雷湘齡，薛楊，王小燕，林之盼，宿少鋒

海南省林業(yè)科學(xué)研究院（海南省紅樹林研究院），海南?？?571100

森林具有涵養(yǎng)水源、保持水土、調(diào)節(jié)氣候等的生態(tài)功能，能為人類生存發(fā)展提供木材、食物、能源、物種基因資源等，帶來經(jīng)濟(jì)效應(yīng)和社會效應(yīng)，不僅保障了國家生態(tài)安全、提供戰(zhàn)略木材儲備、豐富林副產(chǎn)品供給，同時(shí)在改善人類宜居環(huán)境、建設(shè)生態(tài)文明、應(yīng)對全球氣候變化等方面具有不可替代的作用。世界各國最初對林業(yè)的看法僅為木材生產(chǎn)，然而隨著人類社會的進(jìn)步和發(fā)展，在人口增長、資源短缺、土地荒漠化、環(huán)境污染、全球氣候變化等問題出現(xiàn)并日趨嚴(yán)重的背景下，逐步開始注重發(fā)揮森林的多種效益，致力于森林的可持續(xù)經(jīng)營發(fā)展[1-2]。從為人類服務(wù)的角度看，森林具有多種功能，其重要性是不盡相同的，不同功能的利用程度及重要性因時(shí)間和空間不同而產(chǎn)生差異，具有區(qū)域性和時(shí)代性，即存在一種或多種主要功能。森林的不同功能之間存在對立統(tǒng)一的矛盾關(guān)系，并且在利用壓力越大和環(huán)境越惡劣的情況下表現(xiàn)得越明顯，發(fā)揮森林的多功能特征和平衡綜合經(jīng)營效益的規(guī)劃設(shè)計(jì)是現(xiàn)代森林經(jīng)營的重要任務(wù)[3]，需通過科學(xué)經(jīng)營才能夠把多種功能潛力變?yōu)閷?shí)際最優(yōu)的整體效益。

科學(xué)經(jīng)營森林的前提是科學(xué)合理地規(guī)劃設(shè)計(jì)森林的經(jīng)營目標(biāo)。如何設(shè)計(jì)兼顧層次環(huán)境景觀和生態(tài)和諧要求的目標(biāo)林相，注重發(fā)揮森林在經(jīng)濟(jì)、社會、生態(tài)、文化等方面的多種效益，已成為森林多功能經(jīng)營成功與否的核心問題。但由于森林經(jīng)營工作的長期復(fù)雜性和目標(biāo)的不確定性，這就需要一種設(shè)計(jì)方法來表達(dá)各方面的需求和描述森林發(fā)展的最終林相。

森林發(fā)展類型是根據(jù)林分當(dāng)前的林學(xué)和生物學(xué)特征，結(jié)合當(dāng)?shù)氐纳鐣?、?jīng)濟(jì)情況著眼于具體森林對象的發(fā)展方向，提出未來林分的組成、結(jié)構(gòu)和功能，是潛在的天然森林植被類型及其演替過程與森林經(jīng)營的技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求相結(jié)合的一種近自然森林經(jīng)營的導(dǎo)向模式，反映了森林的多功能性，同時(shí)又是對森林不確定性的可行性估計(jì)[4-5]。近些年，北歐已有許多國家對森林的經(jīng)營發(fā)展模式進(jìn)行了大量研究和探討，從發(fā)展理念、可視化描述和構(gòu)建框架的表達(dá)到森林發(fā)展模式設(shè)計(jì)[6-7]，林業(yè)研究者已經(jīng)利用森林發(fā)展類型作為一個(gè)表達(dá)工具來交流森林的結(jié)構(gòu)經(jīng)營理念和規(guī)劃設(shè)計(jì)方法，經(jīng)過多年的實(shí)施形成了一套完整的森林發(fā)展經(jīng)營設(shè)計(jì)模式和寶貴的森林經(jīng)營案例[8]。多功能森林經(jīng)營模式在國內(nèi)的研究主要集中在森林多功能效益的規(guī)劃和可視化模擬方面[9-10]，孟京輝等以森林發(fā)展類型為參考指南，對熱帶中部山區(qū)退化次生林，通過樹種結(jié)構(gòu)調(diào)整、保護(hù)和促進(jìn)林下更新等撫育經(jīng)營措施，取得良好的效果[11]。但截至目前，把森林自然類型、經(jīng)營目標(biāo)發(fā)展類型和生態(tài)功能類型等綜合的設(shè)計(jì)還鮮見報(bào)道。

森林經(jīng)營對林分結(jié)構(gòu)的組成和動態(tài)變化有著很大的影響[12-13]，對于一個(gè)經(jīng)營單位而言，由于各小班經(jīng)營目標(biāo)和自然條件存在較大差別，尤其是設(shè)計(jì)混交林的森林經(jīng)營計(jì)劃，由于復(fù)雜的森林結(jié)構(gòu)，就更需要森林發(fā)展類型來描述這些動態(tài)的變化[6]。多功能森林經(jīng)營模式作為可持續(xù)發(fā)展理想中的森林經(jīng)營目標(biāo)，在空間尺度上的設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)森林經(jīng)營方案中的“作業(yè)級”類似，是在于經(jīng)營單位和具體林分之間的一個(gè)經(jīng)營目標(biāo)、動態(tài)特征和自然性質(zhì)總體上相同的森林經(jīng)營計(jì)劃單元[2]。經(jīng)營活動是根據(jù)小班的特點(diǎn)歸類并組織成不同的經(jīng)營類型來設(shè)計(jì)的，并結(jié)合多功能森林經(jīng)營的相關(guān)原則和功能區(qū)劃結(jié)果，進(jìn)行多功能森林經(jīng)營類型的規(guī)劃設(shè)計(jì)。

文章提出多功能森林經(jīng)營類型規(guī)劃設(shè)計(jì)的一般性原則，并以海南省島東國有林場為例，提出相應(yīng)的森林經(jīng)營體系設(shè)計(jì)和小班模式設(shè)計(jì)。以木麻黃（Casuarina equisetifolia）人工林為研究對象，有機(jī)結(jié)合森林的生態(tài)功能類型、經(jīng)營目標(biāo)類型和森林自然類型，探索多功能森林發(fā)展模式與經(jīng)營類型相結(jié)合的方法，為發(fā)揮以森林多功能價(jià)值為目標(biāo)的森林經(jīng)營規(guī)劃設(shè)計(jì)和制定小班具體的經(jīng)營措施提供科學(xué)依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)和方法

1.1 研究區(qū)概況

海南省國營島東林場位于海南東北部的文昌市境內(nèi)（19°40′N～20°06′N，110°36′E～111°01′E），面積約1.2 萬hm2。屬熱帶北緣沿海地帶，具有熱帶和亞熱帶氣候特點(diǎn)，年均氣溫為23.9 ℃；雨量豐富，受臺風(fēng)影響造成時(shí)空分布不均，具有明顯的干、濕兩季，年均降雨量為1721.6mm。屬雷州低洼列南緣，土壤類型主要包括濱海砂壤、淺海（大陸架）沉積砂土、幼年性磚紅壤和沙巖地。

2 多功能森林經(jīng)營類型設(shè)計(jì)

2.1 多功能森林經(jīng)營類型設(shè)計(jì)原則

（1）經(jīng)營強(qiáng)度原則：經(jīng)營強(qiáng)度是指森林經(jīng)營設(shè)計(jì)中對目標(biāo)森林的自然形態(tài)和人工形態(tài)兩個(gè)方面的比例關(guān)系，也包括導(dǎo)向這個(gè)目標(biāo)狀態(tài)的森林發(fā)育進(jìn)程中人為措施投入和控制的程度。

（2）樹種特性原則：多功能經(jīng)營的基本特征就是盡可能經(jīng)營混交林，因?yàn)閷?shí)現(xiàn)和表達(dá)多功能森林經(jīng)營目標(biāo)的基本要素是不同樹種之間的組合，所以對不同樹種特性的了解、選擇及組合模式，是多功能森林經(jīng)營設(shè)計(jì)的最關(guān)鍵的技術(shù)環(huán)節(jié)。

（3）適地適樹原則：基本要求是不同樹種之間的組合在特定的立地條件上能夠持續(xù)的生長和進(jìn)行自我更新。這個(gè)原則可以用坡度坡位、海拔范圍、土壤類型、特殊立地與特別樹種等4 個(gè)指標(biāo)加以表達(dá)，該研究區(qū)僅涉及土壤類型。

（4）目標(biāo)森林發(fā)展類型整合原則：森林發(fā)展類型（FDT-Forest development type）是對目標(biāo)森林進(jìn)行規(guī)劃的模式化表述方法，是潛在的天然森林植被類型及其演替過程與森林經(jīng)營的技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求相結(jié)合的一種近自然森林經(jīng)營的導(dǎo)向模式，主要在林分層次上描述森林經(jīng)營活動的可能影響，規(guī)劃設(shè)計(jì)出未來森林動態(tài)發(fā)展的目標(biāo)和期望達(dá)到的多功能森林狀態(tài)，以導(dǎo)向森林經(jīng)營長期穩(wěn)定地執(zhí)行。

2.2 多功能森林經(jīng)營體系設(shè)計(jì)

經(jīng)營單位的多功能森林經(jīng)營體系由滿足優(yōu)勢樹種生態(tài)和作業(yè)特征的功能區(qū)劃、森林發(fā)展類型和林分作業(yè)法交互配合的技術(shù)體系構(gòu)成。森林功能區(qū)劃是對森林經(jīng)營單位內(nèi)分布的所有森林按生產(chǎn)功能可持續(xù)性、保護(hù)生物多樣性、維持生態(tài)系統(tǒng)完整性、水源涵養(yǎng)和水土保持以及維護(hù)社區(qū)發(fā)展可持續(xù)性等原則和標(biāo)準(zhǔn)來區(qū)分和劃定不同林地空間功能特征的結(jié)果，目的是實(shí)現(xiàn)森林多功能對應(yīng)不同經(jīng)營強(qiáng)度的分級分類經(jīng)營和管理；作業(yè)法是在不同功能區(qū)內(nèi)實(shí)施目標(biāo)森林發(fā)展類型的整個(gè)森林培育周期中管理和主要作業(yè)措施的綜合表述；發(fā)展類型是表達(dá)具體林分優(yōu)勢樹種特性和功能目標(biāo)并導(dǎo)向長期穩(wěn)定經(jīng)營進(jìn)程的目標(biāo)森林模式。

2.3 小班經(jīng)營模式設(shè)計(jì)與分配

小班經(jīng)營模式是基于具體小班立地條件和功能要求的經(jīng)營目標(biāo)和培育方法長期穩(wěn)定的小班經(jīng)營方法。一個(gè)具體的小班經(jīng)營模式由三個(gè)部分構(gòu)成，即發(fā)展類型、林分作業(yè)法和當(dāng)前作業(yè)措施。其中，當(dāng)前作業(yè)措施意味著是當(dāng)年或近3a 內(nèi)需要實(shí)施的林分作業(yè)內(nèi)容。小班作業(yè)模式的設(shè)計(jì)主要通過目標(biāo)森林發(fā)展類型與功能區(qū)劃及立地關(guān)系的綜合分析來實(shí)現(xiàn)。對于經(jīng)營單位水平而言，不同的小班經(jīng)營模式只有落實(shí)到具體的小班才能實(shí)現(xiàn)由理論技術(shù)向?qū)嶋H操作的轉(zhuǎn)變。小班經(jīng)營模式在經(jīng)營單位水平的分配和落實(shí)上主要考慮影響森林經(jīng)營設(shè)計(jì)的功能區(qū)劃、土壤條件、海拔范圍等因素。

具體方法：將以上定性因素進(jìn)行分級，設(shè)ni為第i個(gè)因子的等級數(shù)，xkij為某一樹種的第k個(gè)發(fā)展類型（k=1，2，3…n），第i個(gè)因子(i=1，2，3，4)的第j個(gè)等級值(j=1，…，ni)，則該樹種目標(biāo)森林發(fā)展類型的判斷X矩陣為：

設(shè)ymij為第m 個(gè)小班（m=1，…，n）第i個(gè)因子(i=1，2，3，4)的第j個(gè)等級值(j=1，…，ni)，則小班的觀測值矩陣Y 為：

設(shè)Wi為第個(gè)因子的權(quán)重。則第m 個(gè)小班與第k個(gè)發(fā)展類型的距離值Lmk為：

根據(jù)Lmk值來判斷第m 個(gè)小班的發(fā)展類型，取Lmk（k=1，2，3）中值最小的。即第m 個(gè)小班的發(fā)展類型序號為Kmin(Lm1，Lm2，Lm3)。

根據(jù)上面的方法，使用VBA 語言編寫程序，就可以根據(jù)“發(fā)展類型設(shè)計(jì)表”自動計(jì)算出每一個(gè)樹種對應(yīng)的小班的目標(biāo)森林發(fā)展類型。

2.4 數(shù)據(jù)基礎(chǔ)

該研究以島東國有林場為例，規(guī)劃設(shè)計(jì)主要的數(shù)據(jù)包括：（1）二類小班調(diào)查的空間和屬性數(shù)據(jù)；（2）當(dāng)前森林主要樹種數(shù)據(jù)；（3）立地類型數(shù)據(jù)（該研究位于濱海地區(qū)，海拔、坡度、坡向等不做考慮，僅考慮土壤類型）；（4）反映經(jīng)營單位潛在植被狀況的鄉(xiāng)土樹種調(diào)查數(shù)據(jù)；（5）主要樹種的經(jīng)營參數(shù)數(shù)據(jù)。

3 多功能經(jīng)營類型規(guī)劃設(shè)計(jì)結(jié)果分析

3.1 根據(jù)經(jīng)營強(qiáng)度，對島東林場森林二次劃分

根據(jù)經(jīng)營強(qiáng)度原則和森林多功能經(jīng)營的需求，對島東林場的商品林和公益林進(jìn)行二次劃分。將生境條件脆弱的商品林劃分為“Ⅲ控制性商品林經(jīng)營區(qū)”（在一定條件和經(jīng)營措施限制下，可對其進(jìn)行收獲性采伐）以實(shí)現(xiàn)森林對水土保持、生態(tài)保護(hù)的功能；將地勢平緩、生態(tài)保護(hù)壓力小的公益林劃分為“Ⅱ一般生態(tài)公益林保護(hù)經(jīng)營區(qū)”（可進(jìn)行經(jīng)營性采伐）。未被劃出的商品林和公益林則分別定義為“IV一般性商品林經(jīng)營區(qū)”（沒有特定功能限制的區(qū)域?yàn)榧冇貌纳a(chǎn)區(qū)域）和“I 特殊生態(tài)公益林保護(hù)經(jīng)營區(qū)”（具有保護(hù)性質(zhì)的功能區(qū)域，實(shí)行嚴(yán)格保護(hù)）。

演替競爭性、耐蔭性、珍貴性和速生性等樹種的經(jīng)營學(xué)和生態(tài)學(xué)特征是指導(dǎo)森林經(jīng)營模式設(shè)計(jì)（發(fā)展類型設(shè)計(jì)）的基礎(chǔ)。木麻黃為經(jīng)濟(jì)價(jià)值一般的較速生樹種。實(shí)現(xiàn)該樹種的多功能經(jīng)營模式設(shè)計(jì)需要對適應(yīng)該地區(qū)環(huán)境條件且能與木麻黃混交生長的樹種的特性進(jìn)行分析。大葉相思、苦楝作為較速生的樹種可以同木麻黃在地勢平緩的商品林經(jīng)營區(qū)進(jìn)行混交，通過皆伐作業(yè)提供木材生產(chǎn)；降香黃檀、瓊崖海棠為慢生、耐蔭性強(qiáng)的珍貴樹種在限制性商品林區(qū)采用作業(yè)強(qiáng)度較低的收獲經(jīng)營方式能夠同時(shí)發(fā)揮森林的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)功能；紅花天料木處于演替的頂級階段，在一般公益林區(qū)與木麻黃混交并采用強(qiáng)度低的擇伐作業(yè)能夠?qū)?dāng)前森林向結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、功能完善的森林群落導(dǎo)引。

根據(jù)樹種自身特性及樹種間的相容和互補(bǔ)關(guān)系能夠得到不同經(jīng)營模式的樹種組合，樹種對于立地條件的適應(yīng)性分析能夠指導(dǎo)不同經(jīng)營模式在具體地塊的落實(shí)。

3.2 島東林場木麻黃森林發(fā)展類型設(shè)計(jì)

木麻黃林目標(biāo)森林發(fā)展類型是以立地和環(huán)境分析、樹種特性和種間關(guān)系分析及經(jīng)營強(qiáng)度和功能區(qū)劃分析為基礎(chǔ)，結(jié)合具體的經(jīng)營目標(biāo)提出的多功能森林經(jīng)營發(fā)展的模式。表1 給出了島東林場木麻黃的目標(biāo)森林發(fā)展類型。

表1 木麻黃人工林發(fā)展類型設(shè)計(jì)Tab.1 Forest Development Types of Casuarina equisetifolia

3.2.1 FDT- 1 木麻黃—苦楝—（瓊崖海棠—鴨腳木—黃槿）等多樹種防護(hù)和景觀游憩林

森林概觀：應(yīng)用于沿海防護(hù)林基干林帶木麻黃人工林，通過混交苦楝而促進(jìn)種間競爭，促進(jìn)木麻黃的優(yōu)勢木快速生長。在次林層的樹種有，混交生長的耐陰鴨腳木和瓊崖海棠，具有穩(wěn)定林分結(jié)構(gòu)的作用，該建群種的配置可最大限度的發(fā)揮出協(xié)同生長、互相促進(jìn)的種間效應(yīng)，逐漸增強(qiáng)防護(hù)林的樹種穩(wěn)定性和多樣性。

目標(biāo)林相：木麻黃、苦楝、瓊崖海棠等多樹種混交林，目標(biāo)直徑木麻黃45cm+、苦楝35cm+、鴨腳木35cm+，目標(biāo)蓄積180m3/hm2，低強(qiáng)度單株擇伐收獲達(dá)到目標(biāo)直徑的林木，用人工植苗更新，輔助以促進(jìn)天然更新。

近期經(jīng)營措施：在原有木麻黃純林內(nèi)的林窗和林間空地進(jìn)行闊葉鄉(xiāng)土樹種的補(bǔ)植和苗期管護(hù)。

3.2.2 FDT- 2 木麻黃—相思—苦楝速生性防護(hù)兼用材混交林

森林概觀：應(yīng)用于沿海防護(hù)林基干林帶后沿的公益林區(qū)，通過速生樹種相思和苦楝的混交可改善土壤肥力，降低病蟲害風(fēng)險(xiǎn)等，綜合形成高活力而穩(wěn)定同時(shí)提供速生材的多功能林。

目標(biāo)林相：木麻黃、相思、苦楝等速生闊葉樹種混交林，木麻黃40cm+；相思35cm+；苦楝35cm+。目標(biāo)蓄積160m3/hm2，團(tuán)狀擇伐或帶狀漸伐達(dá)到目標(biāo)的林木，用人工植苗更新，輔助以促進(jìn)天然更新。持續(xù)的撫育性經(jīng)營使得林分的總生長量保持在10m3/（hm2·a）～12m3/（hm2·a）。

近期經(jīng)營措施：團(tuán)狀或帶狀采伐滿足收獲的林木，采伐形成的林窗空地進(jìn)行闊葉鄉(xiāng)土樹種的補(bǔ)植，并進(jìn)行苗期管護(hù)。

3.2.3 FDT- 3 木麻黃—相思—紅花天料木—降香黃檀珍貴用材混交林

森林概觀：應(yīng)用于島東林場土壤條件較好的幼磚紅壤區(qū)的木麻黃人工用材林，通過混交補(bǔ)植珍貴鄉(xiāng)土樹種，提高森林整體的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

目標(biāo)林相：木麻黃、相思、紅花天料木和降香黃檀等多樹種混交林，木麻黃40cm+、相思40cm+，主伐年齡30a；紅花天料木和降香黃檀55cm+，主伐年齡55a 以上，公頃蓄積220m3/hm2。

近期經(jīng)營措施：小面積鑲嵌式皆伐或帶狀采伐滿足收獲的林木，采伐形成的林窗空地進(jìn)行闊葉鄉(xiāng)土樹種的補(bǔ)植，并進(jìn)行苗期管護(hù)。

3.2.4 FDT- 4 木麻黃—相思速生用材林

森林概觀：應(yīng)用于島東林場集約經(jīng)營的木麻黃人工用材林，通過混交補(bǔ)植速生闊葉樹種的種間交互促進(jìn)林分的生長，改良地表土壤狀況，提高森林整體生物量和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

目標(biāo)林相：木麻黃、相思混交林，木麻黃30cm+、相思30cm+，主伐年齡25a，公頃蓄積150m3/hm2。

近期經(jīng)營措施：小面積皆伐或鑲嵌式皆伐滿足收獲的木麻黃，進(jìn)行木麻黃與相思的帶狀混交造林。

4 問題與討論

多功能可持續(xù)森林經(jīng)營是—個(gè)長期的作業(yè)過程，不同的培育目標(biāo)和自然條件在不同立地條件下進(jìn)行具體的作業(yè)措施和經(jīng)營計(jì)劃各不相同。需要進(jìn)行多學(xué)科、多層次、多方面的綜合分析，將森林生態(tài)功能類型、自然類型和經(jīng)營目標(biāo)類型等進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，構(gòu)建多功能森林經(jīng)營體系，以不同森林類型的自然特征和主導(dǎo)功能目標(biāo)按照要求制定適用的經(jīng)營計(jì)劃，并因地制宜的設(shè)計(jì)對應(yīng)的森林作業(yè)法以此規(guī)范長期的經(jīng)營活動。

在保持林分穩(wěn)定性和持續(xù)的生產(chǎn)力的森林多功能經(jīng)營原則指導(dǎo)下，針對主要樹種的發(fā)展類型設(shè)計(jì)具有兩個(gè)主要特征：（1）盡可能通過混交或增加伴生樹種的途徑來開發(fā)利用兩個(gè)或多個(gè)樹種間的“互生—共生關(guān)系”來改善和維持林分的肥力、生長力和穩(wěn)定性；（2）通過較長輪的伐期配合鑲嵌式小面積皆伐作業(yè)、或采用皆伐作業(yè)以外的其他林分作業(yè)法來滿足森林的生態(tài)環(huán)境保護(hù)和維持生態(tài)系統(tǒng)完整性的基本要求。這兩方面的考慮就是對經(jīng)營強(qiáng)度、樹種特性和適地適樹三項(xiàng)原則的具體表達(dá)。由于森林經(jīng)營的長期性特征，這里提出的發(fā)展類型的一部分是有經(jīng)驗(yàn)和案例支持而較為具體可靠的，而另一部分的設(shè)計(jì)的完整動態(tài)和重要參數(shù)還需要在1～2 個(gè)經(jīng)理區(qū)的時(shí)間來驗(yàn)證和具體化。

小班是林場經(jīng)營活動開展的基本單位，將森林經(jīng)營設(shè)計(jì)落實(shí)到小班一直是一個(gè)難點(diǎn)。該文采用最小距離的判斷方法，將木麻黃純林目標(biāo)森林發(fā)展類型落實(shí)到具體經(jīng)營單位的不同小班中，將對編制森林經(jīng)計(jì)劃提供一定的理論依據(jù)。然而，由于人為因素的不確定性，森林發(fā)展類型與適應(yīng)的森林功能區(qū)和立地條件匹配往往與實(shí)際的情況存在差異，通用算法實(shí)現(xiàn)的經(jīng)營類型規(guī)劃還需要在實(shí)踐中進(jìn)一步修改與完善。