基于結(jié)構(gòu)化森林經(jīng)營(yíng)理論的華北落葉松混交林經(jīng)營(yíng)分析

張巖

（河北省塞罕壩機(jī)械林場(chǎng)，河北圍場(chǎng) 068466）

塞罕壩機(jī)械林場(chǎng)位于河北省圍場(chǎng)滿族蒙古族自治縣最北部，屬蒙古高原與冀北山地交匯區(qū)，是壩上——壩下過(guò)渡帶和森林——草原、森林——沙地交錯(cuò)帶，有林地面積74777.45hm2，森林覆蓋率高達(dá)82%，其中以華北落葉松為主的人工林面積38182.08hm2，占總面積的51.1%。華北落葉松是塞罕壩機(jī)械林場(chǎng)三大造林樹(shù)種之一，也是該地區(qū)的建群樹(shù)種，在塞罕壩的森林生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。

自20 世紀(jì)80 年代塞罕壩機(jī)械林場(chǎng)進(jìn)入營(yíng)林時(shí)期以來(lái)，以法正林經(jīng)營(yíng)思想為指導(dǎo)的傳統(tǒng)森林經(jīng)營(yíng)模式一直指導(dǎo)著整個(gè)林區(qū)的森林經(jīng)營(yíng)工作，并以高頻次、高強(qiáng)度的經(jīng)營(yíng)作業(yè)進(jìn)行人工干預(yù)，現(xiàn)實(shí)中，以華北落葉松為主的人工林整體表現(xiàn)良好，林分能夠健康生長(zhǎng)，立木蓄積存量較高，但傳統(tǒng)經(jīng)營(yíng)導(dǎo)致林木過(guò)度均勻分布、空間格局不合理，個(gè)體潛力難以有效發(fā)揮。依據(jù)慧剛盈[1]等的結(jié)構(gòu)化森林經(jīng)營(yíng)理論對(duì)林分進(jìn)行系統(tǒng)、科學(xué)的分析診斷，根據(jù)診斷結(jié)果提出有效的森林經(jīng)營(yíng)方案，來(lái)改善林分系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)以生態(tài)功能為主導(dǎo)、多功能統(tǒng)籌兼顧的現(xiàn)代經(jīng)營(yíng)思想，促進(jìn)培育健康、穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)、高效的森林生態(tài)系統(tǒng)。

1 試驗(yàn)地概括

本試驗(yàn)地位于河北省塞罕壩機(jī)械林場(chǎng)的北漫甸林場(chǎng)，在塞罕壩機(jī)械林場(chǎng)場(chǎng)部的西北，屬于壩上地區(qū)，林地面積為12876.13hm2，占林場(chǎng)總林地面積的17.22%。

2 試驗(yàn)方法

2.1 采取的主要技術(shù)措施

2.1.1 結(jié)構(gòu)化點(diǎn)抽樣調(diào)查技術(shù)。在林分中隨機(jī)選擇一個(gè)點(diǎn)，以蛇形線路行進(jìn)，每隔10～15m 設(shè)置1 個(gè)抽樣點(diǎn)。選擇距離抽樣點(diǎn)最近的4 株胸徑大于等于5cm 的樹(shù)木作為參照樹(shù)，然后測(cè)量距離最遠(yuǎn)的參照樹(shù)與抽樣點(diǎn)的長(zhǎng)度，分別調(diào)查記錄這5 株樹(shù)的種類、樹(shù)高、胸徑、枝下高、平均冠幅、健康狀況等。

2.1.2 經(jīng)營(yíng)迫切性指數(shù)評(píng)價(jià)。經(jīng)營(yíng)迫切性指數(shù)量化表達(dá)了森林經(jīng)營(yíng)的迫切程度，從而為人工林經(jīng)營(yíng)確定了方向，其數(shù)值越大，則說(shuō)明該林分需要經(jīng)營(yíng)的迫切性越高。

2.1.3 林分空間調(diào)整技術(shù)。分別以選擇的參照樹(shù)和距離其最近的4 株胸徑大于等于5cm 的林木組合成一個(gè)結(jié)構(gòu)單元，調(diào)查各個(gè)參照樹(shù)的空間結(jié)構(gòu)參數(shù)，包括角尺度、混交度、大小比數(shù)、密集度。然后林分空間分布格局以角尺度為參照來(lái)調(diào)整，樹(shù)種隔離程度混以交度為參照來(lái)調(diào)整，樹(shù)種競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系以大小比數(shù)為參照進(jìn)行調(diào)整，林分密度以密集度為參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

2.2 分析方法

主要使用惠剛盈[2]等的結(jié)構(gòu)化森林的水平結(jié)構(gòu)理論，采用了角尺度、混交度、大小比、密集度等林分空間結(jié)構(gòu)因子描述林分狀態(tài)特征，評(píng)價(jià)林分的自然度和經(jīng)營(yíng)迫切性，依此確定小班的經(jīng)營(yíng)方向和制定經(jīng)營(yíng)措施。

2.3 調(diào)查方法

此次試驗(yàn)地為華北落葉松混交林，樣地設(shè)置為30m×30m=0.09hm2，調(diào)查樣地內(nèi)所有胸徑大于5cm 的林木的胸徑、樹(shù)高、冠幅、相對(duì)位置，并記錄林木的種類。

3 結(jié)果與分析

3.1 林分狀況

3.1.1 林分基本情況。本試驗(yàn)樣地內(nèi)共有3 個(gè)樹(shù)種，114株林木，優(yōu)勢(shì)樹(shù)種是落葉松，其中健康林木111 株，比例為97.37%。林分的平均胸徑20cm，平均樹(shù)高13.14m，平均冠幅2.88m，林分密度1267（株/hm2），林分?jǐn)嗝娣e39.93m2/hm2。

該樣地的林分胸徑結(jié)構(gòu)不符合正態(tài)分布，最大胸徑徑級(jí)40cm，最小胸徑徑級(jí)為10cm，多數(shù)林木的胸徑集中在小徑級(jí)（見(jiàn)圖1）。

圖1 林分胸徑分布圖

3.1.2 林木水平分布格局。該林分的角尺度主要集中在0.5，平均水平為0.475，屬于隨機(jī)分布（見(jiàn)圖2）。

圖2 林分角尺度分布

3.1.3 林分長(zhǎng)勢(shì)。林分長(zhǎng)勢(shì)是反映林木對(duì)其所占空間利用程度的一個(gè)指標(biāo)，傳統(tǒng)的一般用林分潛在疏密度來(lái)表示，即用單位面積上林木的蓄積量（胸高總斷面積）與相同條件下單位面積的標(biāo)準(zhǔn)林分蓄積量（胸高總斷面積）的百分比表示。此次把70%的較大個(gè)體組成的林分作為相同條件下的標(biāo)準(zhǔn)林分。本試驗(yàn)林分潛在疏密度為0.66。

3.1.4 林分擁擠度。林分密度用林分擁擠度表示。該林分的擁擠度為0.95。林分樹(shù)冠的重疊程度較高，林分較擁擠（見(jiàn)圖3）。

圖3 林分樹(shù)冠對(duì)空間的利用程度

3.1.5 樹(shù)種組成。該試驗(yàn)地的林木種類主要有華北落葉松、白樺和云杉，其中華北落葉松為優(yōu)勢(shì)樹(shù)種，統(tǒng)計(jì)分析顯示該林分的樹(shù)種優(yōu)勢(shì)度為0.36。

3.1.6 垂直結(jié)構(gòu)。森林的垂直結(jié)構(gòu)一般可按喬木層的結(jié)構(gòu)分為兩種，分別是單層林和復(fù)層林。本試驗(yàn)只考慮森林的喬木層結(jié)構(gòu)，用林層數(shù)表達(dá)。根據(jù)結(jié)構(gòu)化森林經(jīng)營(yíng)理論，林層數(shù)≥2.5 為多層，給予值為1；林層數(shù)＜1.5 屬于單層，給予值為0；林層數(shù)在[1.5，2.5)之間屬于復(fù)層，給予值0.5。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，該試驗(yàn)地林層數(shù)為2，因此為異齡林。

3.1.7 更新?tīng)顩r以及樹(shù)種多樣性。統(tǒng)計(jì)分析顯示該林分更新幼苗共計(jì)400 株，林分的Simpson 指數(shù)取值為0.6。

3.2 經(jīng)營(yíng)分析

3.2.1 現(xiàn)狀分析。（1）年齡結(jié)構(gòu)。植物種群統(tǒng)計(jì)的基本參數(shù)之一就是林分年齡結(jié)構(gòu)，學(xué)者們一般通過(guò)對(duì)年齡結(jié)構(gòu)的研究分析，就能夠反映出種群的一些信息。一個(gè)種群如果中幼體多，老年個(gè)體少，就屬于迅速增長(zhǎng)型種群；種群中如果中幼體少，老年個(gè)體多，就屬于衰退型種群。如果一個(gè)種群年齡結(jié)構(gòu)是各個(gè)年齡級(jí)的個(gè)體數(shù)基本相同，或均勻遞減，出生率與死亡率接近，那么說(shuō)明這個(gè)種群處于一種平衡狀態(tài)，是正常穩(wěn)定型的種群。

林業(yè)中一般用樹(shù)木的胸徑結(jié)構(gòu)來(lái)代替年齡結(jié)構(gòu)，去分析種群結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)。同齡純林一般林分胸徑分布屬于正態(tài)分布，而異齡混交林較復(fù)雜，一般是依徑級(jí)常量q值遞減，Liocourt 研究認(rèn)為理想的直徑q 值一般在1.2～1.5，此時(shí)異齡混交林相對(duì)更加穩(wěn)定健康，在這個(gè)值之外需要調(diào)整。本次試驗(yàn)林分的q 值為1.1588，小于1.2，在這個(gè)區(qū)間外，直徑分布不合理，需要調(diào)整。

（2）水平結(jié)構(gòu)：林分的空間結(jié)構(gòu)反映了林木在林地的分布格局和屬性在空間的排列方式。通常林分水平結(jié)構(gòu)可以用林木點(diǎn)格局來(lái)表達(dá)。根據(jù)結(jié)構(gòu)化森林經(jīng)營(yíng)理論，當(dāng)W（角尺度的平均值）取值范圍在0.475 和0.517之間時(shí)，為隨機(jī)分布；當(dāng)W 大于0.517 時(shí)，屬于聚集分布；當(dāng)W 小于0.475 時(shí)，屬于均勻分布。此次試驗(yàn)林分的角尺度為0.475，屬于隨機(jī)分布，是理想的天然林水平格局。

（3）林分長(zhǎng)勢(shì)。此次試驗(yàn)林分長(zhǎng)勢(shì)用林分疏密度指標(biāo)來(lái)表達(dá)，一般在0～1，林分疏密度越大，表示林分長(zhǎng)勢(shì)越好。一般研究將潛在疏密度0.5 作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)林分潛在疏密度小于0.5，就需要采取一定的經(jīng)營(yíng)措施來(lái)提高林分的長(zhǎng)勢(shì)。此次試驗(yàn)林分的潛在疏密度為0.66，由此可以看出林分長(zhǎng)勢(shì)尚可。

（4）林分密度。林分密度反映出林分的擁擠度，而林分的擁擠程度可以更直觀地反映林分的狀態(tài)。研究認(rèn)為，當(dāng)林分擁擠度（K）＞1.1，林分較為稀疏，林木還有較大的生長(zhǎng)空間，不需要間伐；當(dāng)K＜0.9，林分之間競(jìng)爭(zhēng)加大，迫切需要進(jìn)行經(jīng)營(yíng)。因此K＜0.9 是確定林分是否需要進(jìn)行經(jīng)營(yíng)的關(guān)鍵值。本試驗(yàn)林分的擁擠度為0.95，在合理值范圍內(nèi)，該林分密度適中。

（5）頂極樹(shù)種競(jìng)爭(zhēng)。一般研究認(rèn)為林分中頂極樹(shù)種（組）的優(yōu)勢(shì)度是＞0.5 時(shí)林分不需要經(jīng)營(yíng)，否則林分就需要經(jīng)營(yíng)來(lái)提高培育樹(shù)種的優(yōu)勢(shì)程度。該試驗(yàn)林分的頂級(jí)樹(shù)種優(yōu)勢(shì)度為0.36，由此看來(lái)，該林分需要經(jīng)營(yíng)來(lái)提高華北落葉松林的優(yōu)勢(shì)程度。

（6）林木健康。該林分中健康的林木共計(jì)111 株，占97.37%。一般認(rèn)為林分中的健康林木比例≥90%時(shí)的林分較健康，由此可見(jiàn)，該林分健康。

（7）林分垂直結(jié)構(gòu)。此次試驗(yàn)結(jié)果顯示，該林分林層數(shù)為2，屬于異齡林。

（8）林分更新。該林分更新幼苗共計(jì)400 株，更新不良。

3.2.2 林分經(jīng)營(yíng)迫切性。林分經(jīng)營(yíng)迫切性反應(yīng)了林分需要經(jīng)營(yíng)的緊迫程度。主要是根據(jù)林分直徑分布、水平分布格局、林分長(zhǎng)勢(shì)、林分擁擠度、目的樹(shù)種密集度、目的樹(shù)種優(yōu)勢(shì)度、林木健康狀況、林分成層性、林分更新、樹(shù)種組成、樹(shù)種多樣性等指標(biāo)的綜合情況來(lái)表達(dá)林分各方面的狀態(tài)，綜合來(lái)考慮林分是否需要經(jīng)營(yíng)。

本試驗(yàn)的主要目的是培育用材林轉(zhuǎn)變?yōu)榻】捣€(wěn)定的人工林，因此適用該評(píng)價(jià)指標(biāo)。經(jīng)過(guò)綜合分析，該林分的經(jīng)營(yíng)迫切性指數(shù)為0.3，林分需要經(jīng)營(yíng)。

3.3 經(jīng)營(yíng)方案建議

根據(jù)多功能森林經(jīng)營(yíng)理論，當(dāng)林分中健康林木的比例小于90%時(shí)，優(yōu)先伐除林分中非健康木；林分中健康林木的比例大于90%時(shí)，根據(jù)經(jīng)營(yíng)方向，主要調(diào)整林分空間結(jié)構(gòu)。本試驗(yàn)地的健康木比例大于95%，因此主要采伐培育對(duì)象及稀有種、瀕危種周圍的最近1～2 株相鄰木，具體采伐方案（見(jiàn)表1）。

表1 林分采伐方案及其采伐原因

3.4 經(jīng)營(yíng)評(píng)價(jià)

在該方案中，預(yù)計(jì)采伐27 株，采伐強(qiáng)度為23.68%。采伐斷面積共計(jì)0.97m2，占該林分總斷面積的26.99%。經(jīng)營(yíng)后的林分密度為756 株/hm2。經(jīng)營(yíng)后的林分基本參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 采伐后林分基本參數(shù)

由表2 可知，經(jīng)營(yíng)后健康林木的比例調(diào)整為100%。該林分的角尺度由采伐前的0.475 調(diào)整為0.482，林分分布格局得到了優(yōu)化，雖然優(yōu)勢(shì)樹(shù)種的競(jìng)爭(zhēng)有所下降，但優(yōu)勢(shì)度明顯提高，說(shuō)明此次林分調(diào)整達(dá)到了預(yù)期目的。

4 獲得效益

此次試驗(yàn)由于森林結(jié)構(gòu)化經(jīng)營(yíng)技術(shù)的有效實(shí)施，試驗(yàn)地林下生物多樣性明顯增加，森林美學(xué)景觀得到改善，涵養(yǎng)水源、保土增肥以及防風(fēng)固沙等能力獲得提升，充分發(fā)揮了森林的生態(tài)效能，森林生產(chǎn)力和價(jià)值得到了有效提升。由于各項(xiàng)作業(yè)的開(kāi)展，為社會(huì)創(chuàng)造了大量勞動(dòng)就業(yè)崗位，附近的農(nóng)民可以就近擇業(yè)，為周邊地區(qū)的百姓帶來(lái)實(shí)實(shí)在在的利益，并在林業(yè)推廣與示范、生態(tài)文化建設(shè)、森林生態(tài)旅游帶動(dòng)等方面發(fā)揮了積極的作用。同時(shí)在弘揚(yáng)傳統(tǒng)文化、傳播生態(tài)文化、建設(shè)生態(tài)文明、構(gòu)建和諧社會(huì)等方面起到了積極的推動(dòng)作用。