基于自然修復(fù)理念的森林經(jīng)營(yíng)措施研究

玉 寶 彭華福

（國(guó)家林業(yè)和草原局管理干部學(xué)院，北京 102600）

生態(tài)系統(tǒng)具有自然修復(fù)的能力，包括污染物的自凈化、植被的再生、群落結(jié)構(gòu)的重構(gòu)、生態(tài)系統(tǒng)功能的恢復(fù)等[1]。隨著生態(tài)修復(fù)理論研究的不斷深入和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的不斷積累，越來(lái)越關(guān)注自然修復(fù)技術(shù)研究，逐漸采用“基于自然的解決方案”理念[2]，通過(guò)生態(tài)系統(tǒng)的自我恢復(fù)能力實(shí)現(xiàn)生態(tài)修復(fù)[1]。自然修復(fù)的核心理念是按照自然規(guī)律，模仿自然，借助自然力量，充分利用鄉(xiāng)土物種，給予適當(dāng)?shù)娜斯ぽo助，恢復(fù)成生物多樣性高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、生態(tài)功能強(qiáng)、接近自然狀態(tài)的生態(tài)系統(tǒng)。其本質(zhì)是強(qiáng)調(diào)生態(tài)系統(tǒng)自我恢復(fù)能力和調(diào)節(jié)力，最小化的人為干預(yù)，但并不等于放任不管[3]，并不排除人工輔助措施[1]。當(dāng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的干擾程度超出自然恢復(fù)力量，結(jié)構(gòu)發(fā)生質(zhì)的變化，喪失自我修復(fù)能力時(shí)，需進(jìn)行人工修復(fù)。

生態(tài)系統(tǒng)自我更新與修復(fù)作為生態(tài)修復(fù)不可或缺的措施之一，在國(guó)土綠化和生態(tài)建設(shè)中遵循自然生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)在規(guī)律和演替規(guī)律，以自然修復(fù)為主、與人工修復(fù)相結(jié)合的理念，如何充分利用生態(tài)系統(tǒng)的自我修復(fù)能力是當(dāng)前面臨的重要課題，也是未來(lái)趨勢(shì)[4]。亟需加強(qiáng)理論研究，改變傳統(tǒng)修復(fù)方法，創(chuàng)新修復(fù)技術(shù)措施，從而提升生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性及功能。本研究圍繞人工林營(yíng)造、森林更新、森林演替、自然整枝等森林培育及經(jīng)營(yíng)主要環(huán)節(jié)，探討自然修復(fù)措施，為森林生態(tài)建設(shè)提供思路和技術(shù)支撐。

1 自然修復(fù)技術(shù)的基礎(chǔ)理論研究

1.1 自然修復(fù)的界定

目前，關(guān)于自然修復(fù)的定義有兩種觀點(diǎn)。一種觀點(diǎn)認(rèn)為自然修復(fù)是完全依靠自然力量進(jìn)行修復(fù)的一種生態(tài)修復(fù)方式，并排除了人為干擾[5-8]；另一種觀點(diǎn)是認(rèn)為在人工輔助措施下主要依靠自然力量進(jìn)行修復(fù)的過(guò)程，包含了必要的人為干擾[9-11]。前者強(qiáng)調(diào)自然力量在修復(fù)過(guò)程和方法的唯一性；后者將修復(fù)過(guò)程分為人為和自然兩個(gè)部分，但依然強(qiáng)調(diào)依靠自然力量的部分。因此這兩種觀點(diǎn)在本質(zhì)上并非矛盾，在方式和途徑上有所區(qū)別，其共同點(diǎn)是主要依靠自然力量進(jìn)行修復(fù)的過(guò)程和方法。張紹良等[1]在梳理前人研究基礎(chǔ)上，將自然修復(fù)的概念定義為：依靠生態(tài)系統(tǒng)的自我組織、自我維持和自我更新等恢復(fù)力，輔以微生物工程、種子庫(kù)撒播、土壤改良劑等，在不經(jīng)過(guò)大規(guī)模的工程修復(fù)原有生態(tài)系統(tǒng)組成、要素和結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上的生態(tài)修復(fù)方法。從這個(gè)定義中看出，自然修復(fù)涉及到評(píng)判生態(tài)系統(tǒng)受損程度是否可逆性[12]，科學(xué)處理自然修復(fù)與人工修復(fù)的關(guān)系，把握人工輔助措施的尺度，充分發(fā)揮自然修復(fù)潛力，尊重自然法則等等技術(shù)問(wèn)題。其中關(guān)鍵問(wèn)題是人工輔助措施的尺度。當(dāng)生態(tài)系統(tǒng)受損在可逆情況下，移除干擾后可依靠自然力量得到修復(fù)。當(dāng)不可逆情況下，只依靠自然力量將難以實(shí)現(xiàn)修復(fù)，必須依靠人工輔助，但人工輔助應(yīng)該遵循自然規(guī)律，應(yīng)用恢復(fù)生態(tài)學(xué)原理，僅限在為生態(tài)系統(tǒng)具備自然修復(fù)能力而創(chuàng)造條件范圍內(nèi)的必要措施，而并非全程進(jìn)行人工修復(fù)而忽略生態(tài)系統(tǒng)自我修復(fù)能力，人工修復(fù)應(yīng)該是整個(gè)修復(fù)過(guò)程中的前半部分或基礎(chǔ)措施階段。

綜上所述，自然修復(fù)的內(nèi)涵可理解為：因人為干擾而受損的生態(tài)系統(tǒng)依靠自然力量（可逆性受損）或在必要人工輔助下（不可逆性受損）修復(fù)并逐漸形成自然狀態(tài)的穩(wěn)定系統(tǒng)的過(guò)程。其中應(yīng)明確的是人為干擾必須是在基于恢復(fù)生態(tài)學(xué)原理和方法的措施，本研究重點(diǎn)探討森林植被恢復(fù)技術(shù)及綜合修復(fù)措施中自然修復(fù)部分的內(nèi)容。

1.2 自然修復(fù)技術(shù)類型

自然修復(fù)是生態(tài)修復(fù)的一部分，強(qiáng)調(diào)生態(tài)系統(tǒng)自我恢復(fù)能力。而自然恢復(fù)力是生態(tài)系統(tǒng)的固有屬性，因此自然修復(fù)必然發(fā)生[1]。自然修復(fù)的理論基礎(chǔ)是恢復(fù)生態(tài)學(xué)的基本原理，例如生物地球化學(xué)循環(huán)[9,13]、種子庫(kù)理論[10,14]、定居限制理論、自我設(shè)計(jì)理論、演替理論[3]、生態(tài)因子互補(bǔ)理論、生態(tài)恢復(fù)力理論[15-16]等。自然修復(fù)技術(shù)類型有環(huán)境要素的恢復(fù)技術(shù)、生物要素的恢復(fù)技術(shù)、生態(tài)系統(tǒng)的規(guī)劃與設(shè)計(jì)技術(shù)[17]，自然修復(fù)技術(shù)體系涉及到土壤肥力恢復(fù)技術(shù)、水土流失控制與保持技術(shù)、土壤污染與恢復(fù)控制技術(shù)、水體污染控制技術(shù)、物種引入與恢復(fù)技術(shù)（先鋒物種引入技術(shù)、種子庫(kù)引入技術(shù)、天敵引入技術(shù)、林草植被再生技術(shù)）、群落結(jié)構(gòu)優(yōu)化與組建技術(shù)、演替控制與恢復(fù)技術(shù)[17-18]等。在國(guó)外，目前自然修復(fù)技術(shù)的研究主要圍繞土壤修復(fù)[6,9]、濕地修復(fù)[7]、封育[19-20]、動(dòng)物技術(shù)[21]、微生物技術(shù)[22]、土壤種子庫(kù)技術(shù)[14]等方面。例如，使用土壤改良劑實(shí)現(xiàn)重金屬污染土壤的修復(fù)[9]；依靠微生物促進(jìn)對(duì)重金屬的植物修復(fù)等[11,23-24]。德國(guó)和瑞士專家提出的近自然河流整治[25]、河流再自然化[26]的技術(shù)方法，將河流修復(fù)提升至接近自然的程度，其采取可持續(xù)性的生態(tài)修復(fù)工法，實(shí)現(xiàn)低影響的修復(fù)過(guò)程與低成本的后期維護(hù)是值得借鑒的經(jīng)驗(yàn)[27]。在國(guó)內(nèi)，目前自然修復(fù)技術(shù)的研究主要關(guān)注種子庫(kù)技術(shù)、恢復(fù)鄉(xiāng)土植物、正向演替、河流近自然化治理[28]、草地近自然恢復(fù)[2]等方面，對(duì)自然修復(fù)機(jī)理性、原理性的研究鮮見(jiàn)報(bào)道，對(duì)具體修復(fù)技術(shù)方法、修復(fù)規(guī)律性、修復(fù)特征、修復(fù)效果等方面有待于深入研究，國(guó)土綠化、森林培育、森林經(jīng)營(yíng)方面自然修復(fù)的研究集中在近自然森林經(jīng)營(yíng)[29]、近自然生態(tài)修復(fù)[30]等方面。近自然森林經(jīng)營(yíng)技術(shù)是基于自然的原理，模仿自然的機(jī)制，參照天然林的結(jié)構(gòu)和演替過(guò)程[29]，以鄉(xiāng)土樹(shù)種為主要經(jīng)營(yíng)對(duì)象，充分利用自然能力實(shí)現(xiàn)森林更新，具有投入成本低、抗災(zāi)害能力強(qiáng)等特征[29]受到廣泛關(guān)注并在生產(chǎn)中積極實(shí)踐探索。另外，自然修復(fù)措施作為生態(tài)修復(fù)措施的一部分，體現(xiàn)在水土保持[31-36]、河湖流域及濕地[37-38]、廢棄礦山[39-44]、城市園林及城郊環(huán)境[45]、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)用地[46]等領(lǐng)域的綜合修復(fù)方法[47]和封育保護(hù)措施當(dāng)中[31,33,36]。例如，通過(guò)適度人為干預(yù)促進(jìn)自然恢復(fù)是礦山生態(tài)修復(fù)的主要方式，其主要過(guò)程是重塑地貌、重構(gòu)土壤、重建植被。而植被重建作為生態(tài)修復(fù)持續(xù)進(jìn)行的關(guān)鍵，按照生態(tài)學(xué)演替規(guī)律以先鋒植物、固氮植物、鄉(xiāng)土植物的順序來(lái)種植[39]。

目前，利用生態(tài)系統(tǒng)的自我恢復(fù)能力仍處于較低水平，存在過(guò)于強(qiáng)調(diào)人工措施（例如采取簡(jiǎn)單的封育措施）現(xiàn)象，需要深入研究怎樣合理搭配自然修復(fù)和人工修復(fù)問(wèn)題。傳統(tǒng)的自然修復(fù)方式主要體現(xiàn)于封育措施中，例如，封山育林、封育保護(hù)、封山禁牧等，但自然修復(fù)并不等同于封育[1]。在森林植被恢復(fù)中許多方面可應(yīng)用自然修復(fù)的理念和技術(shù)方法，微生物技術(shù)、種子庫(kù)技術(shù)、動(dòng)物技術(shù)等是自然修復(fù)技術(shù)的未來(lái)發(fā)展方向[1]，例如，為了恢復(fù)區(qū)域性生態(tài)系統(tǒng)和地帶性的自然植被，把森林表土中的土壤種子庫(kù)（混交林、次生林落葉層內(nèi)的種子）作為綠化植物材料的應(yīng)用研究正引起廣泛關(guān)注[45]。隨著我國(guó)生態(tài)修復(fù)的重點(diǎn)轉(zhuǎn)向干旱半干旱生態(tài)脆弱區(qū)，傳統(tǒng)的修復(fù)模式無(wú)法適用，需要?jiǎng)?chuàng)新修復(fù)技術(shù)措施。

1.3 自然修復(fù)技術(shù)特點(diǎn)

自然修復(fù)是一種在生態(tài)修復(fù)中必須堅(jiān)持的原則和理念，也是一種經(jīng)濟(jì)有效的修復(fù)方法，它遵循自然規(guī)律、依靠自然營(yíng)力，特別適宜于生態(tài)脆弱區(qū)的生態(tài)修復(fù)[5,44]。自然修復(fù)有自己的優(yōu)勢(shì)，體現(xiàn)在修復(fù)效果（持續(xù)性、穩(wěn)定性、系統(tǒng)性）、適用范圍（大尺度）的廣泛性、低成本等方面。例如，自然修復(fù)是防治水土流失的有效方式，自然修復(fù)形成的生態(tài)系統(tǒng)比人工治理建立的防治體系保持水土的效果更好，在氣候溫和濕潤(rùn)的地區(qū)更是如此[48]。以自然修復(fù)方式修復(fù)礦山廢棄地，其植被物種多樣性高于人工修復(fù)，從長(zhǎng)遠(yuǎn)的效果來(lái)看，自然修復(fù)要優(yōu)于人工修復(fù)[40-42]。盡管自然修復(fù)需要漫長(zhǎng)的過(guò)程，見(jiàn)效慢、時(shí)間成本高[5]，但在恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)的完整性和穩(wěn)定性方面具有不可比擬的優(yōu)越性[43]，具有技術(shù)簡(jiǎn)單、成本低廉、修復(fù)作用持續(xù)的特點(diǎn)。自然修復(fù)強(qiáng)調(diào)生態(tài)系統(tǒng)自我恢復(fù)能力，目前的生態(tài)修復(fù)多以人工措施為主，具有工程量大，資金投入多，對(duì)原有生態(tài)系統(tǒng)的擾動(dòng)大等缺點(diǎn)[1]。而且人工修復(fù)往往只是在有限的局部層面上解決局部問(wèn)題，而自然修復(fù)是在更大尺度上更有利于系統(tǒng)化解決全部問(wèn)題。另外，目前越來(lái)越關(guān)注生態(tài)修復(fù)（含人工修復(fù)）投入產(chǎn)出和成本問(wèn)題，在修復(fù)前應(yīng)該先分析是否有自然修復(fù)的可能性并盡可能發(fā)揮自然修復(fù)的作用以節(jié)約修復(fù)成本[5]，這使得自然修復(fù)的應(yīng)用前景更加廣闊。

自然修復(fù)并非“無(wú)需采取任何措施”和“無(wú)成本”的技術(shù)方法，需要自然修復(fù)條件方面前期調(diào)查研究，可行性分析，對(duì)達(dá)到的預(yù)期效果及風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行充分論證和評(píng)估。因此，人的積極參與能夠有效地控制或促進(jìn)自然修復(fù)進(jìn)程，從而保證自然修復(fù)的效果與效率[1]，并使自然修復(fù)在更寬領(lǐng)域適用的可能性。但自然修復(fù)并不適合所有生態(tài)系統(tǒng)，需要適宜的自然條件，當(dāng)生態(tài)系統(tǒng)退化到一定程度時(shí)，必須通過(guò)人為干預(yù)來(lái)修復(fù)。如在20%～30%的坡度下，福建省長(zhǎng)汀縣退化林地自然修復(fù)與人工修復(fù)之間的閾值為20%的植被蓋度[49]。Lindenmayer 等[50]認(rèn)為，植被蓋度在30%以上時(shí)，退化林地具有自我修復(fù)能力，當(dāng)植被覆蓋率下降到10%～30%時(shí)，會(huì)發(fā)生不同程度的物種消失，這時(shí)需要人為干預(yù)。除此之外，生態(tài)系統(tǒng)的自然恢復(fù)能力存在地域差異。在溫暖潮濕的氣候條件下，自然恢復(fù)速度比較快；而在寒冷和干燥的氣候條件下，自然恢復(fù)速度比較慢[18]。

2 自然修復(fù)技術(shù)在森林經(jīng)營(yíng)措施中的應(yīng)用研究

2.1 改變傳統(tǒng)造林模式

“十三五”時(shí)期，我國(guó)累計(jì)完成造林3 630萬(wàn)hm2[51]，年均造林面積為726.7 萬(wàn)hm2，類似我國(guó)經(jīng)幾十年大規(guī)模造林綠化，現(xiàn)潛在可造林地主要分布在華北、西北干旱半干旱區(qū)，南方石漠化巖溶地區(qū)，造林成林難度變大、成本投入變高、技術(shù)要求更高。我國(guó)人工林存在質(zhì)量不高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能不強(qiáng)、抗逆性差、樹(shù)種過(guò)純（截止2015 年底，純林比例85%）、密度不合理等問(wèn)題，究其原因是造林作業(yè)設(shè)計(jì)的不合理。例如，生態(tài)公益林和商品林在造林作業(yè)設(shè)計(jì)上無(wú)差別化，采用單一樹(shù)種、固定株行距、均勻分布格局、單層林等簡(jiǎn)單而不合理的結(jié)構(gòu)，容易造成林分更新差、自然整枝能力弱、健康性和穩(wěn)定性不夠、生物多樣性低、功能不強(qiáng)等后續(xù)問(wèn)題，需要大量投入進(jìn)行撫育改造。因此，改變傳統(tǒng)的人工造林模式迫在眉睫。前期調(diào)查研究工作要扎實(shí)深入，除自然條件以外應(yīng)系統(tǒng)考慮當(dāng)?shù)氐叵滤蛔兓?、自然植被分布（鄉(xiāng)土植物、深根性或者淺根性或耐鹽樹(shù)種等）、人為干擾情況等諸多生態(tài)因素和問(wèn)題。從營(yíng)造健康的、穩(wěn)定的、可持續(xù)的人工林系統(tǒng)的高度，科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)對(duì)待作業(yè)設(shè)計(jì)工作，措施如下：

1）改變傳統(tǒng)林木分布格局。天然林無(wú)固定株行距，從幼齡林到成熟林，林木分布格局由聚集分布經(jīng)隨機(jī)分布向均勻分布轉(zhuǎn)變，林木競(jìng)爭(zhēng)激烈，促使形成微生境的異質(zhì)性[52]，使其結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。人工林有固定株行距，從幼齡林到成熟林，林木分布格局由均勻分布經(jīng)隨機(jī)分布（或聚集分布）向均勻分布轉(zhuǎn)變，林木競(jìng)爭(zhēng)不激烈，導(dǎo)致個(gè)體生長(zhǎng)和微生境相對(duì)一致，使其結(jié)構(gòu)單一。為發(fā)揮人工林以生態(tài)效益為主的多種功能，可模仿天然林結(jié)構(gòu)，改變傳統(tǒng)的栽植模式，株行距不固定或者按聚集分布形式近自然化定植[52]。

2）營(yíng)造復(fù)層異齡混交林。生物多樣性和群落組成對(duì)維持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性、多功能性、可持續(xù)性至關(guān)重要[1]。天然林多數(shù)為復(fù)層異齡混交林，垂直結(jié)構(gòu)[53]復(fù)雜，林分垂直空間利用率高[54]。人工林多數(shù)為單層同齡林，垂直結(jié)構(gòu)單一，林分空間利用率低。這些結(jié)構(gòu)上的差異直接導(dǎo)致生產(chǎn)力和生態(tài)功能上的差異。因此，造林樹(shù)種不僅采用多樹(shù)種混交，參考其生長(zhǎng)規(guī)律，從垂直結(jié)構(gòu)上合理搭配陽(yáng)性樹(shù)種和耐蔭樹(shù)種，或者采用不同年齡的樹(shù)種搭配，從造林初植階段為形成復(fù)層異齡混交林提供條件，避免后期再進(jìn)行改造，而且前者在技術(shù)難度上也容易得多。

3）科學(xué)選擇綠化樹(shù)種。在實(shí)踐中不能忽略鄉(xiāng)土樹(shù)種、適地適樹(shù)的理念[29]，根據(jù)造林地立地條件，結(jié)合樹(shù)種生物學(xué)特性和生態(tài)學(xué)特征，科學(xué)選定造林樹(shù)種，促進(jìn)成活成林，降低后續(xù)管護(hù)成本，從而形成穩(wěn)定的森林群落。原生植被和鄉(xiāng)土樹(shù)種[1]是在當(dāng)?shù)刈匀唤缰性械闹参?，是適合當(dāng)?shù)亓⒌貤l件的抗逆性和適應(yīng)能力強(qiáng)的物種。例如，荒漠化地區(qū)往往是抗逆性植物集中分布的資源庫(kù)，保存了大量孑遺物種[10]，其適應(yīng)能力極強(qiáng)。在綠化中應(yīng)減少對(duì)缺乏穩(wěn)定性的外來(lái)植物種的使用，提高鄉(xiāng)土植物比例，從而提高生物多樣性、植物群落演替性[45]。唐小娟[55]研究石羊河流域生態(tài)修復(fù)認(rèn)為，應(yīng)改變單純營(yíng)造楊樹(shù)（Populusspp.）的做法，避免大面積發(fā)展喬木林，因地制宜地栽植灌木林和草本。裴宏偉等[56]認(rèn)為，在干旱半干旱地區(qū)以造林為主的生態(tài)修復(fù)方式需謹(jǐn)慎實(shí)施。因此，有必要就喬木、灌木、草本栽培同立地條件緊密結(jié)合的問(wèn)題制定相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，從而提升人工林近自然化營(yíng)造和改造技術(shù)。

2.2 探索雨養(yǎng)森林模式

水分是我國(guó)森林生物量生產(chǎn)力的主要影響因子[57-58]，干旱半干旱區(qū)是我國(guó)未來(lái)造林重點(diǎn)難點(diǎn)區(qū)域，影響人工造林成林關(guān)鍵因素是水分。國(guó)土綠化不得不考慮水資源的承載能力，堅(jiān)持以水而定、量水而行，年降水量不足400 mm 的地區(qū)以雨養(yǎng)、節(jié)水為導(dǎo)向，采取喬灌草結(jié)合模式，低密度造林[29]。在自然環(huán)境中不難發(fā)現(xiàn)森林自然恢復(fù)并類似雨養(yǎng)林狀態(tài)的現(xiàn)象。例如，在半干旱地區(qū)山的陽(yáng)坡上林木稀少甚至不能生長(zhǎng)，而在山的陰坡上往往斑塊性生長(zhǎng)著森林，這是森林植被和水分平衡的狀態(tài)。目前，在部分干旱半干旱區(qū)人工林過(guò)密、樹(shù)種結(jié)構(gòu)不合理問(wèn)題依然存在。因水分條件的制約，在干旱半干旱區(qū)，營(yíng)造接近自然分布密度的稀疏防風(fēng)固沙林最為合理[59-60]。因此，弄清林木耗水量與生長(zhǎng)量關(guān)系，科學(xué)利用水分，合理調(diào)控林分密度是當(dāng)前培育人工林的關(guān)鍵[61]。亟需研究雨養(yǎng)森林技術(shù)，提高其在人工林營(yíng)造、撫育管護(hù)中的應(yīng)用水平，措施如下：

1）深入研究林木耗水量特征。掌握適合干旱半干旱區(qū)的主要造林樹(shù)種在不同年齡階段的個(gè)體和林分耗水量規(guī)律，測(cè)算耗水量參數(shù)，為確定造林密度和調(diào)控密度提供依據(jù)。在天然林的自然稀疏過(guò)程中（自幼齡林郁閉到成熟林），因競(jìng)爭(zhēng)而死亡的林木約占95%左右[62]。如果能科學(xué)管理人工林密度，達(dá)到雨養(yǎng)森林模式，將大大降低后期管護(hù)成本，有利于形成穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)。

2）制定科學(xué)調(diào)控林分密度技術(shù)方法。需要深入研究適用于干旱半干旱區(qū)的“水分生產(chǎn)函數(shù)”密度調(diào)控技術(shù)[61]，從水分因子切入，以水資源環(huán)境容量為原則，根據(jù)林地水量調(diào)控密度的方法[61,63-64]。有必要在傳統(tǒng)密度控制圖基礎(chǔ)上，以不同林齡水分消耗與降水量平衡原則，制定基于降水量的林分密度控制圖[63]，這有利于解決人工造林中由于樹(shù)種選擇不科學(xué)，密度過(guò)大等原因，所造成的人工林地力衰退、林地土壤干化、地下水位下降等問(wèn)題[63-65]。

3）科學(xué)調(diào)控林分密度。在干旱半干旱區(qū)，其降水條件及規(guī)律制約著人工林需水量和其生長(zhǎng)季內(nèi)的分配。需要依據(jù)現(xiàn)降水條件和經(jīng)營(yíng)目標(biāo)，合理調(diào)控各生長(zhǎng)階段的林分密度[66]。隨著林齡增長(zhǎng)人工林耗水量也增加，達(dá)一定林齡后可能超過(guò)降水量[66]。這種情況下，人工林耗水量遠(yuǎn)低于需水量，現(xiàn)降水條件難以滿足林木需水量，存在著水分不足的脅迫問(wèn)題[66]。說(shuō)明在現(xiàn)降水量條件下，人工林密度偏高，耗水量遠(yuǎn)超降水量水平，需要通過(guò)間伐降低林分密度[64]。

2.3 提高垂直空間利用率

演替實(shí)質(zhì)是群落中優(yōu)勢(shì)種的替代過(guò)程。研究天然林垂直結(jié)構(gòu)，演替規(guī)律和垂直層次變化，對(duì)優(yōu)化過(guò)伐林和次生林結(jié)構(gòu)，調(diào)整垂直結(jié)構(gòu)，促進(jìn)正向演替具有重要意義。為人工林近自然化改造，形成復(fù)層異齡林，調(diào)控林分演替提供重要參考，措施如下：

1）借鑒天然林垂直結(jié)構(gòu)特征。天然林垂直結(jié)構(gòu)復(fù)雜，分為主林層、演替層、更新層。林分總株數(shù)20%以下的大徑級(jí)木提供了80%以上的蓄積量[29]。主林層對(duì)林分胸徑、林分高、樹(shù)種組成和蓄積量起到關(guān)鍵作用[53]，直接影響更新層樹(shù)種組成。演替層樹(shù)種組成揭示林分演替趨勢(shì)。更新層是未來(lái)林分結(jié)構(gòu)的重要影響因子[53]。

2）掌握天然林演替規(guī)律及機(jī)理。原始林從幼齡林到成熟林有自然演替規(guī)律，最終形成適合當(dāng)?shù)貧夂蚝土⒌貤l件的頂級(jí)群落。但過(guò)度人為干擾后形成的過(guò)伐林和次生林因缺失原有優(yōu)勢(shì)種、建群種、頂級(jí)群落主要樹(shù)種，缺乏母樹(shù)、結(jié)實(shí)量不足、種源減少等原因，往往失去原有自然正向演替規(guī)律[67]，造成主要樹(shù)種更新差，非目標(biāo)樹(shù)種占優(yōu)勢(shì)，結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生變化，不易形成頂級(jí)群落。應(yīng)控制非目標(biāo)樹(shù)種的優(yōu)勢(shì)，伐除影響目標(biāo)樹(shù)種更新和生長(zhǎng)的林木，向地帶性的原始植被、原有穩(wěn)定群落結(jié)構(gòu)方向調(diào)整，逐漸恢復(fù)成頂級(jí)群落。

3）提高林分垂直空間利用率。復(fù)層異齡混交林能夠充分利用立體空間，能大幅提高空間及光能利用率[54]尤其垂直空間利用率較高。按照樹(shù)種的耐陰性、演替次序進(jìn)行混交造林，使林內(nèi)資源利用率能提高30%，從而提高生產(chǎn)力[68]。耐蔭樹(shù)種往往成為異齡林目的樹(shù)種，因它的存在容易形成復(fù)層異齡林。例如，東北林區(qū)的紅松（Pinus koraiensis），西北林區(qū)或西南高山林區(qū)的云杉（Picea abies）、冷杉（Abiessp.）[69]等。這些建群種、優(yōu)勢(shì)種、指示性植物的變化（存在、出現(xiàn)與消減）以及生物多樣性指標(biāo)能夠充分體現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)的健康性和穩(wěn)定性狀況。

綜上所述，通過(guò)優(yōu)化結(jié)構(gòu)、調(diào)控林分演替形成穩(wěn)定的復(fù)層異齡林時(shí)，須從林分主林層、演替層和更新層入手，控制垂直各層次應(yīng)保留的合理林木株數(shù)、樹(shù)種比例、各徑階株數(shù)、合理高度，并確保有更新層[53]。

2.4 提高天然更新能力

天然更新是一種低成本高效率的森林培育方式[70]，在林分中持續(xù)地存在一定比例的更新層，有利于形成復(fù)層異齡林[53]，這是森林可持續(xù)的必備條件。天然林多數(shù)為復(fù)層異齡和多代林，林分中“老、中、青、少”林木均存在，林木隨機(jī)或聚集分布，完全按照自然規(guī)律發(fā)生發(fā)展，其天然更新水平普遍較人工林好。天然林從幼齡林到成熟林，林木分布格局與人工林完全不同，林木競(jìng)爭(zhēng)激烈，較人工林更早分化形成分級(jí)木，出現(xiàn)枯立木、瀕死木、枯倒木，形成微生境異質(zhì)性，這有利于天然更新；而人工林則恰恰相反，其天然更新能力普遍差。林下天然更新是人工林能夠可持續(xù)和步入良性循環(huán)的重要標(biāo)志[52]，因此，研究原始林天然更新規(guī)律和機(jī)理，參照用于次生林、過(guò)伐林、人工林的撫育經(jīng)營(yíng)中，可提高天然更新能力，有利于解決生產(chǎn)問(wèn)題。例如，人工生態(tài)公益林成熟枯萎后的問(wèn)題，防護(hù)林退化問(wèn)題，低效林改造成本問(wèn)題等。影響天然林天然更新的因素中除了常規(guī)因素之外，與以下因素有密切關(guān)系，措施如下：

1）掌握天然更新關(guān)鍵制約因素。林下枯枝落葉層厚、母樹(shù)數(shù)量少、分布不均、結(jié)實(shí)量不足、缺乏土壤種子庫(kù)、人為干擾頻繁是林分更新差的主要原因。需了解現(xiàn)有森林滿足天然更新所必備條件情況，評(píng)估利用土壤種子庫(kù)更新的潛在天然更新能力。如種源足夠，土壤表面和枯枝落葉層較濕潤(rùn)，地被物厚度和蓋度適宜，有大量微生物（促進(jìn)幼林菌根形成），林冠下有限的光照等。針對(duì)上述因素采取科學(xué)的措施可以提高天然更新能力。當(dāng)死地被物厚，種子難以接觸土壤時(shí)可通過(guò)掀開(kāi)枯枝落葉層，露出土壤的方式進(jìn)行人工輔助更新[70]。

2）人為創(chuàng)建林隙。林隙[71]為幼苗更新和生長(zhǎng)提供場(chǎng)所，形成林隙將促進(jìn)天然更新。林隙的發(fā)生發(fā)展過(guò)程是不同樹(shù)種的更新與填充過(guò)程[71]，對(duì)森林結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性、生物多樣性的維持發(fā)揮著重要作用。原始林更新是通過(guò)老齡過(guò)熟木的枯死與腐爛而形成林隙后更新。

3）利用倒木更新[72]?？莸鼓灸芡ㄟ^(guò)養(yǎng)分的分解與釋放，為林木種子的發(fā)芽和幼苗生長(zhǎng)提供營(yíng)養(yǎng)，為林分更新提供場(chǎng)所。德國(guó)是每公頃森林蓄積量較高的國(guó)家，但枯死木平均蓄積量20.6 m3/hm2，相當(dāng)于森林總蓄積量的6%[73]，說(shuō)明枯死木在森林經(jīng)營(yíng)中得到充分利用。

4）優(yōu)化林分結(jié)構(gòu)。合理的樹(shù)種組成產(chǎn)生大量可分解的枯枝落葉，改良土壤結(jié)構(gòu)和養(yǎng)分，能促進(jìn)天然更新。合理的林分密度和林木分布格局（聚集分布）有利于林分更新[70,72]。姜麗娜等[74]認(rèn)為，林帶固定流沙后能夠攔截植物種子，為植被恢復(fù)積累土壤和繁殖體，而林帶栽植密度、帶間距離的寬窄、配置格局等影響植被恢復(fù)效果。另外，從林下活地被物類型可判斷天然更新的可能性，例如拂子茅（Calamagrostis epigeios）、早熟禾（Poa annua）等禾本科雜草使土壤變干，生草層阻礙種子的發(fā)芽生根，不利于天然更新。柳蘭（Chamaenerion angustifolium）、四葉重樓（Paris quadrifolia）、多花黃精（Polygonatum cyrtonema）等能疏松土壤，改善土壤理化性質(zhì)，促進(jìn)天然更新。

2.5 提高自然整枝能力

林木整枝情況是確定撫育間伐開(kāi)始期以及評(píng)價(jià)間伐效果的重要依據(jù)[75]，體現(xiàn)林分結(jié)構(gòu)合理性的指標(biāo)之一，自然整枝能力強(qiáng)弱直接影響木材質(zhì)量。結(jié)構(gòu)和經(jīng)營(yíng)措施合理的林分具有較強(qiáng)的自然整枝能力[75]。當(dāng)前，我國(guó)森林經(jīng)營(yíng)工作的重點(diǎn)是中幼齡林撫育和低效林改造，其中人工整枝是森林撫育經(jīng)營(yíng)的重要措施之一，關(guān)系到森林質(zhì)量問(wèn)題?！笆濉睍r(shí)期我國(guó)累計(jì)完成森林撫育4 250萬(wàn)hm2[51]，年均撫育面積達(dá)849.3 萬(wàn)hm2。當(dāng)存在大面積的過(guò)伐林、次生林、結(jié)構(gòu)不合理的人工林時(shí)，需要大量的人工整枝工作，所需投入成本之高可想而知。因此，如何有效利用自然整枝力量，提升森林自然整枝能力，降低人工整枝成本，使兩者達(dá)到平衡是當(dāng)前關(guān)注的焦點(diǎn)[75]，措施如下：

1）研究原始林整枝規(guī)律。掌握原始林自然整枝機(jī)理、枝條生長(zhǎng)、枯枝脫落、整枝強(qiáng)度變化規(guī)律等[75]，為提高人工林自然整枝能力提供參考。

2）研究其他類型森林整枝規(guī)律。調(diào)查研究次生林、過(guò)伐林等人為干擾的天然林和人工林自然整枝規(guī)律，揭示同原始林自然整枝差異性問(wèn)題，為恢復(fù)次生林、過(guò)伐林和人工林的自然整枝能力提供技術(shù)支撐。

3）優(yōu)化林分結(jié)構(gòu)。參照自然整枝能力強(qiáng)的天然林，從林分結(jié)構(gòu)入手，調(diào)整樹(shù)種組成，優(yōu)化林分結(jié)構(gòu)，形成復(fù)層異齡混交林，促進(jìn)伴生樹(shù)種對(duì)目標(biāo)樹(shù)的自然整枝，進(jìn)而有效提升自然整枝能力[75]。垂直郁閉的復(fù)層林較水平郁閉的單層林更有利于上層林木的自然整枝。下林層林木、伴生樹(shù)種能夠促進(jìn)上林層林木自然整枝，從而整體提升自然整枝能力，大幅減少人工整枝投入。

3 結(jié)論與討論

不同生態(tài)修復(fù)措施產(chǎn)生不同的效益，因此有必要對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的損害性質(zhì)、程度和范圍進(jìn)行評(píng)價(jià)，為后續(xù)修復(fù)的必要性、類型和規(guī)模提供技術(shù)支撐[76]。過(guò)去以解決單一問(wèn)題為導(dǎo)向、過(guò)于突出單一目標(biāo)、采取單一性的生態(tài)修復(fù)措施，往往在解決問(wèn)題的同時(shí)又產(chǎn)生新的、影響更深遠(yuǎn)甚至一系列的問(wèn)題。有待于完善生態(tài)系統(tǒng)損害評(píng)估機(jī)制與修復(fù)制度體系和技術(shù)方法體系。從諸多學(xué)者研究中能看出，自然修復(fù)的優(yōu)越性在不管理論層面還是在實(shí)踐中越發(fā)凸顯，應(yīng)用前景廣闊。因此，如何將自然修復(fù)理念和技術(shù)方法應(yīng)用于森林培育及經(jīng)營(yíng)措施中，從而形成技術(shù)體系是重要的科學(xué)問(wèn)題。本研究在界定自然修復(fù)、分析自然修復(fù)技術(shù)類型及特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，探討了將自然修復(fù)理念和技術(shù)措施在人工造林模式、密度調(diào)控、森林演替調(diào)控、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、促進(jìn)天然更新和自然整枝能力中的應(yīng)用問(wèn)題，以期為森林經(jīng)營(yíng)措施提供理論支撐。

目前人工林營(yíng)造措施中，樹(shù)種配置（樹(shù)種組成、復(fù)層異齡）、栽植模式、合理密度、天然更新、自然整枝是關(guān)鍵問(wèn)題，然而這些問(wèn)題的原理和機(jī)理在天然林（原始林）結(jié)構(gòu)、演替、更新、自然整枝規(guī)律中均能找到答案，甚至有些問(wèn)題能夠“依靠自然去解決”，因?yàn)樘烊涣志哂袕?qiáng)大的自調(diào)控能力。森林天然更新越多，越接近于自然林[77]，因此仿照天然林生長(zhǎng)規(guī)律，從結(jié)構(gòu)入手，創(chuàng)新人工林（生態(tài)公益林、多功能林）培育措施，這有利于解決當(dāng)前面臨的問(wèn)題。人工造林需創(chuàng)新造林作業(yè)設(shè)計(jì)，近自然化定植，在初植階段為形成垂直郁閉的復(fù)層異齡林提供條件，從而提高自然整枝和天然更新能力，避免撫育經(jīng)營(yíng)階段再改造，減少人工投入，與陸元昌[29]近自然森林經(jīng)營(yíng)措施以及李樹(shù)華等[45]提出的植物群落是否具有演替性是生態(tài)修復(fù)成功與否的重要依據(jù)之一等觀點(diǎn)一致。在干旱半干旱區(qū)，研究林木耗水量參數(shù)，以林分水分消耗與降水量平衡原則，制定基于降水量的密度控制圖，科學(xué)設(shè)計(jì)造林密度，形成雨養(yǎng)森林模式。這與張紹良等[1]提出的干旱區(qū)恢復(fù)的限制因子是水，應(yīng)量化生態(tài)恢復(fù)的最低需水量等一致；也與Cao 等[78]提出的在水分限制的干旱半干旱區(qū)，以單一樹(shù)種大規(guī)模的植樹(shù)反而會(huì)減少生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)功能，并造成生態(tài)環(huán)境退化等觀點(diǎn)一致。

自然修復(fù)理念與技術(shù)在森林生態(tài)修復(fù)中具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值，應(yīng)充分利用自然修復(fù)的優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)人工修復(fù)的不足，擴(kuò)大自然修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用范圍。尤其在傳統(tǒng)森林培育及經(jīng)營(yíng)措施中可進(jìn)一步探索推廣，盡可能增加森林的“自然屬性”，而減少“人工屬性”。德國(guó)的近自然森林經(jīng)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)是值得借鑒的模式，它是遵循和延伸原始林自然生長(zhǎng)過(guò)程的森林培育體系[79]。以鄉(xiāng)土樹(shù)種為主要經(jīng)營(yíng)對(duì)象，避免早期生長(zhǎng)衰退、爆發(fā)性病蟲害問(wèn)題，利用自然力實(shí)現(xiàn)森林的天然更新是近自然森林經(jīng)營(yíng)原則之一[80]。自然修復(fù)所涵蓋內(nèi)容廣，本研究限于篇幅未能深入討論其理論與技術(shù)，僅從五個(gè)方面梳理和總結(jié)自然修復(fù)基本原理、理念及措施在森林培育及經(jīng)營(yíng)領(lǐng)域中的應(yīng)用。下一步需要研究界定生態(tài)系統(tǒng)的受損類型、評(píng)估機(jī)制、評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，揭示適合自然修復(fù)的類型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、表征指標(biāo)；進(jìn)一步研究自然修復(fù)機(jī)理，制定出與受損類型相匹配的自然修復(fù)的原則、目標(biāo)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，以此指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐；界定人工輔助尺度范疇，明晰人工輔助技術(shù)措施、目標(biāo)和范疇；構(gòu)建自然修復(fù)效果評(píng)估指標(biāo)體系，定位觀測(cè)自然修復(fù)的實(shí)際效果，從而完善修復(fù)技術(shù)體系。