結(jié)構(gòu)化森林經(jīng)營技術(shù)要點(diǎn)與應(yīng)用

于洪光，高海濤，張義濤

(1.蛟河市天南林場，吉林 吉林 132524；2.蛟河林業(yè)實(shí)驗區(qū)管理局，吉林 吉林 132517；3.蛟河市林業(yè)局，吉林 吉林 132500)

20世紀(jì)80年代以來，森林可持續(xù)經(jīng)營的思想逐漸形成，其理論探索和研究成為熱點(diǎn)。如何科學(xué)地經(jīng)營、保護(hù)和培育森林資源，實(shí)現(xiàn)森林可持續(xù)經(jīng)營是當(dāng)前林學(xué)界面臨的一項重大課題[1～3]。我國學(xué)者惠剛盈等依據(jù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)決定系統(tǒng)功能的原理，提出了基于林分空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化的森林經(jīng)營方法[13～14]。該方法強(qiáng)調(diào)森林空間結(jié)構(gòu)對森林生態(tài)系統(tǒng)功能充分發(fā)揮的重要性，通過改善和維護(hù)森林的空間結(jié)構(gòu)，達(dá)到森林可持續(xù)經(jīng)營的目標(biāo)。目前，該技術(shù)在國家林業(yè)局科技成果推廣項目及“十一五”科技支撐項目的支持下，在我省蛟河林業(yè)實(shí)驗區(qū)管理局闊葉紅松林中已開展了近10 a的經(jīng)營試驗，取得了良好的效果。

1 結(jié)構(gòu)化森林經(jīng)營技術(shù)的理論基礎(chǔ)與經(jīng)營原則

結(jié)構(gòu)化森林經(jīng)營是空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化的森林經(jīng)營方法的簡稱，其具有完整的理論與技術(shù)體系，包括理論基礎(chǔ)、經(jīng)營原則、調(diào)查方法、林分狀態(tài)分析和結(jié)構(gòu)調(diào)整以及經(jīng)營效果評價等[13～16]。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)決定系統(tǒng)的功能、結(jié)構(gòu)的可解析性及健康森林的結(jié)構(gòu)特征是結(jié)構(gòu)化森林經(jīng)營的理論基礎(chǔ)。結(jié)構(gòu)化森林經(jīng)營認(rèn)為認(rèn)識森林的有效途徑是正確地表達(dá)和解析森林的空間結(jié)構(gòu)，創(chuàng)建或維護(hù)最佳的森林空間結(jié)構(gòu)才能獲得健康穩(wěn)定的森林。因此，結(jié)構(gòu)化森林經(jīng)營遵循以原始林為楷模、連續(xù)覆蓋及生態(tài)有益性的原則，同時，經(jīng)營時主要針對頂級樹種和主要伴生樹種的中、大徑木的空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)[13～14]。

2 結(jié)構(gòu)化森林經(jīng)營技術(shù)要點(diǎn)

2.1 數(shù)據(jù)調(diào)查與分析方法

與傳統(tǒng)森林經(jīng)營方法一樣，在應(yīng)用結(jié)構(gòu)化森林經(jīng)營技術(shù)對森林進(jìn)行經(jīng)營時，也要對林分狀態(tài)特征進(jìn)行調(diào)查與分析，調(diào)查內(nèi)容除傳統(tǒng)森林經(jīng)營調(diào)查的內(nèi)容，如樹種、胸徑、樹高、冠幅、更新、林木健康狀況及經(jīng)營歷史等項目外，還增加了林分空間結(jié)構(gòu)參數(shù)的調(diào)查，包括用于描述林木水平分布格局的角尺度、反映樹種多樣性與種間隔離程度的混交度以及體現(xiàn)林木競爭態(tài)勢的大小比數(shù)等[16]。可根據(jù)現(xiàn)實(shí)林分所處的地形特征以及人力、物力等條件選擇靈活多樣的調(diào)查方法，主要方法有大樣地法、樣方法和無樣地抽樣調(diào)查等3種。

與傳統(tǒng)森林經(jīng)營方法不同，結(jié)構(gòu)化森林經(jīng)營在分析林分狀態(tài)特征時，運(yùn)用林分自然度來劃分現(xiàn)實(shí)林分的經(jīng)營類型。從樹種組成、林分結(jié)構(gòu)、樹種多樣性、林分活力和干擾程度等5個方面選擇14個指標(biāo)，采用層次分析法和熵權(quán)法相結(jié)合的方法進(jìn)行計算；采用定性與定量的方法將林分自然度等級分為7個等級，將計算結(jié)果與之比對，從而確定林分的經(jīng)營類型。從林分空間特征和非空間特征兩個方面選擇10個指標(biāo)，計算林分迫切性指數(shù)，判斷林分經(jīng)營迫切性等級，并判定林分是否需要經(jīng)營，為什么要經(jīng)營，調(diào)整哪些不合理的林分指標(biāo)能夠使林分向健康穩(wěn)定的方向發(fā)展。

2.2 結(jié)構(gòu)化森林經(jīng)營結(jié)構(gòu)調(diào)整技術(shù)

2.2.1 保留木和采伐木確定技術(shù)

結(jié)構(gòu)化森林經(jīng)營在經(jīng)營設(shè)計時，首先要明確林分中的培育保留林木和可采伐對象，對林分中的稀有種、瀕危種和散布其中的古樹要全部保留，對病腐木、斷梢木及特別彎曲的林木進(jìn)行采伐，此外，對達(dá)到自然成熟(目標(biāo)直徑)的林木也要進(jìn)行采伐利用，最后針對頂級樹種和主要伴生樹種的中、大徑木進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整。

2.2.2林木的分布格局調(diào)整技術(shù)

當(dāng)林木分布格局為團(tuán)狀分布時，則林分中角尺度值為1.00或0.75的結(jié)構(gòu)單元中聚集分布在參照樹同側(cè)的最近相鄰木為潛在的調(diào)整對象，采伐木選擇時要綜合考慮競爭關(guān)系、多樣性和樹種混交等因素。當(dāng)林木分布格局為均勻分布時，則林分中角尺度值為0或0.25的結(jié)構(gòu)單元中均勻分布在參照周圍的最近相鄰木為潛在調(diào)整對象，同樣在進(jìn)行調(diào)整時要綜合考慮目標(biāo)樹與其它相鄰木的競爭關(guān)系、樹種混交以及多樣性等因素。

2.2.3樹種隔離程度調(diào)整技術(shù)

調(diào)整樹種隔離程度，將混交度值為0或0.25的結(jié)構(gòu)單元中的最近相鄰木作為潛在調(diào)整對象，考慮林木的分布格局和競爭關(guān)系，伐除與參照樹為同種的相鄰木，減小相同樹種對資源的競爭。

2.2.4競爭關(guān)系調(diào)整技術(shù)

在經(jīng)營中，調(diào)節(jié)樹種競爭關(guān)系主要是針對頂級樹種或主要伴生樹種的中、大徑木來進(jìn)行調(diào)整，因為，對林分中所有的林木進(jìn)行調(diào)節(jié)是不可能的，也是不必要的。調(diào)整時應(yīng)以減少目標(biāo)樹的競爭壓力為原則，使保留木處于優(yōu)勢地位或不受到擠壓威脅，即對于大小比數(shù)為1.00或0.75的結(jié)構(gòu)單元，將比較指標(biāo)大于參照樹的最近相鄰木作為潛在調(diào)整對象，使調(diào)整后的大小比數(shù)不大于0.25。

2.3 結(jié)構(gòu)化森林經(jīng)營效果評價

結(jié)構(gòu)化森林經(jīng)營注重林分狀態(tài)特征分析，通過分析林分狀態(tài)而確定林分的經(jīng)營方向，因此，結(jié)構(gòu)化森林經(jīng)營效果評價也必然建立在林分狀態(tài)特征的評價之上。通過對經(jīng)營前后林分空間利用程度、物種多樣性、建群種的競爭態(tài)勢以及林分組成等方面指標(biāo)的變化，來評價經(jīng)營效果。而傳統(tǒng)的森林經(jīng)營效果評價以功能評價為主，主要采用產(chǎn)量對比法或投入產(chǎn)出分析法，但由于林業(yè)生產(chǎn)周期長、見效慢的特點(diǎn)，導(dǎo)致運(yùn)用功能評價的方法具有一定的滯后性，不能掌握經(jīng)營活動對森林各項指標(biāo)的影響，從而不能在經(jīng)營過程中及時調(diào)整經(jīng)營措施，如果在經(jīng)營過程中采取的措施不當(dāng)，往往會造成事與愿違的結(jié)果。

3 結(jié)構(gòu)化森林經(jīng)營技術(shù)的應(yīng)用

3.1 林分?jǐn)?shù)據(jù)調(diào)查及分析

以闊葉紅松經(jīng)營林分為例介紹結(jié)構(gòu)化森林經(jīng)營的應(yīng)用。試驗區(qū)位于蛟河林業(yè)實(shí)驗區(qū)管理局東大坡經(jīng)營區(qū)52林班內(nèi)，總面積215 hm2(127°35′～127°51′E，43°51′～44°05′N)，經(jīng)營樣地面積為100 m×100 m，森林類型為紅松針闊混交林。應(yīng)用TOPCON全站儀對樣地內(nèi)胸徑≥5cm的林木定位并進(jìn)行全面調(diào)查，調(diào)查內(nèi)容包括郁閉度、斷面積、坡度、樹種、胸徑、樹高以及林下更新等內(nèi)容，并對林分狀態(tài)特征進(jìn)行分析。表1為林分經(jīng)營前的基本特征，表2為林分狀態(tài)特征。

表1 經(jīng)營林分基本特征

表2 經(jīng)營林分狀態(tài)特征

從表2可以看出，通過對經(jīng)營樣地的自然度評價和經(jīng)營迫切性分析可知，該林分目前屬于次生林狀態(tài)，經(jīng)營類型為撫育間伐型。經(jīng)營方向：調(diào)整樹種組成，提高頂級樹種紅松的優(yōu)勢度，減少競爭壓力，提高林木的健康水平。

3.2 經(jīng)營設(shè)計

根據(jù)林分狀態(tài)評價結(jié)果和經(jīng)營方向，本次經(jīng)營在樣地中首先確定采伐了122株不健康林木。不健康的原因主要有病蟲害、斷梢、彎曲、空心等，涉及林木50株，其中：暴馬丁香7株，白扭槭3株，稠李1株，楓樺3株，紅松2株，核桃楸2株，柳樹1株，裂葉榆1株，苗榆1株，千金榆4株，青楷槭2株，色木槭3株，沙松8株，楊樹3株，榆樹9株。其次，針對頂級樹種和主要伴生樹種的中、大徑木調(diào)整了競爭勢及混交，共計72株，詳見表3。其中：白扭槭1株，椴樹8株，楓樺1株，核桃楸2株，蒙古櫟1株，苗榆3株，千金榆31株，青楷槭10株，色木槭12株，楊樹2株，榆樹1株。

3.3 經(jīng)營效果評價

表4為經(jīng)營后林分的基本狀態(tài)特征。

表3 結(jié)構(gòu)調(diào)整設(shè)計采伐木匯總

表4 經(jīng)營后林分基本特征

從空間利用程度、樹種多樣性、建群種的競爭態(tài)勢以及林分組成等方面對經(jīng)營后的紅松闊葉林分進(jìn)行評價，結(jié)果表明，該林分經(jīng)營后的郁閉度由0.85下降到0.80，林分密度由1 186株·hm-2下降到992株·hm-2，經(jīng)營采伐強(qiáng)度按斷面和株數(shù)計算分別為14.1%和16.4%，屬于輕度干擾；林分中所有的不健康林木全部伐除，有效地改善了林分和林木的健康狀況；經(jīng)營后的林分平均角尺度為0.490，仍為隨機(jī)分布；林分平均混交度為0.792，較經(jīng)營前略有上升；直徑分布仍為倒“J”型。

頂級樹種紅松在林分中的相對顯著度明顯上升，由經(jīng)營前的8.26%上升到經(jīng)營后的9.57%，優(yōu)勢度從經(jīng)營前的0.230上升到經(jīng)營后的0.264；珍貴樹種黃檗由經(jīng)營前的0.113增加到經(jīng)營后的0.122；主要伴生樹種椴樹和核桃楸的優(yōu)勢度分別由經(jīng)營前的0.281和0.249上升到經(jīng)營后的0.302和0.258；沙松由經(jīng)營前的0.215增加到經(jīng)營后的0.227。

4 小結(jié)與討論

利用結(jié)構(gòu)化森林經(jīng)營技術(shù)對蛟河林業(yè)實(shí)驗區(qū)管理局所屬紅松闊葉林進(jìn)行經(jīng)營，并對經(jīng)營前后林分的基本特征與狀態(tài)特征進(jìn)行比較分析，結(jié)果表明：郁閉度由0.85下降到0.80，林分密度由1 186株·hm-2下降到992株·hm-2；林分平均角尺度為0.490，仍為隨機(jī)分布；林分平均混交度為0.792，較經(jīng)營前略有上升；直徑分布仍為倒“J”型。頂級樹種紅松的相對顯著度明顯上升，由經(jīng)營前的8.26%上升到經(jīng)營后的9.57%，優(yōu)勢度從經(jīng)營前的0.230上升到經(jīng)營后的0.264；珍貴樹種黃檗及主要伴生樹種的優(yōu)勢度均呈上升狀態(tài)。

結(jié)構(gòu)化森林經(jīng)營從系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)決定系統(tǒng)功能這一原理出發(fā)，認(rèn)為唯有創(chuàng)建或維護(hù)最佳的森林空間結(jié)構(gòu)，才能獲得健康穩(wěn)定的森林。面對現(xiàn)實(shí)林分，結(jié)構(gòu)化森林經(jīng)營注重林分的狀態(tài)特征，首先對其進(jìn)行全面評價，確定林分的經(jīng)營方向，也就是說，通過狀態(tài)分析來確定林分哪些指標(biāo)需要調(diào)整，向哪個方向進(jìn)行調(diào)，這為制定經(jīng)營措施提供了基礎(chǔ)和依據(jù)，做到了有的放矢。在闊葉紅松林的經(jīng)營示例中，由于不健康林木的比例較大，在經(jīng)營時首先就對這些林木進(jìn)行了伐除，這不僅保證了林木個體的健康，同時也提升了林分整體的健康水平。在此基礎(chǔ)上，再針對頂級樹種和主要伴生樹種的中、大徑木進(jìn)行分布格局、樹種混交和競爭調(diào)節(jié)才更有意義。培育健康穩(wěn)定的森林是一個長期的過程，不可能通過一次經(jīng)營就解決所有的問題，因此，要在充分考慮森林演替規(guī)律的基礎(chǔ)上，定期對現(xiàn)實(shí)林分的狀態(tài)特征進(jìn)行分析評價，根據(jù)經(jīng)營單位的實(shí)際情況和經(jīng)營能力適時做出經(jīng)營規(guī)劃，循序漸近地培育森林向健康穩(wěn)定的方向發(fā)展，最終實(shí)現(xiàn)森林可持續(xù)經(jīng)營。

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