我國(guó)寒溫帶低效林改造工程理論依據(jù)和目標(biāo)的探討

樊冬溫 ，李應(yīng)珍 ，楊雪峰 ，李 湃 ，張吉利

(1．國(guó)家林業(yè)局哈爾濱林業(yè)機(jī)械研究所，哈爾濱150086;2．中國(guó)林業(yè)科學(xué)院森林工程研究中心，哈爾濱150086;3．中國(guó)林業(yè)科學(xué)院寒溫帶林業(yè)研究中心，哈爾濱150086)

大興安嶺林區(qū)是我國(guó)最大的寒溫帶森林區(qū)域，位于黑龍江省和內(nèi)蒙古自治區(qū)的北部，是內(nèi)蒙古與松遼平原的分水嶺，北起黑龍江畔，南至西拉木倫河上游谷地，東北—西南走向，東陡西緩，構(gòu)成山地丘陵地形，是我國(guó)維護(hù)生態(tài)安全的重要屏障和應(yīng)對(duì)氣候變化的重要支撐區(qū)。

低效林改造是天然林保護(hù)工程的重要組成部分，是大興安嶺寒溫帶林區(qū)森林生態(tài)保護(hù)的重要措施。大興安嶺寒溫帶林區(qū)開(kāi)展低效林建設(shè)的歷史已超過(guò)半個(gè)多世紀(jì)，過(guò)多的人為活動(dòng)造成森林生態(tài)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和功能的破壞和喪失。加上森林危害和火災(zāi)的頻發(fā)，形成了大量的低效低質(zhì)林。

1 低效林改造理論依據(jù)的探討

1．1 低效林的基本概念

低效林屬于退化的森林生態(tài)系統(tǒng)，依據(jù)恢復(fù)生態(tài)學(xué)的理論，退化的生態(tài)系統(tǒng)是一類(lèi)病態(tài)的生態(tài)系統(tǒng)。退化的生態(tài)系統(tǒng)是指在一定的時(shí)空背景下，在自然因素、人為因素，或二者共同干擾下，導(dǎo)致生態(tài)要素和生態(tài)系統(tǒng)整體發(fā)生不利于生物和人類(lèi)生存的量變和質(zhì)變［1］，生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生與原有的平衡狀態(tài)或進(jìn)化方向有相反的位移。具體表現(xiàn)為生態(tài)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和固有功能的破壞或喪失，生物多樣性下降，穩(wěn)定性和抗逆能力減弱，系統(tǒng)生產(chǎn)力下降［2］。

GB/T 18337．3《生態(tài)公益林建設(shè) 技術(shù)規(guī)程》將低效林分為原生型低效林和經(jīng)營(yíng)型低效林，原生型低效林是在自然狀態(tài)下，由于林地條件較差和生長(zhǎng)環(huán)境惡劣等因素，致使林木生長(zhǎng)不良而自然形成的低效森林;經(jīng)營(yíng)型低效林是由于經(jīng)人為干擾或經(jīng)營(yíng)管理不當(dāng)而形成的低效森林［3］;LY/T 1690《低效林改造技術(shù)規(guī)程》將低效林定義為:受人為因素的直接作用或誘導(dǎo)自然因素的影響，林分結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性失調(diào)，林木生長(zhǎng)發(fā)育衰竭，系統(tǒng)功能退化或喪失，導(dǎo)則森林生態(tài)功能、林產(chǎn)品質(zhì)量或生物量顯著低于同類(lèi)立地條件下相同林分平均水平的林分總稱(chēng)。根據(jù)起源的不同，低效林可分為低效次生林和低效人工林;根據(jù)經(jīng)營(yíng)目標(biāo)的不同，低效林可分為低效防護(hù)林和低質(zhì)低產(chǎn)林［4］。

如果沒(méi)有任何外來(lái)因素的影響，由立地條件的因素形成質(zhì)量低下的林分，不能稱(chēng)其為低效林，也就是說(shuō)在不同的立地條件下劃分低效林的指標(biāo)也不同。

1．2 低效林改造的基本理論依據(jù)

低效林改造屬于恢復(fù)生態(tài)學(xué)的范疇，恢復(fù)生態(tài)學(xué)是應(yīng)用性很強(qiáng)的學(xué)科，但到目前為止，僅有自我設(shè)計(jì)與人為設(shè)計(jì)理論被認(rèn)為是從恢復(fù)生態(tài)學(xué)中產(chǎn)生的理論。

自我設(shè)計(jì)理論認(rèn)為，只要有足夠的時(shí)間，退化的生態(tài)系統(tǒng)將依據(jù)環(huán)境條件，合理地組織自己，并最終改變組分;人為設(shè)計(jì)理論認(rèn)為，通過(guò)工程方法和植物重建可直接恢復(fù)退化的生態(tài)系統(tǒng)，但恢復(fù)的類(lèi)型可能是多樣的。自我設(shè)計(jì)理論把恢復(fù)放在系統(tǒng)層次上，是以自然演替為理論基礎(chǔ);人為設(shè)計(jì)理論則把恢復(fù)放在了個(gè)體或種群層次上。

GB/T 18337．3《生態(tài)公益林建設(shè)技術(shù)規(guī)程》和LY/T 1690《低效林改造技術(shù)規(guī)程》兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)提出低效林改造方式為:補(bǔ)植、封育、更替、撫育、調(diào)整、復(fù)壯、綜合改造、林帶改造和效應(yīng)帶改造等。對(duì)于大興安嶺寒溫帶林區(qū)，其低效林改造的常用方式為封育、補(bǔ)植、更替、調(diào)整、撫育和綜合改造等。

依據(jù)恢復(fù)生態(tài)學(xué)的兩種恢復(fù)理論，將大興安嶺寒溫帶林區(qū)各種低效林改造方式歸納為3種模式:

(1)自我設(shè)計(jì)模式。利用自我設(shè)計(jì)理論，大興安嶺寒溫帶林區(qū)最典型的改造方式為“封育”改造方式。在大興安嶺寒溫帶林區(qū)立地條件適宜的區(qū)域天然更新或人工促進(jìn)天然更新效果良好，也可根據(jù)天然下種好的特性，采用人工促進(jìn)天然更新方式進(jìn)行補(bǔ)植。

(2)人為設(shè)計(jì)模式。利用人為設(shè)計(jì)理論，大興安嶺寒溫帶林區(qū)最典型的改造方式為“更替”改造方式。所謂“更替”改造方式是根據(jù)經(jīng)營(yíng)方向，將改造小班內(nèi)所有林木一次全部伐完或采用帶狀、塊狀逐步伐完，并本著適地、適樹(shù)和適種源的原則及時(shí)更新?！案妗备脑旆绞绞菍⒒謴?fù)放在個(gè)體和種群的基礎(chǔ)上。

(3)人為設(shè)計(jì)和自我設(shè)計(jì)綜合模式。人為設(shè)計(jì)和自我設(shè)計(jì)綜合模式是寒溫帶森林低效林改造最常見(jiàn)的一種模式，如“補(bǔ)植”改造中的“適地適樹(shù)”、 “闊中栽針”和“針下栽闊”;在“調(diào)整”改造中“抽針補(bǔ)闊”和“間針育闊”都是利用自然演替形成“針闊”或“闊針”混交林。

大興安嶺寒溫帶林區(qū)的白樺林是1949年后的皆伐跡地與火燒跡地上天然更新起來(lái)的先鋒群落。在多數(shù)區(qū)域落葉松和云杉已形成更新層(自我設(shè)計(jì)模式)，在這種情況下，通過(guò)撫育間伐和更新改造引導(dǎo)并加快落葉松林和云杉林向頂級(jí)群落轉(zhuǎn)變(人為設(shè)計(jì)模式);對(duì)于無(wú)針葉樹(shù)種更新的白樺林，通過(guò)栽針補(bǔ)闊或林分改造途徑轉(zhuǎn)化為針闊混交林(人為設(shè)計(jì)和自我設(shè)計(jì)綜合模式)。

2 低效林改造目標(biāo)及其指標(biāo)體系的探討

大興安嶺寒溫帶林區(qū)不僅是我國(guó)生態(tài)安全的重要屏障和應(yīng)對(duì)氣候變化的重要支撐區(qū)，也是我國(guó)重要的木材基地，這是大興安嶺寒溫帶林區(qū)低效林改造目標(biāo)確定的基本指導(dǎo)思想，而恢復(fù)生態(tài)學(xué)理論不僅是大興安嶺寒溫帶林區(qū)低效林改造目標(biāo)確定的理論基礎(chǔ)，也是低效林改造技術(shù)措施提出的理論依據(jù)。

就大興安嶺寒溫帶林區(qū)而言，低效林改造總體目標(biāo)是:

(1)維護(hù)大興安嶺寒溫帶林區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)。

(2)恢復(fù)退化的生態(tài)系統(tǒng)。

(3)對(duì)低效林改造后構(gòu)建科學(xué)的管理模式，控制其演替方向和演替速度，防止再次退化。

(4)促進(jìn)森林的可持續(xù)經(jīng)營(yíng)。

上述4個(gè)方面的總體目標(biāo)為低效林改造目標(biāo)體系的構(gòu)建提供了基本框架，也為下一層目標(biāo)的確定提供了依據(jù)。在總體目標(biāo)之下的下一層次目標(biāo)包括:

(1)林種及其功能目標(biāo);

(2)樹(shù)種及其群落結(jié)構(gòu)目標(biāo)。

(3)森林生態(tài)系統(tǒng)健康目標(biāo)。

(4)森林生態(tài)環(huán)境保護(hù)目標(biāo)。

(5)森林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)目標(biāo)。

(6)其他目標(biāo)，如特種林目標(biāo)要求等。

本文只對(duì)前4個(gè)目標(biāo)進(jìn)行探討，文中的指標(biāo)是為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)而提出的要求。

2．1 林種及其功能目標(biāo)、指標(biāo)體系的確定

GB/T 26424-2010《森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查技術(shù)規(guī)程》根據(jù)林地、疏林地、灌木林地經(jīng)營(yíng)目標(biāo)的不同將我國(guó)的森林分為5個(gè)林種，23個(gè)亞林種［5］，見(jiàn)表 1。

表1 林種分類(lèi)Tab．1 Forest category classification

大興安嶺寒溫帶林區(qū)森林的林種及其功能有著嚴(yán)格的總體規(guī)劃要求，其在防護(hù)林中以水土保持林和水源涵養(yǎng)林為主，在用材林中以一般用材林為主。大興安嶺寒溫帶林區(qū)低效林改造在林種及其功能目標(biāo)的確定上，應(yīng)依據(jù)該區(qū)域的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)的特性，并符合該林區(qū)生態(tài)建設(shè)的總體規(guī)劃要求。

為滿足低效林改造工程林種及其功能目標(biāo)，在工程實(shí)施過(guò)程中規(guī)定的指標(biāo)體系為:

(1)目的樹(shù)種、保護(hù)樹(shù)種的保護(hù)指標(biāo)。

(2)苗木確認(rèn)、苗木質(zhì)量和苗木處理指標(biāo)。

(3)林地植被保護(hù)指標(biāo)。

(4)對(duì)老化、病朽和無(wú)培育前途林木的清理指標(biāo)。

(5)補(bǔ)植密度及補(bǔ)植質(zhì)量指標(biāo)。

(6)苗木成活率、群落結(jié)構(gòu)演替評(píng)估指標(biāo)。

(7)提高林木生長(zhǎng)環(huán)境質(zhì)量，促進(jìn)群落結(jié)構(gòu)恢復(fù)評(píng)估指標(biāo)。

2．2 樹(shù)種及其群落結(jié)構(gòu)目標(biāo)、指標(biāo)體系的確定

大興安嶺寒溫帶林區(qū)有近10種優(yōu)勢(shì)樹(shù)種，其中以落葉松、白樺和楊樹(shù)居多，森林植被分為兩大類(lèi)型區(qū)，第一類(lèi)型區(qū)是興安落葉松林，并伴有偃松、杜鵑、草類(lèi)、泥炭蘚和杜香，還有部分白樺和山楊林，其中最多的是興安落葉松純林，由于適應(yīng)立地生長(zhǎng)環(huán)境的變遷，成為穩(wěn)定的寒溫帶明亮針葉林。樟子松、蒙古櫟和黑樺及其林分?jǐn)?shù)量很少，次生白樺和山楊及其林分，隨著人類(lèi)破壞出現(xiàn)而增多。北部濕冷區(qū)偶見(jiàn)紅皮云杉混于落葉松內(nèi)，多呈零星分布，紅皮云杉主要分布在河流兩岸及溝谷冷濕地，另外魚(yú)鱗云杉多見(jiàn)于海拔550～1 000 m，坡度20°左右的陰坡或半陰坡上，垂直分布明顯。在低海拔大河兩岸有甜楊和鉆天柳片林及散生林，是寒溫林區(qū)罕見(jiàn)的闊葉喬木樹(shù)種。第二類(lèi)型區(qū)是興安落葉松、蒙古櫟林區(qū)，針葉林與落葉闊葉林林分并存，或在不同地段交錯(cuò)出現(xiàn)，在嶺南的東北方向呈西南帶狀分布著胡枝子、蒙古櫟為主的闊葉林，嶺的東西兩側(cè)常形成森林與草原或草甸草原交錯(cuò)分布。大面積隱域性沼澤和草甸植被、大面積的森林沼澤是嫩江等主要河流的發(fā)源地與水源涵養(yǎng)區(qū)［6-8］。

大興安嶺寒溫帶林區(qū)的原生樹(shù)種和群落結(jié)構(gòu)是確定大興安嶺寒溫帶森林低效林改造恢復(fù)目標(biāo)的依據(jù)，要遵循寒溫帶森林結(jié)構(gòu)的特性及其演替規(guī)律，在引進(jìn)外來(lái)物種或改變?nèi)郝浣Y(jié)構(gòu)時(shí)要有充分的科學(xué)依據(jù)，并進(jìn)行科學(xué)的論證和試驗(yàn)驗(yàn)證。

在確定樹(shù)種及其群落結(jié)構(gòu)目標(biāo)時(shí)應(yīng)關(guān)注:

(1)森林結(jié)構(gòu)對(duì)森林生態(tài)功能的影響。

(2)森林結(jié)構(gòu)對(duì)區(qū)域環(huán)境安全的影響。

(3)森林結(jié)構(gòu)對(duì)寒溫帶森林景觀破碎化、生物多樣性的影響。

(4)森林結(jié)構(gòu)同天然林保護(hù)和森林資源可持續(xù)利用的關(guān)系。

為滿足低效林改造工程樹(shù)種及其群落結(jié)構(gòu)目標(biāo)，在工程實(shí)施過(guò)程中規(guī)定的指標(biāo)體系為:

(1)清林、整地對(duì)林地涵養(yǎng)水源、水土流失、土壤養(yǎng)分作用效應(yīng)評(píng)估指標(biāo)。

(2)伐木、歸堆(楞)、集材、造材、運(yùn)材對(duì)涵養(yǎng)水源、水土流失、土壤養(yǎng)分的作用效應(yīng)評(píng)估指標(biāo)。

(3)補(bǔ)植密度及群落結(jié)構(gòu)演替對(duì)森林功能作用效應(yīng)評(píng)估指標(biāo)［9］。

2．3 森林生態(tài)系統(tǒng)健康目標(biāo)、指標(biāo)體系的確定

大興安嶺寒溫帶林區(qū)的森林健康目標(biāo)、指標(biāo)，主要考慮病蟲(chóng)害、鼠害的發(fā)生及危害的控制，火災(zāi)、洪災(zāi)、旱災(zāi)、凍害等與森林有關(guān)的災(zāi)害危險(xiǎn)和控制，水土資源保持控制，生物多樣性控制等。

大興安嶺寒溫帶林區(qū)是冷濕緣地貌強(qiáng)烈發(fā)育區(qū)，侵蝕主要為寒凍風(fēng)化、凍層侵蝕和雪融。大興安嶺寒溫帶林區(qū)是我國(guó)森林火災(zāi)嚴(yán)重的林區(qū)之一，由于干旱、風(fēng)大，每年春天是火災(zāi)發(fā)生的危險(xiǎn)季節(jié)，森林火災(zāi)對(duì)森林的破壞很大。

生物多樣性、群落結(jié)構(gòu)、功能和非生物因子(生態(tài)環(huán)境)是相互影響、相互作用的。大興安嶺寒溫帶林區(qū)的氣候、永凍層、生長(zhǎng)季節(jié)長(zhǎng)度，以及土壤狀態(tài)和土壤肥力等非生物因素等微生物系統(tǒng)形成了大興安嶺寒溫帶林區(qū)獨(dú)特的生物多樣性，在低效林改造工程實(shí)施過(guò)程中能否保護(hù)好生物多樣性，直接關(guān)系到森林的穩(wěn)定和健康。［10］因此，在低效林改造工程實(shí)施過(guò)程中要保護(hù)好黑熊、鹿、麝等重點(diǎn)野生動(dòng)物及其棲息地，保護(hù)好山地樟子松、黃蘗、水曲柳等珍稀瀕危植物，保護(hù)好寒溫帶針葉林生態(tài)系統(tǒng)。

為滿足低效林改造工程森林生態(tài)系統(tǒng)健康目標(biāo)，在工程實(shí)施過(guò)程中規(guī)定的指標(biāo)體系為:

(1)病蟲(chóng)害、鼠害、火災(zāi)、凍害、風(fēng)害、污染等災(zāi)害恢復(fù)和控制指標(biāo)。

(2)清林、整地及整地方位對(duì)林地水土資源保持控制指標(biāo)和生物多樣性保護(hù)指標(biāo)。

(3)效應(yīng)帶開(kāi)拓，保留帶撫育對(duì)林地水土資源保持控制指標(biāo)和生物多樣性保護(hù)指標(biāo)。

(4)伐木、歸堆(楞)、集材、運(yùn)材對(duì)生物多樣性保護(hù)指標(biāo)。

(5)補(bǔ)植樹(shù)種、樹(shù)種引進(jìn)、補(bǔ)植密度對(duì)生物多樣性保護(hù)指標(biāo)。

2．4 生態(tài)環(huán)境保護(hù)目標(biāo)、指標(biāo)體系的確定

大興安嶺寒溫帶林區(qū)是東北松嫩平原和呼倫貝爾大草原的天然屏障，是嫩江、額爾古納河的發(fā)源地和水源涵養(yǎng)區(qū)，對(duì)維護(hù)好大興安嶺寒溫帶林區(qū)的生態(tài)環(huán)境，東北、內(nèi)蒙古東部地區(qū)的農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)和大興安嶺寒溫帶林區(qū)的生態(tài)安全具有十分重要的意義。

大興安嶺寒溫帶林區(qū)有其特殊的生態(tài)環(huán)境，這里分布著高緯度多年凍土，大面積的沼澤濕地，凍融侵蝕嚴(yán)重，與我國(guó)其他林區(qū)相比，喬木生態(tài)幅寬，生態(tài)環(huán)境多樣性復(fù)雜，以興安落葉松為主。大興安嶺寒溫帶林區(qū)的森林凍土、濕地相互制約、相互影響，構(gòu)成不可分割的自然地理景觀。

為滿足低效林改造工程生態(tài)環(huán)境保護(hù)目標(biāo)，在工程實(shí)施過(guò)程中規(guī)定的指標(biāo)體系為:

(1)清除灌草及清除的灌草處理指標(biāo)。

(2)整地技術(shù)及整地方位指標(biāo)。

(3)采伐剩余物加工和清理指標(biāo)。

(4)集材、造材、歸楞、運(yùn)材等指標(biāo)要求。

(5)林地清理、恢復(fù)指標(biāo)。

(6)林地衛(wèi)生指標(biāo)，包括機(jī)械的噪聲、排氣、污油和生活垃圾等。

3 結(jié)束語(yǔ)

分析研究寒溫帶低效林改造工程的理論依據(jù)和目標(biāo)及其指標(biāo)體系，為該地區(qū)低效林改造相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定提供技術(shù)支持，同時(shí)為該地區(qū)低效林改造工程的系統(tǒng)控制、驗(yàn)證評(píng)估、工程成效監(jiān)測(cè)奠定基礎(chǔ)。

［1］章家恩，徐 琪．恢復(fù)生態(tài)學(xué)研究的一些基本問(wèn)題探討［J］．應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，1999，10(1):111-115．

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［6］雷加富．中國(guó)森林生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)營(yíng)［M］．北京:中國(guó)林業(yè)出版社，2007．

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