大興安嶺塔河林場天然落葉松林健康經(jīng)營評價(jià)

袁野，劉兆剛*，董靈波

(東北林業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，哈爾濱 150040)

摘要：以塔河林業(yè)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(tài)功能，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際經(jīng)營情況因地制宜建立了基于基礎(chǔ)指標(biāo)和經(jīng)營指標(biāo)的森林健康經(jīng)營評價(jià)體系，系統(tǒng)分為五大要素：系統(tǒng)活力、組織結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)穩(wěn)定性、森林效能和林地環(huán)境，并篩選出影響該地區(qū)森林健康的14個(gè)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(zhì)厚度，采用AHP法確定各指標(biāo)的權(quán)重。對隨機(jī)抽取的未經(jīng)營天然落葉松林進(jìn)行綜合評價(jià)，結(jié)果顯示75%的樣地處于亞健康狀態(tài)，系統(tǒng)活力與穩(wěn)定性是決定森林健康程度的關(guān)鍵。針對影響力較大的因子如林分密度、群落層次結(jié)構(gòu)、年齡結(jié)構(gòu)、枯落物和生物多樣性等進(jìn)行分析，提出五種經(jīng)營調(diào)整技術(shù)。

關(guān)鍵詞：大興安嶺；落葉松；健康經(jīng)營；綜合評價(jià)

中圖分類號(hào)：S 757

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：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(xiàng)目：“十二五”國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)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(jià)與監(jiān)測。

通訊作者：*劉兆剛，博士，教授。研究方向：林業(yè)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(jīng)營評價(jià)[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(qū)，具有生態(tài)環(huán)境脆弱、氣候寒冷、林木生長遲緩、生長期短暫、生產(chǎn)力低和恢復(fù)難的特點(diǎn)。該區(qū)森林群落單一、垂直結(jié)構(gòu)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(fā)利用，大興安嶺的生態(tài)系統(tǒng)受到了不同程度的破壞，出現(xiàn)了系統(tǒng)穩(wěn)定性失衡、系統(tǒng)活力減退和森林面積縮減等現(xiàn)象。

塔河林業(yè)局是大興安嶺北部地區(qū)過去森林經(jīng)營的典型代表，林業(yè)產(chǎn)值占國民經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值的比重較大，然而由于林業(yè)局一直以來采用傳統(tǒng)的木材單一生產(chǎn)方式，林業(yè)局人口數(shù)量膨脹速度過快，經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對緩慢，使得森林采伐過量，資源消耗嚴(yán)重。向塔河林業(yè)局引入森林健康經(jīng)營的理念進(jìn)行健康經(jīng)營的示范工作，改善森林的質(zhì)量、提高針葉樹的數(shù)量，將傳統(tǒng)的以木材生產(chǎn)為主的思想改變?yōu)榫C合性經(jīng)營，促進(jìn)森林的增長、提高森林的自我調(diào)節(jié)能力發(fā)揮多功能效益[10-14]。

1研究地區(qū)概況

塔河林業(yè)局位于黑龍江省西北部。地理坐標(biāo)：北緯52°24′46″～ 52°31′47″，東經(jīng)124°43′40″～124°51′29″，與塔河縣林業(yè)局秀峰林場和施業(yè)區(qū)接壤。東西寬約8 km，南北長約12 km，總面積6 406 m2。研究區(qū)地貌大部分屬于低山丘陵，呈中高、兩側(cè)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(qū)地處北溫帶，由于受大陸和海洋高、低季風(fēng)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(fēng)而少雨，秋季降溫急劇，霜凍來的早，屬寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候。研究區(qū)內(nèi)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(zhì)土。棕色針葉林土比較適合大興安嶺地區(qū)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(jià)

2.1　篩選評價(jià)指標(biāo)

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(jià)指標(biāo)分析研究的基礎(chǔ)上結(jié)合實(shí)際對眾多的森林健康的影響因子進(jìn)行篩選[15-17]，構(gòu)建了落葉松林健康評價(jià)指標(biāo)體系。如圖1所示。

目標(biāo)層準(zhǔn)則層要素層指標(biāo)層

圖1　落葉松健康評價(jià)體系 Fig.1 Larch health evaluation system

2.2　指標(biāo)權(quán)重

采用AHP層次分析法確定落葉松林健康評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重值，邀請專家對落葉松林健康評價(jià)指標(biāo)體系的各項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行打分，運(yùn)用AHP軟件進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見表1。

表1　落葉松林健康評價(jià)指標(biāo)及權(quán)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(biāo)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(biāo)層來看，系統(tǒng)穩(wěn)定性占總體的33%，可見穩(wěn)定性是影響落葉松林健康的主要因素；從準(zhǔn)則層來看，基礎(chǔ)指標(biāo)占了67%，是整個(gè)評價(jià)體系的主導(dǎo)因子，對評價(jià)結(jié)果起著關(guān)鍵作用。

2.3　評價(jià)方法

通過層次分析法得到的各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重是沒有與現(xiàn)實(shí)的數(shù)據(jù)結(jié)合的結(jié)果，不能全面客觀的反應(yīng)各指標(biāo)的實(shí)際情況，選擇綜合評價(jià)的方法進(jìn)一步對落葉松林的實(shí)際健康情況進(jìn)行分析，指數(shù)評價(jià)法是一種綜合定量的比較方法，采用這種方法時(shí)首先對每個(gè)指標(biāo)打分，將定性比較轉(zhuǎn)化為定量比較，再把每個(gè)評價(jià)層次的所以因子的分?jǐn)?shù)代數(shù)法相加求出綜合評價(jià)分?jǐn)?shù)[18]。

模型如下：

(1)

式中：Pi為總體的綜合評價(jià)值；Aij為各個(gè)評價(jià)項(xiàng)的單項(xiàng)值；Wj為各個(gè)評價(jià)項(xiàng)的權(quán)重。

采用五分制原則，對各個(gè)評價(jià)項(xiàng)根據(jù)評判標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行量化，此標(biāo)準(zhǔn)不是各因子的實(shí)際大小的劃分而是將其對森林健康的影響分級(jí)，越能促進(jìn)森林向健康狀態(tài)發(fā)展的分值越高，反之則越低。結(jié)果見表2。

表2　森林健康評價(jià)指標(biāo)評價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)劃分 Tab.2 Standard division of forest health assessment index

其中，近自然度分5級(jí)，見表3。

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

樹冠枯梢比重分7級(jí)，見表4。

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

2.4　評價(jià)結(jié)果

根據(jù)森林健康評價(jià)指標(biāo)判定因子的權(quán)重結(jié)果，依據(jù)塔河林場二類清查的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，隨機(jī)抽取12塊未經(jīng)過經(jīng)營的落葉松天然林樣地，經(jīng)過計(jì)算得出各個(gè)樣地的綜合評價(jià)值。根據(jù)森林健康評價(jià)值，結(jié)合研究區(qū)的具體情況，將健康等級(jí)分為4級(jí)，見表5。

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

評價(jià)結(jié)果見表6。

表6　健康評價(jià)結(jié)果 Tab.6 Forest health assessment results

3結(jié)果分析

經(jīng)過健康評價(jià)，可以看出林分現(xiàn)在所處的狀態(tài)，找出對其健康影響力較大的因素，有目的的對各個(gè)影響指標(biāo)展開科學(xué)有效的經(jīng)營措施[1]。針對亞健康、一般健康、不健康的樣地，需要對其進(jìn)行科學(xué)合理的經(jīng)營調(diào)整。

3.1　林分密度調(diào)整

樹木冠幅的大小和樹木的生長具有直接關(guān)系，冠幅代表樹木占據(jù)的營養(yǎng)空間，因此冠幅越大樹木生長就越好，但同時(shí)由于個(gè)體的競爭這也將引起單位面積上株數(shù)密度的下降[7]。根據(jù)前人經(jīng)驗(yàn)，可以根據(jù)冠幅與株數(shù)密度推算出研究區(qū)的理論密度。計(jì)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(jì)算只是針對基礎(chǔ)指標(biāo)中的冠幅一個(gè)因子算出的，實(shí)際上森林生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的綜合整體，因此理想的健康狀態(tài)要多角度考慮，所以要將理論數(shù)據(jù)結(jié)合實(shí)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(diào)整的方法：

(1)生態(tài)疏伐

處于健康狀態(tài)較差，實(shí)際密度大于理論密度的樣地，應(yīng)伐除密集區(qū)內(nèi)長勢不好、干形較差的單株，留下足夠的營養(yǎng)空間為保留的健康樹種加快其生長發(fā)育。提高林分質(zhì)量，改善土壤板結(jié)狀況。以期通過疏伐調(diào)整，改善林況，調(diào)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(qū)內(nèi)的枯倒木、瀕死木和被壓木，保留優(yōu)勢木和亞優(yōu)勢木。如果林分密度較大，要結(jié)合實(shí)際考慮伐除部分中等木。 然后確定疏伐強(qiáng)度，伐除強(qiáng)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(fēng)口處立地條件較差的林分，為了保證土壤養(yǎng)分和水分充足，可以考慮適當(dāng)增大疏伐強(qiáng)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(yǎng)分充足，保留的株數(shù)可以多些，疏伐強(qiáng)度適當(dāng)減小，且陡坡的疏伐強(qiáng)度應(yīng)比緩坡小。

(2)補(bǔ)植

對于實(shí)際密度小于理論密度的樣地，應(yīng)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(jié)構(gòu)。要考慮林分內(nèi)部間隙的大小和分布特點(diǎn)，選擇均勻或局部的補(bǔ)植方法，在春季和秋季進(jìn)行補(bǔ)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(chǎn)生阻礙，要適當(dāng)割除一些灌木，促進(jìn)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(yīng)該去掉競爭枝條，適當(dāng)修剪冠層提高樹木通風(fēng)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(jié)構(gòu)調(diào)整

成層性是森林植物群落的基本特點(diǎn)[19]。根據(jù)李金良對水源林經(jīng)營理論的研究發(fā)現(xiàn)[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(jié)構(gòu)的森林，其物種多樣性豐富，群落生態(tài)穩(wěn)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(jié)構(gòu)調(diào)整方法：加強(qiáng)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(nèi)透光度和通風(fēng)度，建立更好的多層次群落結(jié)構(gòu)林分。

3.3　年齡結(jié)構(gòu)調(diào)整

結(jié)合許多研究者的經(jīng)驗(yàn)和成果發(fā)現(xiàn)異齡林較之同齡林具有許多優(yōu)勢，如系統(tǒng)穩(wěn)定性、恢復(fù)力和抵御災(zāi)害的能力較強(qiáng)。因此，對于大興安嶺地區(qū)林分年齡結(jié)構(gòu)調(diào)整也是健康經(jīng)營中十分重要的一項(xiàng)，通過單株擇伐形成小面積林分間隙，以改善通風(fēng)透光度促使林分天然更新，來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)大興安嶺林分年齡結(jié)構(gòu)，或者與前面提出的林分密度調(diào)整或樹種結(jié)構(gòu)調(diào)整結(jié)合，通過補(bǔ)植或者天然更新的方法達(dá)到年齡結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)的目的。

3.4　枯落物及土壤管理

樣地的腐殖質(zhì)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(jìn)行合理的間伐。結(jié)合前面提出的密度調(diào)整和群落結(jié)構(gòu)調(diào)整，采取撫育間伐的措施，增強(qiáng)透光度，使地溫升高以增強(qiáng)微生物活性，有機(jī)質(zhì)分解加速，改善土壤結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)土壤涵養(yǎng)和持水力，同時(shí)為林下灌草生長提供適宜環(huán)境，使得灌草分解加速，為土壤提供更多養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)，在有條件的情況下可以適時(shí)為林分中耕、松土，加快土壤分解速度。

3.5　生物多樣性保護(hù)

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(lián)邦、省和地方政府設(shè)立保護(hù)區(qū)保護(hù)生物多樣性。保護(hù)生物多樣性的重點(diǎn)是維護(hù)森林的系統(tǒng)穩(wěn)定性，為了林內(nèi)動(dòng)植物、微生物以及其他生物提供良好的自然生存環(huán)境，提高森林的生物多樣性、穩(wěn)定性及提高抗災(zāi)能力，使森林充分發(fā)揮自我調(diào)整能力，培育和保護(hù)健康的森林。生物多樣性越豐富，群落結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定，森林效益越明顯。

圖 3　生物多樣性 Fig.3 Species diversity

建議適當(dāng)調(diào)整樣地的針闊比例，積極引進(jìn)新物種，減少純林，增加混交林，保護(hù)森林內(nèi)的生物。根據(jù)前人研究成果發(fā)現(xiàn)：混交林較之純林地力強(qiáng)，生長效益好，尤其是多樹種混交的林分，其養(yǎng)分循環(huán)、系統(tǒng)穩(wěn)定性和自我調(diào)節(jié)能力都比純林高出許多。要建設(shè)大興安嶺良好的生態(tài)環(huán)境，必須維護(hù)其豐富的生物多樣性，使喬、灌、草相結(jié)合構(gòu)成多層次穩(wěn)定的森林生態(tài)系統(tǒng)，更好的發(fā)揮大興安嶺天然落葉松林的生態(tài)效益。

4結(jié)論與討論

由于林分經(jīng)營需要一定時(shí)間才能得到質(zhì)的改善，所以在動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)和森林資源監(jiān)測上有待進(jìn)一步研究；由于我國沒有統(tǒng)一的森林健康評價(jià)體系，所以在評價(jià)某一地區(qū)或某一樹種的健康程度時(shí)，要因地制宜，結(jié)合現(xiàn)實(shí)情況，制定出符合研究區(qū)條件的健康經(jīng)營評價(jià)體系。

在結(jié)合塔河實(shí)際情況后制定出了基于基礎(chǔ)指標(biāo)和經(jīng)營指標(biāo)的落葉松林健康評價(jià)體系，經(jīng)過抽樣分析，針對具體樣地進(jìn)行研究，提出5種經(jīng)營調(diào)整技術(shù)分別為：

(1)通過生態(tài)疏伐、補(bǔ)植、林下割灌、修枝整型等技術(shù)合理調(diào)整林分密度。

(2)加強(qiáng)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(nèi)透光度和通風(fēng)度，建立更好的多層次群落結(jié)構(gòu)林分。

(3)通過促進(jìn)天然更新來調(diào)整年齡結(jié)構(gòu)，使得天然落葉松林的穩(wěn)定性、恢復(fù)力和抵御災(zāi)害的能力得到加強(qiáng)。

(4)增強(qiáng)林分透光度，使地溫升高以增強(qiáng)微生物活性，有機(jī)質(zhì)分解加速，改善土壤結(jié)構(gòu)。

(5)適當(dāng)調(diào)整樣地的針闊比例，豐富生物多樣性，更好的發(fā)揮森林的生態(tài)效益。

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[責(zé)任編輯：劉美爽]