大興安嶺塔河林場天然落葉松林健康經營評價

大興安嶺塔河林場天然落葉松林健康經營評價

袁野，劉兆剛*，董靈波

(東北林業大學 林學院，哈爾濱 150040)

摘要：以塔河林業局天然落葉松林為研究對象，為提高天然落葉松林的健康程度和森林的生態功能，結合當地實際經營情況因地制宜建立了基于基礎指標和經營指標的森林健康經營評價體系，系統分為五大要素：系統活力、組織結構、系統穩定性、森林效能和林地環境，并篩選出影響該地區森林健康的14個主要因子：樹高、胸徑、冠幅、更新、林分密度、生物多樣性、灌木蓋度、草本蓋度、枯梢程度、近自然度、郁閉度、蓄積量、土壤厚度和腐殖質厚度，采用AHP法確定各指標的權重。對隨機抽取的未經營天然落葉松林進行綜合評價，結果顯示75%的樣地處于亞健康狀態，系統活力與穩定性是決定森林健康程度的關鍵。針對影響力較大的因子如林分密度、群落層次結構、年齡結構、枯落物和生物多樣性等進行分析，提出五種經營調整技術。

關鍵詞：大興安嶺；落葉松；健康經營；綜合評價

中圖分類號：S 757

文獻標識碼：A

文章編號：1001-005X(2015)02-0014-05

Abstract：Based on the natural larch forests in Tahe Forestry Bureau，in order to improve the ecological function of the natural larch forest health and forest ecological function，combined with the local actual situation of the management of forest health，a system that consist of basis indices and management indices were established.The system is divided into five elements：system function，structure，stability，efficacy of forest，and woodland environment.A total of 14 main factors were selected，including tree height，DBH，crown width，regeneration，stand density，biodiversity，shrub coverage，herb coverage，dieback degree，naturalness，canopy density，volume，soil thickness，and litter thickness.The weight of each index was determined by the AHP method.On a random sample of non operating natural larch forests，the comprehensive evaluation results showed that 75% of the samples were in the sub-healthy state，and activity and stability of the system were the keys to determining the degree of forest health.In view of the influence of the main factors such as stand density，community structure，age structure，litter and biodiversity analysis，five kinds of operation adjustment techniques were put forward.

Keywords：Greater Khingan range；larch；health management；comprehensive evaluation

收稿日期：2014-11-07

基金項目：“十二五”國家科技支撐計劃項目(2012BAD22B0202；2011BAD37B02)

作者簡介：第一袁野，碩士研究生。研究方向：森林資源的評價與監測。

通訊作者：*劉兆剛，博士，教授。研究方向：林業生長與收獲模型等。E-mail：lzg19700602@163.com

Evaluation of Natural Larch Forest HealthManagement in Greater Khingan Range Tahe Forest Farm

Yuan Ye，Liu Zhaogang*，Dong Lingbo

(School of Forestry，Northeast Forestry University，Harbin 150040)

引文格式：袁野，劉兆剛，董靈波.大興安嶺塔河林場天然落葉松林健康經營評價[J].森林工程，2015，31(2)：14-19.

大興安嶺是我國唯一寒溫帶明亮針葉林區，具有生態環境脆弱、氣候寒冷、林木生長遲緩、生長期短暫、生產力低和恢復難的特點。該區森林群落單一、垂直結構層次單一、物種空間格局大、演替特殊[1-9]。近幾十年來，隨著人們對森林需求的加劇，對大興安嶺的資源，如木材和濕地等不斷開發利用，大興安嶺的生態系統受到了不同程度的破壞，出現了系統穩定性失衡、系統活力減退和森林面積縮減等現象。

塔河林業局是大興安嶺北部地區過去森林經營的典型代表，林業產值占國民經濟產值的比重較大，然而由于林業局一直以來采用傳統的木材單一生產方式，林業局人口數量膨脹速度過快，經濟發展相對緩慢，使得森林采伐過量，資源消耗嚴重。向塔河林業局引入森林健康經營的理念進行健康經營的示范工作，改善森林的質量、提高針葉樹的數量，將傳統的以木材生產為主的思想改變為綜合性經營，促進森林的增長、提高森林的自我調節能力發揮多功能效益[10-14]。

1研究地區概況

塔河林業局位于黑龍江省西北部。地理坐標：北緯52°24′46″～ 52°31′47″，東經124°43′40″～124°51′29″，與塔河縣林業局秀峰林場和施業區接壤。東西寬約8 km，南北長約12 km，總面積6 406 m2。研究區地貌大部分屬于低山丘陵，呈中高、兩側低，西高東低的地勢，起伏平緩，平均坡度7°，最高處與最低處海拔分別為733 m和348 m，平均海拔547 m。研究區地處北溫帶，由于受大陸和海洋高、低季風交替的影響，氣候變化顯著，冬季漫長干燥而寒冷，夏季短暫而濕熱，春季多大風而少雨，秋季降溫急劇，霜凍來的早，屬寒溫帶大陸性季風氣候。研究區內植被類型多，分布著不同的土壤，分布最多的是棕色針葉林土和草甸土，部分低洼處分布著沼澤土；此外還分布有少量的暗棕壤、河灘森林土和石質土。棕色針葉林土比較適合大興安嶺地區的針闊葉樹木生長，如落葉松、白樺和樟子松等樹種。

2健康評價

2.1　篩選評價指標

采用專家咨詢法，在參考李秀英、郭艷榮和王忠春等人對評價指標分析研究的基礎上結合實際對眾多的森林健康的影響因子進行篩選[15-17]，構建了落葉松林健康評價指標體系。如圖1所示。

目標層準則層要素層指標層

圖1　落葉松健康評價體系 Fig.1 Larch health evaluation system

2.2　指標權重

采用AHP層次分析法確定落葉松林健康評價指標的權重值，邀請專家對落葉松林健康評價指標體系的各項評價指標進行打分，運用AHP軟件進行計算，結果見表1。

表1　落葉松林健康評價指標及權重 Tab.1 The evaluation index and weight for larch forest health evaluation

由以上可以說明，枯梢程度和土壤厚度指標占總和的比重較大，表明其對落葉松健康的有一定的影響力。從指標層來看，系統穩定性占總體的33%，可見穩定性是影響落葉松林健康的主要因素；從準則層來看，基礎指標占了67%，是整個評價體系的主導因子，對評價結果起著關鍵作用。

2.3　評價方法

通過層次分析法得到的各個指標的權重是沒有與現實的數據結合的結果，不能全面客觀的反應各指標的實際情況，選擇綜合評價的方法進一步對落葉松林的實際健康情況進行分析，指數評價法是一種綜合定量的比較方法，采用這種方法時首先對每個指標打分，將定性比較轉化為定量比較，再把每個評價層次的所以因子的分數代數法相加求出綜合評價分數[18]。

模型如下：

(1)

式中：Pi為總體的綜合評價值；Aij為各個評價項的單項值；Wj為各個評價項的權重。

采用五分制原則，對各個評價項根據評判標準進行量化，此標準不是各因子的實際大小的劃分而是將其對森林健康的影響分級，越能促進森林向健康狀態發展的分值越高，反之則越低。結果見表2。

表2　森林健康評價指標評價值標準劃分 Tab.2 Standard division of forest health assessment index

其中，近自然度分5級，見表3。

表3　近自然度分級 Tab.3 Near-nature degree classification

樹冠枯梢比重分7級，見表4。

表4　枯梢比重分級 Tab.4 Gradings of the propotion of withered tip

2.4　評價結果

根據森林健康評價指標判定因子的權重結果，依據塔河林場二類清查的基礎數據，隨機抽取12塊未經過經營的落葉松天然林樣地，經過計算得出各個樣地的綜合評價值。根據森林健康評價值，結合研究區的具體情況，將健康等級分為4級，見表5。

表5　興安落葉松林森林健康評價等級 Tab.5 Forest health assessment levels of Xing’an larch forest

評價結果見表6。

表6　健康評價結果 Tab.6 Forest health assessment results

3結果分析

經過健康評價，可以看出林分現在所處的狀態，找出對其健康影響力較大的因素，有目的的對各個影響指標展開科學有效的經營措施[1]。針對亞健康、一般健康、不健康的樣地，需要對其進行科學合理的經營調整。

3.1　林分密度調整

樹木冠幅的大小和樹木的生長具有直接關系，冠幅代表樹木占據的營養空間，因此冠幅越大樹木生長就越好，但同時由于個體的競爭這也將引起單位面積上株數密度的下降[7]。根據前人經驗，可以根據冠幅與株數密度推算出研究區的理論密度。計算方法如下。

F理= 40 000/πL2。

(2)

式中：L為平均冠幅；F理為理論密度。

圖2　林分密度 Fig.2 Stand density

此理想林分密度的計算只是針對基礎指標中的冠幅一個因子算出的，實際上森林生態系統是一個復雜的綜合整體，因此理想的健康狀態要多角度考慮，所以要將理論數據結合實際林分情況得出最佳林分密度。

以下針對不同樣地情況列出了密度調整的方法：

(1)生態疏伐

處于健康狀態較差，實際密度大于理論密度的樣地，應伐除密集區內長勢不好、干形較差的單株，留下足夠的營養空間為保留的健康樹種加快其生長發育。提高林分質量，改善土壤板結狀況。以期通過疏伐調整，改善林況，調整林木生長空間，使林分的密度趨于合理。首先確定要伐除的樹木，伐除研究區內的枯倒木、瀕死木和被壓木，保留優勢木和亞優勢木。如果林分密度較大，要結合實際考慮伐除部分中等木。 然后確定疏伐強度，伐除強度不僅要考慮林齡和胸徑等因素，還要考慮到立地條件的差異。比如位于干旱陽坡或通風口處立地條件較差的林分，為了保證土壤養分和水分充足，可以考慮適當增大疏伐強度，使保留木減少些；陰坡等立地條件較好的位置，樹木的水分養分充足，保留的株數可以多些，疏伐強度適當減小，且陡坡的疏伐強度應比緩坡小。

(2)補植

對于實際密度小于理論密度的樣地，應該栽種相同或者其他適宜此處土壤生長的樹種，形成合理密度的林分結構。要考慮林分內部間隙的大小和分布特點，選擇均勻或局部的補植方法，在春季和秋季進行補植。

(3)林下割灌

對于灌木蓋度較大的林分，其灌木蓋度過大，對樹下草本植物生長產生阻礙，要適當割除一些灌木，促進林下幼苗和草本生長。

(4)修枝整型

對于冠幅較大分支過多的林分，應該去掉競爭枝條，適當修剪冠層提高樹木通風透光度，使得林分及林木下灌草都能正常生長。

3.2　群落層次結構調整

成層性是森林植物群落的基本特點[19]。根據李金良對水源林經營理論的研究發現[20]，喬木層的郁閉度在0.5到0.8之間、草本層的覆蓋度在30%到70%之間、灌木層的覆蓋度在40%到60%之間、枯落物層的厚度在2.0 cm以上，覆蓋度在80%以上等多層次群落結構的森林，其物種多樣性豐富，群落生態穩定性高。

表7　灌草蓋度與郁閉度 Tab.7 Shrub and grass coverage and canopy density

建議群落層次結構調整方法：加強林冠和郁閉度的管理，通過疏伐、單株擇伐或修枝等措施增大林內透光度和通風度，建立更好的多層次群落結構林分。

3.3　年齡結構調整

結合許多研究者的經驗和成果發現異齡林較之同齡林具有許多優勢，如系統穩定性、恢復力和抵御災害的能力較強。因此，對于大興安嶺地區林分年齡結構調整也是健康經營中十分重要的一項，通過單株擇伐形成小面積林分間隙，以改善通風透光度促使林分天然更新，來實現調節大興安嶺林分年齡結構，或者與前面提出的林分密度調整或樹種結構調整結合，通過補植或者天然更新的方法達到年齡結構調節的目的。

3.4　枯落物及土壤管理

樣地的腐殖質厚度隨著林分密度的增大而下降。因此，必須對密度過高的林分進行合理的間伐。結合前面提出的密度調整和群落結構調整，采取撫育間伐的措施，增強透光度，使地溫升高以增強微生物活性，有機質分解加速，改善土壤結構，加強土壤涵養和持水力，同時為林下灌草生長提供適宜環境，使得灌草分解加速，為土壤提供更多養分和有機質，在有條件的情況下可以適時為林分中耕、松土，加快土壤分解速度。

3.5　生物多樣性保護

許多國家如加拿大[21]將生物多樣性作為森林健康最重要的特征[20]，聯邦、省和地方政府設立保護區保護生物多樣性。保護生物多樣性的重點是維護森林的系統穩定性，為了林內動植物、微生物以及其他生物提供良好的自然生存環境，提高森林的生物多樣性、穩定性及提高抗災能力，使森林充分發揮自我調整能力，培育和保護健康的森林。生物多樣性越豐富，群落結構越穩定，森林效益越明顯。

圖 3　生物多樣性 Fig.3 Species diversity

建議適當調整樣地的針闊比例，積極引進新物種，減少純林，增加混交林，保護森林內的生物。根據前人研究成果發現：混交林較之純林地力強，生長效益好，尤其是多樹種混交的林分，其養分循環、系統穩定性和自我調節能力都比純林高出許多。要建設大興安嶺良好的生態環境，必須維護其豐富的生物多樣性，使喬、灌、草相結合構成多層次穩定的森林生態系統，更好的發揮大興安嶺天然落葉松林的生態效益。

4結論與討論

由于林分經營需要一定時間才能得到質的改善，所以在動態數據和森林資源監測上有待進一步研究；由于我國沒有統一的森林健康評價體系，所以在評價某一地區或某一樹種的健康程度時，要因地制宜，結合現實情況，制定出符合研究區條件的健康經營評價體系。

在結合塔河實際情況后制定出了基于基礎指標和經營指標的落葉松林健康評價體系，經過抽樣分析，針對具體樣地進行研究，提出5種經營調整技術分別為：

(1)通過生態疏伐、補植、林下割灌、修枝整型等技術合理調整林分密度。

(2)加強樹冠和林分郁閉度管理，通過疏伐、單株擇伐或修枝等措施增大林內透光度和通風度，建立更好的多層次群落結構林分。

(3)通過促進天然更新來調整年齡結構，使得天然落葉松林的穩定性、恢復力和抵御災害的能力得到加強。

(4)增強林分透光度，使地溫升高以增強微生物活性，有機質分解加速，改善土壤結構。

(5)適當調整樣地的針闊比例，豐富生物多樣性，更好的發揮森林的生態效益。

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[責任編輯：劉美爽]