森林撫育采伐成效監(jiān)測(cè)與分析
——以東方紅林業(yè)局為例

張紀(jì)元

(國(guó)際竹藤中心,北京 100102)

森林作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體,在調(diào)節(jié)氣候、涵養(yǎng)水源、防風(fēng)固沙、保育土壤中具有重要的作用[1-2]。近年來(lái),隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和全球生態(tài)環(huán)境治理的需求,森林生態(tài)系統(tǒng)的價(jià)值和功能已經(jīng)從傳統(tǒng)的木材供給為主轉(zhuǎn)變成為以生態(tài)效益為主,經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益兼顧[3]。森林經(jīng)營(yíng)包括從在地上種植苗木形成森林至進(jìn)行林木采伐后林分更新為止的所有森林培育措施,這是森林經(jīng)營(yíng)管理的重要組成部分[4-5]。以生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益多目標(biāo)結(jié)合的經(jīng)營(yíng)模式對(duì)森林資源質(zhì)量提升提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)和要求[6-7]。撫育采伐作為森林經(jīng)營(yíng)中一項(xiàng)重要的措施,通過(guò)合理調(diào)整林木空間結(jié)構(gòu)和年齡結(jié)構(gòu),改善森林環(huán)境、提高林分蓄積量、增加生物多樣性,進(jìn)而影響森林生態(tài)系統(tǒng)功能的發(fā)揮[8-9]。合理的森林撫育采伐能夠產(chǎn)出質(zhì)量好、價(jià)值高、效益優(yōu)的林木和生態(tài)產(chǎn)品,從而實(shí)現(xiàn)森林綜合效益最大化。

黑龍江省森林資源主要分布在大小興安嶺和長(zhǎng)白山脈及部分半山區(qū)縣(市)[10]。第九次全國(guó)森林資源清查數(shù)據(jù)顯示:黑龍江省森林面積1 990萬(wàn)hm2,其中天然林面積1 747萬(wàn)hm2,人工林面積243萬(wàn)hm2,森林覆蓋率43.78%。與第八次全國(guó)森林資源清查數(shù)據(jù)相比,黑龍江省森林覆蓋率提高0.62個(gè)百分點(diǎn),森林蓄積量增加20 217萬(wàn)m3[11]。但在林業(yè)發(fā)展過(guò)程中,仍面臨許多挑戰(zhàn):1)天然林面積所占比例較大；2)人工林樹(shù)種較單一,林分生產(chǎn)力低,可利用林木資源少；3)森林年齡結(jié)構(gòu)不合理,幼齡林和中齡林所占比重較高[12-13]。因此,采取科學(xué)合理的森林撫育措施提升林地生產(chǎn)力、改善林地環(huán)境、提高生物多樣性變得十分必要。本文通過(guò)對(duì)黑龍江省東方紅林業(yè)局天然林和落葉松人工林開(kāi)展撫育采伐,進(jìn)行森林撫育采伐成效監(jiān)測(cè)和分析,綜合評(píng)價(jià)森林撫育采伐實(shí)施效果,以期為該區(qū)森林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)提供參考。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于黑龍江省東部的東方紅林業(yè)局,地理位置為北緯46°08′55″～47°01′40″,東經(jīng)132°57′32″～133°56′30″。該區(qū)屬寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候,冬季嚴(yán)寒有雪,夏季溫?zé)岫嘤?。年平均氣?.5℃,年均降水量為566.2mm,降水主要集中在夏季,夏季降水量達(dá)到全年降水量的53%。該區(qū)以長(zhǎng)白山植物區(qū)系為主,廣泛分布著水曲柳(FraxinusmandshuricaRupr.)、楊樹(shù)(PopulusdavidianaDode)、蒙古櫟(Q.mongolicaFisch.ex Ledeb)、胡桃楸(JuglansmandshuricaMaxim)、白樺(BetulaplatyphyllaSuk.)、椴樹(shù)(TiliatuanSzyszyl.)、落葉松(Larixgmelinii(Rupr.)Kuzen.)等[14]。

2 研究方法

2.1 樣地選擇

2013年,在東方紅林業(yè)局西南部根據(jù)集中連片原則選擇天然林闊葉林試驗(yàn)地(試驗(yàn)地A)和人工針葉林試驗(yàn)地(試驗(yàn)地B),試驗(yàn)地基本信息如表1所示。分別在2種類(lèi)型的試驗(yàn)地內(nèi)選取3塊20m×30m的撫育樣地和3塊20m×30m的對(duì)照樣地,撫育樣地和對(duì)照樣地林地基本屬性相同且落在同一小班內(nèi)。

表1 試驗(yàn)地基本概況表Tab.1 Basic survey table of test sites

2.2 撫育采伐對(duì)象確定

在森林撫育設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,依據(jù)撫育采伐規(guī)程確定撫育采伐的對(duì)象。具體為:標(biāo)準(zhǔn)樣地幼樹(shù)密度超過(guò)3 000株/hm2且樹(shù)高達(dá)到30cm以上的,或標(biāo)準(zhǔn)樣地幼苗和幼樹(shù)密度超過(guò)6 000株/hm2且樹(shù)高30cm以下的,幼苗和幼樹(shù)層的植被總覆蓋度在80%以上的,受輕度病蟲(chóng)害、火災(zāi)及其他非生物性危害的林木作為撫育采伐設(shè)計(jì)對(duì)象[15-16]。

2.3 撫育采伐方式

在天然落葉闊葉林撫育樣地內(nèi),伐除密度大和生長(zhǎng)狀況差的林木,改善林分密度并改變樹(shù)種組成,以達(dá)到提高保留樹(shù)木生長(zhǎng)速度和保持良好干形的目的。在人工針葉林撫育樣地內(nèi),伐除密度大和林木質(zhì)量低下、不能成材等無(wú)培養(yǎng)價(jià)值的林木。撫育樣地保留林木密度為1 200～2 800株/hm2,伐后郁閉度值在0.6～0.7之間[17]。

2.4 樣地調(diào)查

2013年和2016年對(duì)撫育和對(duì)照樣地內(nèi)林木進(jìn)行每木檢尺(起測(cè)胸徑為4cm),調(diào)查樹(shù)高、林下植被情況,并記錄林木生長(zhǎng)狀況,得出相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),通過(guò)計(jì)算得到各項(xiàng)撫育成效指標(biāo)。林下植被調(diào)查采用樣方調(diào)查法,分別在撫育和對(duì)照樣地4個(gè)角落設(shè)置面積為2m×2m的灌木樣方,并在灌木樣方內(nèi)設(shè)置面積為1m×1m的草木樣方,記錄樣方內(nèi)灌木和草本植物的種類(lèi)、數(shù)量等因子。

2.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析

選用辛普森Simpson指數(shù)、香農(nóng)-威納Shannon-weiner指數(shù)評(píng)價(jià)撫育地生物多樣性[18]。

辛普森Simpson多樣性指數(shù)(D):

香農(nóng)-威納shannon-weiner指數(shù)(H):

式中:Pi為種i的相對(duì)重要值；s為所在樣地的物種數(shù)。

各樣地平均蓄積量的計(jì)算采用形數(shù)法:

V=fa×g1.3×(h+3)

作者張朝先生出生于云南，彝族，這首《滇南山遙》是作者對(duì)年少時(shí)代受民族間音樂(lè)熏陶的回憶，這首作品由三首小曲而組成，分別是《山娃》、《山月》、《山火》，作品創(chuàng)作于二十世紀(jì)九十年代，作者將獨(dú)特的旋律與意境相結(jié)合，通過(guò)作者對(duì)兒時(shí)生活的描述，展現(xiàn)出了作者對(duì)滇南特有風(fēng)景的眷戀與不舍之情。

式中:V為各樹(shù)種的材積(m3),fa=0.41/0.40(落葉松/闊葉樹(shù))[19-20]；g1.3為林木1.3m處的胸高斷面積cm2；h為樹(shù)高(m)。

森林喬木層生物量、林下植被生物量和地被物生物量采用表2中的模型進(jìn)行計(jì)算[21]。

表2 各樹(shù)種生物量模型Tab.2 Biomass model of each tree species

3 結(jié)果與分析

3.1 撫育采伐對(duì)生物多樣性的影響

由圖1可知,2塊樣地對(duì)照組的生物多樣性指數(shù)均未變化。撫育采伐組闊葉樹(shù)林(試驗(yàn)地A)樣地中辛普森simpson指數(shù)增加了35.69%,香農(nóng)-威納shannon-weiner指數(shù)增加了25.49%；撫育采伐針葉林(試驗(yàn)地B)樣地中辛普森simpson指數(shù)增加了73.42%,香農(nóng)-威納shannon-weiner指數(shù)增加了61.19%。試驗(yàn)地B辛普森Simpson指數(shù)、香農(nóng)-威納shannon-weiner指數(shù)增長(zhǎng)速度最快,顯著高于對(duì)照組。

圖1 辛普森指數(shù)和香農(nóng)-威納指數(shù)增長(zhǎng)值Fig.1 The Simpson and the Shannon-wiener Index

3.2 撫育采伐對(duì)林木蓄積量的影響

試驗(yàn)地A對(duì)照組蓄積量年平均生長(zhǎng)率為2.76%,撫育組蓄積量年平均生長(zhǎng)率為5.85%,蓄積量撫育成效為3.09%；試驗(yàn)地B對(duì)照組蓄積量年平均生長(zhǎng)率為4.04%,撫育組蓄積量年平均生長(zhǎng)率為5.51%,蓄積量撫育成效為1.48%(表3)。

表3 樣地林木蓄積量監(jiān)測(cè)結(jié)果Tab.3 Monitoring results of forest volume in sample plots

3.3 撫育采伐對(duì)生物量的影響

由表4可知,試驗(yàn)地A對(duì)照組第1次監(jiān)測(cè)總生物量(喬木層生物量+林下草本層生物量+林下灌木生物量)為4 403.86kg,3年后第2次監(jiān)測(cè)總生物量為4 413.81kg,年平均增長(zhǎng)僅為0.08%,基本無(wú)變化；撫育組第1次監(jiān)測(cè)總生物量為5 653.86kg,3年后第2次監(jiān)測(cè)總生物量為6 448.99kg,年平均增長(zhǎng)率達(dá)4.69%。試驗(yàn)地B對(duì)照組第1次監(jiān)測(cè)總生物量為2 733.20kg,3年后第2次監(jiān)測(cè)總生物量降低為2 724.87kg；撫育組樣地?fù)嵊翱偵锪繛? 491.35kg,3年后第2次監(jiān)測(cè)總生物量為8 287.48kg,年平均增長(zhǎng)率達(dá)16.97%。

表4 各試驗(yàn)地?fù)嵊昂笊锪康淖兓疶ab.4 Changes of biomass before and after tending in each experimental site kg

與林分總生物量增長(zhǎng)相反,2個(gè)試驗(yàn)地內(nèi)撫育組林下灌木和林下草本生物量降低。第1次監(jiān)測(cè)試驗(yàn)地A撫育組林下草本和林下灌木生物量分別為7.35kg和18.85kg,試驗(yàn)地B中撫育組林下草本和林下灌木生物量分別為26.77kg和4.39kg。第2次監(jiān)測(cè)試驗(yàn)地A中撫育組林下草本和林下灌木生物量下降到4.87kg和7.5kg,試驗(yàn)地B撫育組林下草本和林下灌木生物量下降到6.89kg和3.75kg。

3.4 撫育采伐對(duì)固碳釋氧量的影響

圖2 年均固碳釋氧量和產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)價(jià)值Fig.2 Annual average carbon sequestration oxygen release and its economic value

3.5 撫育綜合成效分析

由表5可知,試驗(yàn)地A和試驗(yàn)地B撫育采伐后生物量撫育成效都有所增加,試驗(yàn)地A生物量撫育成效為4.61%,試驗(yàn)地B生物量撫育成效為16.18%。

表5 各試驗(yàn)樣地森林撫育成效Tab.5 Effects of forest tending in each test site

此外,各試驗(yàn)樣地內(nèi)胸徑撫育成效、樹(shù)高撫育成效、蓄積量撫育成效值均為正成效。在2次監(jiān)測(cè)期間內(nèi),各試驗(yàn)地經(jīng)過(guò)撫育采伐處理林分胸徑、樹(shù)高以及蓄積量均高于未撫育處理的對(duì)照樣地。由圖2可知,試驗(yàn)地A闊葉樹(shù)固碳撫育成效價(jià)值為8 616元,釋氧撫育成效價(jià)值為22 980元,固碳釋氧撫育成效價(jià)值高達(dá)31 596元,試驗(yàn)地B針葉樹(shù)固碳撫育成效價(jià)值2 436元,釋氧撫育成效價(jià)值4 980元,撫育成效價(jià)值為7 416元。通過(guò)計(jì)算試驗(yàn)地森林的固碳釋氧均能折合為一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值,表明對(duì)森林采取撫育采伐措施可以改善林分固碳釋氧功能,提高林分生態(tài)效益。

4 討論與結(jié)論

1) 對(duì)東方紅林業(yè)局天然闊葉林和人工針葉林撫育采伐試驗(yàn)表明:撫育后樣地群落生物多樣性,豐富度和均勻度均大于對(duì)照樣地。辛普森simpson指數(shù)和香農(nóng)-威納shannon-weiner指數(shù)都能反映出監(jiān)測(cè)試驗(yàn)地內(nèi)生物種類(lèi)的豐富程度與均勻程度,指數(shù)的數(shù)值越大表示試驗(yàn)地內(nèi)存在的生物種類(lèi)越多,該試驗(yàn)地就具有較強(qiáng)的抵抗外界環(huán)境干擾的能力[22]。撫育采伐樣地內(nèi)生物多樣指數(shù)均增加,而對(duì)照樣地內(nèi)生物多樣性指數(shù)未增加,表明撫育措施可以促進(jìn)林下生物多樣性增加。這可能是因?yàn)閾嵊煞ゴ胧┙档土址钟糸]度,增強(qiáng)林分透光性,林下灌木草本可獲得充足的光照和水分等資源,降低了林下生物對(duì)資源的競(jìng)爭(zhēng)作用,因此林下植被數(shù)量增加。

2) 撫育采伐措施促進(jìn)了林分蓄積量,且撫育成效均大于0。作為森林群落對(duì)自然資源利用能力大小的標(biāo)志,森林群落生物量可反映森林群落生產(chǎn)力的大小[23]。撫育采伐改善了林內(nèi)環(huán)境可降低目的樹(shù)種競(jìng)爭(zhēng)作用,因此促進(jìn)了林木生長(zhǎng),故天然闊葉林和人工針葉林樣地?fù)嵊尚Ь笥?。此外,試驗(yàn)地A主要分布著中齡林闊葉樹(shù),林木處于快速生長(zhǎng)期,且林分具有較好的垂直結(jié)構(gòu),因此試驗(yàn)地A的林木蓄積量撫育成效高于試驗(yàn)地B。

3) 森林撫育均增加了試驗(yàn)樣地的年均固碳量和年均釋氧量。試驗(yàn)地A的固碳釋氧撫育成效明顯高于試驗(yàn)樣地B固碳撫育和釋氧撫育成效,但2個(gè)試驗(yàn)地的年均固碳釋氧增加率大致相同,撫育成效差別可能與試驗(yàn)樣地A與試驗(yàn)樣地B中樹(shù)種和樹(shù)齡不同有關(guān)。在全球氣候變暖的趨勢(shì)下,森林的作用越來(lái)越重要,森林能消減溫室氣體緩解溫室效應(yīng)[13]。森林生態(tài)系統(tǒng)通過(guò)森林固碳、釋氧功能在調(diào)節(jié)全球碳平衡、緩解溫室效應(yīng)方面發(fā)揮重大作用[24]。本研究中通過(guò)森林撫育增強(qiáng)了人工針葉林和天然闊葉林固碳和釋氧量,可作為森林資源的合理利用進(jìn)一步的研究基礎(chǔ)。但森林固定二氧化碳、釋放氧氣屬于生態(tài)價(jià)值,對(duì)于生態(tài)價(jià)值的確定國(guó)內(nèi)尚缺少市場(chǎng),不能直接轉(zhuǎn)化為金錢(qián)成為林業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)單位或個(gè)人的直接經(jīng)濟(jì)利益,需要國(guó)家政策上進(jìn)行生態(tài)效益補(bǔ)償制度,從而為林業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)單位或個(gè)人提供直接效益。

4) 在估算東方紅林業(yè)局內(nèi)試驗(yàn)地經(jīng)濟(jì)效益部分的生態(tài)效益時(shí),各撫育樣地內(nèi)生物多樣性撫育成效值、生物量撫育成效值均大于0；各試驗(yàn)樣地胸徑撫育成效、樹(shù)高撫育成效、蓄積量撫育成效值均為正成效。這表明對(duì)森林采取撫育采伐措施能夠促進(jìn)林木材積的生長(zhǎng),增加了林分經(jīng)濟(jì)效益。森林撫育是通過(guò)采取森林撫育措施,減少森林中樹(shù)木的惡性競(jìng)爭(zhēng),更加合理的調(diào)配環(huán)境資源,保證林分中的樹(shù)木都能良好的生長(zhǎng)。林木胸徑、樹(shù)高、蓄積量增加致使材積和經(jīng)濟(jì)價(jià)值都增加,這些成為林分的直接效益。

5) 森林撫育成效監(jiān)測(cè)需要長(zhǎng)期不間斷地對(duì)撫育森林進(jìn)行研究觀測(cè),本文主要對(duì)黑龍江省東方紅林業(yè)局人工落葉松幼齡林和天然闊葉樹(shù)中齡林撫育的影響進(jìn)行了研究,文中只對(duì)經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益進(jìn)行了計(jì)算分析,未能對(duì)撫育采伐后森林對(duì)當(dāng)?shù)芈糜钨Y源、林場(chǎng)發(fā)展林下產(chǎn)業(yè)等問(wèn)題進(jìn)行研究。

6) 本文研究范圍空間較小,只在1個(gè)林場(chǎng)內(nèi)對(duì)2種林型和林齡作了調(diào)查研究,記錄的數(shù)據(jù)和計(jì)算所得的各指標(biāo)無(wú)法將不同樹(shù)種、樹(shù)齡之間的具體差異體現(xiàn)出來(lái)。今后研究應(yīng)充分考慮不同地域、地形、立地條件等因素之間的差異,可以按黑龍江省地域或氣候帶分布界線進(jìn)行劃分,擴(kuò)大研究范圍,使研究地區(qū)涵蓋省內(nèi)主要林場(chǎng),通過(guò)這樣獲得的數(shù)據(jù)計(jì)算出的撫育采伐成效才能全面真實(shí)地反映當(dāng)?shù)厣謸嵊尚?。同時(shí),應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)厣址植记闆r、生長(zhǎng)狀況及森林撫育規(guī)劃,選擇適合當(dāng)?shù)氐膿嵊胧┖蛽嵊龔?qiáng)度。