李　湃，李應(yīng)珍，楊雪峰，樊冬溫

(1.國(guó)家林業(yè)局哈爾濱林業(yè)機(jī)械研究所，哈爾濱 150086；2.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院森林工程研究中心，哈爾濱 150086)

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大興安嶺林區(qū)低效林補(bǔ)植改造生態(tài)效應(yīng)分析

李湃1，2，李應(yīng)珍1，2，楊雪峰1，2，樊冬溫1，2

(1.國(guó)家林業(yè)局哈爾濱林業(yè)機(jī)械研究所，哈爾濱 150086；2.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院森林工程研究中心，哈爾濱 150086)

摘要：本文采用系統(tǒng)工程分析方法對(duì)大興安嶺林區(qū)低效林補(bǔ)植改造工程的生態(tài)效應(yīng)進(jìn)行了分析，從清林作業(yè)、整地作業(yè)和補(bǔ)植作業(yè)3個(gè)方面著手，提出了3個(gè)作業(yè)過(guò)程的輸入、轉(zhuǎn)化以及輸出技術(shù)要求，并依次分析了三個(gè)作業(yè)過(guò)程對(duì)作業(yè)區(qū)生態(tài)效應(yīng)的影響，體現(xiàn)了補(bǔ)植改造工程的系統(tǒng)性和完整性，為保持和提高大興安嶺林區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)的整體功能與效益提供理論支撐。

關(guān)鍵詞：低效林；補(bǔ)植改造；生態(tài)效應(yīng)；大興安嶺林區(qū)

0引言

低效林又稱為低質(zhì)林或低產(chǎn)林，是指受人為因素的直接作用或誘導(dǎo)自然因素的影響，森林生態(tài)功能、林產(chǎn)品產(chǎn)量或生物量顯著低于同類立地條件下相同林分平均水平的林分。低效林是一種病態(tài)的生態(tài)系統(tǒng)，具體表現(xiàn)為森林群落結(jié)構(gòu)失調(diào)、系統(tǒng)功能退化或喪失、林木生長(zhǎng)發(fā)育衰竭、森林生產(chǎn)力下降、森林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性和抗逆性下降、生物多樣性下降等[1-4]。大興安嶺林區(qū)是我國(guó)主要的寒溫帶林區(qū)，但上世紀(jì)至今經(jīng)歷過(guò)多次森林火災(zāi)、破壞性皆伐以及因經(jīng)營(yíng)管理不當(dāng)?shù)茸匀?、人為干擾導(dǎo)致林分生態(tài)系統(tǒng)功能整體退化[5-8]，形成了具有我國(guó)寒溫帶特征的大興安嶺低效林。

大興安嶺林區(qū)低效林改造就是在森林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)理念的指導(dǎo)下，根據(jù)區(qū)域的立地條件和群落結(jié)構(gòu)，通過(guò)改善林分生長(zhǎng)環(huán)境、改變林分結(jié)構(gòu)或更替樹種，逐步恢復(fù)和增強(qiáng)森林的主體功能。低效林改造方式主要包括：補(bǔ)植、封育、更替、撫育、調(diào)整、復(fù)壯、效應(yīng)帶改造和綜合改造等。其中，補(bǔ)植是大興安嶺林區(qū)低效林改造的主要方式。不同的改造方式對(duì)大興安嶺林區(qū)低效林的林地土壤理化性質(zhì)[9]、土壤碳通量[10]、生物多樣性[11]和枯落物特性等會(huì)產(chǎn)生不同的影響。本文采用系統(tǒng)工程分析方法，僅對(duì)大興安嶺林區(qū)低效林補(bǔ)植改造的生態(tài)效應(yīng)進(jìn)行分析。

1大興安嶺林區(qū)低效林的類型和改造對(duì)象

在LY/T 1690-2007《低效林改造技術(shù)規(guī)程》中，根據(jù)經(jīng)營(yíng)目標(biāo)的不同，低效林可分為低效防護(hù)林和低質(zhì)低產(chǎn)林。根據(jù)林分起源的不同，低效林可分為低效次生林和低效人工林，其中，低效次生林包括殘次林、劣質(zhì)林和低效灌木林，低效人工林包括低效純林、樹種(種源)不適林、病蟲危害林、經(jīng)營(yíng)不當(dāng)林和衰退過(guò)熟林[12]，如圖1所示。大興安嶺林區(qū)低效林的類型涵蓋了LY/T 1690-2007《低效林改造技術(shù)規(guī)程》中劃分的低效林類型。

圖1　低效林類型Fig.1 Categories of low function forests

大興安嶺林區(qū)的低效林改造對(duì)象主要為：①林相殘破、質(zhì)量低下、目的樹種較少、分布不均，林下更新不良，林分結(jié)構(gòu)單一，郁閉度0.5以下的中幼齡林；②公頃蓄積達(dá)不到該地區(qū)同齡級(jí)平均公頃蓄積50%的林木；③平均胸徑達(dá)不到該地區(qū)同齡級(jí)平均胸徑60%的林木。

從保護(hù)森林資源和生態(tài)環(huán)境的角度出發(fā)，以下林分不宜作為大興安嶺林區(qū)的低效林改造對(duì)象：①在無(wú)任何外來(lái)因素的影響下，僅因立地條件因素形成的質(zhì)量低下的林分；②對(duì)于生態(tài)地位重要需特殊保護(hù)的一級(jí)國(guó)家級(jí)公益林；③坡度大于25°的容易加劇水土流失、土地退化或植被恢復(fù)困難的林分。

2大興安嶺林區(qū)低效林補(bǔ)植改造效應(yīng)分析

根據(jù)林地目的樹種的分布狀況、樹種生物學(xué)特性、林種功能、樹種結(jié)構(gòu)、齡級(jí)結(jié)構(gòu)和林分內(nèi)的林隙大小等，可采用不同的補(bǔ)植方法[13]。

(1)全面補(bǔ)植：對(duì)林隙面積較小，且分布相對(duì)均勻的低效林，采取全面植苗或直播的方法進(jìn)行全面補(bǔ)植。

(2)局部(團(tuán)塊狀)補(bǔ)植：對(duì)林隙面積較大、形狀各異，且分布極不均勻的低效林，采取植苗或直播的方法進(jìn)行局部補(bǔ)植。

補(bǔ)植適宜樹種的選擇要堅(jiān)持因地制宜、適地適樹的原則，選擇I級(jí)以上苗木進(jìn)行補(bǔ)植，根據(jù)目的樹種天然幼樹的有效株數(shù)確定補(bǔ)植密度，以充分發(fā)揮林地的生產(chǎn)潛力。補(bǔ)植時(shí)，要注意保護(hù)林分中已有的幼苗幼樹，避免破壞已有的林下植被、減少對(duì)土壤的擾動(dòng)；補(bǔ)植后，要適時(shí)做好管護(hù)和幼撫工作，以達(dá)到培育穩(wěn)定群落結(jié)構(gòu)的要求[14-17]。無(wú)論采用哪一種補(bǔ)植方法，大興安嶺林區(qū)低效林補(bǔ)植改造工程系統(tǒng)的構(gòu)成均為清林→整地→補(bǔ)植，具體如圖2所示。

圖2　大興安嶺林區(qū)低效林補(bǔ)植改造工程系統(tǒng)Fig.2 Replantation engineering system of low function forest in Daxing’anling forest region

按照系統(tǒng)論的觀點(diǎn)，大興安嶺林區(qū)低效林補(bǔ)植改造工程系統(tǒng)中的每個(gè)過(guò)程都包含“輸入”、“輸出”以及輸入到輸出的“轉(zhuǎn)化”(即作業(yè)過(guò)程的技術(shù)系統(tǒng))。輸入是工程系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)和依據(jù)，通過(guò)轉(zhuǎn)化(技術(shù)系統(tǒng))產(chǎn)生輸出，輸出是工程系統(tǒng)的運(yùn)行目標(biāo)和目的。

2.1清林作業(yè)

大興安嶺林區(qū)低效林補(bǔ)植改造前首先對(duì)林地進(jìn)行塊狀清理、割除灌草，并根據(jù)改造目標(biāo)、原有林木株數(shù)和郁閉度以及目的樹種幼苗幼樹的數(shù)量來(lái)確定補(bǔ)植面積和補(bǔ)植密度。

(1)清林作業(yè)過(guò)程的輸入：

①擬清除的灌草。

②清林的技術(shù)要求等信息輸入。

③人力和物力輸入。

④林分狀態(tài)輸入。

⑤人為、自然干擾因子輸入。

(2)清林作業(yè)過(guò)程“技術(shù)系統(tǒng)”的構(gòu)建包括：

①清除目標(biāo)的確認(rèn)和標(biāo)定。

②灌草清除技術(shù)(裝備、工藝技術(shù))。

③清除掉的灌草等的處理及處理技術(shù)(裝備、工藝技術(shù))。

(3)清林作業(yè)過(guò)程的輸出：

①適于整地、補(bǔ)植和林木生長(zhǎng)的環(huán)境。

②清林作業(yè)過(guò)程對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的作用效應(yīng)。

(4)清林作業(yè)過(guò)程對(duì)作業(yè)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的效應(yīng)分析：

①清除有礙林木生長(zhǎng)的灌草，有效地?cái)U(kuò)大了林木生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)空間，為林木提供了良好的生長(zhǎng)環(huán)境，促進(jìn)林分群落恢復(fù)的質(zhì)量和速度。

②清除目標(biāo)的確認(rèn)和標(biāo)定要慎重，清林是從群落結(jié)構(gòu)中移出部分植物種，即便是低效林的林分，也會(huì)影響其涵養(yǎng)水源的能力，增加水土流失和土壤養(yǎng)分流失的可能性。要防止珍稀物種、保護(hù)樹種和目的樹種損傷，維系好其在生態(tài)平衡中至關(guān)重要的作用，避免林分群落結(jié)構(gòu)負(fù)面作用效應(yīng)的產(chǎn)生。

③清林作業(yè)過(guò)程除掉的灌草的處理同撫育采伐工程一樣最好采用散鋪的方式，既緩解了由于清除灌草引起的水土流失、土壤養(yǎng)分降低的作用效應(yīng)，還有利于加速林下枯落物的分解，使土壤微生物得以繁殖，提高土壤肥力。

2.2整地作業(yè)

整地的目的是消除雜草、保育土壤。整地的方式依林地坡度不同而異，對(duì)陡坡、斜坡采用穴狀整地，如果是緩坡、平坡則采用帶狀整地，如果是低濕地則采用臺(tái)狀整地。

(1)整地作業(yè)過(guò)程的輸入：

①整地方式、規(guī)格要求等信息輸入。

②人力和物力輸入。

③自然力干擾因子輸入。

④清林作業(yè)過(guò)程的輸出。

(2)整地作業(yè)過(guò)程“技術(shù)系統(tǒng)”的構(gòu)建包括：

①整地時(shí)間的選擇。

②整地方位的確認(rèn)。

③整地技術(shù)(裝備、工藝技術(shù))。

(3)整地作業(yè)過(guò)程的輸出：

①符合補(bǔ)植要求的林地。

②整地過(guò)程對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的作用效應(yīng)。

(4)整地作業(yè)過(guò)程對(duì)作業(yè)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的效應(yīng)分析：

①因地而異地確認(rèn)整地方式，對(duì)于大興安嶺林區(qū)低效林改造一般采用帶狀整地和穴狀整地。整地方式確認(rèn)的作用效應(yīng)表現(xiàn)在為林隙中補(bǔ)植的林木生長(zhǎng)提供一個(gè)好的生存環(huán)境，以及由整地方式的確認(rèn)而產(chǎn)生的對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的其他作用效應(yīng)，譬如由于整地伐除林分中的一部分植物種，對(duì)原有林分結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了作用效應(yīng)，同時(shí)也增加了水土流失的可能性。

②整地時(shí)間能否科學(xué)的安排，對(duì)于補(bǔ)植林木的存活率有著明顯影響。造林前一年的秋季整地優(yōu)于當(dāng)年春季整地。秋季整地經(jīng)過(guò)冬凍春融，土壤疏松，保墑，土溫提高，化凍提前，補(bǔ)植可提前；而當(dāng)年春季隨整地隨補(bǔ)植，土壤板結(jié)，水分蒸發(fā)快，不利保墑。

③整地方位的確認(rèn)是整地過(guò)程設(shè)計(jì)中難以控制的一項(xiàng)因子，在不同的林隙中立地條件差異很大。確認(rèn)整地方位的正確與否，不僅對(duì)補(bǔ)植林木有很大的作用效應(yīng)，還對(duì)補(bǔ)植林木周邊植物種的生長(zhǎng)產(chǎn)生影響，對(duì)林分土壤表面亦會(huì)產(chǎn)生不同的水土流失效應(yīng)。

④整地技術(shù)和整地規(guī)格關(guān)系到土壤的熟化(養(yǎng)生)，保存土壤中的養(yǎng)分和水分，穴狀整地的翻土法(土壤移出穴外)和松土法(土壤保留在穴內(nèi))對(duì)土壤的保育效果差異很大。

2.3補(bǔ)植作業(yè)

(1)補(bǔ)植作業(yè)過(guò)程的輸入：

①“苗木”、補(bǔ)植的技術(shù)要求。

②人力和物力輸入。

③自然干擾因子輸入。

④整地作業(yè)過(guò)程的輸出。

(2)補(bǔ)植作業(yè)過(guò)程“技術(shù)系統(tǒng)”的構(gòu)建包括：

①苗木的確認(rèn)和苗木處理技術(shù)(裝備、工藝技術(shù))。

②栽植方法、栽植密度的確認(rèn)。

③栽植技術(shù)(裝備、工藝技術(shù))。

(3)補(bǔ)植作業(yè)過(guò)程的輸出：

①符合要求的補(bǔ)植后的林分狀態(tài)。

②補(bǔ)植作業(yè)過(guò)程對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的作用效應(yīng)。

(4)補(bǔ)植作業(yè)過(guò)程對(duì)作業(yè)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的效應(yīng)分析：

①苗木的確認(rèn)有兩層含意，其一是樹種的確認(rèn)，其二是苗木品質(zhì)規(guī)格的確認(rèn)。防護(hù)林補(bǔ)植樹種的確認(rèn)宜考慮通過(guò)補(bǔ)植形成混交林，商品林則根據(jù)經(jīng)營(yíng)目標(biāo)確定。用于補(bǔ)植的苗木可能是一種，也可能是兩種或兩種以上，需綜合考慮改造區(qū)域林種、樹種及空間上科學(xué)、合理的布局與配置，這由林隙改造的目標(biāo)而定。苗木的確認(rèn)不僅決定著改造后的群落結(jié)構(gòu)，還與群落結(jié)構(gòu)的演替過(guò)程相關(guān)。

②栽植方法，對(duì)于穴狀整地有明穴栽植和窄縫栽植，兩種栽植方法視樹種特性、立地條件、苗木的規(guī)格而定。栽植密度根據(jù)經(jīng)營(yíng)方向、現(xiàn)有株數(shù)和該類林分所處年齡階段的合理密度而定，通常補(bǔ)植后密度需達(dá)到該類林分合理密度的85%以上。

③栽植技術(shù)對(duì)林木生長(zhǎng)有著重要影響，栽植技術(shù)好的比技術(shù)差的所栽植的苗木生長(zhǎng)速度差異顯著。但無(wú)論采用哪一種栽植方法或栽植技術(shù)，都與苗木的成活率和苗木的生長(zhǎng)發(fā)育狀況有關(guān)，也關(guān)系到補(bǔ)植的苗木能否在群落演替過(guò)程中被淘汰，所以栽植方法和栽植技術(shù)也關(guān)系到生物多樣性的變化。

3結(jié)束語(yǔ)

內(nèi)蒙古大興安嶺林區(qū)經(jīng)人為因素的直接破壞(森林采伐、不合理的撫育等)，或間接破壞(森林病蟲害、火災(zāi)、旱災(zāi))，造成森林質(zhì)量下降，森林結(jié)構(gòu)不合理的現(xiàn)象非常明顯，形成大量的低效低質(zhì)林分。補(bǔ)植改造是大興安嶺林區(qū)低效林改造的一項(xiàng)重要措施，通過(guò)對(duì)低效林采取結(jié)構(gòu)調(diào)整、樹種更替、補(bǔ)植補(bǔ)播、封山育林、林分撫育、嫁接復(fù)壯等營(yíng)林措施，開(kāi)發(fā)林地生產(chǎn)潛力，提高林分質(zhì)量和效益水平。補(bǔ)植改造工程系統(tǒng)的基本構(gòu)成為：清林→整地→補(bǔ)植。本文采用系統(tǒng)工程分析方法，分別提出3個(gè)過(guò)程的輸入、輸出以及輸入轉(zhuǎn)化為輸出的技術(shù)系統(tǒng)，并對(duì)每個(gè)作業(yè)過(guò)程對(duì)作業(yè)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的影響效應(yīng)進(jìn)行了分析，對(duì)改善大興安嶺林區(qū)不合理的森林結(jié)構(gòu)，提高森林資源質(zhì)量，促進(jìn)森林健康生長(zhǎng)具有指導(dǎo)意義。

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Analysis of Ecological Effect of Low FunctionForest Replantation in Daxing’anling Forest Region

Li Pai1，2，Li Yingzhen1，2，Yang Xuefeng1，2，F(xiàn)an Dongwen1，2

(1.Harbin Research Institute of Forestry Machinery，China State Forestry Administration，Harbin 150086； 2.Research Center of Forest Engineering in Chinese Academy of Forestry，Harbin 150086)

Abstract：The system engineering analysis method was used to analyze the ecological effect of low function forest replantation in Daxing’anling forest region.Based on the three aspects including forest liquidation，soil preparation，and replantation，the input，conversion，and output technical requirements of the engineering system were put forward，respectively，and the influence of ecological effect in operation area was explained.The engineering system could indicate the systematicness and completeness of the low function forest replantation，which could provide theoretical support for maintaining and improving the whole function and efficiency of Daxing’anling forest ecological system.

Keywords：low function forest；replantation and transformation；ecological effect；Daxing’anling forest region

中圖分類號(hào)：S 756.5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-005X(2016)03-0036-04

作者簡(jiǎn)介：第一李湃，碩士，工程師。研究方向：森林工程標(biāo)準(zhǔn)化以及林業(yè)機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)化的研究。E-mail:nefupaili@163.com

基金項(xiàng)目：國(guó)家林業(yè)局林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制修訂項(xiàng)目(2015-LY-102)

收稿日期：2015-11-03

引文格式：李湃，李應(yīng)珍，楊雪峰，等.大興安嶺林區(qū)低效林補(bǔ)植改造生態(tài)效應(yīng)分析[J].森林工程，2016，32(3)：36-39.