我国近自然森林经营技术与效果评价研究进展

2017-04-04 08:51贺志龙张芸香郭晋平
山西农业科学 2017年9期
关键词:林分人工林森林

贺志龙,张芸香,郭晋平

(1.山西农业大学林学院,山西太谷030801;2.山西农业大学研究生院,山西太谷030801)

我国近自然森林经营技术与效果评价研究进展

贺志龙1,2,张芸香1,郭晋平2

(1.山西农业大学林学院,山西太谷030801;2.山西农业大学研究生院,山西太谷030801)

通过查阅国内外文献资料,从我国近自然森林经营的技术和效果评价2个方面,对我国近自然森林经营的研究进展进行了系统总结与评述,并对近自然森林经营需要解决的问题和未来展望进行了讨论。

近自然森林经营;研究进展;经营技术;效果评价

森林生态系统作为陆地生态系统中的重要组成部分,在维护生物圈的多样性、物质循环、能量流动等方面起着非常重要的作用,其丰富的生态、经济和社会功能给人类提供着巨大的经济效益和生态效益[1]。我国第八次全国森林资源清查结果显示,我国森林总面积和森林蓄积量分别位居世界第5位和第6位,人工林面积居世界首位,森林资源呈现出数量持续增加、质量稳步提升、效能不断增强的良好态势[2],但我国仍然是一个缺林少绿、生态脆弱的国家,森林覆盖率低于全球31%的平均水平,人均森林面积仅为世界人均水平的1/4,人均森林蓄积量只有世界人均水平的1/7,森林资源总量相对不足、质量不高、分布不均的状况没有得到根本改变[3]。林地生产力低下、森林生态系统功能脆弱、生态产品短缺等森林问题突出。近自然森林经营于20世纪90年代初期传入我国,众多学者对近自然森林经营理论及应用进行了一系列的探讨,研究认为,近自然森林经营是解决我国森林所面临问题的有效途径[4-7]。在众多学者的共同倡议和努力下,我国开始了对近自然森林经营的进一步研究与实践,并在1999年由林业局批准立项正式引进欧洲的近自然森林经营技术[8]。

本文通过查阅国内外资料,对我国近自然森林经营的研究进行系统整理,就我国近自然森林经营技术和效果评价的研究现状进行归纳总结,并对我国近自然森林经营的发展方向进行探讨。

1 近自然森林经营的来源与内涵

近自然森林经营理论起源于德国,是经过了法正林—恒续林—近自然森林经营100多年的不断发展而形成的[9]。随着近自然森林经营理论的日益发展完善,德国近自然森林经营理论得到了越来越多国家的借鉴与吸纳。欧洲许多国家已经将“近自然森林经营理论”作为森林经营的指导思想,付诸于实践,并取得了显著成效,主要表现为:森林生态系统更加稳定、抗灾能力增强、病虫害减少、森林蓄积量增加、林地质量提高等多个方面。近自然森林经营在世界其他地区也得到了越来越多的关注,由马来西亚提出的近自然热带森林经营方式在热带森林中得到了进一步的发展完善,得出了更适合于热带森林的近自然经营方式[10]。

近自然森林经营是一种基于生态规律而设计的管理森林的模式,它是基于森林自然更新到稳定的顶级群落的整个森林发育演替过程来计划和设计各项经营活动,通过不断优化森林经营过程,优化森林的结构和功能,充分利用森林资源多重效益的一种森林经营模式[11]。以永久性林分覆盖和多品质产品生产为目标,近自然森林经营以森林生态系统的稳定性、生物多样性以及系统多功能和缓冲能力分析为理论基础,把择伐和天然更新作为主要技术特征,以多树种、多层次、异龄林作为森林结构特征,对森林进行经营管理[12]。

2 我国近自然森林经营技术探索与实践

我国近自然森林经营技术是借鉴德国的近自然森林经营技术,经过不断的研究应用已经形成了部分符合我国林业现状的近自然森林经营技术体系。王金锡等[13]根据四川盆地周山退化天然常绿阔叶林的特点,编制了以常绿阔叶林为主的天然林近自然林经营方案,并总结了自然林经营的技术流程:退化天然林恢复与重建区的确定→作业设计的野外小班调查→林分的近自然度分类→编制群落生境图→确定小班目标树经营技术方案→野外作业与实施→建立森林动态监测评价体系。陆元昌等[14]在海南、云南、四川、陕西、北京等地开展的近自然森林经营试点研究总结的基础上,提出人工林近自然化改造的目标结构基本包括树种结构、径级结构和层次结构3个方面的内容;改造技术指标包括天然更新、主林层郁闭度、林分径级结构、改造计划持续时间等方面;提出的以目标树为特征的林分作业技术体系主要包括:目标树导向的林木分类、抚育采伐设计和促进更新设计3个方面。陆元昌等[15-16]在海南热带人工林改造实践研究中,以森林生态系统多功能可持续经营的总体目标为指导,在传统作业级概念基础上,提出描述作业级层次上长期稳定的目标森林设计模式的“森林发展类型”概念,提出多功能森林经营的作业法体系:作业级和经营目标决定经营空间类型,立地条件和功能类型用于界定和划分作业级;以森林发展类型确定森林结构目标的导向模式;林分抚育是在发展类型目标导向下,经理期内对当前林分执行具体抚育、采伐或补植(造林)等具体作业技术措施,并将垂直结构导向的经营周期计划明确为从森林发生发展到最终利用全过程的经营规划。在此后的实践和研究中进一步丰富了森林发展类型设计的参考指标(如潜在自然植被、林下更新、林分发展阶段、生命周期经营计划等),应用于我国林分经营类型组织过程中,并将改进的经营类型内容概括为林分概况、经营目标、树种组成、林分导向过程和近期经营措施4个部分,并在经营示范点进行了实证试验,为实现森林经营类型、立地类型与经营措施类型的统一探索了一条有效途径[17]。2011年北京市发布了适用于北京山区生态公益林的地方性标准《近自然森林经营技术规程》,规定了近自然森林经营对象、演替阶段、经营措施、经营方案和年度作业设计的主要内容[18]。我国近自然森林经营技术体系已经初步形成,并开始试点应用,由于我国地域辽阔,不同地域的森林问题复杂,全国各地应结合区域自然地理条件、森林资源禀赋、森林经营历史沿革等实际情况,开展试验和试点研究工作,并制定区别化的近自然森林经营技术规程。

3 我国近自然森林经营效果评价

近自然森林经营效果的传统评价方法着重在森林生长效果的评价上,对整个森林生态系统产生的影响主要表现在林分生长、群落结构以及林下土壤性质等多个方面。

3.1 林分生长的变化

林分生长量、林分蓄积量、林木单株材质和规格是森林经营方式效果评价都必须考虑的指标,这些林分生长因子的变化反映着林分内林木对空间与资源的有效利用率情况[19]。一个好的森林经营方式可以提高林木生长速率,进而提高林地利用率,不同森林经营方式会对林分生长因子产生不同的影响。张鼎华等[20]将近自然森林经营应用于马尾松人工幼林,结果发现,4 a后,近自然经营的林分地径、树高、冠幅等分别是对照林分的2.4~2.5倍。宁金魁等[19]对51年生的油松林研究发现,近自然化改造1 a后同径阶的林木相对于未进行近自然化改造的林木生长量有所提高,说明经过近自然经营的样地提高了林分内林木有效利用空间和资源的可能性。何友均等[21]在热带林业实验中心对15年生的马尾松和杉木的近自然改造研究发现,近自然林中马尾松和杉木平均胸径均高于各自对应的未改造纯林,其中,马尾松的达到显著差异。近自然森林经营可以促进经营林分的胸径、树高、树冠以及林分生长量的增长。另外,近自然森林经营对于林分生长的影响,还有高云昌[22]对黄龙山林区42年生的油松近自然间伐试验;蓝嘉川[23]对南亚热带12年生杉木近自然改造研究;李婷婷等[24]、林同龙[25]分别对14年生、17年生的杉木林近自然改造试验;丁磊等[26]对20年生杨桦林的近自然改造试验;陈世勇等[27-28]对杉木混交林近自然森林经营等诸多研究。虽然,这些研究中的森林经营类型、立地类型和近自然森林经营措施等方面存在一定差异,但研究结果基本一致,近自然森林经营可以有效提高胸径、树高、冠幅、林分生长量、林分蓄积量等林分生长指标,在对林分生长的影响上要优于常规经营方式。

3.2 森林群落结构的变化

森林群落结构既包括林分树种组成,也包括林下植被组成以及各层次的物种多样性,是研究森林生态系统过程与功能、衡量其动态稳定性或可持续性的重要指标[29]。随着人们生态意识的提高,越来越重视森林的多功能多效益特性,因此,转变森林经营思想,必然要求森林生态系统结构遵循多样性与稳定性关系原理,将森林群落结构的变化作为森林经营效果评价的指标[30]。近自然森林经营对于群落结构的影响,不同学者的研究结果不尽相同,可以具体从林分树种组成及其多样性、林下植被组成以及多样性2个方面讨论。

3.2.1 林分树种组成及其多样性的变化 对于林分树种组成及其多样性,张俊艳等[31]通过对20年生的云南松4 a的近自然改造试验发现,近自然改造后,乔木层云南松的重要值下降,林分混交度提高;李婷婷等[24]在热带林业实验中心对14年生的杉木林近自然改造研究中发现,杉木林下补植阔叶树种会对天然更新幼苗起到保护作用,可以有效改善林下环境,增加物种多样性,促进林下幼苗幼树的生长;何友均等[21]在对南亚热带人工针叶纯林近自然改造的研究也发现,近自然林的小树(5 cm<胸径<10 cm)和幼树(1 cm<胸径<5 cm)物种数、株数均多于未改造林,蓝嘉川[23]对南亚热带12年生杉木林近自然改造研究、宁金魁等[19]对北京西山51年生的油松林近自然经营试验、林同龙[25]对17年生杉木林的近自然经营的研究结果有着相似的结论,研究均表明,近自然森林经营对于调整森林层次结构、改善林内物种组成和生境条件、促进林分群落结构演化具有重要作用,能够促进种群的更新,完善林分垂直结构,弥补林层缺失,促进森林短期内发生正向演替,缩短演替时间,并提高森林群落的稳定性,有利于林分向复层、异龄化的方向发展。

3.2.2 林下植被组成及其多样性的变化 对于林下植被组成以及各层次的多样性,不同学者有着不同的研究结果。张俊艳等[31]通过对20年生的云南松4 a的近自然改造试验发现,近自然改造后,灌木层多样性增加,更新种类增多;草本层物种多样性无显著变化。李荣等[32]对黄土高原黄龙山林区50年生辽东栎林进行近自然经营间伐研究发现,间伐后第6年,弱度与强度间伐样地乔灌草层的物种数、高度和盖度均高于对照样地,其中,乔灌草的物种数及乔木层和草本层高度与对照均无显著差异,而灌木层高度及乔灌草层盖度与对照均有显著差异。张象君[33]在黑龙江对于18年生的兴安落叶松近自然改造的研究中发现,近自然改造2 a后,林下草本植物种数、密度、盖度、平均高度和多样性指数总体显著增加;林下木本植物种数、密度、盖度、平均高和多样性指数与对照均无显著差异。罗应华等[34]在热带林业研究中心对11年生马尾松人工林近自然经营研究发现,灌木层和草本层的物种丰富度指数、Shannon-Wiener指数、Simpson指数和Pielou指数并没有显著差异,何友均等[21]对南亚热带人工针叶纯林近自然改造研究也得出了相似的结果。近自然森林经营对于林下植被及其多样性的影响存在差异,这种差异可能与近自然森林经营的具体措施、立地类型、经营林分的类型以及经营时间长短等多方面因素有关,其还有待进一步研究。

3.3 林下土壤特性的变化

森林经营活动和不同的经营方式的长期作用对林下土壤的影响早已被科学家和森林经营者所关注[35],其中,恒续林经营思想就是针对长期单纯同龄林经营带来的土壤退化和林地生产力退化问题提出的解决途径[11]。森林土壤特性的变化是评价森林经营方式是否有利于森林可持续发展的重要标准。我国学者对于近自然森林经营对林下土壤特性的影响从实践初期就开始有研究。王新宇等[36]对于水曲柳落叶松人工林近自然经营的研究发现,近自然抚育后土壤容重、孔隙度、持水量物理性质方面没有显著差异,徐庆祥等[37]在兴安落叶松天然林的研究中也得出了类似的结论。但贾忠奎等[38]对于北京山区侧柏人工林的研究发现,抚育间伐可改善土壤物理性质:减小土壤容重、增加土壤孔隙度。张鼎华等[20]在应用近自然森林经营法经营后的马尾松人工幼林与常规法经营相比发现,土壤养分含量(有机C、全氮、全磷、水解氮、速效磷、速效钾)增加,土壤生物活性(微生物量)增强、土壤酶活性(过氧化氢酶、多酚氧化酶、过氧化物酶、转化酶、脲酶、磷酸酶)增加、土壤交换性能(交换性盐基总量、水解性总酸度、CEC、盐基饱和度)改善,改善的幅度以立地条件差的较大。吴瑶等[39]在近自然森林技术对红松林土壤的研究中也发现,经营下的土壤基础养分(有机C、全氮、全磷、水解氮、速效磷、速效钾)质量分数高于其他未经营的林分,微量元素都比较低且没有规律。刘延滨等[40]对退化落叶松人工林近自然改造土壤微生物及养分的研究发现,改造1 a后,林分内土壤微生物多样性显著增加,且小林隙高于大林隙,土壤养分(有效磷、有效钾)显著增加。颜欢欢等[41-42]在对近自然经营和常规经营的千年桐生态林对比发现,自然经营后的千年桐生态林土壤的含水量、氮磷钾、有机质含量、土壤酶的活性均高于常规经营的千年桐林。此外,林同龙等[25]对于17年生杉木近自然改造研究、丁磊等[26]对于20年生杨树林近自然改造试验、陈世勇[27]、王青天[28]对杉木混交林近自然森林经营研究等都对近自然森林经营对土壤特性的影响进行了研究与讨论。总之,近自然森林经营对土壤特性的影响主要可以分为3个方面:物理性质(容重、孔隙度、持水量、交换性盐基总量、水解性总酸度、CEC、盐基饱和度)、化学性质(有机C、全氮、全磷、水解氮、速效磷、速效钾)、其他土壤特性(微生物量、土壤酶活性、土壤酶多样性),大部分研究表明,近自然森林经营可以提高土壤养分含量、增强土壤微生物活性、改善土壤物理形式和土壤交换性能,其中,近自然森林经营对物理性质影响的研究存在一定差异,这可能与森林经营的林分类型、本身林分的立地条件以及经营年份的长短有关。

4 我国近自然森林经营面临的问题与展望

4.1 我国近自然森林经营面临的问题

我国众多学者在近自然森林经营方面进行了许多实践与探索,总结前人的诸多研究可知,在不同类型的林分中,近自然森林经营能够促进林分生长、改善林分结构、提高土壤质量,近自然森林经营是解决我国森林问题的有效途径,是我国森林经营的必然趋势[43-47]。我国已经有部分相关的法律法规开始实施推进,近自然森林经营的进程在不断进行,但我国近自然森林经营仍存在诸多需要解决的问题。

4.1.1 近自然森林经营的具体内容不够完善 我国森林情况多样,而且森林经营过程是一个长期的、不断变化的演替过程,各地面临的森林问题不一,由于研究者在选择的林分类型、立地条件、经营时间长短、具体的经营措施等方面存在差异,在研究近自然森林经营的影响时所得到的结论也各不相同。在哪种林分类型,哪个发展阶段,具体采用什么样的经营更为合理,目前还没有一个明确的答案,仍需要进一步研究。

4.1.2 近自然森林经营的效果评价欠缺 森林经营周期一般都比较长,有些经营效果需要很长时间才能显现出来。不同林分类型的经营周期必然存在差异,影响指标也多种多样,而且尚未形成合理的近自然森林经营指标体系。我国近自然森林经营进行时间较短,仍需要继续观察研究,才能对近自然森林经营的整个周期变化以及尚未发现的影响指标有进一步的认识与了解。

4.2 我国近自然森林经营未来展望

未来我国近自然森林经营的研究重点应当包含几个方面。

4.2.1 对近自然森林经营技术的进一步研究 由于近自然森林经营对象及经营目的不同,所进行的近自然森林经营模式会有所差异。森林的演替阶段、森林的林分类型、森林的地理位置等多方面因素都会对近自然森林经营的方式产生影响。不同的近自然森林经营技术也会对近自然森林的效果产生不同影响。因此,在进行近自然森林经营过程中,要因地制宜,根据具体情况,针对性地采用近自然森林经营技术。对近自然森林经营技术的进一步研究与集成对于提高近自然森林经营的效果和近自然森林经营的进一步推广至关重要。

4.2.2 对近自然森林经营的效果评价的持续监测

通过对近自然森林经营的长时间监测,才能对近自然森林经营整个周期变化有全面认识,在整个经营周期变化中不断改进经营技术,进一步优化近自然森林技术。

4.2.3 对近自然森林经营影响机制的分析 尽管近自然森林经营已经在全球得到了广泛的应用,但对于近自然森林经营过程中具体的影响机制还没有进行深入系统的研究。间伐前后林分密度、间伐形成的林窗大小、间伐留下的树根等多种因素都对森林生态系统有着不可忽视的作用。认识了解这些具体的影响机制将进一步认识人类近自然经营在整个森林生态系统演替中产生的作用,将为进一步优化近自然森林经营提供理论支持和技术支持。4.2.4 对近自然森林经营评价指标体系的建立随着近自然森林经营的效果评价逐步完善,建立合理的近自然森林经营评价指标体系,就成为综合评价近自然森林经营的关键内容。只有充分考虑各项自然评价指标以及森林经营的经济效益与生态效益,建立合理的近自然森林经营评价指标体系,不断优化近自然森林经营技术,才可达到森林可持续发展的最终目的。

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Research Progress on Management Technology and Effect Evaluation of Near-natural Forestry Management in China

HE Zhilong1,2,ZHANGYunxiang1,GUOJinping2

(1.College ofForestry,ShanxiAgriculturalUniversity,Taigu 030801,China;2.College ofGraduate,ShanxiAgriculturalUniversity,Taigu 030801,China)

By consulting domestic and foreign literature,this paper makes a systematic summary and comment on the research progress of near-natural forestry management in China from the two aspects of technology and effect evaluation,and discusses the problems thatneed to be solved and the future prospects ofnear-naturalforestry management.

near-naturalforestry management;research progress;managementtechnology;effectevaluation

S750

:A

:1002-2481(2017)09-1566-06

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.09.40

2017-07-06

国家林业公益性行业科研专项(201404417)

贺志龙(1994-),男,山西吕梁人,在读硕士,研究方向:森林生态和植被恢复。郭晋平为通信作者。

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