森林作业法的历史发展与面向我国森林经营规划的三级作业法体系

陆元昌，雷相东，王 宏，刘宪钊，孟京辉，谢阳生，国 红，姜 俊，高文强

(1. 中国林业科学研究院资源信息研究所，北京 100091；2. 国家林业和草原局森林经营工程技术研究中心，北京 100091；3. 北京林业大学林学院，北京 100083)

森林是陆地生态系统的主体和核心要素，林业既是影响社会生态环境的重要领域，又是一个经济资源的生产行业，所以林业行业的生产方式与社会的环境状态和生态安全问题密切相关，也是生态文明建设向更高阶段发展的一个关键点。作为陆地生态系统的慢变量，森林生态系统存在和发展的空间及时间尺度都远超个人和经济社会的范畴，需要为从个人到经济社会的发展提供基本的生态环境支撑。林业中森林经营的目标既需要满足短期发展的经济和物质需求，又要兼顾长期发展的生态、环境和文化服务需求。森林作业法是针对具体森林对象的经营目标和树种特征，从森林的建立、培育到采伐利用全部生产过程所采用一系列技术措施的工艺流程化的有机组合，是开发森林多种功能价值的所有森林经营理论的思考与技术设计，是特定的、基于森林自然生态科学和经济技术可行性的营林技术表达并落实到具体的森林中，以保证森林的大时间-空间尺度的系统成分和关系能得到始终如一的处理和协调，从而持续地发挥森林的多种服务功能。

我国悠久的农耕文明对林业经营技术有深刻的影响，在工业化时代发展的背景下，基于农耕模式的轮伐期人工林经营一直是主流的林业技术形态，几十年来我国的森林作业法主要采用“皆伐作业法”[1-2]。在森林作业法的理论和技术研究方面，其体系概念和技术要素的分类与界定都较为混乱，从与林分作业有关的育苗造林、抚育与主伐、树种与结构、上层与下层、形状与时间、更新与生长、促进与抑制等不同角度对森林作业体系的定义和描述同时且并行存在。实践中大部分地区的森林经营几乎只有皆伐作业这一种方式，有些地方对皆伐作业的技术标准(如一次采伐作业的最大面积控制)和执行程序(如疏伐、生长伐和成熟主伐的时间点把握)也难落实。近20年来我国的林业实践应用中较少涉及基于立地条件和生产目标的作业级划分和按作业级设计森林作业法的内容。随着生态文明社会的发展，林业发展的重心开始从扩大资源数量向提高资源质量转变，缺少满足社会多样化需求的多功能森林作业法成为林业发展的技术瓶颈。本研究基于森林作业法这一主题，通过梳理其理论技术发展演变的历史，提出不同区域特征的森林作业法体系结构和技术特征，介绍我国多功能森林作业法在“森林生态系统多功能经营”“自然与人工合力机制”和“全周期经营过程设计”等3个核心科学理念支持下的最新研究和应用进展，分析当前发展的机遇和挑战，以期为我国现代林业的营林作业体系向工艺技术层面的发展提供依据，以更好地推动生态文明建设。

1 森林作业法的发展历史

森林作业法是从森林建群到实现培育目标全过程所采取的各种技术措施的有序组织，包括造林、抚育、主伐和更新等。合理的森林采伐利用一方面可得到收获，另一方面可调整森林结构和促进更新和生长，所以森林作业法主要根据主伐利用方式来命名，主要术语有Betriebsystem、Silvicultural System、Silvicultural Regime、Betriebsarten等。最早的森林作业法的科学概念和实践源于19世纪的德国，由德国林学家Karl Geyer[3]在1854年出版的《森林经营》专著中提出。此后德国的森林作业法体系一直在实践中不断发展完善，到1993年《Der Forstwirt》一书中对森林作业法的技术体系提出了包括更多类型、目标、方法、过程和技术的完整论述[4]。20世纪50年代后，德国林业在“近自然”经营理念下逐步向混交异龄林模式转移，并出现了突出经营调控技术特征的“结构化混交林(strukturierten bestaenden)”作为传统混交异龄林的另一个表达术语，相应提出了部分人工林近自然化改造的特殊森林作业法[5]。进入21世纪后这种结构化混交林经营的理念和方法在我国也得到应用和发展[6]。

英国学者马修斯曾对全球主要的森林作业法包括皆伐作业法、伞伐作业法到农林混合作业法等8个大类及下属若干方法进行了系统的总结和论述[7-8]。北美地区把森林作业法分为同龄林作业法(even-aged silvicultural system)和异龄林作业法(uneven-aged silvicultural system)两个大类，伞伐作业法(shelterwood method)被认为是同龄林作业法的一个亚类[9]。热带区域由于巨大的森林生物量和生长量特征，历史上也是森林作业法研究应用的重点区域，大规模的同龄林皆伐作业法已被证明不适应热带地区，基于丰富的树种多样性自然特征和不同社会经济状况，热带森林经营出现了不同的择伐作业方法，主要的亚类是最小择伐径阶和回归年控制的天然林径级择伐作业和人工促进天然更新特征的近自然人工林群团状择伐或目标树单株择伐作业法等[10-12]。

我国的森林作业法研究及应用与我国林业科学的发展基本同步，较早的案例是1916年林学家陈嵘教授在江苏江浦老山林场编制施业案中的作业法设计。1959年出版的《森林经营规划学》教材中，将森林作业法单独作为一章，介绍了包括按林分起源、主伐方式和产品类型分类的作业法内容[13]。较为系统的森林作业法论述出现在20世纪80年代由山东省林业学校主编的全国中等林业院校教材《森林经理学》中，提出“森林作业法是根据经营目的和林分特点，从森林的建立、培育，直到采伐利用的全部生产过程中，所采用的一系列技术措施的综合”[14]。由于多种历史原因，20世纪80年代以来我国林业发展中关于森林作业法的科学体系和实施技术一直是较为薄弱的部分。2006年后，随着多功能森林经营理念的发展和国家科技支撑计划的实施，林业研究和实验中出现了森林作业法的内容[15]；2012年启动的全国森林经营样板基地及多功能森林经营技术支撑项目，开始了森林作业法系统性理论研究和应用的示范实践，在我国从南到北的广袤地域上建立了20个国家森林经营样板基地，从寒温带针叶林、暖温带针阔混交林，到亚热带常绿阔叶林，经营对象涵盖了我国最具代表性的森林类型。同时，与我国森林经营规划体系相对应的三级结构森林作业法技术体系逐步形成：一级森林作业法在2016年发布的首个《全国森林经营规划(2016—2050年)》中正式提出；二级作业法成为“省级森林经营规划”中的核心技术内容，并在各样板基地中得到细化研究和实验示范；三级作业法作为指导典型林分作业设计的核心技术工具，在森林经营样板基地和目前大规模森林恢复与建设的林业工程中开始应用。这些标志着我国森林作业法技术进入了系统性行业应用阶段，为中国多功能森林经营的实践发展提供了有力的支撑。

2 森林作业法的分类和技术体系

2.1 德国和中欧的作业法体系

德国林学家Karl Geyer在1854年首次提出的森林作业法定义为：森林产品生产的技术体系，是基于可利用森林产品收获活动的、从造林建群、结构调整和持续培育的全过程，称为林业的作业法体系[3]。这个技术体系由3个层次的多个作业法构成，第1级产品目标分为2个大类，第2级按森林形态分为5个小类，第3级按作业方式划分出14个具体的作业法。第1大类为主伐产品利用作业法组，由3类作业法组成：第1类作业法为简单高林作业法，包括带状伞伐作业法和皆伐作业法；第2类作业法为干材收获作业法，包括矮林作业法、小径材利用作业法、锯材利用作业法、薪材锯材双重利用作业法；第3类作业法包括中林作业法、保留母树作业法和混合作业法。第2大类为主伐和副产品利用作业法组，由2类作业法组成：第1类作业法为林果兼顾作业法，包括山麓带林果作业法和林中间果作业法；第2类作业法为林农混交作业法，包括林-农作比例作业法和荒野园地作业法。

随着工业化步伐和社会经济重点转移，以德国、奥地利和法国为代表的中欧国家森林作业法在进入20世纪后有了进一步的科学组合及简化处理，主要在2个层次上划分：第1个层次按森林起源划分为高林、中林和矮林作业法；第2层次乔木林(高林)作业法体系可以总结为皆伐作业法(Kahlschlag/clear cutting)、带状皆伐作业法(Saumschlag/ strip clear cutting)、不规则团状伞伐作业法(Femelschlag/irregular group sheltwood)、渐伐作业法(Schirmschlag/shelterwood felling)和择伐作业法(Plenterung/selective felling)5个主要的类型。其中择伐作业法又可分为单株择伐作业(Einzelplenterung)和群团择伐作业(Gruppenplenterung)。每个作业法类型下无统一的区分，主要依赖于具体林区管理和技术人员根据森林特点及实际操作经验做差异化处理设计[4-5,16-17]。

2.2 北美地区的森林作业法

北美地区把森林作业法分为同龄林作业法和异龄林作业法两个大类，伞伐作业法被认为是同龄林作业法的一个亚类。主导的还是以针叶树为主的人工林皆伐作业法，以保留下种母树为特征的改进皆伐作业法也广泛应用于先锋树种的人工林经营中，南方的栎类森林也有按同龄林皆伐作业的大量案例。异龄林作业法是栎类等硬阔叶森林的主导作业法，其中群团择伐(Grouping selection method)或单木择伐作业法(Single-tree selection method)最为常见[9]。20世纪80年代后，从“新林业”和生态系统经营思想衍生出来的“保留性林业”(Retention Forestry)的理论和技术，相应的作业法则以改进的轮伐作业和保护原生植被或关键对象为特征[18-21]。

2.3 中国的森林作业法体系

我国历史上也沿用了德国5类作业法的分类系统[1-2]。针对特定森林作业法的案例包括20世纪50年代以“栽针保阔-动态经营”为主的东北天然红松混交林经营作业法[22-23]、栎类矮林作业法[24]，采育则兼顾林分作业方法[25]和多功能森林经营作业法[15]等。但是，由于各种因素的影响，中国的作业法技术体系一直缺乏系统深入的研究和长期实验案例[15, 26-27]，进入21世纪后，随着林业向多功能森林经营的转变，作业法也有了新的发展。

由于我国气候类型多样，树种组成和森林类型丰富，对森林生产、服务等功能的需求各异，需要开发不同的森林作业法来丰富森林经营类型，进而满足社会可持续发展的需求。影响森林作业法分类和制定的主要指标有：构成森林的主要树种特征、森林的起源、社会对森林目标功能定位等，这些都将导致不同的森林作业法分类，也就形成多样化的森林作业法技术体系[7, 15]。按这些指标对我国历史上实施的森林作业法体系分类进行整理如下：

1)按森林树种生物学特性和起源划分。包括：①乔林作业法。主要针对由实生而高大的林木构成的森林执行，以培育结构合理并有尽可能高的生长量、蓄积量和产品价值(包括非物质化的服务功能性产品)的森林为目标的各类森林经营措施的集成技术。②矮林作业法。针对主要由萌生林木构成森林所执行的作业法，目标是尽可能多和快地生产能源用材或特别的小型材。③中林作业法。针对上层实生林木和下层萌生林木构成森林而执行的作业法，目标是同时生产大量小型材或能源用材，并产出少量但高价值大径材。④竹林作业法。生产性竹林或竹乔混交林使用的作业法。⑤其他特殊作业法。针对灌木林、退化森林和特殊地段的稀疏或散生木林地需要执行的作业法。

2)按采伐和更新方式划分。包括：①皆伐作业法。在法正林理论和轮伐期经营模式支持下设计的同龄林作业法，由人工造林、抚育间伐、皆伐收获和更新构成完整的经营周期，可用于乔林(高林)和矮林；进一步按采伐作业的空间格局又可分为大面积皆伐或小块状(带状)皆伐作业法。②渐伐作业法。利用树种的天然更新能力和轮伐期经营模式设计的同龄林结构作业法，由疏伐、下种伐、透光伐和除伐构成完整的经营周期，通常用于天然更新能力强的单一树种乔林经营，以促进和利用天然更新为主要特征；进一步按采伐作业的空间格局可分为带状渐伐或伞状渐伐作业法。③择伐作业法。以多树种混交异龄林为结构特征、没有轮伐期而是以收获林木的树种类型和主伐径级为主要经营指标的作业法，是乔林、中林、矮林都可能使用的恒续林作业法；进一步按采伐作业的空间格局可分为径级择伐和单株木择伐作业法。

3)按产品类型和经营目标划分。包括：①用材主导的森林作业法，是以生产木材为主导目标兼顾其他功能的森林作业法。②经济林作业法，是以生产非木材林产品为主导目标并以相应的特定人工培育技术和过程控制为主要技术特征的各类经济林的作业法。③生态景观林作业法，是以维护和促进森林的生态服务和景观文化功能为主的森林作业法。

这些作业法的设计和实施都反映出森林经营的理想和目标，一方面要发挥森林的直接物质生产功能；另一方面要维持森林作为自然生态系统的内部结构稳定性和各个要素的生活力，以长期维持森林的自然特性和其他生态环境服务功能。

3 中国多功能森林作业法技术体系研究和应用

3.1 作业法技术体系的方法学要点

“自然与人工协同合力”的近自然森林经营核心机理是多功能森林作业法的设计原理，可以分解为5个维度的“自然-人工协同合力机制”：①经营强度或森林的近自然程度，全国森林经营规划中把中国的森林划分为3个近自然度管理类型和8个经营强度的森林序列[29]，是森林经营与自然协同的第1个技术要素；②利用不同树种的竞争和功能特性，通过不同的混交设计实现林木互助生长和功能组合；③通过采伐调控林木竞争并促进其生长。采伐一直都是经营森林的一个主要手段，在保护森林基本自然特性的限制条件下，通过采伐来模拟竞争机制，实现森林抚育与采伐利用一体化的作业，让优势林木有最多的机会加速生长，是合力机制的一个重要内容；④识别和促进天然更新，结合人工补植，保护和促进天然更新的措施是维持森林稳定性并提高生长活力的有效措施；⑤实现利用与保护的动态平衡。采伐利用的出发点是促进林分更新和生长，而生态保护是通过在个体(生态目标树、原生种、濒危种等)、林分(树种组成、混交格局、最小生态位)和森林斑块空间(栖息地、多样性岛屿等)3个层面的处理来维持或提高森林多样性与稳定性。这5个维度的自然-人工合力机制的把握和利用，是多功能森林作业法中形成经营合力进而培育森林的核心机理，构成了多功能森林作业法设计的主要理论基础[28-29]。

多功能森林作业法技术体系按系统工程方法进行设计，就是按森林经营的对象层次、时间过程和作用要素进行结构化分解和工艺化组合的设计方法[30]，层次上形成一个适应国家、区域和具体地段等不同层面需求的三级森林作业法技术体系；过程上实现从森林更新建群开始到培育目标的全周期经营；设计要素包括了目标林相、全周期工艺过程、经营措施类型等三大类技术要素的组合方法。

3.2 三级作业法技术体系和关键要素

多功能经营的作业法在不同的管理和实施层面考虑的重点不同：在国家和行业层面更多关注的是森林的功能类型和经营约束，这是第1级森林作业法设计的切入点；而省级和区域尺度上，在经营森林功能类型的框架内提出主要森林类型的经营技术，到县域层次则需要细化到具体树种及树种组合的森林经营技术，这是第2级森林类型作业法的技术切入点；第3级作业法是落实到具体林分或小班的作业法，即在二级作业法规定的森林类型和功能需求基础上，针对具体林分和小班的自然特征提出完整的森林经营计划，是经营单位实施经营方案及年度作业计划的常规技术内容。

3.2.1 第1级作业法：规范与主导功能相适应的经营方式

从功能上，我国森林可分为严格保护的公益林、多功能林(兼用林)和集约经营的商品林。多功能森林作业法的第1级按森林经营方式分为：一般皆伐作业法、镶嵌式小面积皆伐作业法、带状渐伐作业法、伞状渐伐作业法、群团状择伐作业法、目标树单株抚育择伐作业法、保护经营作业法等7个大的功能性森林作业法类型。一级森林作业法设计的关键技术要素是森林功能、近自然程度和经营强度等3类约束，并由经营方式来命名和表达，形成由森林的主导功能(从集约经营的商品林到严格保护的公益林)、近自然程度(由低到高)和经营强度(由高到低)为技术内涵而划分的一级作业法序列，如对生态公益林不能采用皆伐作业法等[28]。

3.2.2 第2级作业法：规范与森林类型相适应

第2级作业法简称为“森林类型作业法”，是在上一级经营方式森林作业法框架内根据本地区的自然特点、森林植被类型、目的树种或树种组合特征等具体情况的经营细化设计技术，进一步表达了方法学中“树种混交”和“全周期经营”指标所代表的自然-人工合力机制的应用，是乔木林经营技术中最重要的作业法设计内容。二级作业法与传统森林经营方案编制中的森林经营类型设计对应，是把森林经营类型细化落实到全周期工艺过程设计的经营技术，关键技术要素包括：作业法名称、适用条件、目标林相、全周期培育过程表等4个方面。

1)森林作业法名称：采用“森林类型-主导功能作业法”的格式命名，如“油松-栎类针阔混交林择伐作业法”“马尾松-大叶栎人工林皆伐作业法”等；视需要也可加入森林主导功能说明，如“油松-栓皮栎水源涵养林目标树单株择伐作业法”。

2)森林对象和适用条件：简要描述森林作业法适用的地理地貌区域、森林植被类型及其功能类型。如 “适用于主导功能为水源涵养兼顾大径材生产目标的石质低山地区的油松混交林培育”“适用于热带北部边缘中-高山地区珍贵用材主导兼顾生态服务功能维护的常绿阔叶混交林培育”等。

3)目标林相：是对森林经营目标的一种技术表达，是在追求稳定性、高价值、多样化和美景化的方向上对森林层次结构、健康活力及林分品质的理想目标森林状态的描述。设计技术上用树种组成、层次结构、目标直径和密度(异龄林)或轮伐期(同龄林)、每公顷蓄积量水平等4类经营指标来表达。如华北区域的油松混交林目标林相可为：树种组成为油松6成栎类4成，林层结构为复层异龄林，目标树密度为80～120株/hm2，油松目标胸径45 cm以上，栎类目标胸径50 cm以上，蓄积量大于260 m3/hm2。除“目标林相”，对森林经营目标的技术表达还可以用“森林发展类型”的模式说明，涉及更为复杂的森林生态系统生长动态和经营处理交互作用的机理和量化技术[31]。

4)全周期培育过程表：是从森林发生发展到实现目标林相(或发展类型)全过程的阶段性林分特征和概念性、规划性经营处理描述，可以用“年度”单位的时间过程表(同龄林)或优势高代表的林分阶段(异龄林)与经营处理对应的全周期过程表来描述，也可以用逻辑过程图从起点到终点的概念性全过程来描述。全周期培育过程表是克服经营目标长期性需求与作业处理短期性限制之矛盾的技术工具，是在一定信息透明度条件下保持各阶段经营处理一致性的技术设计。

3.2.3 第3级作业法：规范林分(或小班)全周期经营计划

第3级作业法是将二级森林类型作业法落实到具体小班或林分的技术框架设计，根据具体林分的经营目标、立地条件、当前状态等林分因子选择适应的二级作业法，并在其技术框架内进一步细化规定该小班(林分)从当前状态到培育目标的抚育经营、采伐利用、林分更新等作业内容，是林分级的全周期森林培育工艺过程设计(与生长发育状态对应的关键作业过程和主要技术措施的系列化综合设计)，其关键技术包括4项内容。

1)林分现状：核心内容为当前林分的树种组成和层次、林分密度、蓄积量、发育阶段与健康状态、立地条件或土壤肥力等5个方面的技术描述。

2)目标林相：实现培育目标时的树种组成、层次结构、林分(或目标树)密度或目标直径、蓄积量水平等4个方面[32]。主要是在遵从第2级森林类型作业法内容的基础上，结合具体林分条件做细化描述。

3)全周期培育过程表：从林分当前状态到实现目标林相过程的设计，在二级作业法规定的框架内具体化和细化该林分的森林发育阶段和相应作业措施的全周期培育过程表。

4)当前经营措施设计：是林分级作业法设计的核心内容，需根据具体小班条件和适用的二级森林类型作业法做出匹配决策，尽可能用标准化的措施描述，细化为具体的本经营期林分经营计划，以引导具体林分地段的经营长期执行。

3.3 三级作业法技术体系应用进展和初步效果

3级结构的森林作业法技术体系是我国多功能森林经营发展的主要标志，分别在《全国森林经营规划(2016—2050年)》《省级森林经营规划编制指南》和国家森林经营样板基地示范模式林分建设中得到应用[33-35]。

据2018年国家林业和草原局对2012年启动的全国森林经营样板基地实施多功能经营6年的初步评估结果，实施多功能经营作业法的示范森林结构显著改进、生长量大幅提升，15个样板基地示范林经营使用的主要树种从34个增加到101个，目的树种丰富度提高3倍以上；示范林材积平均生长量达到9.6 m3/(a·hm2)，超出全国平均水平[4.4 m3/(a·hm2)]1倍以上；代表森林生态系统整体质量的乔木层、土壤微生物和野生动物等3个子系统的发育水平显著提高。

4 结 语

森林作业法是林业行业历史最悠久的施业技术，是将林业理论、经营技术落实到具体森林地段的工艺流程性技术，近20年来有了新的发展，“多层次、多功能、近自然、全周期”是适应我国特色森林作业法发展的技术关键词。

森林资源状态和对生态环境的支持服务功能面临着短期需求与长期稳定发展的矛盾，全周期规划的森林作业法是协调这个基本矛盾的核心技术。全周期经营过程的设计是一个难点和关键，需要开展长期研究和观测，不断完善作业法中的关键参数，尤其是全周期培育技术中林学参数的定量化，包括阶段划分、对应的结构特征和经营参数等，丰富多功能森林经营作业法技术体系，并进一步优化政策环境来保障森林作业法长期稳定地执行。

随着2015年《中共中央国务院关于加快推进生态文明社会建设的意见》发布，践行“绿水青山就是金山银山”的重要思想就是这个阶段对森林经营的基本要求，“绿水青山”是良好的森林生态系统，“金山银山”是指森林的多种服务功能。森林生态系统建设目标下通过“多功能、近自然、全周期”的现代林学理念支持的多功能森林作业法技术体系，建设具有多种成分和结构的混交林，提倡择伐作业法，实施保障一部分优势林木能够完成其作为树木生命过程的全周期经营计划，这3个方面的变化不仅是技术的改进，也是践行“两山理论”和支撑生态文明社会发展的重要方面。