北京地區(qū)森林經(jīng)營的近自然評價

北京地區(qū)森林經(jīng)營的近自然評價

自引入貼近自然森林管理理論和技術(shù)以來，中國逐步建立了相關(guān)工作和實踐。同時，引入了靠近自然的概念。這一理論和實踐密切相關(guān)。近林管理體系的核心內(nèi)容和技術(shù)之一是森林替代法及其替代階段的劃分。森林演替規(guī)律是森林發(fā)展的自然進程,近自然度是人們對森林演替規(guī)律及其發(fā)展階段的理解和把握,正確地理解近自然度與合理地劃分森林演替的發(fā)展階段,成為掌握和成功實現(xiàn)近自然森林經(jīng)營基本技術(shù)的關(guān)鍵。林分近自然度(NatureClosenessofVegetationComposition)是真實植被構(gòu)成與同一地區(qū)原始植被或發(fā)生學(xué)所表現(xiàn)的潛在植被構(gòu)成比較而做出的評價。潛在植被的概念和調(diào)查在這里起著重要的作用。一個特定地段的植被構(gòu)成包括具體林分的當(dāng)前植被構(gòu)成和潛在植被構(gòu)成兩方面。由當(dāng)前群落生境和生態(tài)狀況決定的物種組成、指示性物種、生態(tài)關(guān)鍵物種、珍稀物種的種類、比例、分布狀態(tài)等雖然表現(xiàn)了森林植被的基本情況,但卻不能說明就是這個地段可能的和應(yīng)有的植被構(gòu)成,即潛在植被構(gòu)成11.1間結(jié)構(gòu)和異齡林“近自然森林”是指主要由鄉(xiāng)土樹種組成且具有多樹種混交、多層次空間結(jié)構(gòu)和異齡林時間結(jié)構(gòu)特征的森林。森林近自然度(naturalcloseness)是一個評價在特定自然條件下森林狀態(tài)的可廣泛應(yīng)用的指標(biāo),包括土壤、植被構(gòu)成、森林演替和林分年齡結(jié)構(gòu)等方面1.2自然地形的設(shè)計在同齡林經(jīng)營體系中,小班是計劃和設(shè)計的基本單元,在近自然森林經(jīng)營體系中,占據(jù)一定空間的植物群落是計劃和設(shè)計的基本單元,而各個單元經(jīng)營措施的設(shè)計是與其“近自然度”的評定密切相關(guān)的。近自然度是根據(jù)外業(yè)調(diào)查中對具體地段上的不同植物群落的空間位置、物種組成、立地條件、演替階段等因素的記錄綜合評定的。借鑒德國的近自然度評價指標(biāo)22.1半城帶-霧靈山示范區(qū)近自然森林經(jīng)營試點在中德合作密云水庫水源林保護和經(jīng)營項目區(qū),在此區(qū)域選擇了3個森林類型的不同區(qū)域作為示范區(qū)(圖2a),位于東經(jīng)116°40′23″～117°29′43″、北緯40°19′12″～40°47′53″。其中,半城子示范區(qū)以油松純林、天然櫟類混交林和人工側(cè)柏純林建立示范經(jīng)營模式的森林類型;霧靈山示范區(qū)以人工落葉松純林和天然闊葉混交林為示范林型;二道河示范區(qū)以人工營造的側(cè)柏、楊樹和櫟類等闊葉混交幼齡林為主要林型。示范區(qū)面積150～200hm霧靈山華北落葉松林地處高海拔地帶,是以華北落葉松(2.2調(diào)查方法和樣地調(diào)查野外調(diào)查:經(jīng)營計劃調(diào)查針對全示范區(qū)進行,通過現(xiàn)地踏查了解示范區(qū)的天然植被構(gòu)成情況,特別是天然優(yōu)勢樹種和立地條件指示性植物,形成一個簡要實用的植物名錄。同時通過沿著提前設(shè)計的路線調(diào)查來估計不同地域上現(xiàn)有植物群落的類型及空間布局情況,并在外業(yè)工作手圖上勾繪出各個群落的具體分布位置。記錄的項目有各個群落的立地條件、建群物種、起源、演替階段、生長狀況,最后進行近自然度指標(biāo)評價。林分作業(yè)設(shè)計樣地調(diào)查:針對示范區(qū)內(nèi)的主要林分類型進行,樣地面積一般為50m×50m;對樣地內(nèi)的所有胸徑大于5cm的林木編號并進行每木檢尺等常規(guī)調(diào)查項目記錄。隨后由參加調(diào)查的人員按目標(biāo)樹經(jīng)營體系中林木分類的原則獨立地對樣地林木進行分類并選擇出目標(biāo)樹,經(jīng)統(tǒng)計匯總和綜合評價確定出林分的目標(biāo)樹、干擾樹等各類林木,并在每株林木上做出標(biāo)記。2.3群落調(diào)查和分析參照對象的選擇:一個地區(qū)近自然森林經(jīng)營的理想?yún)⒄諏ο笫峭粋€地理區(qū)域的原始森林,但是目前很多地區(qū)已經(jīng)難以找到真正的原始森林,所以根據(jù)條件的不同,選擇的參照對象可以是原始林、受過干擾的天然林或經(jīng)營時間較長而有自我更新能力的人工林,本研究選擇地帶性植被類型作為參照。經(jīng)營結(jié)構(gòu)和保護過程:物種和結(jié)構(gòu)多樣性是森林生態(tài)系統(tǒng)中的所有物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)移和循環(huán)的基礎(chǔ),對一個特定的生態(tài)系統(tǒng)來說,盡可能高的遺傳多樣性才是保持系統(tǒng)長期穩(wěn)定的基礎(chǔ)。而自然的多樣性很大程度上是由于演替進程的變動而產(chǎn)生的,所以過程保護的目標(biāo)就是保護不同森林群落的典型、隨機和多變量的鑲嵌演替過程及相應(yīng)的發(fā)生物種,使其不因采伐利用木材而受到影響參考性森林植被調(diào)查和分析:針對一個特定地區(qū)的植被情況進行的調(diào)查(包括歷史的、當(dāng)前的、指示性的、潛在的植物群落構(gòu)成方面),其主要目的是為了了解群落生態(tài)狀況、指示性物種、當(dāng)前森林植被的主要成分及自然發(fā)展趨勢和潛在穩(wěn)定群落的目標(biāo)樹種等對近自然經(jīng)營有直接參考意義的信息。參考性植被調(diào)查的結(jié)果首先用描述性文字和表格形式記錄,重要的數(shù)據(jù)結(jié)合其它數(shù)據(jù)在群落生境圖(近自然經(jīng)營的實用工具)中表達出來。自然群落估計:在全面的群落構(gòu)成及近自然特征調(diào)查和分析的基礎(chǔ)上,對自然森林群落或植被做出估計(表2)。對象區(qū)域越大,需要調(diào)查分析的情況就越復(fù)雜,只有知道在特定立地上按照自然演替的過程中沒有人為干擾狀況下應(yīng)該出現(xiàn)什么森林植被,才能確定當(dāng)前植被是否適應(yīng)該立地條件。按照Braun-Blanquet(1962)的觀點,自然森林群落的確定是在植物學(xué)調(diào)查基礎(chǔ)上做出的一種估計,并結(jié)合北京地區(qū)的實際情況,制定了如下的自然森林群落分級(表3)。自然森林植被是森林生態(tài)系統(tǒng)變化過程的指示性群落,其變化是受多因素影響的。其中有隨機的成分,但它是立地條件和區(qū)域特征植被譜系的表達。主要影響因素是生物量豐富的演替階段,而最重要的指標(biāo)是群落中的頂級成分、附屬成分及先鋒成分的組成比例參考性森林土壤調(diào)查和分析:區(qū)別于土壤學(xué)中的全面調(diào)查,近自然經(jīng)營的土壤調(diào)查應(yīng)該抓住那些能很好反映土壤肥沃程度、穩(wěn)定性較高、易于調(diào)查和測定的因子。其中土壤剖面結(jié)構(gòu)、腐殖質(zhì)含量、土壤酸堿度(pH值)、主要養(yǎng)分元素的全量和速效量4個指標(biāo)是既能反映經(jīng)營森林的土壤狀態(tài)且易于調(diào)查和測量的主要技術(shù)指標(biāo)。演替階段:對森林的演替階段有著不同的劃分。從指導(dǎo)北京地區(qū)森林撫育經(jīng)營的科學(xué)性和可操作性考慮,筆者認(rèn)為劃分為以下5個演替和經(jīng)營階段是科學(xué)而可行的體系。①森林建群階段,即人工林造林到郁閉或天然林先鋒群落發(fā)生和更新的階段;②競爭生長階段,即所有林木個體在互利互助的競爭關(guān)系下開始高生長而導(dǎo)致主林層高度快速增長的階段;③質(zhì)量選擇階段,林木個體競爭關(guān)系轉(zhuǎn)化為相互排斥為主,林木出現(xiàn)顯著分化,樹木高度差異顯著,生活力強的樹木占據(jù)林冠的主林層,優(yōu)勢木和被壓木可以明顯的識別出來,優(yōu)良的目標(biāo)樹也可以明顯地標(biāo)記出來,典型的耐蔭(頂極)群落樹種出現(xiàn)大量天然更新;④近自然森林階段,樹高差異變化表現(xiàn)出停止趨勢,天然更新起源的耐蔭樹種林木進入主林層,林分表現(xiàn)出先鋒樹種和頂極群落樹種交替(混交)的特征,這一階段正是生態(tài)林業(yè)經(jīng)營的目標(biāo)森林狀態(tài);⑤恒續(xù)林階段,林分擁有許多不同層次的林木,樹木的直徑分布范圍很寬,即存在1～100cm胸高直徑的林木,主林層由地帶性樹種和(或)立地適應(yīng)的引進樹種組成,林分空間范圍增大并普遍存在林隙,已形成良好的垂直結(jié)構(gòu),處于競爭生長或質(zhì)量選擇階段的林木群團狀地充滿較小的林隙空間內(nèi)。33.1不同網(wǎng)格區(qū)域的植物群落空間布局根據(jù)土壤、植被構(gòu)成、森林演替和林分年齡結(jié)構(gòu)等方面的綜合分析,可對相應(yīng)林分的近自然度做出評價在圖3的基礎(chǔ)上,借助GIS平臺,將近自然度評價結(jié)果用群落生境圖表示出來,如圖4a所示,進而根據(jù)不同的近自然度等級,規(guī)劃設(shè)計不同的林分經(jīng)營措施(圖4b)。圖4中粗線為小班區(qū)劃界線。圖4a的不同網(wǎng)格區(qū)域表示小班中處于不同近自然度的植物群落空間布局情況,結(jié)合群落立地環(huán)境和演替階段的空間布局,即可順其自然地做出針對具體空間地塊的經(jīng)營措施計劃圖。例如圖中的11小班,在原有的經(jīng)營計劃中是側(cè)柏中齡林撫育管護類型,而按近自然經(jīng)營的原則該小班可區(qū)劃出4種植物群落類型,中下部的側(cè)柏人工林的近自然度為6級(側(cè)柏雖然是本區(qū)域的鄉(xiāng)土樹種但該小班的立地不適宜其生長),需要經(jīng)調(diào)整改造加入其他鄉(xiāng)土樹種成分,但目前側(cè)柏林分還未達到撫育擇伐的年齡,故圖4b中列為撫育管護類型;左上部分處于3p級近自然度的油松人工林需要進行撫育擇伐以促進其向松櫟混交林過渡;中上部處于5s近自然度的先鋒種天然闊葉林處于灌木向喬林過渡階段,可采取補植或封育的經(jīng)營措施;而上部天然更新并處于先鋒向頂級群落過渡的林分則在20a內(nèi)不再需人為干預(yù),使其有一個質(zhì)量生長的時期后方可計劃擇伐利用?？梢娫诮匀唤?jīng)營的調(diào)查和分析基礎(chǔ)上,經(jīng)營措施的制定也就是一個順其自然的過程。3.2林分類型和目標(biāo)樹選擇根據(jù)近自然度的評價結(jié)果,完成了圖4所示的3個不同示范區(qū)內(nèi)的華北落葉松純林、優(yōu)勢種不明顯的天然闊葉林、油松純林、櫟類混交林4個主要林分類型的標(biāo)準(zhǔn)地調(diào)查和目標(biāo)樹林分施業(yè)體系的現(xiàn)地設(shè)計。在此以半城子示范區(qū)7小班的櫟類混交林?jǐn)?shù)據(jù)為例說明設(shè)計結(jié)果。圖5所示的倒“J”形株數(shù)-直徑分布曲線反映出該櫟類混交林分為異齡林結(jié)構(gòu),但缺少大徑級林木且7、9cm徑階株數(shù)偏低,表4中林分的每公頃活立木蓄積量只有76m作為技術(shù)訓(xùn)練的例子,在標(biāo)準(zhǔn)地中的林木編號后首先執(zhí)行的是林木分類標(biāo)記。表5是半城子示范區(qū)櫟類混交林(槲樹和槲櫟)林分樣地林木分類標(biāo)記和作業(yè)設(shè)計的結(jié)果。其中用于目標(biāo)樹、干擾樹、特殊目標(biāo)選擇的林分密度分別為53、47、27株/hm目標(biāo)樹的選擇指標(biāo)有生活力、干材質(zhì)量、林木起源、損傷情況及林木年齡等方面,具體標(biāo)準(zhǔn)可因不同的樹種和林分而不同。表7所示的3類林木在現(xiàn)地按其編號標(biāo)記后,即可進行第1次撫育擇伐作業(yè),按編號伐除被列為“干擾樹”的林木,以促進目標(biāo)樹的生長和激發(fā)林下天然更新的機制。該林分作為本地區(qū)頂級結(jié)構(gòu)的林分類型,林木生長量較高,調(diào)查中測量的胸徑在20～24cm的林木其平均胸徑年生長量為0.8～1.0cm,所以在未來采用正向撫育擇伐目標(biāo)樹經(jīng)營體系作業(yè),這類林分的蓄積量至少還可提高1倍以上。4實用技術(shù)參數(shù)在保持森林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能穩(wěn)定的基礎(chǔ)上,近自然森林經(jīng)營具有投入成本低、抗災(zāi)害能力強的特征,保證了林業(yè)投資效果,沒有生態(tài)風(fēng)險和災(zāi)難后果,使在同一空間的森林同時實現(xiàn)經(jīng)濟、生態(tài)和社會效益,其整體經(jīng)營的總生產(chǎn)力和經(jīng)濟效果高于同齡林人工林經(jīng)營體系。人工林經(jīng)營以強調(diào)人為設(shè)計和控制的輪伐期技術(shù)機制為基本特征,而近自然經(jīng)營是以原始森林的結(jié)構(gòu)和動態(tài)為參照對象的比較分析和應(yīng)用為主要特征,實用技術(shù)參數(shù)包括森林的近自然度、多樣性、森林結(jié)構(gòu)、森林產(chǎn)品、立地條件和環(huán)境相關(guān)的參數(shù)等,其實用工具包括了經(jīng)營及作業(yè)設(shè)計調(diào)查技術(shù)、群落生境制圖及經(jīng)營計劃技術(shù)、目標(biāo)樹單株木林分施業(yè)體系、人工林近自然化改造技術(shù)和森林動態(tài)監(jiān)測評價技術(shù)等方面,這在上述的研究內(nèi)容中得到了充分的體現(xiàn)。針對北京密云縣霧靈山、半城子、二道河3個示范區(qū),在群落生境圖技術(shù)支持下的近自然經(jīng)營計劃是以具體的森林生態(tài)系統(tǒng)(植物群落)為基本單元,注重現(xiàn)地數(shù)據(jù)調(diào)查、演替階段分析和近自然度評價,與具體立地環(huán)境中自然穩(wěn)定的頂級群落為參照目標(biāo)計劃和設(shè)計森林經(jīng)營過程和措施的科學(xué)方法,其應(yīng)用可節(jié)約至少30%的造林