近自然林业在我国的应用

杜强,张永涛

(山东农业大学水土保持系,山东省土壤侵蚀与生态修复重点实验室,271018,山东泰安)

近自然林业在我国的应用

杜强,张永涛

(山东农业大学水土保持系,山东省土壤侵蚀与生态修复重点实验室,271018,山东泰安)

就近自然林业的概念、定义和特征进行综合评述,并从野外调查与数据处理、群落生境图绘制、森林演替阶段划分与近自然度评价、目标树单株经营抚育管理、森林发展类型设计、森林动态监测与评价 6个方面阐述我国近自然林业经营技术体系的每个环节;详细阐述近自然林业经营技术在我国各个地区的实践情况和取得的成果;从我国实际出发,对我国近自然林业的发展提出建议。

近自然林业经营技术体系;近自然度;近自然经营实践

“近自然林业”思想的正式提出,最早可追溯至1898年德国林学家盖耶尔(Gayer)发表的“接近自然的林业理论”,他提出了与法正林不同的纯粹自然主义的 “恒续林经营 “(Dauer Waldbewirtschaftung)”思想并加以实施,被认为是近自然森林经营的早期体现[1]。而完整的近自然森林经营理论和技术体系是 1920年提出的,是由德国林学家moller代表的近自然林业学派(Naturnahen Dauer Waldbewirtschaftung)与主张同龄林经营的土地净生产力学派(Bodenreinertragslehre)的对立中发展起来的[2]。近自然林业与森林永续利用、林业分类经营和森林多效经营并称为森林可持续经营的 4大经营手段[3]。

我国对近自然林业的研究是从借鉴德国的经验开始的。最早是邵青还[4]于 1989年开始发表了一系列关于近自然林业的文章,全面论述了中欧各国尤其是德国“接近自然的林业”的技术政策、技术路线和恢复天然林的态势。从此之后,我国学者开始了对近自然经营技术的研究和讨论,并在我国很多地方开始了近自然技术的实践和应用;但是,总体来说,对近自然技术可行性的讨论还在继续中,如杜金泽等[5]结合河北林业的现状分析了近自然林业经营技术对改善林业现状的优点,认为近自然林业经营技术在降低投入成本,减少生态风险和灾难,增强生物多样性,提高涵养水源、保持水土的能力,减少病虫害侵入,提高抗自然灾害等方面都具有优势。张劲峰等[6]结合滇西北亚高山退化森林生态系统的分析,通过传统恢复方法和近自然恢复方法的对比,认为近自然林业经营技术是实现退化生态系统恢复和重建的最有效途径之一。对热带雨林、大兴安岭针叶林[7]、三北防护林[8]和城市林业[9]等不同的生态系统,学者们就近自然林业经营技术的适应性都进行了相关的讨论,认为近自然林业技术具有优势和可行性。随着近自然林业经营理论的不断深化研究,近自然经营技术的应用也会逐步推广,全面地了解近自然经营技术在我国的应用现状,有利于更科学地进行近自然经营的理论研究和技术应用。

1 近自然林业的概念与特征

近自然林业是一种模仿自然、接近自然的森林经营模式,同时还是一种兼容林业生产和森林生态保护的经营模式[10],它是立足于生态学的思想财富,从整体出发观察森林,视其为可持续的、多种多样的、生机勃勃的生态系统;力求利用森林生态系统潜在的自然特性及其发生发展的自然过程,把生态与经济要求结合起来,实现最合理地保护和经营利用森林资源,保证立地和森林动态稳定的一种真正贴近自然的森林经营管理模式[11]。

近自然林业的特征在于：近自然林业要求经营森林时应采用生态系统整体经营的途径[12];维持森林原有大环境,避免林木皆伐;采用以单株择伐为主的多种采伐方式[13];充分利用森林天然更新和天然整枝的自然过程,减少人为干扰;植被恢复时遵循适地适树的原则,珍惜地力[14];放弃同龄林和单纯林经营方式,采用复合异龄林经营方式[15];通过对森林结构的不断调整使其形成物种丰富的群落,达到接近自然状态的森林结构。

2 近自然经营技术体系

近自然林业的经营技术体系主要包括：野外调查与数据处理、群落生境图绘制、森林演替发展阶段划分与近自然度评价、目标树单株抚育管理、森林发展类型设计、森林动态监测与评价 6个方面[16]。

2.1 野外调查与数据处理

由于近自然林所具有的生物多样性和空间结构的复杂性,一般的用材林所使用的统计参数不能满足经营的信息需求[17]。为获得近自然森林经营所需的数据,野外调查和数据处理要完成 4个方面的主要内容：立地条件调查,天然植被调查,林分设计样地调查,森林生长动态监测系统样地调查[18]。

2.2 群落生境图绘制

群落生境图是从传统的作为森林经营计划工具的立地条件分类图演化而来的,本质上是表达一定生物的生活空间类型的景观生态图。群落生境图的绘制是在外业调查结果的基础上进行的,可以在地理信息系统技术的支持下,绘制示范区的立地环境、演替阶段、近自然度、经营抚育措施等各类经营要素的群落生境图[19]。

2.3 森林演替阶段划分与近自然度评价

关于森林演替的一个常用定义是：在一个地段上,一种林木被另一种林木代替进而出现一种森林被另一种森林替代的过程[20]。森林群落是处在动态的发展变化之中的,因此,森林演替的阶段性不是很清晰。分析和划分群落演替阶段的目的主要是为了更加详细和贴切地制订相应的经营措施和作业方式。

关于森林演替阶段的划分,目前学术界主要有4个阶段[21]、5个阶段[22]和 6个阶段[23]3种划分体系和方法,但是,从近自然林业经营的理论角度看,在目前采伐和受严重自然因素干扰的林地上开始的森林演替过程划分为 4个阶段相比较更为合理：1)林分发生和更新阶段;2)林分生长和自然稀疏阶段;3)林分转型和下层林更新阶段;4)稳定森林群落阶段。

近自然划分方法较其他划分方法具有更高的科学性和可操作性。另外,还有一种近自然 4阶段的划分方法,其实质相同,只是叫法不同,即森林组建阶段、质量生长阶段、竞争阶段和顶级群落阶段。后一种 4阶段划分方法在实践中的应用还是相对较多的,但是,在实践应用中要根据实验地的实际情况进行相应的细化和补充[24-25]。

在森林演替阶段的划分中,森林群落近自然度的评价是必不可少的。近自然度是根据外业调查中对具体地段上的不同植物群落的空间位置、物种组成、立地条件、演替阶段等因素的记录进行的综合评定。目前,我国对近自然度的研究主要的还是沿用德国的近自然度评价体系,将近自然度评价体系分为 7个等级：顶极群落森林,演替过渡森林,先锋群落森林,顶级或向顶级过渡森林混交有立地不适生的树种,先锋群落森林混交有立地不适生的树种,乡土树种在不适应立地造林群落,外来树种造林群落。群落近自然等级依次降低,其中的某个阶段又可根据是否天然更新、人工造林或为灌木林地等特征而划分为不同的次级类目[26]。

一个明确的近自然度序列不但可以明确地表达出森林群落的演替过程,而且还可以为近自然经营作业设计和森林的演替方向提供明确有力的支持。

2.4 目标树单株经营抚育管理

以单株木为林分作业对象的目标树经营抚育措施是近自然林森林经营区别于其他森林经营最显著的特征。目标树经营体系要求对目标树进行分类标记和记录,一切的抚育管理措施都以目标树为中心进行。目标树是指近自然森林中代表着主要的生态、经济和文化价值的少数优势单株林木。目标树单株经营设计的基本原则是理解和尊重自然,充分利用林地自身更新生长的潜力,生态和经济目标兼顾,最大限度地降低森林经营的投入[27]。目标树经营作业首先把所有林木分为用材目标树、生态目标树、干扰树和一般林木 4种类型,然后对各类型的林木进行相对应的抚育管理,最后使得林分内的每株林木都有自己的功能和成熟利用时点,承担起不同的生态、社会和经济效益。

2.5 森林发展类型设计

森林发展类型是基于群落生境类型、潜在天然森林植被及其演替进程、森林培育经济需求和技术等多因子综合制定的一种目标森林培育导向模式,其核心思想是希望实现自然自身能力和人类需求的最优结合。森林发展类型设计需要以长期详细的林分调查资料为基础,根据具体森林群落的演替方向和用材需求制定与森林发展相适应的发展计划和抚育措施,并保持对林分的不间断监测,以便根据经营目标调整近自然经营抚育措施,实现林分的最优发展。

2.6 森林动态监测与评价

森林生长的动态监测与评价是保证近自然经营目标实现的必须环节。森林生长的动态监测可以借助先进的地理信息系统技术(GIS)和全球定位系统(GPS),准确、及时的监测数据可以帮助我们时时地掌握森林的发展情况和演替情况,以及与经营目标的差距和发展设计的偏差,及时地调整经营措施,最大限度地实现经营目标,避免对森林生态的破坏和森林的人为退化。

3 我国近自然林业的实践

近自然林业思想引入我国是从 1989年,由中国林业科学研究院林业科技信息研究所的邵青还研究员对中欧各国尤其是德国“接近自然的林业”的技术政策、技术路线和恢复天然林的态势进行的介绍和论述开始的。之后,不少学者对近自然林业进行了探讨和实践,其中中国林业科学研究院资源信息研究所的首席专家陆元昌对近自然林业的研究最为全面,形成了一套相对完整的近自然林业经营理论。伴随着理论研究的深入,近自然林业经营技术的实践也开始展开,特别是 1999年,国家林业局批准立项将欧洲近自然的森林经营技术引入我国后,关于近自然林业的研究和实践不断深入。

由于我国近自然林业的研究时间较短,近自然林业的思想还没有真正地推广开来,因此,各地的应用情况也是各不相同,有的还处于论证阶段,有的则已经完成了试点工作。整体来说,我国近自然林业经营技术还处在一个探索阶段[28]。

3.1 近自然林业抚育技术

在一种新的技术体系的研究和应用过程中,单项技术的逐个研究和实践是普遍采用的方法,也是在条件有限的情况下最常采用的方法。在近自然经营技术的实践中,同样遵循从单项经营技术的研究和实践开始的规律。

1)单株抚育技术。1994年,福建师范大学生物系的张鼎华教授在福建省松溪县旧县乡林场的杉木人工林经营抚育中,采用近自然经营措施与常规经营措施的对照,检验近自然经营抚育措施的优越性：在 5a中,采用的常规经营措施是全面铲除杂草灌木,扩穴连带,近自然经营措施是只在杉木单株树冠范围内进行抚育,对其周围的草灌,如影响杉木生长则进行清除或打枝等,如不影响杉木生长则任其自然,抚育后将清除或打枝的枝叶培于杉木根兜(较大的枝条弃去),这种抚育措施也就是近自然经营技术体系中的单株抚育措施;经过 5 a的抚育管理之后,对比 2种经营措施的树种组成、土壤肥力、土壤微生物量、土壤养分含量和土壤交换性能,得出近自然经营措施在树种组成、土壤肥力、土壤微生物量、土壤养分含量和土壤交换性都比常规经营措施有较大幅度提高的结论,肯定了近自然林业单株抚育措施的优越性[29]。

2)近自然林业封育技术。内蒙古通辽市于1998年在科左后旗努古斯台苏木起伏较大的固定、半固定沙地开展了小规模近自然林模式试验。截至2003年底,全市按照“封、飞、造结合,以封为主”的原则,累计建设近自然林面积 4.9万 hm2。据初步测定,在实施 3 a的近自然林封育区内,植被盖度由原来的 15%～20%提高到 75%～80%,土壤含水率由过去的 6%～10%增加到 10% ～15%,新增 20多种植物,有效地改善了土壤结构。同时还采用同样的方法营建 4.7万 hm2近自然林,可保护周边草牧场 18.7万 hm2,使 6.7万 hm2农田得到有效庇护。该模式的应用也具有显著的经济效益。据项目实施者初步估算,近自然林投入 3 225元/hm2,产出3 975元/hm2,投入产出比为 1∶1.23,5 a就可全部收回成本,经济效益十分突出[30]。

3)择伐技术。2007年,云南省禄丰县一平浪林场的束传林工程师,通过对云南松近自然采伐效果的研究,证明了近自然林业倡导的择伐方式在改善森林结构、加快森林演替和促进森林更新方面的优越性[31]。研究表明,通过近自然采伐方式,降低了云南松在林冠层的地位和作用,而提高了阔叶树在林冠层的地位和作用,并使云南松种群的树干通直度得到明显改善,更新层和草本层物种多样性也显著提高,促进了森林向物种丰富、结构合理稳定的顶级群落的发展。

3.2 近自然度评价技术

关于近自然度的评价,在崇州林场退化天然林恢复重建[32]和北京市人工林近自然改造项目中都有了一定的应用,其中四川省林业科学研究院的郝云庆等[33]采用灰度关联处理,对崇州林场不同林分近自然度进行的评价提供了一种良好的近自然度评价参考模式。郝云庆在近自然度评价中,衡量近自然度的指标选用了群落结构功能特征：郁闭度、胸径级、实生幼树数、物种多样性指数、均匀度指数和顶极适应值。评价过程分为参数获取、计算顶级适应值、计算灰度关联系数、计算近自然度 4个步骤,完成近自然度的评价后,根据评价结果对林分进行分析,研究森林群落的发展状况和演替方向,根据评价结果制订针对性更强的经营措施。

这种近自然度的评价方法,较一般的评价方法要严谨,在指标的选取上也更合理,是一种值得推广的评价模式。

另外,在四川退化天然常绿阔叶林近自然经营中,四川省林业科学研究院的王金锡等[34]根据森林的顶级天然林和人工林的两级性,对森林的近自然度采用了两级分类的方法。在近自然度的划分中,采用常用的描述定义的方法,确定各种森林类型的近自然度。其中,王金锡将森林分为 7种林型：顶级林、演替林、干扰演替林、先锋林、干扰先锋林、立地不适生乡土树种林和人工林。

在北京市人工造林工程中,陆元昌等结合森林潜在植被构成和演替阶段,采用了德国近自然度的评价方法,对北京市密云水库周围 3个区域的森林进行了近自然度评价。

3.3 近自然林业调查技术

在浙江省乐清市南部象阳镇的山体绿化项目中,浙江省乐清市林业局的高育剑等[35]采用了近自然林业调查技术。在野外调查和数据获取过程中,该项目采用了近自然林业经营技术体系中的调查技术。该项目的调查内容分为森林资源补充调查、立地类型调查、地带性植被和乡土树种调查、造林技术和森林经营技术调查,其中,前 3项调查内容完全采用了近自然调查技术,特别是在立地类型和植被的调查方面,采用了线路调查和典型调查相结合的方法,强调了乡土树种的调查,在之后开展的工作中,也证明了近自然林业调查技术在森林发展类型判定和森林演替阶段划分方面的优越性,而且使得在造林设计和树种选择方面更加地接近自然林,提高了造林的成活率且不会影响森林正常的演替发展,但是,在调查过程中,样地的选取并没有采用近自然林业经营技术中的圆形样地调查法,而是采用了我国常规的方形样地调查法。在四川退化天然常绿阔叶林近自然经营中,王金锡等[32]就是采用了圆形样地调查法。圆形样地调查法易于确定样地应该包括的林木而不必测量边界,从而大大提高了野外调查的速度。

3.4 森林演替阶段划分技术

不同于调查技术,在实践应用中,根据各地实际情况的不同,森林演替阶段有不同的划分方法。在四川退化天然常绿阔叶林近自然经营中,王金锡等[32]采用了 6阶段的森林演替阶段划分法,将森林演替阶段划分为建群阶段、质量形成阶段、生长抚育阶段、目标树生长阶段、蓄积生长阶段和恒续林阶段。首先是对森林进行了近自然度的评价,然后根据不同的近自然度等级划分森林类型,最后结合四川常绿阔叶林的森林特征划分森林的演替阶段。这种划分过程不仅很好地利用了近自然林业经营的技术,而且与经营对象实现了较好的结合,可以有针对性地进行抚育管理。在北京市人工林的近自然林经营中,陆元昌根据对象区森林的特征,同样也是采用了这种 6阶段的森林演替阶段划分方法。可见,在森林演替阶段的实际划分中,6阶段的划分方法比理论研究中建议的 4阶段划分方法更实用,这是由森林演替阶段划分的目的——制订相应的经营抚育措施决定的。4阶段的划分方法对森林的演替来说划分的比较笼统,而相对详细的 6阶段的划分方法,可以更好地描述和安排林分经营措施,使划分森林类型和制订抚育管理措施时更加具有针对性和实用性。

3.5 森林发展类型设计

关于近自然技术中的发展类型设计部分,目前还没有很好的、完整的、相对应的实践和应用,但是,值得一提的是,陆元昌在北京西山实验林场对栓皮栎—油松混交林和油松—阔叶树混交林 2个林分的发展类型设计值得学习,他从森林概观、森林发展目标、树种比例、混交类型和近期营林措施 5个方面对这 2个林分的森林发展类型作了设计,为今后具体的林分发展类型设计提供了很好的参考。

3.6 森林动态监测评价

森林动态监测和评价,我国已经开始在实践中应用。最近的应用是在四川退化天然常绿阔叶林近自然经营中,王金锡等根据实地情况,对盆地周围山地采用固定样地监测方法,而对于森林生长动态监测样地调查则按系统抽样方法进行,根据精度要求及总体变动的估计确定出抽样密度。监测方法首先在专用地理信息系统支持下设立并给出样地分布图及各个样地的地理坐标,野外调查时,在样地分布图和空间定位系统(GPS)技术支持下确定各个样地中心点,样方面积 20m×20m,胸径大于 5 cm的林木做每木调查,幼树高度在 1.3m以上的记录株数,灌木层以1.3m为界分 2层记录其株(丛)数。为保证数据的可靠性和完整性,各类调查数据在野外工作期间进行同步汇总处理,其最终的效果和价值还在进一步的研究中。

由我国近自然林业的实践情况,可以看出,我国近自然林业在实践中的应用还处在初始的探索阶段,更确切地说,很多地方对近自然林业经营技术的应用还处在论证阶段。

4 建议

在可持续发展思想普及和深化的今天,人们逐步认识到了可持续发展对人类发展的重要性。森林的可持续发展是人类生存环境改善的基础和保证,作为有环境调节器之称的森林,其在人类发展中的重要性也已经深入人心,而能够很好地实现森林可持续发展和经营的近自然林业经营模式也已经得到人们的认可。根据近自然林业在欧美等国的发展以及在我国的应用实践,对近自然林业在我国的发展提出几点建议。

1)进一步加强近自然林业技术的基础研究。我国林业部门和学者应该进一步加深近自然林业的基础研究工作,如加大对近自然林业技术研究实验室和近自然林业研究项目的投入;进一步加强对近自然林业中的森林演替发展过程、近自然度评价、群落生境图绘制和森林动态监测技术指标的研究,同时应特别加强对我国乡土树种的研究,结合我国国情实现近自然林业技术的本土化和指标化;结合研究地区的气候、岩石、土壤、植被、历史资料等立地因子指标,制订相应的中长期近自然林业经营作业设计,实现森林的长期经营和可持续发展。通过深入细致的基础研究,为近自然林业的发展和实践提供强有力的技术支撑。

2)用混交异龄复层林取代传统的人工纯林。在生态效益和经济效益并重的功能林方面,近自然林业倡导的复层林将完全取代传统的人工纯林。混交异龄复层林在森林结构稳定性、生物多样性、水土保持等方面都要优于传统的人工纯林,并且能够实现功能林生态效益和经济效益的最优化[36]。在纯生态林的营造中,近自然林业技术的指导作用也将越来越重要,混交异龄复层林应该得到更多的重视和应用。逐步开展近自然林业技术对速生用材林营造方面的研究和实践,提高速生用材林的生产力,在保证木材生产量的基础上实现速生用材林的生态功能。

3)加快实现近自然林业经营的程序化和法制化。随着全球环境问题的日益突出,国际社会越来越借助制订国际法律文书来约束各国的行为。我国的法制化道路进程也在不断的加快,在各方面的法制化建设都不断深化的背景下,应该尽快健全近自然林业的政策法规,实现程序化和法制化经营,保证近自然林业技术在我国的快速、长期和有效的发展。要实现近自然林业的法制化,还需要学者们更加细致和深入地研究,形成适应我国国情和自然环境的近自然林业经营技术体系,为更好地制订林业法规打下坚实的基础。

4)进一步加强近自然林业经济效益的研究。近自然林业倡导的异龄经营需要适时多次造林,这就存在增加造林成本的可能。单株抚育同样会带来用工量和成本的增加,特别是择伐利用环节,近自然林业择伐经营要求必须有发达的林间道路网络,否则择伐是很难实现的,择伐的道路修建是一项非常大的成本开支,这就导致了成本的增加。总之,在保证生态效益的前提下,应该加强近自然林业经营在节省开支、减少成本和提高经济效益方面的研究。

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Review of close-to-nature forestrymanagem ent technology in China

Du Qiang,Zhang Yongtao

(Soil and Water Conservation Department of Shandong Agricultural University,Shandong Provincial Key Lab.of Soil Erosion and Ecological Restoration,271018,Tai'an,Shandong,China)

This paper p resents a review on the concept,definition and features of close-to-nature forestry,and expoundseach link of the close-to-nature forestrymanagement technology system based on the field investigation,data treatment,drawing biotope graph,division of forest successional stage,nature closeness evaluation,target tree single p lant tendingmanagement,design of forest development type,forest dynamicmonitoring and evaluation.The practice situations and achievements of the close-tonature forestrymanagement technology in each regions of China are described detailedly.Finally,according to the actual conditions of china,some suggestions on the development of the close-to-nature forestry in China are put forward.

close-to-nature forestrymanagement technology system;nature closeness;close-to-naturemanagementpractice

2009-04-10

2009-10-16

山东农业大学创新基金“近自然林业在泰山中的应用”(20081220)

杜强(1983—),男,硕士研究生。主要研究方向：林业生态工程。E-mail：mutugongsui@163.com

†责任作者简介：张永涛(1972—),男,博士,副教授,硕士生导师。主要研究方向：林业生态工程。E-mail：zyt@sdau.edu.cn

(责任编辑：宋如华)