基于森林生態(tài)系統(tǒng)管理的森林經(jīng)營與傳統(tǒng)森林經(jīng)營的比較研究

金文斌，魏彥波，張春雨，趙秀海

（北京林業(yè)大學(xué) 省部共建森林培育與保護教育部重點實驗室，北京 100083）

自20世紀70年代以來，恢復(fù)退化生態(tài)系統(tǒng)和合理管理現(xiàn)有的自然資源日益受到國際社會的關(guān)注。特別是1992年聯(lián)合國召開環(huán)境與發(fā)展會議以來，可持續(xù)發(fā)展成為國際社會的共識，可持續(xù)性成為自然資源管理的目標，要實現(xiàn)這一目標，資源管理者與科學(xué)家必須合作，生態(tài)系統(tǒng)管理正是管理者與科學(xué)家之間的橋梁，可以實現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)多個產(chǎn)出目標及其可持續(xù)性。生態(tài)系統(tǒng)是人類生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，人類社會的可持續(xù)發(fā)展歸根結(jié)底是生態(tài)系統(tǒng)管理問題。森林生態(tài)系統(tǒng)是陸地上最大也是最重要的生態(tài)系統(tǒng)，因此，森林生態(tài)系統(tǒng)管理是生態(tài)系統(tǒng)管理的主要內(nèi)容之一，國際林業(yè)研究中心（CIFOR）認為，森林生態(tài)系統(tǒng)管理科學(xué)是21世紀林業(yè)科學(xué)的主線。

森林生態(tài)系統(tǒng)管理是實現(xiàn)森林可持續(xù)經(jīng)營的一條生態(tài)途徑。生態(tài)系統(tǒng)管理思想的發(fā)展歷程與生態(tài)學(xué)的發(fā)展歷程密切相關(guān)，是生態(tài)學(xué)理論與管理學(xué)思想的融合過程。基于森林生態(tài)系統(tǒng)管理的森林經(jīng)營方法是：將森林作為一個生態(tài)系統(tǒng)去經(jīng)營，包括水分、野生動物、碳匯、生物多樣性、文化與游憩等生態(tài)功能，以及木材生產(chǎn)功能和經(jīng)濟功能。盡量利用和促進森林的天然更新，保護野生動物棲息地，不采取破壞地表集材，保留站干、倒木以及大的老樹，保留藤條灌木和地被物，保護水生生物及水質(zhì)，充分利用自然力恢復(fù)森林。

中國東北林區(qū)傳統(tǒng)經(jīng)營方式以擇伐為主，總結(jié)中國東北林區(qū)幾十年的擇伐史，擇伐作業(yè)由于缺乏完整、系統(tǒng)的理論指導(dǎo)，擇伐作業(yè)損傷和超強度采伐現(xiàn)象嚴重。采伐方式選擇不當和采伐強度過大等原因，使得中國東北林區(qū)擇伐林并未取得預(yù)期效果[1]。撫育是清除非目的樹種，人為移除林內(nèi)病腐木及枯立木，清除地面覆蓋以改善主栽植物生存環(huán)境的一種手段。這種沿襲己久的撫育方式，由于在一定程度上改善了林地土壤的養(yǎng)分狀況，因此對提高造林成活率、促進幼樹的生長起到了良好的作用。但也帶來了許多負面的影響，特別是當撫育強度過大時，勢必加速林地土壤有機物質(zhì)的礦質(zhì)化、水土流失等[2]。本文對基于森林生態(tài)系統(tǒng)管理的森林經(jīng)營與傳統(tǒng)森林經(jīng)營方法（擇伐、撫育、未采伐）進行了對比研究，以期為東北林區(qū)闊葉紅松林恢復(fù)及永續(xù)利用提供有效途徑。

1 研究地自然概況與研究方法

1.1 研究地自然概況

研究地區(qū)位于吉林省白河林業(yè)局光明林場境內(nèi)，該區(qū)屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)。春季溫度偏低而短暫，夏季高溫且多雨水，秋季涼爽，冬季漫長而寒冷，無霜期120 ～ 130 d。土壤類型主要是暗棕色森林土，在中國植被區(qū)劃中，屬于長白山紅松沙冷杉針闊混交林區(qū)，主要植物屬長白植物區(qū)系。喬木層主要有紅松（Pinus koraiensis）、沙冷杉（Abies holophylla）、魚鱗松（Picea jezoensis）、紫椴（Tilia amurensis）、胡桃楸（Juglans mandshurica）、春榆（Ulmus japonica）、色木槭（Acer mono）、楓樺（Betula costata）、水曲柳（Fraxinus mandshurica）、黃菠蘿（Phellodendron amurense）、白樺（Betula platyphylla）、蒙古櫟（Quercus mongolica）、白牛槭（Acer mandshurica）、千金榆（Carpinus cordata Blume）、花楷槭（Acer ukurunduense）、假色槭（Acer pseudosieboldianum）、糠椴（Tilia mandshurica）、春榆（Ulmus japonica）等，以紅松、椴樹、色木槭三者共同占據(jù)優(yōu)勢。中小喬木以槭屬為主，生長繁茂。灌木層主要有東北山梅花（Philadelphus schrenkii）、東北溲疏（Deutzia amurensis）、毛榛（Corylus mandshurica）、忍冬（Lonicera japonica）等。

1.2 研究方法

2004年在研究地點建立5.2 hm2固定樣地（樣地1），并于同年12月按照“森林生態(tài)系統(tǒng)管理”理論進行采伐。同時設(shè)立4塊對比樣地（樣地3 ～ 6），按照傳統(tǒng)森林經(jīng)營方法（擇伐、撫育）進行經(jīng)營，以及1塊未采伐對照樣地（樣地2），見表1。將6塊樣地胸徑1 cm以上喬木樹種全部掛號牌。樣地1內(nèi)只采伐生長不良、桿形不好、出現(xiàn)心腐立木和大的老齡木。采伐強度為15%。樣地3 ～ 6則全面清除林內(nèi)灌草和采伐剩余物，人工更新云杉后每年撫育一次，連續(xù)撫育3年。于2007年8月進行復(fù)查。用環(huán)刀法測定土壤含水量，同時在每個樣地內(nèi)取土樣進行室內(nèi)分析。

表1 樣地概況Table1 General situation of sample plot

物種多樣性指數(shù)采用下列計算公式：

Marglef豐富度指數(shù)：

Shannon-Wienner指數(shù)：

均勻度指數(shù)：

生態(tài)優(yōu)勢度指數(shù)：

式中，S為物種數(shù)，Pi=ni/N，ni為第i個物種的多度，N為所有物種的多度之和。室內(nèi)土壤樣品分析方法依據(jù)《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》[3]的操作步驟進行：用開氏消煮法測定土壤中全氮含量，高溫外熱重鉻酸鉀氧化—容重法測定土壤中有機質(zhì)含量，靛酚蘭比色法測定土壤中氨態(tài)氮含量，鹽酸—氟化銨法測定土壤中有效磷含量，乙酸銨提取法測定土壤中速效鉀含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同森林經(jīng)營方法對林分蓄積增長的影響

基于生態(tài)系統(tǒng)管理的森林經(jīng)營充分利用適應(yīng)當?shù)刈匀画h(huán)境條件的鄉(xiāng)土樹種，只對目標樹種進行單株撫育，目標樹個體周圍撫育以不壓抑目標樹生長為準則，其余喬灌草任其生長，在高密度大數(shù)量中充分進行自然選擇，有利于改善林分結(jié)構(gòu)及對保留樹的天然整枝，培育優(yōu)良木材。實驗表明，基于生態(tài)系統(tǒng)管理經(jīng)營對材積增長起到了良好的促進作用，紅石試驗區(qū)不同經(jīng)營方法經(jīng)營的林分單位面積年蓄積增長量的大小順序為：基于生態(tài)系統(tǒng)管理經(jīng)營 ＞ 撫育 ＞ 擇伐 ＞ 對照林分（比較時取3塊擇伐林分平均值，下同）；3塊擇伐林分年蓄積增長量在5.081 ～ 5.453 m3/（a·hm2），年平均蓄積增長量為5.273 m3/（a·hm2）。基于生態(tài)系統(tǒng)管理經(jīng)營林分單位面積年蓄積增長量分別是擇伐林分、撫育及對照林分年蓄積增長量的1.20、1.17和1.49倍（圖1）。

不同經(jīng)營方式對主要樹種蓄積增長影響如圖2所示。基于生態(tài)系統(tǒng)管理經(jīng)營的林分內(nèi)核桃楸年蓄積增長量分別為擇伐和人工撫育林分的1.79和1.68倍；紅松年蓄積增長量分別為擇伐和人工撫育林分的1.30和1.38倍；色木槭年蓄積增長量分別為擇伐和人工撫育林分的1.45和1.17倍；椴樹年蓄積增長量分別為擇伐和人工撫育林分的1.67和1.17倍。因此與擇伐和人工撫育相比，基于生態(tài)系統(tǒng)管理林業(yè)的經(jīng)營方法可大大促進闊葉紅松林主要樹種的蓄積增長。

圖1 不同經(jīng)營方式林分年蓄積增量Figure1 Annual increase of volume under different management methods

圖1 不同經(jīng)營方式對主要樹種蓄積增長的影響Figure2 Effect of different management methods on volume increase of major tree species

2.2 不同森林經(jīng)營方法對林分物種多樣性的影響

基于生態(tài)系統(tǒng)管理經(jīng)營方法所采取的單株擇伐加天然更新的經(jīng)營措施，有效地提高了森林群落物種多樣性和維持了生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。實驗表明，采用不同的經(jīng)營方法經(jīng)營3 a以后，試驗林內(nèi)各層次物種多樣性狀況均發(fā)生了明顯變化。如表2所示，采用基于生態(tài)系統(tǒng)管理經(jīng)營后，林內(nèi)喬木更新層、灌木層和草本層物種多樣性及豐富度較傳統(tǒng)森林經(jīng)營方法（撫育、擇伐）明顯增大，其大小順序為基于生態(tài)系統(tǒng)管理＞撫育＞擇伐＞對照林分。采取傳統(tǒng)森林經(jīng)營方法（撫育、擇伐）經(jīng)營林分的物種均勻度大于基于生態(tài)系統(tǒng)管理經(jīng)營林分，而生態(tài)優(yōu)勢度變化規(guī)律則與之相反。因此采用基于生態(tài)系統(tǒng)管理經(jīng)營后的林分物種多樣性和豐富度增大，而均勻度相對減小，優(yōu)勢種相對明顯，個體數(shù)在不同種類間的分布較為集中。說明，與擇伐和人工撫育相比，基于生態(tài)系統(tǒng)管理經(jīng)營的林分內(nèi)物種的多樣性增大，群落的穩(wěn)定性提高，林內(nèi)物種間的關(guān)系變得更加復(fù)雜，種間競爭更加激烈。

表2 不同經(jīng)營方法對物種多樣性的影響Table2 Effect of different management methods on species diversity

2.3 不同森林經(jīng)營方法對林地水肥狀況的影響

由于基于生態(tài)系統(tǒng)管理經(jīng)營采用擇伐、天然更新和保護林下植被，不破壞土壤的撫育方法，因此很大程度上避免了人工更新及撫育等營林措施引起的水土流失和地力衰退等弊病。研究表明基于生態(tài)系統(tǒng)管理經(jīng)營林分0 ～ 20 cm和20 ～ 40 cm土壤層含水量分別為正常擇伐林內(nèi)土壤含水量的1.56和1.23倍，林內(nèi)植被大幅度增加，凋落物輸入量也相應(yīng)增大，凋落物儲量（191.258 kg/hm2）是擇伐林（128.562 kg/hm2）的1.45倍。地表凋落物越厚、蓄積量越大，其截持水分能力越強，減小了降雨對地表沖刷，從而避免了水土流失。

與傳統(tǒng)經(jīng)營方法相比，采用基于生態(tài)系統(tǒng)管理森林經(jīng)營方法經(jīng)營的林分 pH值降低，土壤酸度增大。其原因可能是由于采用基于生態(tài)系統(tǒng)管理經(jīng)營后林下植被大幅度增加，枝葉等輸入量增大，而闊葉樹的葉片中含較多的灰分，歸還土壤后使土壤保持微酸性至中性反應(yīng)；多數(shù)針葉樹的葉片浸出液呈酸性，歸還土壤后使土壤呈酸性反應(yīng)[2]。此外植物根系分泌物數(shù)量和土壤腐殖化程度相應(yīng)提高，從而導(dǎo)致土壤酸度增大，土壤酸度順序為基于生態(tài)系統(tǒng)管理經(jīng)營 ＞ 正常擇伐 ＞ 對照（見表3）。

表3 不同經(jīng)營方式林分土壤肥力狀況Table3 Effect of different management methods on soil fertility

與傳統(tǒng)經(jīng)營方法相比，基于生態(tài)系統(tǒng)管理經(jīng)營的林分土壤有機質(zhì)含量增大，0 ～ 20 cm土層較正常擇伐林分和對照林分分別增大8.7%和12.74%；20 ～ 40 cm土層較正常擇伐林分和對照林分分別增大7.27%和13.12%。采用基于生態(tài)系統(tǒng)管理經(jīng)營方法經(jīng)營時僅砍去妨礙目標樹種生長的樹木，將無礙的林木保留作輔佐木，林內(nèi)灌木與雜草生長旺盛，凋落物輸入量相對較大。而土壤有機質(zhì)是林分中凋落物經(jīng)土壤動物和微生物逐漸分解的產(chǎn)物，有機物的分解速率隨溫度升高而升高，當含水量在200%的范圍內(nèi)時，有機物的分解速率與濕度呈正相關(guān)[4]。基于生態(tài)系統(tǒng)管理經(jīng)營后林內(nèi)土壤濕度增大，凋落物輸入量增加，導(dǎo)致地表凋落物分解速率加快，土壤有機質(zhì)含量增大。

基于生態(tài)系統(tǒng)管理經(jīng)營后林內(nèi)土壤全氮含量較正常擇伐及對照林分均有提高，但差別不明顯；而土壤中速效氮、有效磷及速效鉀含量則大幅度增加。這可能是由于基于生態(tài)系統(tǒng)管理經(jīng)營所采取單株采伐與目標樹種相結(jié)合的經(jīng)營方式對林內(nèi)土壤擾動較小，避免了水土流失及土壤N素的損失；同時改善林內(nèi)光照條件并保證了林內(nèi)植被覆蓋度，有利于林內(nèi)土壤微生物的繁衍和數(shù)量的增加，從而促進了土壤物質(zhì)循環(huán)和養(yǎng)分積累。因此，基于生態(tài)系統(tǒng)管理經(jīng)營有利于地力的維持。

2.4 不同森林經(jīng)營方法費用比較

基于生態(tài)系統(tǒng)管理的森林經(jīng)營方法的基本思想已經(jīng)被納入到了《吉林省采育林管理規(guī)程》中。經(jīng)國家林業(yè)局批準，吉林省未來30年將有203萬hm2森林需進行采育改造，由于基于生態(tài)系統(tǒng)管理的森林經(jīng)營采用天然更新，伐后采伐跡地不采取任何清理措施，只對采伐剩余物進行簡單堆清，保留藤條灌木。伐區(qū)清理費用400 ～ 500元/hm2。造林費用包括苗木費用和人工費用，不同苗木費用為0.2 ～ 0.8元/株（云杉：0.2元/株，紅松：0.8元/株），1 500 株/hm2，300 ～ 1 200 元/hm2；人工費：300 元/hm2，造林費 600 ～

1 500元/hm2。因此，實施生態(tài)系統(tǒng)管理經(jīng)營可節(jié)約生產(chǎn)成本700 ～ 1 700元/hm2。2007年白河林業(yè)局實施采育林改造林面積為2 800 hm2，節(jié)約生產(chǎn)成本196萬 ～ 476萬元。

2008－2010年白河林業(yè)局被批準采育林面積9 500 hm2，3 a可節(jié)約生產(chǎn)成本665萬 ～ 1 615萬元。經(jīng)國家林業(yè)局批準，未來30 a吉林省采育林面積為203萬hm2，有林地面積810萬hm2的25%都要經(jīng)過采育改造，通過實施人工更新和取消伐區(qū)清理兩項技術(shù)措施可節(jié)約生產(chǎn)成本14.21億 ～ 34.51億元。

3 結(jié)論與討論

（1）將基于生態(tài)系統(tǒng)管理經(jīng)營技術(shù)應(yīng)用于闊葉紅松林，可實現(xiàn)經(jīng)濟效益、生態(tài)效益的雙增長，主要表現(xiàn)在森林年蓄積增長量和土壤肥力提高。與傳統(tǒng)森林經(jīng)營方法相比，基于生態(tài)系統(tǒng)管理經(jīng)營的林分土壤水分含量及凋落物輸入量增大，土壤養(yǎng)分提高；基于生態(tài)系統(tǒng)管理經(jīng)營林分單位面積年蓄積增長量分別是擇伐、撫育及對照林分年蓄積增長量的1.17、1.20和1.49倍。

（2）基于生態(tài)系統(tǒng)管理經(jīng)營時，在自然選擇的基礎(chǔ)上加上人工選擇，充分利用了適應(yīng)當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的鄉(xiāng)土植物，保證經(jīng)營對象始終是遺傳品質(zhì)最好的立木個體。其它個體的存在，有利于提高物種的多樣性和森林群落的穩(wěn)定性，有利于改善林分結(jié)構(gòu)及對保留目標樹的天然整枝。由于基于生態(tài)系統(tǒng)管理經(jīng)營采用單株擇伐、天然更新和保護林下植被，在很大程度上避免了因傳統(tǒng)經(jīng)營方法而導(dǎo)致水土流失、地力衰退、生物多樣性降低等弊病，實現(xiàn)了森林可持續(xù)經(jīng)營。基于生態(tài)系統(tǒng)管理經(jīng)營有利于地力的維持。

（3）實施生態(tài)系統(tǒng)管理經(jīng)營每年可為白河林業(yè)局節(jié)約采育林生產(chǎn)成本196萬 ～ 476萬元。通過將生態(tài)系統(tǒng)管理經(jīng)營技術(shù)引入《吉林省采育林管理規(guī)程》，經(jīng)國家林業(yè)局批準，未來30 a吉林省采育林面積為203萬hm2，有林地面積810萬hm2的25%都要經(jīng)過采育改造，通過實施人工更新和取消伐區(qū)清理兩項技術(shù)措施可節(jié)約生產(chǎn)成本14.21億 ～ 34.51億元。

由于基于生態(tài)系統(tǒng)管理經(jīng)營對促進林分蓄積增長，維持地力，增加林分物種多樣性，提高森林群落穩(wěn)定性具有重要意義。建議在東北天然林區(qū)進行基于生態(tài)系統(tǒng)管理經(jīng)營試點，待技術(shù)成熟后再全面推廣。

[1]郝清玉，周玉萍.采伐作業(yè)產(chǎn)生的大林窗對闊葉林天然更新的影響[J].吉林林學(xué)院學(xué)報，1998，14（2）：69－73.

[2]張鼎華，林卿.近自然林業(yè)與林業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[J].生態(tài)經(jīng)濟，2000（7）：23－26.

[3]中國土壤學(xué)會.土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法[M].北京：中國農(nóng)業(yè)科技出版社，1999.

[4]Swift M J，Heal O W，Anderson J M.Decomposition in Terrestrial Ecosystems[M].Blackwell, Oxford，1978.