我國森林天然更新及人工促進(jìn)天然更新的現(xiàn)狀與展望

程中倩，吳水榮*，劉世榮

(1.中國林業(yè)科學(xué)研究院 林業(yè)科技信息研究所，北京 100091；2.中國林業(yè)科學(xué)研究院 森林生態(tài)環(huán)境與保護研究所，北京 100091)

森林更新是影響森林生態(tài)系統(tǒng)分布格局和演替的重要領(lǐng)域之一，下層更新的結(jié)構(gòu)和動態(tài)制約著著主林層的結(jié)構(gòu)、生長動態(tài)和穩(wěn)定性，也影響著持續(xù)發(fā)揮森林的生態(tài)、經(jīng)濟與社會效益。森林更新可概括為天然更新、人工更新和人工促進(jìn)天然更新三大類。很多林業(yè)發(fā)達(dá)國家都非常重視森林更新問題，要求森林采伐后立即進(jìn)行造林更新，而且特別重視采取天然更新手段，例如在德國，天然更新率占總更新面積的56%。從我國來看，人工植苗和飛播造林在我國林業(yè)發(fā)展中發(fā)揮了重要作用，人工促進(jìn)天然更新往往與其他造林活動結(jié)合使用。盡管人工促進(jìn)更新具有經(jīng)濟和生態(tài)價值高的優(yōu)勢，但在我國的推廣并不普遍。本文在回顧我國林分更新發(fā)展歷史的基礎(chǔ)上，分析天然更新在我國的機遇與挑戰(zhàn)，并對未來前景進(jìn)行展望，以推進(jìn)天然更新和人工促進(jìn)天然更新在我國林業(yè)工程和規(guī)劃中的廣泛應(yīng)用。

1 我國森林更新整體目標(biāo)

全球森林退化持續(xù)加劇，森林面積、特別是天然林面積持續(xù)降低，從1990年的41.28億公頃減少為2015年的39.99億hm2，下降了3%，2015年全球森林覆蓋率29.73%[1]。其中，天然林從1990年的39.61億hm2減少至2015年的37.21億hm2，占森林總面積的比重從62.67%縮減至59.88%。在森林不斷減少的同時，通過廢棄農(nóng)田地等人工造林的方式不斷擴張森林面積，抵消了一部分森林損失，全球人工林面積占全球森林總面積的比重由4.1%增加至7.0%，其中，引進(jìn)外來樹種造林占人工林總面積的18%～19%[2]。

加速植被恢復(fù)是全世界林業(yè)發(fā)展的目標(biāo)之一。我國從林業(yè)工程、政策法規(guī)到科學(xué)研究等方面均以發(fā)揮森林多功能服務(wù)為根本目標(biāo)，林業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略從僅關(guān)注木材生產(chǎn)數(shù)量向提高木材質(zhì)量、注重生態(tài)系統(tǒng)保護轉(zhuǎn)變，充分發(fā)揮森林的多重服務(wù)價值。從1978年林業(yè)六大工程實施時起，我國采取多種新型技術(shù)加速造林進(jìn)程和改善生態(tài)環(huán)境。首先，六大林業(yè)工程覆蓋了全國97%的區(qū)縣，計劃造林6 000萬hm2，11個省份的685個區(qū)縣和24個國家自然保護區(qū)設(shè)定為試點項目，覆蓋了1 333萬hm2防護林和特用林。我國林業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃中明確了主要目標(biāo)：到2020年，森林蓄積量增加14億m3，全國造林面積7 333萬hm2，其中新造林面積增加2 333萬hm2，人工植苗、封山育林、飛播造林和其他人工促進(jìn)天然更新等退化林改造面積1 000萬hm2，中幼林撫育面積4 000萬hm2。

2 我國森林更新發(fā)展的歷程

自1949年建國以來，我國林業(yè)發(fā)展實踐經(jīng)歷了采伐利用、限制采伐和森林恢復(fù)3個階段，森林培育措施與森林更新也表現(xiàn)出不同的特點(圖1)。

第一階段：20世紀(jì)50-70年代，我國營林目的為木材采伐利用，結(jié)合我國第一、二次森林資源清查數(shù)據(jù)來看，1973-1981年間，天然林面積減少139萬hm2，蓄積減少6億m3；人工林面積減少829萬hm2，而蓄積量增加1.09億m3，表明此階段我國森林經(jīng)營管理以增加木材產(chǎn)量和皆伐后的人工更新為主，本階段人工造林面積共計9 039萬hm2，飛播造林面積913萬hm2，人工再造林面積708萬hm2。

第二階段：20世紀(jì)80-90年代末，我國開始重視生態(tài)建設(shè)，將木材生產(chǎn)與生態(tài)環(huán)境改善放置于同等重要的地位。此階段，我國開始進(jìn)行大規(guī)模的造林和以保護生態(tài)系統(tǒng)為準(zhǔn)則的水土保持工程，保護環(huán)境的同時增加森林資源。本階段，以增加生產(chǎn)力、保護生物多樣性和水土保持為目的的人工造林面積8 965萬hm2，飛播造林面積1 538萬hm2，人工再造林面積1 186萬hm2，以促進(jìn)天然更新為目的的中幼林撫育面積2 369萬hm2。

第三階段：從90年代末至今，我國林業(yè)注重景觀和區(qū)域?qū)用娴目沙掷m(xù)森林經(jīng)營及生態(tài)系統(tǒng)管理，強調(diào)森林在生物多樣性、水文循環(huán)、氣候變化中的重要性，并且近自然經(jīng)營和人工促進(jìn)天然更新理念已貫入到森林經(jīng)營實踐中，本階段，實現(xiàn)人工造林7 766萬hm2，飛播造林733萬hm2，人工再造林面積808萬hm2，新增封山育林面積1 545萬hm2，中幼林撫育面積11 074萬hm2。

1949-2015這60多年里，我國森林更新目的由單純地只重視木材應(yīng)用，以人工造林為主；到中期逐步意識到保護生物多樣性、增加森林資源，開始采用飛播造林、中幼林撫育等措施，借助自然力，促進(jìn)天然更新，達(dá)到省時、省力、高效的目的；而當(dāng)今，我國林業(yè)強調(diào)近自然育林管理，實施了封山育林工程，更新再造林、飛播造林和中幼林撫育面積增加， 而人工植苗造林面積減少，說明我國森林更新已從以往的人工更新為主的階段過渡至人工促進(jìn)天然更新為主的時期。

圖1 1949-2015年我國不同森林經(jīng)營措施與森林更新面積變化趨勢(資料來源：中國林業(yè)統(tǒng)計年鑒 2016)[3]Fig.1 The change of different forest management activities and forest renewal area in China from 1949 to 2015(Sources: China forestry statistical yearbook, 2016)[3]

3 天然更新的效果分析

自然條件下，樹木實現(xiàn)成功天然更新必須具備四個要素：種源、傳播和萌發(fā)幼苗以及適合幼苗生長發(fā)育的生境[4]。森林更新受到外界環(huán)境、自然干擾、人為干擾、樹種特性、樹種對干擾的響應(yīng)等因素及其相互作用的影響[5]。現(xiàn)階段，我國已有83個樹種可進(jìn)行天然更新或人工促進(jìn)天然更新，其中以松、柏、杉等30種裸子植物為主，占36.1%，其次為櫟類和楊柳科樹種。天然更新形成的沙地云杉、冷杉、長白落葉松、興安落葉松、馬尾松、側(cè)柏、栓皮櫟、梭梭、水曲柳、黃菠蘿等均已形成了大面積的人工純林[6]。自然環(huán)境條件是影響天然更新的因素之一。張恰嚀等[7]對比了不同坡向?qū)ι臣?Hippophaerhamnoides)更新率的影響，結(jié)果表明陰坡和半陰坡適宜沙棘更新。土壤含水率和凋落物厚度對華山松(Pinusarmandii)幼苗更新數(shù)量起主要負(fù)向作用，光照強度和灌草層蓋度起正向作用[8]。林分類型影響林內(nèi)更新的成活率及生長，蒙古櫟次生林的林內(nèi)環(huán)境有利于紅松天然更新幼苗生長，紅松(Pinuskoraiensis)人工林缺乏大齡更新苗木，林內(nèi)環(huán)境條件是導(dǎo)致紅松天然更新幼苗生長緩慢、長勢弱甚至死亡的原因[4]。

火災(zāi)、干旱等干擾后對林木更新的影響，也是學(xué)者的研究重點。Miao 等[9]在青藏高原東部的紅樺 (Betulaalbosinensis) -岷江冷杉 (Abiesfaxoniana) 次生林中研究發(fā)現(xiàn)，在經(jīng)歷高強度干擾后，殘存老樹可促進(jìn)天然更新，加速植被恢復(fù)，提高生物多樣性，建議在今后開展森林采伐活動時，人為保留適當(dāng)數(shù)量的老樹，可減少高強度采伐對森林生態(tài)系統(tǒng)和服務(wù)造成的負(fù)面影響，同時保留老樹可短期提供經(jīng)濟價值，為野生動物提供生境，保證了水土保持、養(yǎng)分循環(huán)和生物多樣性等多項生態(tài)系統(tǒng)功能，同時提高了生態(tài)系統(tǒng)天然更新能力。解伏菊等[10]對比了天然更新、人工促進(jìn)天然更新和人工更新，對1987年大興安嶺北坡特大森林火災(zāi)后植被恢復(fù)的影響，結(jié)果表明闊葉林和混交林的天然更新和人工促進(jìn)天然更新能力較針葉林好，特別是在輕度火災(zāi)干擾地區(qū)，闊葉樹仍可保留較高的天然更新能力。蔡文華等[11]研究了火燒跡地的立地條件、火災(zāi)前林分類型、火干擾特征對火災(zāi)后生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能和演替軌跡的影響，結(jié)果表明，立地條件和海拔對森林更新的影響大；中度林火干擾后森林更新狀況好于輕度和重度火燒跡地；火災(zāi)前若林分為針葉樹或闊葉樹純林時，火災(zāi)后的林分類型與火災(zāi)前相同，若為混交林，則火災(zāi)后林分類型為早期演替樹種。

我國《森林法》中明確規(guī)定了成熟的用材林在采伐的當(dāng)年或者次年內(nèi)完成更新造林，很多學(xué)者就采伐方式對伐后更新效果的影響做了大量研究[8, 12～15]。油松帶狀采伐并補植刺槐、山杏等闊葉樹后，無論是油松保留帶還是闊葉樹帶內(nèi)，油松天然更新均比較好[12]。一般來說，大強度撫育后，更新層林木趨向均勻分布；小強度撫育后，則呈聚集分布[13]。劉建科等[14]比較了15%、25%、35%株樹間伐強度對小隴山林區(qū)油松(Pinustabulaeformis)人工林天然更新的影響，結(jié)果表明間伐1年后幼苗天然更新數(shù)量成倍增加。特別是在低密度林分下，天然更新幼苗數(shù)量較高密度林分高，進(jìn)行疏伐后，更有利于幼苗地徑和樹高生長[15]。華山松幼苗更新數(shù)量和種群更新潛力隨著間伐強度增大而增大，采取撫育間伐結(jié)合清理林下凋落物的方式，可為幼苗定居和生長發(fā)育提供較好的環(huán)境條件，利于種群更新潛力的提升[8]。

由于大多數(shù)櫟類種實無休眠期，其人工植苗效果欠佳，大多數(shù)櫟類更新以天然更新或人工促進(jìn)天然更新為主，統(tǒng)計指出有11種殼斗科喬木可進(jìn)行天然更新，占我國已報到可進(jìn)行天然更新或人工促進(jìn)天然更新樹種的13.3%[6]。伐前更新是遼東櫟的重要更新方式之一，在近自然經(jīng)營方式下，采取13.4%的間伐強度有利于遼東櫟實生苗天然更新與生長[16]。徐鶴忠等[17]對比了經(jīng)營擇伐、二次間伐和皆伐對興安落葉松天然更新的影響，結(jié)果表明，經(jīng)營擇伐林分有效天然更新株數(shù)最多，為1 241株·hm-2，二次間伐有效天然更新株樹為717株·hm-2，皆伐有效天然更新株樹為83株·hm-2，興安落葉松更新能力受溫度和光照的制約。若采取經(jīng)營擇伐，則天然更新受郁閉度的影響；若采取二次間伐和皆伐，則天然更新受地表草本植物的影響。

研究發(fā)現(xiàn)，良好的營林措施可促進(jìn)林內(nèi)天然更新，但幼苗的保存率較低。王文俊等[18]研究發(fā)現(xiàn)云南松(Pinusyunnanensis)2012-2015年間，最大更新密度為12 000～211 600 株·公頃-1·年-1，而1年生苗的存活率僅為13.8%～22.0%，保存率急劇降低。3年生更新苗保存率趨于穩(wěn)定，但成活率降低至5%，并在小尺度空間范圍內(nèi)呈不均勻的小群叢狀分布。張小鵬等[8]同樣發(fā)現(xiàn)華山松幼苗向幼樹生長過渡時，死亡率高，存在明顯障礙現(xiàn)象，林下光照不足是制約華山松完成天然更新的重要原因。因此，如何提高天然更新幼苗保存率的問題，是學(xué)者今后研究的重要方之一。

4 我國人工促進(jìn)天然更新進(jìn)展

我國人工促進(jìn)天然更新可分為狹義人工促進(jìn)天然更新和廣義人工促進(jìn)天然更新。其中，狹義人工促進(jìn)天然更新主要應(yīng)用在有天然下種能力，但缺少必要天然更新條件的采伐跡地上，措施如更新前的土壤改良。廣義人工促進(jìn)天然是指通過人工播種、撫育和其他措施的更新和造林，通常應(yīng)用在荒山、廢棄用地、沙荒地、采伐跡地、生態(tài)價值高的河岸、風(fēng)蝕嚴(yán)重的沙地等，其目的是建立植被恢復(fù)以保護土地[19]。

與美國、芬蘭、德國、俄羅斯、巴西和新西蘭森林資源豐富國家相比，我國1990-2010年間，人工森林?jǐn)U張面積顯著高于其他國家，甚至高于比我國國土面積大的俄羅斯和與我國國土面積相近的美國，且森林天然擴張比例大(表1; FAO, 2015)。而我國再造林面積比美國和俄羅斯小，與巴西相近，表明了我國天然林禁止采伐的成效。其中我國以人工再造林為主，而美國天然再造林比例大，巴西幾乎全部是天然再造林。說明了我國伐后森林更新仍以人工更新為主，其中，封山育林占我國人工造林更新面積的一半。在天然下種能力良好的立地，實施多年“封山”可為天然下種提供空間是人工促進(jìn)天然更新的一種方式。在天然下種和天然更新困難的立地上，封山育林與飛播相結(jié)合。在可及度低但更新能力強的立地，常采用飛播結(jié)合封山育林，增加造林成活率[19,20]。因此，只要掌握合理的天然更新樹種和方法，人工促進(jìn)天然更新的潛力巨大。

從長遠(yuǎn)角度來看，人工促進(jìn)天然更新在林業(yè)工程實施中有著重要地位。與傳統(tǒng)的植苗造林相比，人工促進(jìn)天然更新可更為有效地將加速退化林地向高產(chǎn)林地的轉(zhuǎn)化，其方式更為靈活，并保證了木材生產(chǎn)、生物多樣性恢復(fù)、非木質(zhì)林產(chǎn)品及經(jīng)濟林等的森林的多功能價值[21]。盡管人工促進(jìn)天然更新有實用、高效等優(yōu)勢，但由于無科學(xué)研究明確表明其高效性，制約了其應(yīng)用。尤其是關(guān)于既定樹種和土壤條件下，人工促進(jìn)天然更新的潛力研究較少。應(yīng)用時常受5個方面制約[18]：1)大多數(shù)封山造林或飛播結(jié)合封山造林的林種是防護林，經(jīng)濟價值低，當(dāng)?shù)貙嵤┓馍皆炝值闹鲃有缘停?)前期森林更新投資金額較少或執(zhí)行時間較短，難以保證造林成活率；3)缺少評價林分建立標(biāo)準(zhǔn)和森林更新的經(jīng)濟生態(tài)效益的量化技術(shù)體系；4)由于缺少撫育資金，在應(yīng)用飛播結(jié)合封山育林時，林分密度過大且質(zhì)量較低；5)采取飛播造林時，立地可及度低且質(zhì)量差，需要更先進(jìn)、實用的技術(shù)以提高造林質(zhì)量。由于對人工植苗和直播的經(jīng)驗較多，且靠自然力下種、更新和發(fā)育的自然演替進(jìn)程較慢，天然更新種子萌發(fā)質(zhì)量不高[7]，由于我國中幼齡林占我國森林面積的65%，且質(zhì)量差，每公頃年均生長量僅為4.23 m3，平均胸徑為13.6 cm。為了加速造林進(jìn)程，人工更新仍在造林與再造林中作為目的樹種營林和獲取種源的主要更新手段。2003-2013年間，我國主要造林樹種以速生樹種為主，這10年間，桉樹面積增長了4.4倍，楊樹面積占42%，櫟類面積減小至11%，其他軟木面積為18%，其他硬木面積為64%(圖2)。

表1 7個國家1990-2010年森林?jǐn)U張和再造林面積(FAO, 2015)Table 1 The Forest expansion and Reforestation area in seven countries from 1990 to 2010

圖2 2003-2013年主要樹種面積變化Fig.2 The afforestation area of the major tree species from 2003 to 2013

5 我國天然更新及人工促進(jìn)天然更新展望

現(xiàn)階段，我國森林更新仍以人工更新為主，伴有人工促進(jìn)天然更新。由于天然更新受種源、生境異質(zhì)性、地表枯落物、群落差異性、人為干擾等多方面影響[9]，常出現(xiàn)更新分布不均、更新數(shù)量嚴(yán)重不足等現(xiàn)象[13]，且天然更新的保存率較低。相比其他林業(yè)發(fā)達(dá)國家，我國關(guān)于森林天然更新的研究主要集中在既定樹種如何通過人力合理加速樹種天然更新的相關(guān)經(jīng)驗和研究較少，當(dāng)前研究以定性描述更新現(xiàn)象為主，制約了人工促進(jìn)天然更新在我國造林工程中的廣泛應(yīng)用與推廣，今后應(yīng)深化天然更新的機制、機理和定量與模型模擬研究[5]。

而我國對于天然更新的觀念，已由過去的僅在荒山荒地，人不所及，或封山育林的地方進(jìn)行，到現(xiàn)在轉(zhuǎn)變?yōu)橛忻鞔_多功能目的、通過人為輔助的更新方式。我國設(shè)定的應(yīng)對氣候變化目標(biāo)為到2030年，我國森林蓄積較2005年增加45億m3。同時我國林業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略提升至通過合理的森林經(jīng)營，精準(zhǔn)提高森林質(zhì)量，將中幼齡林撫育、天然更新和人工促進(jìn)天然更新取代過去的僅依靠人工更新和造林。從培育單一樹種、以生產(chǎn)木材為主的森林向短期生物量生產(chǎn)、長期高價值木材生產(chǎn)為主的多功能森林轉(zhuǎn)變；從培育單樹種純林向林下人工促進(jìn)天然更新的混交林轉(zhuǎn)變。人工促進(jìn)天然更新可充分利用自然力，遵循生態(tài)演替規(guī)律，加速天然演替，增加生物多樣性，提高森林抗性、保持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性和充分發(fā)揮生態(tài)系統(tǒng)功能與服務(wù)。