因此,群落学中的组成、结构、动态、演替和功能的相关理论是必须遵循的。所谓“师法自然”就是按自然规律办事,不是仅在外形上的模仿,而在本质上的背离。只有这样,城市森林才能在较短的时间里达到结构合理、功能优化,逐步趋向于当地的天然林。

3 近自然林经营的目标和原则

3.1 近自然林经营的目标

城市森林经营不是以木材的产量和质量为经营目标,而是以改善城市的生态环境和提供居民休闲和游憩场所为目的。因此,从长远和全面来说,它的经营是多元的、灵活的、复杂的和持久的,几乎没有止境。因此,这里追求的不是一个目标,而是一个过程。在这个不断延续的过程中,一代一代地使城市森林不断发挥它们的生态和景观效益,满足人类的需求。

3.2 近自然林经营的原则

①在城市森林的营建和调整中应以乡土树种和适应该地区的树种为主。营建和诱导与当地天然林的森林外貌相近似的森林群落,以呈现地方特色。

②城市森林的结构应逐步诱导为多层次、异龄、高生物多样性的稳定生物群落。

③森林的更新以天然更新与人工促进更新相结合,必要时辅以人工更新。

④在经营过程中充分利用自然潜力,减少人工干预,致使人力、财力和物力的低投入[4-5]。

⑤城市森林的近自然林经营,从长远来讲是持久的,追求的是一个过程,但对具体的森林来说,则以它的森林的生命周期为时间设计单元,根据具体森林所处的生长发育和演替的阶段,制定具体的目标,这个目标必须服务总目标,并为完成总目标服务。

4 城市森林近自然林经营技术

在城市森林建设中,不是种了树,栽了花草就“回归”自然了,这种“自然”是人们以为的自然,而真正地回归自然是类似自然群落的自然。当然,近自然林经营不是自由自在地听之任之,而是充分利用自然潜力,以自然林为参照,按森林生长发育和演替的规律,在不同的阶段,采用不同经营措施,减少能源和资源的投入,使城市森林的生态和景观效益达到最大化。

城市森林的近自然林经营应从两级水平上进行：一是系统水平,二是森林群落水平。

4.1 系统水平

系统水平上确定城市森林的规模、布局、特色。

城市森林是城市生态系统中重要的组成部分,它在城市生态系统中应有相当地位、作用。因此,它的规模必须合乎城市性质、模型、环境容量、人口等一系列相关因素,绝对不是越大越好,只有这样才能与城市的其他因素一起构建和谐的生态文明城市。一般应是城市面积的 40%左右。

城市森林总面积确定后,要它们从整体上发挥生态和服务功能,最重要的是它的结构是否合理。城市森林的结构应包括各种森林绿地面积、性质、数量以及它们的分布格局,一个城市森林总面积达标,但其结构不合理,其整体服务功能是不会理想的。这是从系统水平上评价某个城市的城市森林主要指标之一。因此,城市森林对某个城市来说不仅总的数量、绿地率、绿化覆盖率要达标,而且,它们的空间分布格局更要达标,只有这样,城市森林的生态及其他各种服务功能才能达到最佳。

城市森林的地方文化特色则表现在城市森林的树木组成应以乡土树种为主,而其群落外貌应与当地自然林各种不同阶段的外貌相似,并处于不同自然度的水平上。

4.2 群落水平

群落水平上则按城市森林发生、发展不同的阶段采用不同的经营措施。

4.2.1 营建

范围：城区或郊区的荒地、荒山、建筑物周围、工矿业废弃地等。

目的：成活、成型。

生境分析：指具体栽植地点的气候(光、温度、水)及土壤条件的分析。对于坡度、坡向与建筑物之间关系影响的光照、温度、湿度等生态条件所形成的各种不同的小气候特点,在营建时应充分利用其有利因素,避免不利因素。除自然土壤特性的调查分析外,应特别注意土壤使用历史、现状、地下水位等生态因子。

树种选择：应选择乡土树种和归化树种中适应具体生境、生态效益高、景观功能合适的树种,绝对不栽植未经认证适合本地环境的外来树木。

苗木规格：栽植的最大苗木直径不能大于 8～10cm,非特殊需要,禁用大树移植。苗木非特殊情况应不截头,保持树木的完整。

栽植密度：根据营建的城市森林要求和所栽植树种的生长特性设计栽植密度,特别要防止为某些政绩需要而“高度密植”。

混交方式：根据营建的城市森林要求、树种特性及其相互关系,进行株间混交、行间混交、带状混交和块状混交。

已在上海实施的“生态型绿化法”也可参考试用[6]。

4.2.2 森林培育

4.2.2.1 抚育间伐

范围：片林,环城林带,防护林中已郁闭的和中壮林龄的林分。

目的：缩短培育期,增加保留木的生长空间,调节环境容量,调节组成,增加生物量(绿量)。

抚育间伐时期的确定：林分郁闭度超过 0.7以上,胸径连年生长量持续下降。

采伐强度：根据林分的林龄阶段,中幼林强度约为 20%,中近熟林可达 30%～35%。一般将郁闭度下降到 0.5～0.4。

采伐方式：下层抚育。

采伐木确定：可以参照克拉夫特林木分级法。

Ⅰ级木——优势木,树高和直径最大,树冠也最大,一般高于林冠层;

Ⅱ级木——亚优势木,树高略次于优势木,直径和树高也略小于优势木,组成林冠层;

Ⅲ级木——中等木,生长尚好,树高和直径较前两级差,树冠较窄,与Ⅱ级一起组成林冠层;

Ⅳ级木——被压木,树高和直径小,树冠受挤压;

Ⅴ级木——濒死木和枯立木。

采伐时根据采伐强度,先伐Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级木,或根据林木位置采伐个别的Ⅱ级木。对枯立木并不一定要全部伐除[7],视情况保留,作为鸟、小型哺乳动物的巢穴。

采伐的间隔期：指两次抚育间伐所相隔的年数。采伐间隔期的长短视树种、生境、上次采伐强度而不同,一般应以林冠郁闭度的恢复状况和直径连年生长量再次下降而定。

4.2.2.2 近自然林诱导

范围：近自然林诱导一般在以下两种林分中进行。其一是在壮龄林、近成熟的纯林中进行,其二是在保存率低的人工林、有一定的天然更新的林分中进行。

目标：将现有林分通过组成调节逐步诱导为多树种(以乡土树为主)的混交、异龄、多层的近自然林。

方法：在人工纯林中,首先要除开林冠,为天然更新、天然促进更新或人工更新的幼树提供生存发展的空间。而更新的方式则可依据种源及其距离而定。当林下更新获得成功后,则根据幼树生长的情况进行相应的透光抚育。在确定更新方式和树种以前,更新调查十分必要,通过更新调查分析林地更新现状、更新的可行性,明确可利用的优势因素和必须克服的不利因素,充分利用自然潜力达到低投入高效益。

4.2.3 管护

由于城市森林的近自然林经营是一个过程,因此,一旦森林营建后,管护工作就随之贯彻始终。管护涉及多种学科和多种技术,如防火、病虫害防治、资源动态监测、凋落物及土壤管理,防止外来物种入侵,鸟兽的引入等。

①防火、病虫害、防止外来种入侵等已有相应的技术方案和规程,在城市森林近自然林经营中可以结合城市森林的地域、森林状况参照执行。

②城市森林的生态和景观效益是以森林的生物量为基础,因此,对城市森林的资源动态监测是城市森林近自然林经营的重要依据。运用“3S”技术和地理信息系统的手段建立起城市森林资源动态监测和评价体系是十分必要、也是完全可能的。

③凋落物与土壤管理。在城市森林中凋落物一般是收集集中后焚烧或运出。在近自然林的经营中,凋落物应保留在林中分解归还林地,也可以收集集中后粉碎、腐化再归还到林地中,以促进林地的生物地球化学循环,使之保持“自肥”,满足林木和地被植物生长的需要。

④在城市森林中践踏常是对林地危害的重要因素之一,因此,在土壤管理中防止践踏主要靠宣传教育、设置标语牌,提醒人们不要践踏。在一些因为设计上应开辟步道而没有设置的地方,应调查后重新设计修筑道路,以便于人们步行,又保护周边的林地免遭践踏。

⑤鸟兽的引入。城市森林中引入鸟类和小型哺乳类动物,不仅可以增加林地的生物多样性,还有益于保护林木的健康。在一定面积的城市森林中悬挂鸟巢木箱、保护树洞,并在一定位置设立供水器,以招引鸟类和小型动物,有条件的地方可以组织民众在城市森林“放生”鸟类和小型动物。当城市中野生动物因保护而发展起来后,则应根据城市野生动物管理要求,限制物种的种群密度,调节种间关系,保证居民的环境清洁、安静和安全。

⑥枯枝、枯立木及倒木的处理。一般,近自然林中的枯枝、枯立木和倒木可不予处理,任其腐烂归还自然,但是在人们活动频繁的地方,为了安全,应对枯枝、枯立木进行处理,使之处于不危及人们安全的状态。

⑦自然地被的管理和诱导。目前,在相当一部分城市森林的林地中铺设了草坪,但这些草坪景观效果很难维持,生态效益不明显,而且必须投入大量人力、物力和财力进行维护。在近自然经营中可充分发挥自然潜力,先将草坪诱导为人工和自然地被混生,再诱导为自然植被,它们不仅有地方乡土气息,充满野趣,增加生物多样性,还有较强的抗逆性,可以节省相当数量的人力和资金。管理的办法主要为：根据景观的需要,定期用割草机或剪草机对草坪进行修剪、选择性修剪或完全不修剪。

4.2.4 利用

城市森林近自然林的经营中,对其利用包括：直接经济利用、生态效益的表达、森林文化的诠释等诸方面。

①直接经济利用。主要在抚育间伐或近自然林诱导采伐中获得小径材、可供绿化建设的固撑木,大径材可直接运出加工利用。在有的近自然林中可能获得菌菇和浆果等产品和采摘等旅游项目。

②生态效益的展示。城市森林的近自然林经营过程中,可以不断产生各种生态效益,从而调节改善环境,有益于民众的健康。现在已有各种测试手段获得各种数据,这些数据不仅可供城市森林近自然林经营的研究之用,还可以通过各种手段向民众公示,让民众获得科学信息,从而积极地参与各种经营活动。

③森林文化的诠释。城市森林是最贴近民众的自然环境,在污染、拥挤、噪杂的环境中,城市森林为民众提供了清洁、宁静、舒展生活的平台,从而逐渐形成新的生活习惯,培养新的理念,新的生活追求和新的生活方式,这就是在新时期环境下开始的新文化。

[1] 祝宁,柴一新,李敏.试论城市森林生态研究框架[G]//何光元,宁祝华.城市森林生态研究进展[M].北京：中国林业出版社,2002.

[2] 林业科技词典编译小组.英汉林业科技词典[M].北京：科学出版社,1981.

[3] 陆元昌.近自然森林经营的理论与实践[M].北京：科学出版社,2006.

[4] 李慧卿,江泽平,雷静品,等.近自然森林经营探讨[J].世界林业研究,2007,20(4)：6-11.

[5] 雷静品,李慧卿,江泽平.在我国实施近自然森林经营的分析[J].世界林业研究,2007,20(5)：63-67.

[6] 达良俊,杨永川,陈鸣.生态型绿化法在上海“近自然”群落建设中的应用[J].中国园林,2004(3)：38-40.

[7] 沈国舫.森林培育学[M].北京：中国林业出版社,2001.

[8] 陈大珂.森林经营学[M].哈尔滨：东北林业大学出版社,1993.