北京地区森林经营的近自然评价

北京地区森林经营的近自然评价

自引入贴近自然森林管理理论和技术以来，中国逐步建立了相关工作和实践。同时，引入了靠近自然的概念。这一理论和实践密切相关。近林管理体系的核心内容和技术之一是森林替代法及其替代阶段的划分。森林演替规律是森林发展的自然进程,近自然度是人们对森林演替规律及其发展阶段的理解和把握,正确地理解近自然度与合理地划分森林演替的发展阶段,成为掌握和成功实现近自然森林经营基本技术的关键。林分近自然度(NatureClosenessofVegetationComposition)是真实植被构成与同一地区原始植被或发生学所表现的潜在植被构成比较而做出的评价。潜在植被的概念和调查在这里起着重要的作用。一个特定地段的植被构成包括具体林分的当前植被构成和潜在植被构成两方面。由当前群落生境和生态状况决定的物种组成、指示性物种、生态关键物种、珍稀物种的种类、比例、分布状态等虽然表现了森林植被的基本情况,但却不能说明就是这个地段可能的和应有的植被构成,即潜在植被构成11.1间结构和异龄林“近自然森林”是指主要由乡土树种组成且具有多树种混交、多层次空间结构和异龄林时间结构特征的森林。森林近自然度(naturalcloseness)是一个评价在特定自然条件下森林状态的可广泛应用的指标,包括土壤、植被构成、森林演替和林分年龄结构等方面1.2自然地形的设计在同龄林经营体系中,小班是计划和设计的基本单元,在近自然森林经营体系中,占据一定空间的植物群落是计划和设计的基本单元,而各个单元经营措施的设计是与其“近自然度”的评定密切相关的。近自然度是根据外业调查中对具体地段上的不同植物群落的空间位置、物种组成、立地条件、演替阶段等因素的记录综合评定的。借鉴德国的近自然度评价指标22.1半城带-雾灵山示范区近自然森林经营试点在中德合作密云水库水源林保护和经营项目区,在此区域选择了3个森林类型的不同区域作为示范区(图2a),位于东经116°40′23″～117°29′43″、北纬40°19′12″～40°47′53″。其中,半城子示范区以油松纯林、天然栎类混交林和人工侧柏纯林建立示范经营模式的森林类型;雾灵山示范区以人工落叶松纯林和天然阔叶混交林为示范林型;二道河示范区以人工营造的侧柏、杨树和栎类等阔叶混交幼龄林为主要林型。示范区面积150～200hm雾灵山华北落叶松林地处高海拔地带,是以华北落叶松(2.2调查方法和样地调查野外调查:经营计划调查针对全示范区进行,通过现地踏查了解示范区的天然植被构成情况,特别是天然优势树种和立地条件指示性植物,形成一个简要实用的植物名录。同时通过沿着提前设计的路线调查来估计不同地域上现有植物群落的类型及空间布局情况,并在外业工作手图上勾绘出各个群落的具体分布位置。记录的项目有各个群落的立地条件、建群物种、起源、演替阶段、生长状况,最后进行近自然度指标评价。林分作业设计样地调查:针对示范区内的主要林分类型进行,样地面积一般为50m×50m;对样地内的所有胸径大于5cm的林木编号并进行每木检尺等常规调查项目记录。随后由参加调查的人员按目标树经营体系中林木分类的原则独立地对样地林木进行分类并选择出目标树,经统计汇总和综合评价确定出林分的目标树、干扰树等各类林木,并在每株林木上做出标记。2.3群落调查和分析参照对象的选择:一个地区近自然森林经营的理想参照对象是同一个地理区域的原始森林,但是目前很多地区已经难以找到真正的原始森林,所以根据条件的不同,选择的参照对象可以是原始林、受过干扰的天然林或经营时间较长而有自我更新能力的人工林,本研究选择地带性植被类型作为参照。经营结构和保护过程:物种和结构多样性是森林生态系统中的所有物质和能量转移和循环的基础,对一个特定的生态系统来说,尽可能高的遗传多样性才是保持系统长期稳定的基础。而自然的多样性很大程度上是由于演替进程的变动而产生的,所以过程保护的目标就是保护不同森林群落的典型、随机和多变量的镶嵌演替过程及相应的发生物种,使其不因采伐利用木材而受到影响参考性森林植被调查和分析:针对一个特定地区的植被情况进行的调查(包括历史的、当前的、指示性的、潜在的植物群落构成方面),其主要目的是为了了解群落生态状况、指示性物种、当前森林植被的主要成分及自然发展趋势和潜在稳定群落的目标树种等对近自然经营有直接参考意义的信息。参考性植被调查的结果首先用描述性文字和表格形式记录,重要的数据结合其它数据在群落生境图(近自然经营的实用工具)中表达出来。自然群落估计:在全面的群落构成及近自然特征调查和分析的基础上,对自然森林群落或植被做出估计(表2)。对象区域越大,需要调查分析的情况就越复杂,只有知道在特定立地上按照自然演替的过程中没有人为干扰状况下应该出现什么森林植被,才能确定当前植被是否适应该立地条件。按照Braun-Blanquet(1962)的观点,自然森林群落的确定是在植物学调查基础上做出的一种估计,并结合北京地区的实际情况,制定了如下的自然森林群落分级(表3)。自然森林植被是森林生态系统变化过程的指示性群落,其变化是受多因素影响的。其中有随机的成分,但它是立地条件和区域特征植被谱系的表达。主要影响因素是生物量丰富的演替阶段,而最重要的指标是群落中的顶级成分、附属成分及先锋成分的组成比例参考性森林土壤调查和分析:区别于土壤学中的全面调查,近自然经营的土壤调查应该抓住那些能很好反映土壤肥沃程度、稳定性较高、易于调查和测定的因子。其中土壤剖面结构、腐殖质含量、土壤酸碱度(pH值)、主要养分元素的全量和速效量4个指标是既能反映经营森林的土壤状态且易于调查和测量的主要技术指标。演替阶段:对森林的演替阶段有着不同的划分。从指导北京地区森林抚育经营的科学性和可操作性考虑,笔者认为划分为以下5个演替和经营阶段是科学而可行的体系。①森林建群阶段,即人工林造林到郁闭或天然林先锋群落发生和更新的阶段;②竞争生长阶段,即所有林木个体在互利互助的竞争关系下开始高生长而导致主林层高度快速增长的阶段;③质量选择阶段,林木个体竞争关系转化为相互排斥为主,林木出现显著分化,树木高度差异显著,生活力强的树木占据林冠的主林层,优势木和被压木可以明显的识别出来,优良的目标树也可以明显地标记出来,典型的耐荫(顶极)群落树种出现大量天然更新;④近自然森林阶段,树高差异变化表现出停止趋势,天然更新起源的耐荫树种林木进入主林层,林分表现出先锋树种和顶极群落树种交替(混交)的特征,这一阶段正是生态林业经营的目标森林状态;⑤恒续林阶段,林分拥有许多不同层次的林木,树木的直径分布范围很宽,即存在1～100cm胸高直径的林木,主林层由地带性树种和(或)立地适应的引进树种组成,林分空间范围增大并普遍存在林隙,已形成良好的垂直结构,处于竞争生长或质量选择阶段的林木群团状地充满较小的林隙空间内。33.1不同网格区域的植物群落空间布局根据土壤、植被构成、森林演替和林分年龄结构等方面的综合分析,可对相应林分的近自然度做出评价在图3的基础上,借助GIS平台,将近自然度评价结果用群落生境图表示出来,如图4a所示,进而根据不同的近自然度等级,规划设计不同的林分经营措施(图4b)。图4中粗线为小班区划界线。图4a的不同网格区域表示小班中处于不同近自然度的植物群落空间布局情况,结合群落立地环境和演替阶段的空间布局,即可顺其自然地做出针对具体空间地块的经营措施计划图。例如图中的11小班,在原有的经营计划中是侧柏中龄林抚育管护类型,而按近自然经营的原则该小班可区划出4种植物群落类型,中下部的侧柏人工林的近自然度为6级(侧柏虽然是本区域的乡土树种但该小班的立地不适宜其生长),需要经调整改造加入其他乡土树种成分,但目前侧柏林分还未达到抚育择伐的年龄,故图4b中列为抚育管护类型;左上部分处于3p级近自然度的油松人工林需要进行抚育择伐以促进其向松栎混交林过渡;中上部处于5s近自然度的先锋种天然阔叶林处于灌木向乔林过渡阶段,可采取补植或封育的经营措施;而上部天然更新并处于先锋向顶级群落过渡的林分则在20a内不再需人为干预,使其有一个质量生长的时期后方可计划择伐利用。可见在近自然经营的调查和分析基础上,经营措施的制定也就是一个顺其自然的过程。3.2林分类型和目标树选择根据近自然度的评价结果,完成了图4所示的3个不同示范区内的华北落叶松纯林、优势种不明显的天然阔叶林、油松纯林、栎类混交林4个主要林分类型的标准地调查和目标树林分施业体系的现地设计。在此以半城子示范区7小班的栎类混交林数据为例说明设计结果。图5所示的倒“J”形株数-直径分布曲线反映出该栎类混交林分为异龄林结构,但缺少大径级林木且7、9cm径阶株数偏低,表4中林分的每公顷活立木蓄积量只有76m作为技术训练的例子,在标准地中的林木编号后首先执行的是林木分类标记。表5是半城子示范区栎类混交林(槲树和槲栎)林分样地林木分类标记和作业设计的结果。其中用于目标树、干扰树、特殊目标选择的林分密度分别为53、47、27株/hm目标树的选择指标有生活力、干材质量、林木起源、损伤情况及林木年龄等方面,具体标准可因不同的树种和林分而不同。表7所示的3类林木在现地按其编号标记后,即可进行第1次抚育择伐作业,按编号伐除被列为“干扰树”的林木,以促进目标树的生长和激发林下天然更新的机制。该林分作为本地区顶级结构的林分类型,林木生长量较高,调查中测量的胸径在20～24cm的林木其平均胸径年生长量为0.8～1.0cm,所以在未来采用正向抚育择伐目标树经营体系作业,这类林分的蓄积量至少还可提高1倍以上。4实用技术参数在保持森林生态系统结构和功能稳定的基础上,近自然森林经营具有投入成本低、抗灾害能力强的特征,保证了林业投资效果,没有生态风险和灾难后果,使在同一空间的森林同时实现经济、生态和社会效益,其整体经营的总生产力和经济效果高于同龄林人工林经营体系。人工林经营以强调人为设计和控制的轮伐期技术机制为基本特征,而近自然经营是以原始森林的结构和动态为参照对象的比较分析和应用为主要特征,实用技术参数包括森林的近自然度、多样性、森林结构、森林产品、立地条件和环境相关的参数等,其实用工具包括了经营及作业设计调查技术、群落生境制图及经营计划技术、目标树单株木林分施业体系、人工林近自然化改造技术和森林动态监测评价技术等方面,这在上述的研究内容中得到了充分的体现。针对北京密云县雾灵山、半城子、二道河3个示范区,在群落生境图技术支持下的近自然经营计划是以具体的森林生态系统(植物群落)为基本单元,注重现地数据调查、演替阶段分析和近自然度评价,与具体立地环境中自然稳定的顶级群落为参照目标计划和设计森林经营过程和措施的科学方法,其应用可节约至少30%的造林