大興安嶺林區(qū)森林撫育工程系統(tǒng)輸入特性的研究

樊冬溫 ，楊雪峰 ，李應(yīng)珍李國英，莊 巖，豐興秋，初興國

（1.國家林業(yè)局哈爾濱林業(yè)機(jī)械研究所，哈爾濱150086;2.中國林業(yè)科學(xué)院森林工程研究中心，哈爾濱150086;3.內(nèi)蒙古森工集團(tuán)，內(nèi)蒙古牙克石022150;4.國家林業(yè)局大興安嶺林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)院，黑龍江加格達(dá)奇 165000）

森林撫育是從幼林郁閉到進(jìn)入近熟封育前圍繞著培育目標(biāo)所進(jìn)行的系統(tǒng)工程，森林撫育作業(yè)是以中幼齡林為對象，通過撫育間伐、人工修枝、割灌除草等進(jìn)行的森林經(jīng)營活動［1］，本文只對大興安嶺林區(qū)森林撫育工程中的撫育間伐工程系統(tǒng)的輸入特性進(jìn)行研究，以期為大興安嶺林區(qū)森林撫育工程技術(shù)要求標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)出提供支撐。

森林撫育工程系統(tǒng)的輸入特性是其工程系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)、動力和依據(jù)，其內(nèi)容復(fù)雜，歸結(jié)起來有:林分因子、立地因子、技術(shù)要求和撫育方法等。按工程的階段可將輸入特性劃分為工程工藝設(shè)計(jì)過程的輸入特性和工程運(yùn)行系統(tǒng)的輸入特性，按輸入內(nèi)容的特性可分為指導(dǎo)性、約束性和功能性三種輸入特性［2］。

1 森林撫育工程工藝設(shè)計(jì)過程的輸入特性

1.1 指導(dǎo)性特性

指導(dǎo)性特性包括:森林生態(tài)系統(tǒng)主體功能、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能和撫育目標(biāo)。

1.1.1 森林生態(tài)系統(tǒng)主體功能

大興安嶺地區(qū)的森林資源是我國木材的重要產(chǎn)區(qū)和戰(zhàn)略儲備基地，是松嫩平原和呼倫貝爾草原的天然生態(tài)屏障，是嫩江等主要河流的發(fā)源地和水源涵養(yǎng)地?！叭珖仲Y源經(jīng)營管理分區(qū)施策導(dǎo)則”中對大興安嶺地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)主體功能的定位見表1。

表1 大興安嶺林區(qū)森林資源經(jīng)營管理區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)的主體功能Tab.1 The main functions of the forest ecosystem in the forest resource management region of Daxing'anling

1.1.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能

參照現(xiàn)代生態(tài)學(xué)和LY/T 1721《森林生態(tài)服務(wù)功能評估規(guī)范》，森林生態(tài)服務(wù)的類型［3－6］歸納為:

（1）產(chǎn)品提供。木材資源、非木質(zhì)林產(chǎn)品、藥材、水和遺傳基因等。

（2）調(diào)節(jié)與支持功能。涵養(yǎng)水源、凈化大氣環(huán)境、凈初級生產(chǎn)力、固碳釋氧、保育土壤、積累營養(yǎng)物質(zhì)、防風(fēng)固沙和物種保育等。

（3）文化功能。森林游憩、文化知識教育和美學(xué)等。

大興安嶺地區(qū)的主要林分的生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能是涵養(yǎng)水源、保育土壤、固碳、釋氧、提供負(fù)離子、吸收二氧化碳等功能。大興安嶺地區(qū)針葉樹種主要有興安落葉松，闊葉樹種主要有白樺和楊樹。林分類型主要有針葉純林、闊葉純林、針闊混交和闊葉混交等。根據(jù)中國森林生態(tài)服務(wù)功能評估項(xiàng)目組著的《中國森林生態(tài)服務(wù)功能評估》所提供的數(shù)據(jù)，大興安嶺地區(qū)不同林分類型生態(tài)服務(wù)功能單位面積質(zhì)量和總物質(zhì)量，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能總價(jià)值比較高［7－8］。表2為大興安嶺地區(qū)主要林分類型生態(tài)服務(wù)功能單位面積價(jià)值。

表2 主要林分類型生態(tài)服務(wù)功能單位面積價(jià)值的比較Tab.2 Comparison of the value of ecological function per unit area for major stand types

由表2可以看出，除落葉松林分類型單位面積價(jià)值偏低外，其余林分類型均3.35～6.19萬元/hm2·a－1之間。

雖然落葉松純林分類型在某些功能單位面積物質(zhì)量和單位面積價(jià)值偏低，但是落葉松林分類型是大興安嶺地區(qū)的主要林分類型，其功能的總物質(zhì)量和功能總價(jià)值是相當(dāng)大的。

1.1.3 撫育目標(biāo)

森林撫育工程的撫育目標(biāo)是確定撫育對象、撫育方法和撫育技術(shù)要求的重要依據(jù)。在森林撫育工程實(shí)施前就應(yīng)確定森林撫育工程的撫育目標(biāo)。撫育目標(biāo)的確定是以生態(tài)系統(tǒng)主體功能為導(dǎo)向，以符合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能要求為原則，依據(jù)撫育林分的森林類別、林種及其功能要求、樹種及其生長特性和生長現(xiàn)狀而確定的。

1.2 約束性特性

約束性特性包括立地因子和林分因子。立地因子和林分因子是森林撫育工程系統(tǒng)的環(huán)境條件，因此也是環(huán)境特性，是“工程系統(tǒng)”運(yùn)行的基礎(chǔ)。

1.2.1 立地因子

（1）地貌類型。山地陽坡、山地陰坡、山地脊部、山地溝谷、丘陵、崗地、階地、河漫灘和平原等。

（2）地形。坡向、坡度、坡長、坡位和坡度級等。

（3）土壤因子。土壤干濕度、土壤硬度、土壤組成、土壤質(zhì)量、土壤的環(huán)境特征、土壤退化和土壤多樣性。

（4）區(qū)域環(huán)境因子。海拔、降水量和溫濕度變化等。

1.2.2 林分因子

（1）森林資源發(fā)展目標(biāo)。森林覆蓋率、有林地面積、蓄積量、林地生產(chǎn)量、有害生物防治和森林防火程度。

（2）森林群落因子。群落結(jié)構(gòu) （平均樹高、平均胸徑、樹種構(gòu)成、郁閉度、林下植被均高和蓋度、動植物種類）、森林群落喬木層生物量和林木生長量 （樹高年生長量和胸徑年生長量）。

（3）森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能因子。涵養(yǎng)水源（調(diào)節(jié)水量、凈化水質(zhì)）、保育土壤 （固土量、保肥）、固碳釋氧 （固碳、釋氧）、積累營養(yǎng)物質(zhì)、凈化大氣環(huán)境 （負(fù)離子量、吸收污染物、降低噪聲和滯塵）和森林防護(hù) （農(nóng)田防護(hù)、防風(fēng)固沙和河岸防護(hù)）。

（4）森林生態(tài)系統(tǒng)健康因子。病蟲害發(fā)生與危害、火災(zāi)、氣候?yàn)?zāi)害 （包括風(fēng)、雪、水和旱災(zāi)）、水土資源的保持、污染對森林的影響，與森林有關(guān)的災(zāi)害和生物多樣性等。

2 森林撫育工程運(yùn)行系統(tǒng)的輸入特性

通過調(diào)查立地因子和林分因子，將獲取的信息通過工藝設(shè)計(jì)將其轉(zhuǎn)化為定性的或定量的因子，作為森林撫育工程運(yùn)行系統(tǒng)的輸入特性，即撫育工程運(yùn)行的條件、撫育的對象、撫育的技術(shù)要求和撫育方法等［8］。

圖1為撫育間伐工程運(yùn)行系統(tǒng)［9］，系統(tǒng)中有采伐、集材、歸裝和清林4個分系統(tǒng)，每個分系統(tǒng)又由若干個單元過程構(gòu)成，分系統(tǒng)、單元過程相互關(guān)聯(lián)，構(gòu)成一個有層次的整體，其目的就是實(shí)現(xiàn)撫育伐工程的總體目標(biāo)，其中“間伐”分系統(tǒng)是“系統(tǒng)”核心，其余3個分系統(tǒng)是“間伐”分系統(tǒng)的延伸。在此只對森林撫育工程運(yùn)行系統(tǒng)核心的輸入特性進(jìn)行研究。

圖1 撫育采伐工程運(yùn)行系統(tǒng)Fig.1 The system of forest tending engineering

2.1 約束性特性

工程運(yùn)行系統(tǒng)的約束性特性包括撫育條件和撫育對象。撫育條件 （范圍）、撫育對象是森林撫育前對林分形態(tài)的要求。撫育條件是森林撫育前應(yīng)具備的條件，撫育對象是森林撫育前確定去除的對象，如灌草、藤條、霸王樹、殘留木、枯立木、生長不良或無培育前途的林木等，所以說撫育條件和撫育對象也是工程運(yùn)行系統(tǒng)的環(huán)境輸入特性。

撫育條件 （范圍）、撫育對象是森林撫育前對林分形態(tài)的要求。林種及其功能、樹種及其生長特性、林分的立地條件是確定撫育條件 （范圍）和撫育對象的基礎(chǔ)，綜合GB/T 15781《森林撫育規(guī)程》、國家林業(yè)局《森林撫育作業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)定》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和文件法規(guī)，森林撫育前林分應(yīng)具有的條件和撫育對象主要體現(xiàn)在如下方面［1，9］:

（1）撫育條件 （范圍）。包括:林木生長量、枯立木、瀕死木數(shù)量下層木或植被受光程度;幼樹高度/株數(shù)、更新頻度、幼苗、幼樹和植被蓋度要求;林分林木郁閉度、郁閉后目標(biāo)林木受灌草等壓制程度。

（2）撫育對象。包括:有害木、過密或受害的輔助樹;影響樹木生長的灌木、霸王樹和上一代的殘留木;生長落后無培育前途的林木;易引起病蟲害的枯立木、風(fēng)折木、瀕死木。

大興安嶺林業(yè)集團(tuán)公司和內(nèi)蒙古大興安嶺林業(yè)管理局森林撫育工程運(yùn)行過程系統(tǒng)撫育條件 （范圍）、撫育對象規(guī)定的相關(guān)因子見表3（摘自“內(nèi)蒙古大興安嶺林區(qū)中幼齡林撫育補(bǔ)貼試點(diǎn)作業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)定”和“大興安嶺林業(yè)集團(tuán)公司中幼齡林撫育作業(yè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)”）。

表3 大興安嶺林區(qū)森林撫育工程運(yùn)行系統(tǒng)約束性輸入特性Tab.3 The constraint input characteristics of the forest tending engineering in Daxing'anling

2.2 功能性特性

功能性特性包括撫育技術(shù)要求和撫育方法。

撫育技術(shù)要求確定的基礎(chǔ)是林分的形態(tài)要求，即撫育條件和撫育對象，如林種及其功能要求、樹種及其生長特性要求、林下植被蓋度及其結(jié)構(gòu)、立地條件、區(qū)域的海拔高度、降水溫濕度、區(qū)域的生態(tài)規(guī)劃和社會經(jīng)濟(jì)狀況等，因此，在確定撫育技術(shù)要求時，不僅要考慮生態(tài)要求，而且還要考慮實(shí)現(xiàn)的可能性［10］。

森林撫育工程運(yùn)行系統(tǒng)技術(shù)要求 （間伐技術(shù)要求）主要體現(xiàn)在如下方面:

（1）林分群落結(jié)構(gòu)的調(diào)整。

（2）撫育后保留株數(shù)、郁閉度、一次間伐強(qiáng)度。

（3）撫育后林分蓄積和平均胸徑。

（4）撫育時間和作業(yè)次數(shù)。

大興安嶺林業(yè)集團(tuán)公司和內(nèi)蒙古大興安嶺林業(yè)管理局在森林撫育經(jīng)營活動中確定的森林撫育工程運(yùn)行系統(tǒng)撫育技術(shù)要求 （間伐）的相關(guān)因子見表4（摘自“內(nèi)蒙古大興安嶺林區(qū)中幼齡林撫育補(bǔ)貼試點(diǎn)作業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)定”和“大興安嶺林業(yè)集團(tuán)公司中幼齡林撫育作業(yè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)”）。

表4 大興安嶺林區(qū)森林撫育工程運(yùn)行系統(tǒng)功能性輸入特性Tab.4 The functional input characteristics of the forest tending engineering in Daxing'anling

撫育方法是為實(shí)現(xiàn)撫育的林分指標(biāo)要求 （撫育技術(shù)要求）而設(shè)定的方法，是林分指標(biāo)轉(zhuǎn)化技術(shù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)依據(jù)，因此撫育工程運(yùn)行系統(tǒng)撫育方法的輸入不僅關(guān)系到撫育工程運(yùn)行系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化特性和工程能力，還關(guān)系到工程的作用效應(yīng)，特別是關(guān)系到實(shí)現(xiàn)工程總目標(biāo)的長效作用效應(yīng)。表5是GB/T 15781、LY/T 1646和大興安嶺林區(qū)森林撫育采用的撫育方法。

表5 大興安嶺林區(qū)森林撫育方法Tab.5 Forest tending methods in Daxing'anling

5 結(jié)束語

森林撫育是從幼林郁閉到近熟封育圍繞培育目標(biāo)所進(jìn)行的漫長而復(fù)雜的系統(tǒng)工程，工程系統(tǒng)的輸入特性是系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)、動力和依據(jù)。采用系統(tǒng)工程的方法，通過對大興安嶺林區(qū)森林撫育工程中的撫育間伐工程系統(tǒng)的輸入特性進(jìn)行的分析和研究，可以科學(xué)地和系統(tǒng)地梳理出大興安嶺林區(qū)森林撫育工程技術(shù)要求的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容，從而為大興安嶺林區(qū)森林撫育工程技術(shù)要求標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)出提供基礎(chǔ)和支撐。

】

［1］GB/T 15781－2009，森林撫育規(guī)程［S］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

［2］敖 景.基于過程的質(zhì)量管理體系策劃［M］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2004.

［3］戈 峰.現(xiàn)代生態(tài)學(xué)［M］.北京:科學(xué)出版社，2008.

［4］LY/T 1721－2008，森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估規(guī)范［S］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

［5］GB/T 18337.3－2001，生態(tài)公益林建設(shè)技術(shù)規(guī)程［S］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2001.

［6］LY/T 1646－2005，森林采伐作業(yè)規(guī)程［S］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2005.

［7］中國森林生態(tài)服務(wù)功能評估項(xiàng)目組.中國森林生態(tài)服務(wù)功能評估［M］.北京:中國林業(yè)出版社，2010.

［8］樊冬溫，桂鵬東.森林工程生態(tài)控制.北京:中國林業(yè)出版社，2010.

［9］國家林業(yè)局.森林撫育作業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)定.［林選發(fā)2012.191號文］2012.

［10］樊冬溫，楊學(xué)峰，李應(yīng)珍，等.基于森林工程生態(tài)系統(tǒng)作用的撫育采伐工程設(shè)計(jì)審核的探計(jì)［J］.森林工程，2011，27（6）:65 －68.