基于森林生态系统管理的森林经营与传统森林经营的比较研究

金文斌，魏彦波，张春雨，赵秀海

（北京林业大学 省部共建森林培育与保护教育部重点实验室，北京 100083）

自20世纪70年代以来，恢复退化生态系统和合理管理现有的自然资源日益受到国际社会的关注。特别是1992年联合国召开环境与发展会议以来，可持续发展成为国际社会的共识，可持续性成为自然资源管理的目标，要实现这一目标，资源管理者与科学家必须合作，生态系统管理正是管理者与科学家之间的桥梁，可以实现生态系统多个产出目标及其可持续性。生态系统是人类生存和发展的基础，人类社会的可持续发展归根结底是生态系统管理问题。森林生态系统是陆地上最大也是最重要的生态系统，因此，森林生态系统管理是生态系统管理的主要内容之一，国际林业研究中心（CIFOR）认为，森林生态系统管理科学是21世纪林业科学的主线。

森林生态系统管理是实现森林可持续经营的一条生态途径。生态系统管理思想的发展历程与生态学的发展历程密切相关，是生态学理论与管理学思想的融合过程。基于森林生态系统管理的森林经营方法是：将森林作为一个生态系统去经营，包括水分、野生动物、碳汇、生物多样性、文化与游憩等生态功能，以及木材生产功能和经济功能。尽量利用和促进森林的天然更新，保护野生动物栖息地，不采取破坏地表集材，保留站干、倒木以及大的老树，保留藤条灌木和地被物，保护水生生物及水质，充分利用自然力恢复森林。

中国东北林区传统经营方式以择伐为主，总结中国东北林区几十年的择伐史，择伐作业由于缺乏完整、系统的理论指导，择伐作业损伤和超强度采伐现象严重。采伐方式选择不当和采伐强度过大等原因，使得中国东北林区择伐林并未取得预期效果[1]。抚育是清除非目的树种，人为移除林内病腐木及枯立木，清除地面覆盖以改善主栽植物生存环境的一种手段。这种沿袭己久的抚育方式，由于在一定程度上改善了林地土壤的养分状况，因此对提高造林成活率、促进幼树的生长起到了良好的作用。但也带来了许多负面的影响，特别是当抚育强度过大时，势必加速林地土壤有机物质的矿质化、水土流失等[2]。本文对基于森林生态系统管理的森林经营与传统森林经营方法（择伐、抚育、未采伐）进行了对比研究，以期为东北林区阔叶红松林恢复及永续利用提供有效途径。

1 研究地自然概况与研究方法

1.1 研究地自然概况

研究地区位于吉林省白河林业局光明林场境内，该区属温带大陆性季风气候区。春季温度偏低而短暂，夏季高温且多雨水，秋季凉爽，冬季漫长而寒冷，无霜期120 ～ 130 d。土壤类型主要是暗棕色森林土，在中国植被区划中，属于长白山红松沙冷杉针阔混交林区，主要植物属长白植物区系。乔木层主要有红松（Pinus koraiensis）、沙冷杉（Abies holophylla）、鱼鳞松（Picea jezoensis）、紫椴（Tilia amurensis）、胡桃楸（Juglans mandshurica）、春榆（Ulmus japonica）、色木槭（Acer mono）、枫桦（Betula costata）、水曲柳（Fraxinus mandshurica）、黄菠萝（Phellodendron amurense）、白桦（Betula platyphylla）、蒙古栎（Quercus mongolica）、白牛槭（Acer mandshurica）、千金榆（Carpinus cordata Blume）、花楷槭（Acer ukurunduense）、假色槭（Acer pseudosieboldianum）、糠椴（Tilia mandshurica）、春榆（Ulmus japonica）等，以红松、椴树、色木槭三者共同占据优势。中小乔木以槭属为主，生长繁茂。灌木层主要有东北山梅花（Philadelphus schrenkii）、东北溲疏（Deutzia amurensis）、毛榛（Corylus mandshurica）、忍冬（Lonicera japonica）等。

1.2 研究方法

2004年在研究地点建立5.2 hm2固定样地（样地1），并于同年12月按照“森林生态系统管理”理论进行采伐。同时设立4块对比样地（样地3 ～ 6），按照传统森林经营方法（择伐、抚育）进行经营，以及1块未采伐对照样地（样地2），见表1。将6块样地胸径1 cm以上乔木树种全部挂号牌。样地1内只采伐生长不良、杆形不好、出现心腐立木和大的老龄木。采伐强度为15%。样地3 ～ 6则全面清除林内灌草和采伐剩余物，人工更新云杉后每年抚育一次，连续抚育3年。于2007年8月进行复查。用环刀法测定土壤含水量，同时在每个样地内取土样进行室内分析。

表1 样地概况Table1 General situation of sample plot

物种多样性指数采用下列计算公式：

Marglef丰富度指数：

Shannon-Wienner指数：

均匀度指数：

生态优势度指数：

式中，S为物种数，Pi=ni/N，ni为第i个物种的多度，N为所有物种的多度之和。室内土壤样品分析方法依据《土壤农业化学分析方法》[3]的操作步骤进行：用开氏消煮法测定土壤中全氮含量，高温外热重铬酸钾氧化—容重法测定土壤中有机质含量，靛酚兰比色法测定土壤中氨态氮含量，盐酸—氟化铵法测定土壤中有效磷含量，乙酸铵提取法测定土壤中速效钾含量。

2 结果与分析

2.1 不同森林经营方法对林分蓄积增长的影响

基于生态系统管理的森林经营充分利用适应当地自然环境条件的乡土树种，只对目标树种进行单株抚育，目标树个体周围抚育以不压抑目标树生长为准则，其余乔灌草任其生长，在高密度大数量中充分进行自然选择，有利于改善林分结构及对保留树的天然整枝，培育优良木材。实验表明，基于生态系统管理经营对材积增长起到了良好的促进作用，红石试验区不同经营方法经营的林分单位面积年蓄积增长量的大小顺序为：基于生态系统管理经营 ＞ 抚育 ＞ 择伐 ＞ 对照林分（比较时取3块择伐林分平均值，下同）；3块择伐林分年蓄积增长量在5.081 ～ 5.453 m3/（a·hm2），年平均蓄积增长量为5.273 m3/（a·hm2）。基于生态系统管理经营林分单位面积年蓄积增长量分别是择伐林分、抚育及对照林分年蓄积增长量的1.20、1.17和1.49倍（图1）。

不同经营方式对主要树种蓄积增长影响如图2所示。基于生态系统管理经营的林分内核桃楸年蓄积增长量分别为择伐和人工抚育林分的1.79和1.68倍；红松年蓄积增长量分别为择伐和人工抚育林分的1.30和1.38倍；色木槭年蓄积增长量分别为择伐和人工抚育林分的1.45和1.17倍；椴树年蓄积增长量分别为择伐和人工抚育林分的1.67和1.17倍。因此与择伐和人工抚育相比，基于生态系统管理林业的经营方法可大大促进阔叶红松林主要树种的蓄积增长。

图1 不同经营方式林分年蓄积增量Figure1 Annual increase of volume under different management methods

图1 不同经营方式对主要树种蓄积增长的影响Figure2 Effect of different management methods on volume increase of major tree species

2.2 不同森林经营方法对林分物种多样性的影响

基于生态系统管理经营方法所采取的单株择伐加天然更新的经营措施，有效地提高了森林群落物种多样性和维持了生态系统的稳定性。实验表明，采用不同的经营方法经营3 a以后，试验林内各层次物种多样性状况均发生了明显变化。如表2所示，采用基于生态系统管理经营后，林内乔木更新层、灌木层和草本层物种多样性及丰富度较传统森林经营方法（抚育、择伐）明显增大，其大小顺序为基于生态系统管理＞抚育＞择伐＞对照林分。采取传统森林经营方法（抚育、择伐）经营林分的物种均匀度大于基于生态系统管理经营林分，而生态优势度变化规律则与之相反。因此采用基于生态系统管理经营后的林分物种多样性和丰富度增大，而均匀度相对减小，优势种相对明显，个体数在不同种类间的分布较为集中。说明，与择伐和人工抚育相比，基于生态系统管理经营的林分内物种的多样性增大，群落的稳定性提高，林内物种间的关系变得更加复杂，种间竞争更加激烈。

表2 不同经营方法对物种多样性的影响Table2 Effect of different management methods on species diversity

2.3 不同森林经营方法对林地水肥状况的影响

由于基于生态系统管理经营采用择伐、天然更新和保护林下植被，不破坏土壤的抚育方法，因此很大程度上避免了人工更新及抚育等营林措施引起的水土流失和地力衰退等弊病。研究表明基于生态系统管理经营林分0 ～ 20 cm和20 ～ 40 cm土壤层含水量分别为正常择伐林内土壤含水量的1.56和1.23倍，林内植被大幅度增加，凋落物输入量也相应增大，凋落物储量（191.258 kg/hm2）是择伐林（128.562 kg/hm2）的1.45倍。地表凋落物越厚、蓄积量越大，其截持水分能力越强，减小了降雨对地表冲刷，从而避免了水土流失。

与传统经营方法相比，采用基于生态系统管理森林经营方法经营的林分 pH值降低，土壤酸度增大。其原因可能是由于采用基于生态系统管理经营后林下植被大幅度增加，枝叶等输入量增大，而阔叶树的叶片中含较多的灰分，归还土壤后使土壤保持微酸性至中性反应；多数针叶树的叶片浸出液呈酸性，归还土壤后使土壤呈酸性反应[2]。此外植物根系分泌物数量和土壤腐殖化程度相应提高，从而导致土壤酸度增大，土壤酸度顺序为基于生态系统管理经营 ＞ 正常择伐 ＞ 对照（见表3）。

表3 不同经营方式林分土壤肥力状况Table3 Effect of different management methods on soil fertility

与传统经营方法相比，基于生态系统管理经营的林分土壤有机质含量增大，0 ～ 20 cm土层较正常择伐林分和对照林分分别增大8.7%和12.74%；20 ～ 40 cm土层较正常择伐林分和对照林分分别增大7.27%和13.12%。采用基于生态系统管理经营方法经营时仅砍去妨碍目标树种生长的树木，将无碍的林木保留作辅佐木，林内灌木与杂草生长旺盛，凋落物输入量相对较大。而土壤有机质是林分中凋落物经土壤动物和微生物逐渐分解的产物，有机物的分解速率随温度升高而升高，当含水量在200%的范围内时，有机物的分解速率与湿度呈正相关[4]。基于生态系统管理经营后林内土壤湿度增大，凋落物输入量增加，导致地表凋落物分解速率加快，土壤有机质含量增大。

基于生态系统管理经营后林内土壤全氮含量较正常择伐及对照林分均有提高，但差别不明显；而土壤中速效氮、有效磷及速效钾含量则大幅度增加。这可能是由于基于生态系统管理经营所采取单株采伐与目标树种相结合的经营方式对林内土壤扰动较小，避免了水土流失及土壤N素的损失；同时改善林内光照条件并保证了林内植被覆盖度，有利于林内土壤微生物的繁衍和数量的增加，从而促进了土壤物质循环和养分积累。因此，基于生态系统管理经营有利于地力的维持。

2.4 不同森林经营方法费用比较

基于生态系统管理的森林经营方法的基本思想已经被纳入到了《吉林省采育林管理规程》中。经国家林业局批准，吉林省未来30年将有203万hm2森林需进行采育改造，由于基于生态系统管理的森林经营采用天然更新，伐后采伐迹地不采取任何清理措施，只对采伐剩余物进行简单堆清，保留藤条灌木。伐区清理费用400 ～ 500元/hm2。造林费用包括苗木费用和人工费用，不同苗木费用为0.2 ～ 0.8元/株（云杉：0.2元/株，红松：0.8元/株），1 500 株/hm2，300 ～ 1 200 元/hm2；人工费：300 元/hm2，造林费 600 ～

1 500元/hm2。因此，实施生态系统管理经营可节约生产成本700 ～ 1 700元/hm2。2007年白河林业局实施采育林改造林面积为2 800 hm2，节约生产成本196万 ～ 476万元。

2008－2010年白河林业局被批准采育林面积9 500 hm2，3 a可节约生产成本665万 ～ 1 615万元。经国家林业局批准，未来30 a吉林省采育林面积为203万hm2，有林地面积810万hm2的25%都要经过采育改造，通过实施人工更新和取消伐区清理两项技术措施可节约生产成本14.21亿 ～ 34.51亿元。

3 结论与讨论

（1）将基于生态系统管理经营技术应用于阔叶红松林，可实现经济效益、生态效益的双增长，主要表现在森林年蓄积增长量和土壤肥力提高。与传统森林经营方法相比，基于生态系统管理经营的林分土壤水分含量及凋落物输入量增大，土壤养分提高；基于生态系统管理经营林分单位面积年蓄积增长量分别是择伐、抚育及对照林分年蓄积增长量的1.17、1.20和1.49倍。

（2）基于生态系统管理经营时，在自然选择的基础上加上人工选择，充分利用了适应当地生态环境的乡土植物，保证经营对象始终是遗传品质最好的立木个体。其它个体的存在，有利于提高物种的多样性和森林群落的稳定性，有利于改善林分结构及对保留目标树的天然整枝。由于基于生态系统管理经营采用单株择伐、天然更新和保护林下植被，在很大程度上避免了因传统经营方法而导致水土流失、地力衰退、生物多样性降低等弊病，实现了森林可持续经营。基于生态系统管理经营有利于地力的维持。

（3）实施生态系统管理经营每年可为白河林业局节约采育林生产成本196万 ～ 476万元。通过将生态系统管理经营技术引入《吉林省采育林管理规程》，经国家林业局批准，未来30 a吉林省采育林面积为203万hm2，有林地面积810万hm2的25%都要经过采育改造，通过实施人工更新和取消伐区清理两项技术措施可节约生产成本14.21亿 ～ 34.51亿元。

由于基于生态系统管理经营对促进林分蓄积增长，维持地力，增加林分物种多样性，提高森林群落稳定性具有重要意义。建议在东北天然林区进行基于生态系统管理经营试点，待技术成熟后再全面推广。

[1]郝清玉，周玉萍.采伐作业产生的大林窗对阔叶林天然更新的影响[J].吉林林学院学报，1998，14（2）：69－73.

[2]张鼎华，林卿.近自然林业与林业的可持续发展[J].生态经济，2000（7）：23－26.

[3]中国土壤学会.土壤农业化学分析方法[M].北京：中国农业科技出版社，1999.

[4]Swift M J，Heal O W，Anderson J M.Decomposition in Terrestrial Ecosystems[M].Blackwell, Oxford，1978.