我國寒溫帶低效林改造工程理論依據和目標的探討

樊冬溫 ，李應珍 ，楊雪峰 ，李 湃 ，張吉利

(1．國家林業局哈爾濱林業機械研究所，哈爾濱150086;2．中國林業科學院森林工程研究中心，哈爾濱150086;3．中國林業科學院寒溫帶林業研究中心，哈爾濱150086)

大興安嶺林區是我國最大的寒溫帶森林區域，位于黑龍江省和內蒙古自治區的北部，是內蒙古與松遼平原的分水嶺，北起黑龍江畔，南至西拉木倫河上游谷地，東北—西南走向，東陡西緩，構成山地丘陵地形，是我國維護生態安全的重要屏障和應對氣候變化的重要支撐區。

低效林改造是天然林保護工程的重要組成部分，是大興安嶺寒溫帶林區森林生態保護的重要措施。大興安嶺寒溫帶林區開展低效林建設的歷史已超過半個多世紀，過多的人為活動造成森林生態系統的基本結構和功能的破壞和喪失。加上森林危害和火災的頻發，形成了大量的低效低質林。

1 低效林改造理論依據的探討

1．1 低效林的基本概念

低效林屬于退化的森林生態系統，依據恢復生態學的理論，退化的生態系統是一類病態的生態系統。退化的生態系統是指在一定的時空背景下，在自然因素、人為因素，或二者共同干擾下，導致生態要素和生態系統整體發生不利于生物和人類生存的量變和質變［1］，生態系統的結構和功能發生與原有的平衡狀態或進化方向有相反的位移。具體表現為生態系統的基本結構和固有功能的破壞或喪失，生物多樣性下降，穩定性和抗逆能力減弱，系統生產力下降［2］。

GB/T 18337．3《生態公益林建設 技術規程》將低效林分為原生型低效林和經營型低效林，原生型低效林是在自然狀態下，由于林地條件較差和生長環境惡劣等因素，致使林木生長不良而自然形成的低效森林;經營型低效林是由于經人為干擾或經營管理不當而形成的低效森林［3］;LY/T 1690《低效林改造技術規程》將低效林定義為:受人為因素的直接作用或誘導自然因素的影響，林分結構和穩定性失調，林木生長發育衰竭，系統功能退化或喪失，導則森林生態功能、林產品質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總稱。根據起源的不同，低效林可分為低效次生林和低效人工林;根據經營目標的不同，低效林可分為低效防護林和低質低產林［4］。

如果沒有任何外來因素的影響，由立地條件的因素形成質量低下的林分，不能稱其為低效林，也就是說在不同的立地條件下劃分低效林的指標也不同。

1．2 低效林改造的基本理論依據

低效林改造屬于恢復生態學的范疇，恢復生態學是應用性很強的學科，但到目前為止，僅有自我設計與人為設計理論被認為是從恢復生態學中產生的理論。

自我設計理論認為，只要有足夠的時間，退化的生態系統將依據環境條件，合理地組織自己，并最終改變組分;人為設計理論認為，通過工程方法和植物重建可直接恢復退化的生態系統，但恢復的類型可能是多樣的。自我設計理論把恢復放在系統層次上，是以自然演替為理論基礎;人為設計理論則把恢復放在了個體或種群層次上。

GB/T 18337．3《生態公益林建設技術規程》和LY/T 1690《低效林改造技術規程》兩項標準提出低效林改造方式為:補植、封育、更替、撫育、調整、復壯、綜合改造、林帶改造和效應帶改造等。對于大興安嶺寒溫帶林區，其低效林改造的常用方式為封育、補植、更替、調整、撫育和綜合改造等。

依據恢復生態學的兩種恢復理論，將大興安嶺寒溫帶林區各種低效林改造方式歸納為3種模式:

(1)自我設計模式。利用自我設計理論，大興安嶺寒溫帶林區最典型的改造方式為“封育”改造方式。在大興安嶺寒溫帶林區立地條件適宜的區域天然更新或人工促進天然更新效果良好，也可根據天然下種好的特性，采用人工促進天然更新方式進行補植。

(2)人為設計模式。利用人為設計理論，大興安嶺寒溫帶林區最典型的改造方式為“更替”改造方式。所謂“更替”改造方式是根據經營方向，將改造小班內所有林木一次全部伐完或采用帶狀、塊狀逐步伐完，并本著適地、適樹和適種源的原則及時更新。“更替”改造方式是將恢復放在個體和種群的基礎上。

(3)人為設計和自我設計綜合模式。人為設計和自我設計綜合模式是寒溫帶森林低效林改造最常見的一種模式，如“補植”改造中的“適地適樹”、 “闊中栽針”和“針下栽闊”;在“調整”改造中“抽針補闊”和“間針育闊”都是利用自然演替形成“針闊”或“闊針”混交林。

大興安嶺寒溫帶林區的白樺林是1949年后的皆伐跡地與火燒跡地上天然更新起來的先鋒群落。在多數區域落葉松和云杉已形成更新層(自我設計模式)，在這種情況下，通過撫育間伐和更新改造引導并加快落葉松林和云杉林向頂級群落轉變(人為設計模式);對于無針葉樹種更新的白樺林，通過栽針補闊或林分改造途徑轉化為針闊混交林(人為設計和自我設計綜合模式)。

2 低效林改造目標及其指標體系的探討

大興安嶺寒溫帶林區不僅是我國生態安全的重要屏障和應對氣候變化的重要支撐區，也是我國重要的木材基地，這是大興安嶺寒溫帶林區低效林改造目標確定的基本指導思想，而恢復生態學理論不僅是大興安嶺寒溫帶林區低效林改造目標確定的理論基礎，也是低效林改造技術措施提出的理論依據。

就大興安嶺寒溫帶林區而言，低效林改造總體目標是:

(1)維護大興安嶺寒溫帶林區森林生態系統。

(2)恢復退化的生態系統。

(3)對低效林改造后構建科學的管理模式，控制其演替方向和演替速度，防止再次退化。

(4)促進森林的可持續經營。

上述4個方面的總體目標為低效林改造目標體系的構建提供了基本框架，也為下一層目標的確定提供了依據。在總體目標之下的下一層次目標包括:

(1)林種及其功能目標;

(2)樹種及其群落結構目標。

(3)森林生態系統健康目標。

(4)森林生態環境保護目標。

(5)森林可持續經營目標。

(6)其他目標，如特種林目標要求等。

本文只對前4個目標進行探討，文中的指標是為實現目標而提出的要求。

2．1 林種及其功能目標、指標體系的確定

GB/T 26424-2010《森林資源規劃設計調查技術規程》根據林地、疏林地、灌木林地經營目標的不同將我國的森林分為5個林種，23個亞林種［5］，見表 1。

表1 林種分類Tab．1 Forest category classification

大興安嶺寒溫帶林區森林的林種及其功能有著嚴格的總體規劃要求，其在防護林中以水土保持林和水源涵養林為主，在用材林中以一般用材林為主。大興安嶺寒溫帶林區低效林改造在林種及其功能目標的確定上，應依據該區域的社會、經濟和生態的特性，并符合該林區生態建設的總體規劃要求。

為滿足低效林改造工程林種及其功能目標，在工程實施過程中規定的指標體系為:

(1)目的樹種、保護樹種的保護指標。

(2)苗木確認、苗木質量和苗木處理指標。

(3)林地植被保護指標。

(4)對老化、病朽和無培育前途林木的清理指標。

(5)補植密度及補植質量指標。

(6)苗木成活率、群落結構演替評估指標。

(7)提高林木生長環境質量，促進群落結構恢復評估指標。

2．2 樹種及其群落結構目標、指標體系的確定

大興安嶺寒溫帶林區有近10種優勢樹種，其中以落葉松、白樺和楊樹居多，森林植被分為兩大類型區，第一類型區是興安落葉松林，并伴有偃松、杜鵑、草類、泥炭蘚和杜香，還有部分白樺和山楊林，其中最多的是興安落葉松純林，由于適應立地生長環境的變遷，成為穩定的寒溫帶明亮針葉林。樟子松、蒙古櫟和黑樺及其林分數量很少，次生白樺和山楊及其林分，隨著人類破壞出現而增多。北部濕冷區偶見紅皮云杉混于落葉松內，多呈零星分布，紅皮云杉主要分布在河流兩岸及溝谷冷濕地，另外魚鱗云杉多見于海拔550～1 000 m，坡度20°左右的陰坡或半陰坡上，垂直分布明顯。在低海拔大河兩岸有甜楊和鉆天柳片林及散生林，是寒溫林區罕見的闊葉喬木樹種。第二類型區是興安落葉松、蒙古櫟林區，針葉林與落葉闊葉林林分并存，或在不同地段交錯出現，在嶺南的東北方向呈西南帶狀分布著胡枝子、蒙古櫟為主的闊葉林，嶺的東西兩側常形成森林與草原或草甸草原交錯分布。大面積隱域性沼澤和草甸植被、大面積的森林沼澤是嫩江等主要河流的發源地與水源涵養區［6-8］。

大興安嶺寒溫帶林區的原生樹種和群落結構是確定大興安嶺寒溫帶森林低效林改造恢復目標的依據，要遵循寒溫帶森林結構的特性及其演替規律，在引進外來物種或改變群落結構時要有充分的科學依據，并進行科學的論證和試驗驗證。

在確定樹種及其群落結構目標時應關注:

(1)森林結構對森林生態功能的影響。

(2)森林結構對區域環境安全的影響。

(3)森林結構對寒溫帶森林景觀破碎化、生物多樣性的影響。

(4)森林結構同天然林保護和森林資源可持續利用的關系。

為滿足低效林改造工程樹種及其群落結構目標，在工程實施過程中規定的指標體系為:

(1)清林、整地對林地涵養水源、水土流失、土壤養分作用效應評估指標。

(2)伐木、歸堆(楞)、集材、造材、運材對涵養水源、水土流失、土壤養分的作用效應評估指標。

(3)補植密度及群落結構演替對森林功能作用效應評估指標［9］。

2．3 森林生態系統健康目標、指標體系的確定

大興安嶺寒溫帶林區的森林健康目標、指標，主要考慮病蟲害、鼠害的發生及危害的控制，火災、洪災、旱災、凍害等與森林有關的災害危險和控制，水土資源保持控制，生物多樣性控制等。

大興安嶺寒溫帶林區是冷濕緣地貌強烈發育區，侵蝕主要為寒凍風化、凍層侵蝕和雪融。大興安嶺寒溫帶林區是我國森林火災嚴重的林區之一，由于干旱、風大，每年春天是火災發生的危險季節，森林火災對森林的破壞很大。

生物多樣性、群落結構、功能和非生物因子(生態環境)是相互影響、相互作用的。大興安嶺寒溫帶林區的氣候、永凍層、生長季節長度，以及土壤狀態和土壤肥力等非生物因素等微生物系統形成了大興安嶺寒溫帶林區獨特的生物多樣性，在低效林改造工程實施過程中能否保護好生物多樣性，直接關系到森林的穩定和健康。［10］因此，在低效林改造工程實施過程中要保護好黑熊、鹿、麝等重點野生動物及其棲息地，保護好山地樟子松、黃蘗、水曲柳等珍稀瀕危植物，保護好寒溫帶針葉林生態系統。

為滿足低效林改造工程森林生態系統健康目標，在工程實施過程中規定的指標體系為:

(1)病蟲害、鼠害、火災、凍害、風害、污染等災害恢復和控制指標。

(2)清林、整地及整地方位對林地水土資源保持控制指標和生物多樣性保護指標。

(3)效應帶開拓，保留帶撫育對林地水土資源保持控制指標和生物多樣性保護指標。

(4)伐木、歸堆(楞)、集材、運材對生物多樣性保護指標。

(5)補植樹種、樹種引進、補植密度對生物多樣性保護指標。

2．4 生態環境保護目標、指標體系的確定

大興安嶺寒溫帶林區是東北松嫩平原和呼倫貝爾大草原的天然屏障，是嫩江、額爾古納河的發源地和水源涵養區，對維護好大興安嶺寒溫帶林區的生態環境，東北、內蒙古東部地區的農牧業生產和大興安嶺寒溫帶林區的生態安全具有十分重要的意義。

大興安嶺寒溫帶林區有其特殊的生態環境，這里分布著高緯度多年凍土，大面積的沼澤濕地，凍融侵蝕嚴重，與我國其他林區相比，喬木生態幅寬，生態環境多樣性復雜，以興安落葉松為主。大興安嶺寒溫帶林區的森林凍土、濕地相互制約、相互影響，構成不可分割的自然地理景觀。

為滿足低效林改造工程生態環境保護目標，在工程實施過程中規定的指標體系為:

(1)清除灌草及清除的灌草處理指標。

(2)整地技術及整地方位指標。

(3)采伐剩余物加工和清理指標。

(4)集材、造材、歸楞、運材等指標要求。

(5)林地清理、恢復指標。

(6)林地衛生指標，包括機械的噪聲、排氣、污油和生活垃圾等。

3 結束語

分析研究寒溫帶低效林改造工程的理論依據和目標及其指標體系，為該地區低效林改造相關標準的制定提供技術支持，同時為該地區低效林改造工程的系統控制、驗證評估、工程成效監測奠定基礎。

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