朱教君　張金鑫

森林是支撐地球生命系統(tǒng)最重要的組成部分，我國天然林資源總量不足，需要大力發(fā)展人工林。然而，人工林面臨著生產(chǎn)力低、地力衰退、生態(tài)效益差等問題。文章介紹了關于我國重要樹種人工林結構優(yōu)化、功能提升的研究和思路。

人們印象中的森林，可能是中國東北皚皚白雪映襯下的長白山、大興安嶺的原始森林，也可能是生存著成群大象、黑猩猩等動物的非洲原始森林。而對于每年為世界提供了大量木材，為保護環(huán)境防風固沙、保持水土、涵養(yǎng)水源的人工林，人們卻沒有像對自然形成的原始森林（即天然林）那樣鮮明的印象。人工林是利用播種、植苗或扦插等方法和技術，人工種植或營造的森林。

中國擁有全世界最多的人工林，2014年人工林面積已達6933萬公頃（相當于42個北京市的面積），占全國森林總面積的33.3%，世界人工林面積的23.9%。根據(jù)營造目的，可將人工林分為：以生產(chǎn)木材為主的人工用材林（或商品林），包含提供熱能燃料的人工薪炭林，提供林產(chǎn)品的人工經(jīng)濟林等；用于防風固沙、保持水土、涵養(yǎng)水源、保護建筑設施等的防護林（或非商品林）。實際上，無論是天然林還是人工林都具有提供木材和牛態(tài)防護的功能。那么，人工林與天然林有何不同，人工林能否替代天然林？為什么要大力發(fā)展人工林，與天然林相比，人工林存在什么問題？應該如何經(jīng)營人工林？

發(fā)展人工林的目的

森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體和重要資源，是人類生存發(fā)展的重要生態(tài)保障，也是自然界賜予我們的“水庫、錢庫、糧庫”。隨著人口增加，社會和經(jīng)濟的迅速發(fā)展，森林被人類無限度的開發(fā)和利用，世界上原有的天然林而積在持續(xù)減少。據(jù)聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織（FAO）發(fā)布的《2015年全球森林資源評估報告》，截至2015年，全球森林總面積由1990年的41.28億公頃下降到39.99億公頃，25年間減少了1.29億公頃，相當于整個南非的國土面積。人均森林面積已從1990年的0.8公頃降至2015年0.6公頃；全球森林覆蓋率由1990年的31.6%下降到2015年的30.6%。過去25年中，森林損失最嚴重的地區(qū)在熱帶，特別是南美洲和非洲；目前全世界熱帶雨林的40%已被毀滅，被毀的森林多為天然林。

人們不斷從天然林獲得木材，擷取資源，全球年木材采伐量從1990年的28億立方米增加至2015年的37億立方米，被嚴重過度利用的天然林已經(jīng)遠遠不能滿足人類對木材和林產(chǎn)品的需求。大量采伐帶來了嚴重的生態(tài)環(huán)境惡化：全球范圍面臨氣候干旱，土地沙漠化日趨嚴重，因二氧化碳吸收減少造成全球性的“溫室效應”，大量生物物種滅絕，生物多樣性受到威脅，等等。

隨著科學的發(fā)展，人們逐漸意識到需要保護森林，讓森林繼續(xù)發(fā)揮她應有的重要功能，開始有目的、有計劃地大面積營造人工林。為發(fā)揮不同種類人工林的功能和作用，通常要考慮不同地區(qū)的水熱條件、土地類型等，選擇合適的樹種，營造不同類型的人工林。相對于天然林，人工林生長快、產(chǎn)材多，生產(chǎn)的木材規(guī)整、質量穩(wěn)定、便于加工；同時，人工林也兼具了天然林涵養(yǎng)水源、調節(jié)氣候、維持生物多樣性等生態(tài)功能。

據(jù)《2015年度全球森林資源評估報告》，全球人工林面積從1990年的1.78億公頃增至2015年的2.9億公頃，相當于全球森林總面積的7%，年均增長約500萬公頃，這些增長主要來自亞洲地區(qū)。亞洲有1.29億公頃人工林，占全球人工林面積近一半；歐洲（包括俄羅斯聯(lián)邦）擁有約8200萬公頃人工林，占全球人工林的28%；北美人工林約4300萬公頃，約占全球的15%；非洲人工林為1600萬公頃，占全球的5.5%；南美洲擁有約1500萬公頃人工林，占全球的5%；大洋洲（主要國家為新西蘭和澳大利亞）人工林約400萬公頃，占全球的1.4%。

中國人工林的發(fā)展歷程

中國人工林的發(fā)展已有800多年的歷史。

1176年，朱熹在江西婺源文公山掃墓時種植了24株杉木（Cunninghamia lanceolata），據(jù)考證這是國內有歷史記載的最早人造林，目前仍存活16株，古樹高達30米以上，有“江南南杉王群”之譽。

距今600多年前，正逢大災之年（1354年），閩北建甌市房道地區(qū)富紳楊達卿以“植樹一株，償粟一斗”為由，營造了189公頃杉木人工林，經(jīng)多年的封山和自然演替，成為現(xiàn)今典型的地帶性植被——萬木林，被稱為“古森林博物館”。

“一江木植向東流，滔滔直到鸚鵡州”，世居清水江畔的苗侗人民“開坎砌田，挖山栽杉”，象征著500年“皇木”征集歷史的“錦屏文書”，見證了以錦屏為中心的清水江流域人工種植衫木林輝煌的木材時代和清水江悠久的木商文化。

而在中國近代歷史時期，由于沙俄和日偽的掠奪性破壞，毀林開墾、亂砍濫伐，導致大面積森林資源遭受難以估量的損失。新中國成立初期，經(jīng)濟建設需要大量木材，加上“大躍進”時期因大煉鋼鐵等對森林的大量采伐，使森林資源再一次遭到嚴重破壞。

1955年開始，我國政府就開始意識到保護和培育森林資源的重要性，提出“綠化祖國”“實行大地園林化”的號召。1956年開始了第一個“12年綠化運動”，到1978年，在我國西部、華北北部、東北西部實施“三北”防護林體系建設工程，開創(chuàng)了我國林業(yè)生態(tài)工程建設的先河，也成為世界上最大的林業(yè)生態(tài)建設工程。之后，我國采取了多項發(fā)展林業(yè)的措施，開始大規(guī)模的人工林培育，初衷是為了提供優(yōu)良木材，逐步發(fā)展并形成提供林產(chǎn)品和生態(tài)防護等多種效益。

1980年后，我國提出人工速生豐產(chǎn)林的培育方針，1988年批準實施了“關于抓緊一億畝速生豐產(chǎn)用材林基地建設報告”，1989年實施了《1989—2000年全國造林綠化規(guī)劃綱要》，將速生豐產(chǎn)用材林基地建設推向一個新的高潮，1990年又提出工業(yè)用材林培育方針。

從2009年的聯(lián)合國氣候變化峰會以后，國家林業(yè)局明確提出通過大力發(fā)展人工用材林來解決商品林的經(jīng)營方向與目標，到目前的國家生態(tài)文明建設，提出了加強森林生態(tài)安全建設，明確了提高森林資源質量，構建健康穩(wěn)定的森林生態(tài)系統(tǒng)，增強森林多種功能。這都是增加人民群眾生態(tài)福祉，維護國家生態(tài)安全的重要舉措。

人工林的出現(xiàn)在林業(yè)經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護中扮演著非常重要的角色。通過大規(guī)模人工林經(jīng)營，不僅為人類提供大量的木材和林產(chǎn)品，彌補天然林資源的不足，更重要的是提升了森林覆蓋率，使天然林得以保護與恢復。然而，與天然林相比，人工林，尤其是人工用材林卻存在著諸多的問題。

人工用材林出現(xiàn)的問題

人工用材林在為我們帶來木材的同時，也出現(xiàn)了日益顯著的負面問題。比如，人工林生長沒有達到設計時的預想效果，其生產(chǎn)力僅為對應天然林的一半；由于大面積單一樹種純林，涵養(yǎng)水源能力明顯下降，且水質急劇酸化；病蟲害嚴重，衰退頻發(fā)；多數(shù)人工林由于地力衰退，二代人工林的木材產(chǎn)量顯著下降，等等。下面以我國最主要的三大人工用材林造林樹種（南方的杉木、北方的落葉松和廣泛分布的楊樹）為例，來剖析人工用材林存在的問題。

南方的杉木（Cunninghamia lanceolata）。杉木人工林是我國南方地區(qū)經(jīng)營歷史最長的人工用材林，目前栽植面積達853萬公頃，分布于東自浙江、福建，西至云南、四川及安寧河流域，南自廣東中部和廣西中南部，北至秦嶺南麓（東經(jīng)102°～122°、北緯22°～34°）。多代連栽（即一代成材采伐后，又在原林地栽植下一代）后出現(xiàn)林地土壤質量嚴重衰退、木材產(chǎn)量下降。如，湖南會同杉木人工林中心產(chǎn)區(qū)，第三、第二代與第一代人工林相比，土壤養(yǎng)分（氮、磷）下降15%～23%，木材產(chǎn)量平均下降35%。另外，與當?shù)貧夂驐l件下的天然林相比，杉木人工林的水土保持、水源涵養(yǎng)能力顯著低下，天然林土壤總涵水量2148.15噸/公頃，而杉木人工林土壤總涵水量僅為1810.48噸/公頃。

北方的落葉松（Larix spp.）。落葉松作為北方人工用材林最重要的針葉樹種，以生長快、產(chǎn)量高、材質優(yōu)良等優(yōu)點，形成了378萬公頃落葉松純林。但是，東北第一代落葉松人工純林與毗鄰的天然林相比，土壤肥力下降23%；同時出現(xiàn)土壤酸化，從落葉松人工林流出的水pH值為5.7，而從毗鄰天然林流出的水pH值為6.9。河北壩上地區(qū)的第一代落葉松人工林，與造林前的草地相比，土壤表層養(yǎng)分下降了近60%，表現(xiàn)出明顯的地力衰退。

作為闊葉樹人工林的代表，我國的楊樹（Populus spp.）人工林已達757萬公頃（其中用材林336萬公頃），居世界首位。楊樹以速生、適應性強、分布廣、種類和品種多而著稱。然而，楊樹人工林幾乎全部為純林，生物多樣性低，除了與杉木、落葉松人工林一樣表現(xiàn)出地力衰退、涵養(yǎng)水源能力低外，還易發(fā)生病蟲害。

綜上所述，現(xiàn)存人工用材林出現(xiàn)的問題可歸納為：木材生產(chǎn)能力低，林地土壤肥力下降，生態(tài)功能發(fā)揮有限。

解決人工用材林問題的對策

解決人工用材林生產(chǎn)木材能力低的對策

導致人_丁用材林木材生產(chǎn)能力低的主原因有：（1）用樹不當。目前人工用材林使用的樹種雖然均為現(xiàn)存優(yōu)良品種，但由于對樹種的生物學特性，如形態(tài)特性、解剖特性和遺傳特性等缺乏全面了解，造林樹種與當?shù)丨h(huán)境不適應導致木材生產(chǎn)力低下。由于種木受到當?shù)貤l件限制，以及光、溫、水、養(yǎng)的脅迫，使得林地無法發(fā)揮其最大生產(chǎn)潛力，從而導致木材生產(chǎn)力較低。（2）管理不當。人工林在生長發(fā)育過程中，需要采取不同的經(jīng)營措施和手段使其達到最佳生長。但由于經(jīng)營技術措施不當，導致木材生產(chǎn)力較低。

針對用樹不當問題，以杉木為例開展相關試驗。在未栽植過杉木的闊葉林土壤（雜木林土）和栽植過杉木的土壤（杉木連栽土）上，分別栽植本地種源和外地種源的杉木幼苗，經(jīng)過長期生長發(fā)現(xiàn)，雜木林土上不同種源的幼苗生長指標均優(yōu)于杉木連栽土；無論是雜木林土還是杉木連栽土，與本地種源相比，外地種源幼苗生長更好。該試驗結果說明，雖然造林品種選擇正確，但適時更換種源可以提高杉木的生長，且能減輕連栽對杉木生長帶來的不利影響。

試驗還發(fā)現(xiàn)，同一樹種人工林，有的樹干、樹冠長得好，即可以產(chǎn)生較多的木材；有的根系長得好，即樹木適應性較強。據(jù)此，在營林實踐中，可以通過嫁接、修枝、切根等方式獲得木材生產(chǎn)量高且適應性強的造林新品種。比如，對于楊樹人工林，在脅迫條件下，雄株比雌株表現(xiàn)出更好的自我保護和適應能力，而在非脅迫條件下雌株比雄株相表現(xiàn)出更高的牛長潛力。因此，在造林過程中，可把高產(chǎn)的雌性枝條嫁接到耐脅迫的雄性枝干上，即可獲得既抗脅迫又高產(chǎn)的楊樹造林新品種。再比如，對于落葉松人工林，在貧瘠土壤下，本地的長白落葉松生長好于外來的日本落葉松，而在肥沃土壤上，外來的日本落葉松顯著優(yōu)于本地長白落葉松；通過將日本落葉枝條嫁接到長白落松枝下上，即可得到適應性強、生長快的落葉松新品種。

針對經(jīng)營不當問題，開展了不同經(jīng)營措施對人工林生長影響試驗。杉木栽植過程中的切根試驗結果表明，由于杉木存在根系冗余，切掉一半根系時，樹冠較不切根生長得更好；根據(jù)該試驗結果，隨著樹木的生長，可將杉木人工林多余的根系及時切除，即可促進樹冠的生長，從而提高木材產(chǎn)量。不同強度的間伐和修枝試驗結果表明，不同程度間伐和修枝后人工林木材生長量均顯著增加；修枝在提高木材質量的同時。也可以促進地上木材的生長。因此，及時采取間伐、修枝等手段是促進人工林木材生長的必要措施。

解決人工林土壤肥力下降的對策

導致人工用材林土壤肥力下降的主要原因有：（1）由于樹種單一、結構簡單導致養(yǎng)分歸還緩慢。如落葉松人工林，地上植被養(yǎng)分吸收與實際歸還量不協(xié)調，削弱了落葉松人工林生態(tài)系統(tǒng)的生物自肥能力；另外，落葉松人工林的林下植被種類和數(shù)量少，降低了系統(tǒng)養(yǎng)分的循環(huán)速率，即落葉松人工林林下灌木和草本種類及數(shù)量少，限制了整個生態(tài)系統(tǒng)的養(yǎng)分循環(huán)。（2）人工林地被物（覆蓋地表的植物及枯枝落葉等）抑制了土壤微生物發(fā)揮分解作用，落葉松人工林所形成的粗糙死地被物（覆蓋地表未分解和半分解的枯枝落葉等）不利于土壤微生物生長和繁衍，土壤微生物活性減弱，降低了枯落物的分解和轉化，使系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)變慢，導致土壤養(yǎng)分積累減少。

導致人工林土壤肥力下降的核心在于林地土壤養(yǎng)分輸入小于林木吸收，即林木養(yǎng)分需求大于供給，破壞了森林土壤生態(tài)的平衡，導致土壤退化。土壤養(yǎng)分輸入主要來自凋落物，而凋落物的種類是決定養(yǎng)分輸入的關鍵。因此，在人工林中開展了不同種類凋落物分解的長期試驗。首先，通過比較人工林與其毗鄰天然林的土壤性質發(fā)現(xiàn)，天然林不存在地力衰退的原因是由于天然林物種豐富（凋落物種類多）、結構復雜（凋落物量大），而人工林樹種單一或多代連栽，造成人工林凋落物數(shù)量受限、品種單一。以落葉松為例，在落葉松人工林土壤中添加毗鄰天然林樹種的凋落物，包括蒙古櫟（Quercus mongolica），胡桃楸（Juglans mandshuriea），花曲柳（Fraxinus rhynchophylla），水曲柳（Fraxins mandshurica）和色木械（Acer mono）等，長期凋落物分解試驗結果表明，天然林樹種凋落物與人工林凋落物混合后，均能促進凋落物的分解，尤其是水曲柳的凋落物分解最快并能增加微生物含量，有利于養(yǎng)分循環(huán)?；诖?，提出在落葉松人工林內引種闊葉樹，尤其是灌木樹種，用于改善落葉松人工林土壤肥力。另外，在引種灌木樹種時，可選擇固氮樹種，如落葉松人工林內引進豆科固氮灌木——胡枝子（Lespedeza bicolor Turcz.），胡枝子生長3年的土地，其土壤肥力基本得到恢復。

解決人工林難以發(fā)揮生態(tài)作用的對策

發(fā)展人工用材林除生產(chǎn)木材外，彌補森林資源總量不足、發(fā)揮森林的生態(tài)保護功能也是主要目的，尤其是隨著當前全球林業(yè)定位發(fā)生根本轉變——由木材生產(chǎn)為主轉向以生態(tài)建設為主。因此，人工用材林的生態(tài)保護功能受到越來越多的關注。與具有豐富生物多樣性、復雜林分結構、較大生態(tài)保護功能的天然林相比，目前人工用材林難以起到生態(tài)保護作用的主要原因，是人工用材林樹種組成單一、樹種年齡結構單一、林分結構單一、林下生物多樣性低。

針對上述問題的成因，以落葉松人工用材林為例，實施了人工誘導落葉松人工林形成針闊混交林試驗，以達到既能生產(chǎn)木材，又能發(fā)揮其生態(tài)保護作用的雙重目標。通過對現(xiàn)有落葉松人工林的分布模式調查發(fā)現(xiàn)，對于有天然闊葉樹種種源的人工林，改善天然林闊葉樹種在人工林內的種子傳播/擴散、種子萌發(fā)、幼苗成活和幼樹生長條件，即可實現(xiàn)人工純林向針闊混交林方向發(fā)展。具體試驗結果表明：通過間伐，增加林分開闊度或形成林窗，或者通過改變人工林栽植方式，如將人工林栽植在闊葉天然林所在的下坡位，均可以增加毗鄰闊葉天然林樹種種子（如蒙古櫟、胡桃楸、花曲柳、水曲柳和色木槭等）進入人工林的機會，促進闊葉樹種更新，最終將落葉松人工純林誘導形成落葉松一闊葉樹混交林。對于已形成的落葉松一闊葉樹混交林的涵養(yǎng)水源功能（以水質為例）監(jiān)測結果表明，引進闊葉樹后可顯著改善水質。為此，我們提出了人工純林誘導形成多樹種混交林的營林方案，為達到木材生產(chǎn)與生態(tài)保護雙贏目標提供技術支撐。

后續(xù)的試驗研究工作正在進行，希望未來能有更多科研工作者、環(huán)境保護者和生產(chǎn)實踐者走近人工林，為人工林的持續(xù)利用和發(fā)展盡一份力量。