大興安嶺林區低效林補植改造生態效應分析

李　湃，李應珍，楊雪峰，樊冬溫

(1.國家林業局哈爾濱林業機械研究所，哈爾濱 150086；2.中國林業科學研究院森林工程研究中心，哈爾濱 150086)

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大興安嶺林區低效林補植改造生態效應分析

李湃1，2，李應珍1，2，楊雪峰1，2，樊冬溫1，2

(1.國家林業局哈爾濱林業機械研究所，哈爾濱 150086；2.中國林業科學研究院森林工程研究中心，哈爾濱 150086)

摘要：本文采用系統工程分析方法對大興安嶺林區低效林補植改造工程的生態效應進行了分析，從清林作業、整地作業和補植作業3個方面著手，提出了3個作業過程的輸入、轉化以及輸出技術要求，并依次分析了三個作業過程對作業區生態效應的影響，體現了補植改造工程的系統性和完整性，為保持和提高大興安嶺林區森林生態系統的整體功能與效益提供理論支撐。

關鍵詞：低效林；補植改造；生態效應；大興安嶺林區

0引言

低效林又稱為低質林或低產林，是指受人為因素的直接作用或誘導自然因素的影響，森林生態功能、林產品產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。低效林是一種病態的生態系統，具體表現為森林群落結構失調、系統功能退化或喪失、林木生長發育衰竭、森林生產力下降、森林生態系統穩定性和抗逆性下降、生物多樣性下降等[1-4]。大興安嶺林區是我國主要的寒溫帶林區，但上世紀至今經歷過多次森林火災、破壞性皆伐以及因經營管理不當等自然、人為干擾導致林分生態系統功能整體退化[5-8]，形成了具有我國寒溫帶特征的大興安嶺低效林。

大興安嶺林區低效林改造就是在森林可持續經營理念的指導下，根據區域的立地條件和群落結構，通過改善林分生長環境、改變林分結構或更替樹種，逐步恢復和增強森林的主體功能。低效林改造方式主要包括：補植、封育、更替、撫育、調整、復壯、效應帶改造和綜合改造等。其中，補植是大興安嶺林區低效林改造的主要方式。不同的改造方式對大興安嶺林區低效林的林地土壤理化性質[9]、土壤碳通量[10]、生物多樣性[11]和枯落物特性等會產生不同的影響。本文采用系統工程分析方法，僅對大興安嶺林區低效林補植改造的生態效應進行分析。

1大興安嶺林區低效林的類型和改造對象

在LY/T 1690-2007《低效林改造技術規程》中，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。根據林分起源的不同，低效林可分為低效次生林和低效人工林，其中，低效次生林包括殘次林、劣質林和低效灌木林，低效人工林包括低效純林、樹種(種源)不適林、病蟲危害林、經營不當林和衰退過熟林[12]，如圖1所示。大興安嶺林區低效林的類型涵蓋了LY/T 1690-2007《低效林改造技術規程》中劃分的低效林類型。

圖1　低效林類型Fig.1 Categories of low function forests

大興安嶺林區的低效林改造對象主要為：①林相殘破、質量低下、目的樹種較少、分布不均，林下更新不良，林分結構單一，郁閉度0.5以下的中幼齡林；②公頃蓄積達不到該地區同齡級平均公頃蓄積50%的林木；③平均胸徑達不到該地區同齡級平均胸徑60%的林木。

從保護森林資源和生態環境的角度出發，以下林分不宜作為大興安嶺林區的低效林改造對象：①在無任何外來因素的影響下，僅因立地條件因素形成的質量低下的林分；②對于生態地位重要需特殊保護的一級國家級公益林；③坡度大于25°的容易加劇水土流失、土地退化或植被恢復困難的林分。

2大興安嶺林區低效林補植改造效應分析

根據林地目的樹種的分布狀況、樹種生物學特性、林種功能、樹種結構、齡級結構和林分內的林隙大小等，可采用不同的補植方法[13]。

(1)全面補植：對林隙面積較小，且分布相對均勻的低效林，采取全面植苗或直播的方法進行全面補植。

(2)局部(團塊狀)補植：對林隙面積較大、形狀各異，且分布極不均勻的低效林，采取植苗或直播的方法進行局部補植。

補植適宜樹種的選擇要堅持因地制宜、適地適樹的原則，選擇I級以上苗木進行補植，根據目的樹種天然幼樹的有效株數確定補植密度，以充分發揮林地的生產潛力。補植時，要注意保護林分中已有的幼苗幼樹，避免破壞已有的林下植被、減少對土壤的擾動；補植后，要適時做好管護和幼撫工作，以達到培育穩定群落結構的要求[14-17]。無論采用哪一種補植方法，大興安嶺林區低效林補植改造工程系統的構成均為清林→整地→補植，具體如圖2所示。

圖2　大興安嶺林區低效林補植改造工程系統Fig.2 Replantation engineering system of low function forest in Daxing’anling forest region

按照系統論的觀點，大興安嶺林區低效林補植改造工程系統中的每個過程都包含“輸入”、“輸出”以及輸入到輸出的“轉化”(即作業過程的技術系統)。輸入是工程系統運行的基礎和依據，通過轉化(技術系統)產生輸出，輸出是工程系統的運行目標和目的。

2.1清林作業

大興安嶺林區低效林補植改造前首先對林地進行塊狀清理、割除灌草，并根據改造目標、原有林木株數和郁閉度以及目的樹種幼苗幼樹的數量來確定補植面積和補植密度。

(1)清林作業過程的輸入：

①擬清除的灌草。

②清林的技術要求等信息輸入。

③人力和物力輸入。

④林分狀態輸入。

⑤人為、自然干擾因子輸入。

(2)清林作業過程“技術系統”的構建包括：

①清除目標的確認和標定。

②灌草清除技術(裝備、工藝技術)。

③清除掉的灌草等的處理及處理技術(裝備、工藝技術)。

(3)清林作業過程的輸出：

①適于整地、補植和林木生長的環境。

②清林作業過程對生態系統的作用效應。

(4)清林作業過程對作業區生態系統的效應分析：

①清除有礙林木生長的灌草，有效地擴大了林木生長的營養空間，為林木提供了良好的生長環境，促進林分群落恢復的質量和速度。

②清除目標的確認和標定要慎重，清林是從群落結構中移出部分植物種，即便是低效林的林分，也會影響其涵養水源的能力，增加水土流失和土壤養分流失的可能性。要防止珍稀物種、保護樹種和目的樹種損傷，維系好其在生態平衡中至關重要的作用，避免林分群落結構負面作用效應的產生。

③清林作業過程除掉的灌草的處理同撫育采伐工程一樣最好采用散鋪的方式，既緩解了由于清除灌草引起的水土流失、土壤養分降低的作用效應，還有利于加速林下枯落物的分解，使土壤微生物得以繁殖，提高土壤肥力。

2.2整地作業

整地的目的是消除雜草、保育土壤。整地的方式依林地坡度不同而異，對陡坡、斜坡采用穴狀整地，如果是緩坡、平坡則采用帶狀整地，如果是低濕地則采用臺狀整地。

(1)整地作業過程的輸入：

①整地方式、規格要求等信息輸入。

②人力和物力輸入。

③自然力干擾因子輸入。

④清林作業過程的輸出。

(2)整地作業過程“技術系統”的構建包括：

①整地時間的選擇。

②整地方位的確認。

③整地技術(裝備、工藝技術)。

(3)整地作業過程的輸出：

①符合補植要求的林地。

②整地過程對生態系統的作用效應。

(4)整地作業過程對作業區生態系統的效應分析：

①因地而異地確認整地方式，對于大興安嶺林區低效林改造一般采用帶狀整地和穴狀整地。整地方式確認的作用效應表現在為林隙中補植的林木生長提供一個好的生存環境，以及由整地方式的確認而產生的對生態系統的其他作用效應，譬如由于整地伐除林分中的一部分植物種，對原有林分結構產生了作用效應，同時也增加了水土流失的可能性。

②整地時間能否科學的安排，對于補植林木的存活率有著明顯影響。造林前一年的秋季整地優于當年春季整地。秋季整地經過冬凍春融，土壤疏松，保墑，土溫提高，化凍提前，補植可提前；而當年春季隨整地隨補植，土壤板結，水分蒸發快，不利保墑。

③整地方位的確認是整地過程設計中難以控制的一項因子，在不同的林隙中立地條件差異很大。確認整地方位的正確與否，不僅對補植林木有很大的作用效應，還對補植林木周邊植物種的生長產生影響，對林分土壤表面亦會產生不同的水土流失效應。

④整地技術和整地規格關系到土壤的熟化(養生)，保存土壤中的養分和水分，穴狀整地的翻土法(土壤移出穴外)和松土法(土壤保留在穴內)對土壤的保育效果差異很大。

2.3補植作業

(1)補植作業過程的輸入：

①“苗木”、補植的技術要求。

②人力和物力輸入。

③自然干擾因子輸入。

④整地作業過程的輸出。

(2)補植作業過程“技術系統”的構建包括：

①苗木的確認和苗木處理技術(裝備、工藝技術)。

②栽植方法、栽植密度的確認。

③栽植技術(裝備、工藝技術)。

(3)補植作業過程的輸出：

①符合要求的補植后的林分狀態。

②補植作業過程對生態系統的作用效應。

(4)補植作業過程對作業區生態系統的效應分析：

①苗木的確認有兩層含意，其一是樹種的確認，其二是苗木品質規格的確認。防護林補植樹種的確認宜考慮通過補植形成混交林，商品林則根據經營目標確定。用于補植的苗木可能是一種，也可能是兩種或兩種以上，需綜合考慮改造區域林種、樹種及空間上科學、合理的布局與配置，這由林隙改造的目標而定。苗木的確認不僅決定著改造后的群落結構，還與群落結構的演替過程相關。

②栽植方法，對于穴狀整地有明穴栽植和窄縫栽植，兩種栽植方法視樹種特性、立地條件、苗木的規格而定。栽植密度根據經營方向、現有株數和該類林分所處年齡階段的合理密度而定，通常補植后密度需達到該類林分合理密度的85%以上。

③栽植技術對林木生長有著重要影響，栽植技術好的比技術差的所栽植的苗木生長速度差異顯著。但無論采用哪一種栽植方法或栽植技術，都與苗木的成活率和苗木的生長發育狀況有關，也關系到補植的苗木能否在群落演替過程中被淘汰，所以栽植方法和栽植技術也關系到生物多樣性的變化。

3結束語

內蒙古大興安嶺林區經人為因素的直接破壞(森林采伐、不合理的撫育等)，或間接破壞(森林病蟲害、火災、旱災)，造成森林質量下降，森林結構不合理的現象非常明顯，形成大量的低效低質林分。補植改造是大興安嶺林區低效林改造的一項重要措施，通過對低效林采取結構調整、樹種更替、補植補播、封山育林、林分撫育、嫁接復壯等營林措施，開發林地生產潛力，提高林分質量和效益水平。補植改造工程系統的基本構成為：清林→整地→補植。本文采用系統工程分析方法，分別提出3個過程的輸入、輸出以及輸入轉化為輸出的技術系統，并對每個作業過程對作業區生態系統的影響效應進行了分析，對改善大興安嶺林區不合理的森林結構，提高森林資源質量，促進森林健康生長具有指導意義。

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Analysis of Ecological Effect of Low FunctionForest Replantation in Daxing’anling Forest Region

Li Pai1，2，Li Yingzhen1，2，Yang Xuefeng1，2，Fan Dongwen1，2

(1.Harbin Research Institute of Forestry Machinery，China State Forestry Administration，Harbin 150086； 2.Research Center of Forest Engineering in Chinese Academy of Forestry，Harbin 150086)

Abstract：The system engineering analysis method was used to analyze the ecological effect of low function forest replantation in Daxing’anling forest region.Based on the three aspects including forest liquidation，soil preparation，and replantation，the input，conversion，and output technical requirements of the engineering system were put forward，respectively，and the influence of ecological effect in operation area was explained.The engineering system could indicate the systematicness and completeness of the low function forest replantation，which could provide theoretical support for maintaining and improving the whole function and efficiency of Daxing’anling forest ecological system.

Keywords：low function forest；replantation and transformation；ecological effect；Daxing’anling forest region

中圖分類號：S 756.5

文獻標識碼：A

文章編號：1001-005X(2016)03-0036-04

作者簡介：第一李湃，碩士，工程師。研究方向：森林工程標準化以及林業機械標準化的研究。E-mail:nefupaili@163.com

基金項目：國家林業局林業行業標準制修訂項目(2015-LY-102)

收稿日期：2015-11-03

引文格式：李湃，李應珍，楊雪峰，等.大興安嶺林區低效林補植改造生態效應分析[J].森林工程，2016，32(3)：36-39.