我国森林天然更新及人工促进天然更新的现状与展望

程中倩，吴水荣*，刘世荣

(1.中国林业科学研究院 林业科技信息研究所，北京 100091；2.中国林业科学研究院 森林生态环境与保护研究所，北京 100091)

森林更新是影响森林生态系统分布格局和演替的重要领域之一，下层更新的结构和动态制约着着主林层的结构、生长动态和稳定性，也影响着持续发挥森林的生态、经济与社会效益。森林更新可概括为天然更新、人工更新和人工促进天然更新三大类。很多林业发达国家都非常重视森林更新问题，要求森林采伐后立即进行造林更新，而且特别重视采取天然更新手段，例如在德国，天然更新率占总更新面积的56%。从我国来看，人工植苗和飞播造林在我国林业发展中发挥了重要作用，人工促进天然更新往往与其他造林活动结合使用。尽管人工促进更新具有经济和生态价值高的优势，但在我国的推广并不普遍。本文在回顾我国林分更新发展历史的基础上，分析天然更新在我国的机遇与挑战，并对未来前景进行展望，以推进天然更新和人工促进天然更新在我国林业工程和规划中的广泛应用。

1 我国森林更新整体目标

全球森林退化持续加剧，森林面积、特别是天然林面积持续降低，从1990年的41.28亿公顷减少为2015年的39.99亿hm2，下降了3%，2015年全球森林覆盖率29.73%[1]。其中，天然林从1990年的39.61亿hm2减少至2015年的37.21亿hm2，占森林总面积的比重从62.67%缩减至59.88%。在森林不断减少的同时，通过废弃农田地等人工造林的方式不断扩张森林面积，抵消了一部分森林损失，全球人工林面积占全球森林总面积的比重由4.1%增加至7.0%，其中，引进外来树种造林占人工林总面积的18%～19%[2]。

加速植被恢复是全世界林业发展的目标之一。我国从林业工程、政策法规到科学研究等方面均以发挥森林多功能服务为根本目标，林业发展战略从仅关注木材生产数量向提高木材质量、注重生态系统保护转变，充分发挥森林的多重服务价值。从1978年林业六大工程实施时起，我国采取多种新型技术加速造林进程和改善生态环境。首先，六大林业工程覆盖了全国97%的区县，计划造林6 000万hm2，11个省份的685个区县和24个国家自然保护区设定为试点项目，覆盖了1 333万hm2防护林和特用林。我国林业发展“十三五”规划中明确了主要目标：到2020年，森林蓄积量增加14亿m3，全国造林面积7 333万hm2，其中新造林面积增加2 333万hm2，人工植苗、封山育林、飞播造林和其他人工促进天然更新等退化林改造面积1 000万hm2，中幼林抚育面积4 000万hm2。

2 我国森林更新发展的历程

自1949年建国以来，我国林业发展实践经历了采伐利用、限制采伐和森林恢复3个阶段，森林培育措施与森林更新也表现出不同的特点(图1)。

第一阶段：20世纪50-70年代，我国营林目的为木材采伐利用，结合我国第一、二次森林资源清查数据来看，1973-1981年间，天然林面积减少139万hm2，蓄积减少6亿m3；人工林面积减少829万hm2，而蓄积量增加1.09亿m3，表明此阶段我国森林经营管理以增加木材产量和皆伐后的人工更新为主，本阶段人工造林面积共计9 039万hm2，飞播造林面积913万hm2，人工再造林面积708万hm2。

第二阶段：20世纪80-90年代末，我国开始重视生态建设，将木材生产与生态环境改善放置于同等重要的地位。此阶段，我国开始进行大规模的造林和以保护生态系统为准则的水土保持工程，保护环境的同时增加森林资源。本阶段，以增加生产力、保护生物多样性和水土保持为目的的人工造林面积8 965万hm2，飞播造林面积1 538万hm2，人工再造林面积1 186万hm2，以促进天然更新为目的的中幼林抚育面积2 369万hm2。

第三阶段：从90年代末至今，我国林业注重景观和区域层面的可持续森林经营及生态系统管理，强调森林在生物多样性、水文循环、气候变化中的重要性，并且近自然经营和人工促进天然更新理念已贯入到森林经营实践中，本阶段，实现人工造林7 766万hm2，飞播造林733万hm2，人工再造林面积808万hm2，新增封山育林面积1 545万hm2，中幼林抚育面积11 074万hm2。

1949-2015这60多年里，我国森林更新目的由单纯地只重视木材应用，以人工造林为主；到中期逐步意识到保护生物多样性、增加森林资源，开始采用飞播造林、中幼林抚育等措施，借助自然力，促进天然更新，达到省时、省力、高效的目的；而当今，我国林业强调近自然育林管理，实施了封山育林工程，更新再造林、飞播造林和中幼林抚育面积增加， 而人工植苗造林面积减少，说明我国森林更新已从以往的人工更新为主的阶段过渡至人工促进天然更新为主的时期。

图1 1949-2015年我国不同森林经营措施与森林更新面积变化趋势(资料来源：中国林业统计年鉴 2016)[3]Fig.1 The change of different forest management activities and forest renewal area in China from 1949 to 2015(Sources: China forestry statistical yearbook, 2016)[3]

3 天然更新的效果分析

自然条件下，树木实现成功天然更新必须具备四个要素：种源、传播和萌发幼苗以及适合幼苗生长发育的生境[4]。森林更新受到外界环境、自然干扰、人为干扰、树种特性、树种对干扰的响应等因素及其相互作用的影响[5]。现阶段，我国已有83个树种可进行天然更新或人工促进天然更新，其中以松、柏、杉等30种裸子植物为主，占36.1%，其次为栎类和杨柳科树种。天然更新形成的沙地云杉、冷杉、长白落叶松、兴安落叶松、马尾松、侧柏、栓皮栎、梭梭、水曲柳、黄菠萝等均已形成了大面积的人工纯林[6]。自然环境条件是影响天然更新的因素之一。张恰咛等[7]对比了不同坡向对沙棘(Hippophaerhamnoides)更新率的影响，结果表明阴坡和半阴坡适宜沙棘更新。土壤含水率和凋落物厚度对华山松(Pinusarmandii)幼苗更新数量起主要负向作用，光照强度和灌草层盖度起正向作用[8]。林分类型影响林内更新的成活率及生长，蒙古栎次生林的林内环境有利于红松天然更新幼苗生长，红松(Pinuskoraiensis)人工林缺乏大龄更新苗木，林内环境条件是导致红松天然更新幼苗生长缓慢、长势弱甚至死亡的原因[4]。

火灾、干旱等干扰后对林木更新的影响，也是学者的研究重点。Miao 等[9]在青藏高原东部的红桦 (Betulaalbosinensis) -岷江冷杉 (Abiesfaxoniana) 次生林中研究发现，在经历高强度干扰后，残存老树可促进天然更新，加速植被恢复，提高生物多样性，建议在今后开展森林采伐活动时，人为保留适当数量的老树，可减少高强度采伐对森林生态系统和服务造成的负面影响，同时保留老树可短期提供经济价值，为野生动物提供生境，保证了水土保持、养分循环和生物多样性等多项生态系统功能，同时提高了生态系统天然更新能力。解伏菊等[10]对比了天然更新、人工促进天然更新和人工更新，对1987年大兴安岭北坡特大森林火灾后植被恢复的影响，结果表明阔叶林和混交林的天然更新和人工促进天然更新能力较针叶林好，特别是在轻度火灾干扰地区，阔叶树仍可保留较高的天然更新能力。蔡文华等[11]研究了火烧迹地的立地条件、火灾前林分类型、火干扰特征对火灾后生态系统结构、功能和演替轨迹的影响，结果表明，立地条件和海拔对森林更新的影响大；中度林火干扰后森林更新状况好于轻度和重度火烧迹地；火灾前若林分为针叶树或阔叶树纯林时，火灾后的林分类型与火灾前相同，若为混交林，则火灾后林分类型为早期演替树种。

我国《森林法》中明确规定了成熟的用材林在采伐的当年或者次年内完成更新造林，很多学者就采伐方式对伐后更新效果的影响做了大量研究[8, 12～15]。油松带状采伐并补植刺槐、山杏等阔叶树后，无论是油松保留带还是阔叶树带内，油松天然更新均比较好[12]。一般来说，大强度抚育后，更新层林木趋向均匀分布；小强度抚育后，则呈聚集分布[13]。刘建科等[14]比较了15%、25%、35%株树间伐强度对小陇山林区油松(Pinustabulaeformis)人工林天然更新的影响，结果表明间伐1年后幼苗天然更新数量成倍增加。特别是在低密度林分下，天然更新幼苗数量较高密度林分高，进行疏伐后，更有利于幼苗地径和树高生长[15]。华山松幼苗更新数量和种群更新潜力随着间伐强度增大而增大，采取抚育间伐结合清理林下凋落物的方式，可为幼苗定居和生长发育提供较好的环境条件，利于种群更新潜力的提升[8]。

由于大多数栎类种实无休眠期，其人工植苗效果欠佳，大多数栎类更新以天然更新或人工促进天然更新为主，统计指出有11种壳斗科乔木可进行天然更新，占我国已报到可进行天然更新或人工促进天然更新树种的13.3%[6]。伐前更新是辽东栎的重要更新方式之一，在近自然经营方式下，采取13.4%的间伐强度有利于辽东栎实生苗天然更新与生长[16]。徐鹤忠等[17]对比了经营择伐、二次间伐和皆伐对兴安落叶松天然更新的影响，结果表明，经营择伐林分有效天然更新株数最多，为1 241株·hm-2，二次间伐有效天然更新株树为717株·hm-2，皆伐有效天然更新株树为83株·hm-2，兴安落叶松更新能力受温度和光照的制约。若采取经营择伐，则天然更新受郁闭度的影响；若采取二次间伐和皆伐，则天然更新受地表草本植物的影响。

研究发现，良好的营林措施可促进林内天然更新，但幼苗的保存率较低。王文俊等[18]研究发现云南松(Pinusyunnanensis)2012-2015年间，最大更新密度为12 000～211 600 株·公顷-1·年-1，而1年生苗的存活率仅为13.8%～22.0%，保存率急剧降低。3年生更新苗保存率趋于稳定，但成活率降低至5%，并在小尺度空间范围内呈不均匀的小群丛状分布。张小鹏等[8]同样发现华山松幼苗向幼树生长过渡时，死亡率高，存在明显障碍现象，林下光照不足是制约华山松完成天然更新的重要原因。因此，如何提高天然更新幼苗保存率的问题，是学者今后研究的重要方之一。

4 我国人工促进天然更新进展

我国人工促进天然更新可分为狭义人工促进天然更新和广义人工促进天然更新。其中，狭义人工促进天然更新主要应用在有天然下种能力，但缺少必要天然更新条件的采伐迹地上，措施如更新前的土壤改良。广义人工促进天然是指通过人工播种、抚育和其他措施的更新和造林，通常应用在荒山、废弃用地、沙荒地、采伐迹地、生态价值高的河岸、风蚀严重的沙地等，其目的是建立植被恢复以保护土地[19]。

与美国、芬兰、德国、俄罗斯、巴西和新西兰森林资源丰富国家相比，我国1990-2010年间，人工森林扩张面积显著高于其他国家，甚至高于比我国国土面积大的俄罗斯和与我国国土面积相近的美国，且森林天然扩张比例大(表1; FAO, 2015)。而我国再造林面积比美国和俄罗斯小，与巴西相近，表明了我国天然林禁止采伐的成效。其中我国以人工再造林为主，而美国天然再造林比例大，巴西几乎全部是天然再造林。说明了我国伐后森林更新仍以人工更新为主，其中，封山育林占我国人工造林更新面积的一半。在天然下种能力良好的立地，实施多年“封山”可为天然下种提供空间是人工促进天然更新的一种方式。在天然下种和天然更新困难的立地上，封山育林与飞播相结合。在可及度低但更新能力强的立地，常采用飞播结合封山育林，增加造林成活率[19,20]。因此，只要掌握合理的天然更新树种和方法，人工促进天然更新的潜力巨大。

从长远角度来看，人工促进天然更新在林业工程实施中有着重要地位。与传统的植苗造林相比，人工促进天然更新可更为有效地将加速退化林地向高产林地的转化，其方式更为灵活，并保证了木材生产、生物多样性恢复、非木质林产品及经济林等的森林的多功能价值[21]。尽管人工促进天然更新有实用、高效等优势，但由于无科学研究明确表明其高效性，制约了其应用。尤其是关于既定树种和土壤条件下，人工促进天然更新的潜力研究较少。应用时常受5个方面制约[18]：1)大多数封山造林或飞播结合封山造林的林种是防护林，经济价值低，当地实施封山造林的主动性低；2)前期森林更新投资金额较少或执行时间较短，难以保证造林成活率；3)缺少评价林分建立标准和森林更新的经济生态效益的量化技术体系；4)由于缺少抚育资金，在应用飞播结合封山育林时，林分密度过大且质量较低；5)采取飞播造林时，立地可及度低且质量差，需要更先进、实用的技术以提高造林质量。由于对人工植苗和直播的经验较多，且靠自然力下种、更新和发育的自然演替进程较慢，天然更新种子萌发质量不高[7]，由于我国中幼龄林占我国森林面积的65%，且质量差，每公顷年均生长量仅为4.23 m3，平均胸径为13.6 cm。为了加速造林进程，人工更新仍在造林与再造林中作为目的树种营林和获取种源的主要更新手段。2003-2013年间，我国主要造林树种以速生树种为主，这10年间，桉树面积增长了4.4倍，杨树面积占42%，栎类面积减小至11%，其他软木面积为18%，其他硬木面积为64%(图2)。

表1 7个国家1990-2010年森林扩张和再造林面积(FAO, 2015)Table 1 The Forest expansion and Reforestation area in seven countries from 1990 to 2010

图2 2003-2013年主要树种面积变化Fig.2 The afforestation area of the major tree species from 2003 to 2013

5 我国天然更新及人工促进天然更新展望

现阶段，我国森林更新仍以人工更新为主，伴有人工促进天然更新。由于天然更新受种源、生境异质性、地表枯落物、群落差异性、人为干扰等多方面影响[9]，常出现更新分布不均、更新数量严重不足等现象[13]，且天然更新的保存率较低。相比其他林业发达国家，我国关于森林天然更新的研究主要集中在既定树种如何通过人力合理加速树种天然更新的相关经验和研究较少，当前研究以定性描述更新现象为主，制约了人工促进天然更新在我国造林工程中的广泛应用与推广，今后应深化天然更新的机制、机理和定量与模型模拟研究[5]。

而我国对于天然更新的观念，已由过去的仅在荒山荒地，人不所及，或封山育林的地方进行，到现在转变为有明确多功能目的、通过人为辅助的更新方式。我国设定的应对气候变化目标为到2030年，我国森林蓄积较2005年增加45亿m3。同时我国林业发展战略提升至通过合理的森林经营，精准提高森林质量，将中幼龄林抚育、天然更新和人工促进天然更新取代过去的仅依靠人工更新和造林。从培育单一树种、以生产木材为主的森林向短期生物量生产、长期高价值木材生产为主的多功能森林转变；从培育单树种纯林向林下人工促进天然更新的混交林转变。人工促进天然更新可充分利用自然力，遵循生态演替规律，加速天然演替，增加生物多样性，提高森林抗性、保持生态系统稳定性和充分发挥生态系统功能与服务。