我国寒温带低效林改造工程理论依据和目标的探讨

2015-12-16樊冬温李应珍杨雪峰张吉利

森林工程 2015年5期

樊冬温，李应珍，杨雪峰，李湃，张吉利

(1．国家林业局哈尔滨林业机械研究所，哈尔滨150086;2．中国林业科学院森林工程研究中心，哈尔滨150086;3．中国林业科学院寒温带林业研究中心，哈尔滨150086)

大兴安岭林区是我国最大的寒温带森林区域，位于黑龙江省和内蒙古自治区的北部，是内蒙古与松辽平原的分水岭，北起黑龙江畔，南至西拉木伦河上游谷地，东北—西南走向，东陡西缓，构成山地丘陵地形，是我国维护生态安全的重要屏障和应对气候变化的重要支撑区。

低效林改造是天然林保护工程的重要组成部分，是大兴安岭寒温带林区森林生态保护的重要措施。大兴安岭寒温带林区开展低效林建设的历史已超过半个多世纪，过多的人为活动造成森林生态系统的基本结构和功能的破坏和丧失。加上森林危害和火灾的频发，形成了大量的低效低质林。

1 低效林改造理论依据的探讨

1．1 低效林的基本概念

低效林属于退化的森林生态系统，依据恢复生态学的理论，退化的生态系统是一类病态的生态系统。退化的生态系统是指在一定的时空背景下，在自然因素、人为因素，或二者共同干扰下，导致生态要素和生态系统整体发生不利于生物和人类生存的量变和质变［1］，生态系统的结构和功能发生与原有的平衡状态或进化方向有相反的位移。具体表现为生态系统的基本结构和固有功能的破坏或丧失，生物多样性下降，稳定性和抗逆能力减弱，系统生产力下降［2］。

GB/T 18337．3《生态公益林建设技术规程》将低效林分为原生型低效林和经营型低效林，原生型低效林是在自然状态下，由于林地条件较差和生长环境恶劣等因素，致使林木生长不良而自然形成的低效森林;经营型低效林是由于经人为干扰或经营管理不当而形成的低效森林［3］;LY/T 1690《低效林改造技术规程》将低效林定义为:受人为因素的直接作用或诱导自然因素的影响，林分结构和稳定性失调，林木生长发育衰竭，系统功能退化或丧失，导则森林生态功能、林产品质量或生物量显著低于同类立地条件下相同林分平均水平的林分总称。根据起源的不同，低效林可分为低效次生林和低效人工林;根据经营目标的不同，低效林可分为低效防护林和低质低产林［4］。

如果没有任何外来因素的影响，由立地条件的因素形成质量低下的林分，不能称其为低效林，也就是说在不同的立地条件下划分低效林的指标也不同。

1．2 低效林改造的基本理论依据

低效林改造属于恢复生态学的范畴，恢复生态学是应用性很强的学科，但到目前为止，仅有自我设计与人为设计理论被认为是从恢复生态学中产生的理论。

自我设计理论认为，只要有足够的时间，退化的生态系统将依据环境条件，合理地组织自己，并最终改变组分;人为设计理论认为，通过工程方法和植物重建可直接恢复退化的生态系统，但恢复的类型可能是多样的。自我设计理论把恢复放在系统层次上，是以自然演替为理论基础;人为设计理论则把恢复放在了个体或种群层次上。

GB/T 18337．3《生态公益林建设技术规程》和LY/T 1690《低效林改造技术规程》两项标准提出低效林改造方式为:补植、封育、更替、抚育、调整、复壮、综合改造、林带改造和效应带改造等。对于大兴安岭寒温带林区，其低效林改造的常用方式为封育、补植、更替、调整、抚育和综合改造等。

依据恢复生态学的两种恢复理论，将大兴安岭寒温带林区各种低效林改造方式归纳为3种模式:

(1)自我设计模式。利用自我设计理论，大兴安岭寒温带林区最典型的改造方式为“封育”改造方式。在大兴安岭寒温带林区立地条件适宜的区域天然更新或人工促进天然更新效果良好，也可根据天然下种好的特性，采用人工促进天然更新方式进行补植。

(2)人为设计模式。利用人为设计理论，大兴安岭寒温带林区最典型的改造方式为“更替”改造方式。所谓“更替”改造方式是根据经营方向，将改造小班内所有林木一次全部伐完或采用带状、块状逐步伐完，并本着适地、适树和适种源的原则及时更新。“更替”改造方式是将恢复放在个体和种群的基础上。

(3)人为设计和自我设计综合模式。人为设计和自我设计综合模式是寒温带森林低效林改造最常见的一种模式，如“补植”改造中的“适地适树”、 “阔中栽针”和“针下栽阔”;在“调整”改造中“抽针补阔”和“间针育阔”都是利用自然演替形成“针阔”或“阔针”混交林。

大兴安岭寒温带林区的白桦林是1949年后的皆伐迹地与火烧迹地上天然更新起来的先锋群落。在多数区域落叶松和云杉已形成更新层(自我设计模式)，在这种情况下，通过抚育间伐和更新改造引导并加快落叶松林和云杉林向顶级群落转变(人为设计模式);对于无针叶树种更新的白桦林，通过栽针补阔或林分改造途径转化为针阔混交林(人为设计和自我设计综合模式)。

2 低效林改造目标及其指标体系的探讨

大兴安岭寒温带林区不仅是我国生态安全的重要屏障和应对气候变化的重要支撑区，也是我国重要的木材基地，这是大兴安岭寒温带林区低效林改造目标确定的基本指导思想，而恢复生态学理论不仅是大兴安岭寒温带林区低效林改造目标确定的理论基础，也是低效林改造技术措施提出的理论依据。

就大兴安岭寒温带林区而言，低效林改造总体目标是:

(1)维护大兴安岭寒温带林区森林生态系统。

(2)恢复退化的生态系统。

(3)对低效林改造后构建科学的管理模式，控制其演替方向和演替速度，防止再次退化。

(4)促进森林的可持续经营。

上述4个方面的总体目标为低效林改造目标体系的构建提供了基本框架，也为下一层目标的确定提供了依据。在总体目标之下的下一层次目标包括:

(1)林种及其功能目标;

(2)树种及其群落结构目标。

(3)森林生态系统健康目标。

(4)森林生态环境保护目标。

(5)森林可持续经营目标。

(6)其他目标，如特种林目标要求等。

本文只对前4个目标进行探讨，文中的指标是为实现目标而提出的要求。

2．1 林种及其功能目标、指标体系的确定

GB/T 26424-2010《森林资源规划设计调查技术规程》根据林地、疏林地、灌木林地经营目标的不同将我国的森林分为5个林种，23个亚林种［5］，见表 1。

表1 林种分类Tab．1 Forest category classification

大兴安岭寒温带林区森林的林种及其功能有着严格的总体规划要求，其在防护林中以水土保持林和水源涵养林为主，在用材林中以一般用材林为主。大兴安岭寒温带林区低效林改造在林种及其功能目标的确定上，应依据该区域的社会、经济和生态的特性，并符合该林区生态建设的总体规划要求。

为满足低效林改造工程林种及其功能目标，在工程实施过程中规定的指标体系为:

(1)目的树种、保护树种的保护指标。

(2)苗木确认、苗木质量和苗木处理指标。

(3)林地植被保护指标。

(4)对老化、病朽和无培育前途林木的清理指标。

(5)补植密度及补植质量指标。

(6)苗木成活率、群落结构演替评估指标。

(7)提高林木生长环境质量，促进群落结构恢复评估指标。

2．2 树种及其群落结构目标、指标体系的确定

大兴安岭寒温带林区有近10种优势树种，其中以落叶松、白桦和杨树居多，森林植被分为两大类型区，第一类型区是兴安落叶松林，并伴有偃松、杜鹃、草类、泥炭藓和杜香，还有部分白桦和山杨林，其中最多的是兴安落叶松纯林，由于适应立地生长环境的变迁，成为稳定的寒温带明亮针叶林。樟子松、蒙古栎和黑桦及其林分数量很少，次生白桦和山杨及其林分，随着人类破坏出现而增多。北部湿冷区偶见红皮云杉混于落叶松内，多呈零星分布，红皮云杉主要分布在河流两岸及沟谷冷湿地，另外鱼鳞云杉多见于海拔550～1 000 m，坡度20°左右的阴坡或半阴坡上，垂直分布明显。在低海拔大河两岸有甜杨和钻天柳片林及散生林，是寒温林区罕见的阔叶乔木树种。第二类型区是兴安落叶松、蒙古栎林区，针叶林与落叶阔叶林林分并存，或在不同地段交错出现，在岭南的东北方向呈西南带状分布着胡枝子、蒙古栎为主的阔叶林，岭的东西两侧常形成森林与草原或草甸草原交错分布。大面积隐域性沼泽和草甸植被、大面积的森林沼泽是嫩江等主要河流的发源地与水源涵养区［6-8］。

大兴安岭寒温带林区的原生树种和群落结构是确定大兴安岭寒温带森林低效林改造恢复目标的依据，要遵循寒温带森林结构的特性及其演替规律，在引进外来物种或改变群落结构时要有充分的科学依据，并进行科学的论证和试验验证。

在确定树种及其群落结构目标时应关注:

(1)森林结构对森林生态功能的影响。

(2)森林结构对区域环境安全的影响。

(3)森林结构对寒温带森林景观破碎化、生物多样性的影响。

(4)森林结构同天然林保护和森林资源可持续利用的关系。

为满足低效林改造工程树种及其群落结构目标，在工程实施过程中规定的指标体系为:

(1)清林、整地对林地涵养水源、水土流失、土壤养分作用效应评估指标。

(2)伐木、归堆(楞)、集材、造材、运材对涵养水源、水土流失、土壤养分的作用效应评估指标。

(3)补植密度及群落结构演替对森林功能作用效应评估指标［9］。

2．3 森林生态系统健康目标、指标体系的确定

大兴安岭寒温带林区的森林健康目标、指标，主要考虑病虫害、鼠害的发生及危害的控制，火灾、洪灾、旱灾、冻害等与森林有关的灾害危险和控制，水土资源保持控制，生物多样性控制等。

大兴安岭寒温带林区是冷湿缘地貌强烈发育区，侵蚀主要为寒冻风化、冻层侵蚀和雪融。大兴安岭寒温带林区是我国森林火灾严重的林区之一，由于干旱、风大，每年春天是火灾发生的危险季节，森林火灾对森林的破坏很大。

生物多样性、群落结构、功能和非生物因子(生态环境)是相互影响、相互作用的。大兴安岭寒温带林区的气候、永冻层、生长季节长度，以及土壤状态和土壤肥力等非生物因素等微生物系统形成了大兴安岭寒温带林区独特的生物多样性，在低效林改造工程实施过程中能否保护好生物多样性，直接关系到森林的稳定和健康。［10］因此，在低效林改造工程实施过程中要保护好黑熊、鹿、麝等重点野生动物及其栖息地，保护好山地樟子松、黄蘖、水曲柳等珍稀濒危植物，保护好寒温带针叶林生态系统。

为满足低效林改造工程森林生态系统健康目标，在工程实施过程中规定的指标体系为:

(1)病虫害、鼠害、火灾、冻害、风害、污染等灾害恢复和控制指标。

(2)清林、整地及整地方位对林地水土资源保持控制指标和生物多样性保护指标。

(3)效应带开拓，保留带抚育对林地水土资源保持控制指标和生物多样性保护指标。

(4)伐木、归堆(楞)、集材、运材对生物多样性保护指标。

(5)补植树种、树种引进、补植密度对生物多样性保护指标。