李金良，鄭小賢，陸元昌，劉 波

（1.中國綠色碳匯基金會，北京100714；2.北京林業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，北京 100083；3.中國林業(yè)科學(xué)研究院 資源信息研究所 北京 100091；4.山東省東平縣園林綠化局，山東 東平 271500）

被稱為“21世紀的科學(xué)”的復(fù)雜性科學(xué)是研究復(fù)雜系統(tǒng)的科學(xué)。復(fù)雜系統(tǒng)的內(nèi)涵，科技界尚未統(tǒng)一。中國科學(xué)院戴汝為院士認為，復(fù)雜系統(tǒng)是具有復(fù)雜行為的系統(tǒng)，表現(xiàn)在系統(tǒng)的部件之間有著很強的耦合關(guān)系，具有難以線性化的非線性性質(zhì)，系統(tǒng)具有高度的不確定性和實時性，而且難以用傳統(tǒng)的方法建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。其整體功能不等于部分功能之和。如生物系統(tǒng)、經(jīng)濟系統(tǒng)等屬于復(fù)雜系統(tǒng)，而一般人造系統(tǒng)屬于簡單系統(tǒng)［1－14］。水源林經(jīng)營管理系統(tǒng)涉及以人為核心的，有思維的所有者和經(jīng)營者等利益相關(guān)方，還涉及喬木、灌木、草本、動物、微生物等生命系統(tǒng)以及與其相關(guān)的太陽輻射、溫度、水分、土壤、風(fēng)、火等自然環(huán)境系統(tǒng)，以及社會經(jīng)濟發(fā)展對水源林多功能和服務(wù)的需求。可見，水源林經(jīng)營管理系統(tǒng)涉及生物系統(tǒng)、自然環(huán)境系統(tǒng)、經(jīng)濟系統(tǒng)和社會系統(tǒng)等，是一個開放的復(fù)雜系統(tǒng)。所以，水源林經(jīng)營管理的改革與創(chuàng)新，要在方法論上突破“還原論”。水源林經(jīng)營關(guān)系著國家的水資源安全和生態(tài)安全。然而，國內(nèi)對水源林經(jīng)營理論和技術(shù)體系的研究整體上還比較薄弱，尚處在試驗探索階段，且已有研究多數(shù)為自然科學(xué)或社會科學(xué)的單項研究［9－25］，難以滿足當前水源林經(jīng)營實踐的需求。實踐中，因缺乏科學(xué)可行的經(jīng)營模式，水源林經(jīng)營通常比較粗放，其功能也較低下。因此，為了滿足新時期中國建設(shè)現(xiàn)代林業(yè)，促進綠色增長和水源林經(jīng)營實踐的需要，迫切需要開展水源林經(jīng)營模式的改革創(chuàng)新和研究實踐。本研究定義水源林經(jīng)營模式是根據(jù)需求和條件，以人為本，融合了經(jīng)營理論、經(jīng)營目標、經(jīng)營原則、目標結(jié)構(gòu)與經(jīng)營技術(shù)措施等與水源林經(jīng)營有關(guān)的要素的有機系統(tǒng)。水源林經(jīng)營模式，應(yīng)考慮水源林經(jīng)營管理系統(tǒng)的復(fù)雜性，對水源林經(jīng)營應(yīng)具有全面指導(dǎo)意義。水源林經(jīng)營的理論和技術(shù)，最終由它來體現(xiàn)，通過其在生產(chǎn)經(jīng)營中的實踐應(yīng)用來轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實生產(chǎn)力，發(fā)揮水源林的主導(dǎo)功能和多重效益。祁連山區(qū)土地總面積約7.00×106hm2，其中祁連山國家級自然保護區(qū)土地總面積2.65×106hm2?，F(xiàn)有水源林面積為4.316×105hm2，活立木蓄積量為2.3×107m3，森林覆蓋率16.5%。水源林樹種的面積組成為：青海云杉Picea crassifolia林占24.8%，祁連圓柏Sabina przewallkii林占3.7%,灌木林占67.4%，其他類型占4.1%。該水源林區(qū)關(guān)系著中國西北河西走廊綠洲的水資源及生態(tài)安全，是400多萬河西人的生命線。國內(nèi)有些學(xué)者對該區(qū)水源林開展了植被分布、經(jīng)營現(xiàn)狀、效益評價、功能與結(jié)構(gòu)等方面的研究［12－14，21－23］。但是在水源林經(jīng)營中仍然缺乏科學(xué)、實用的經(jīng)營模式。本研究的目的，在于嘗試采用復(fù)雜性科學(xué)的理論與方法，基于實地調(diào)查資料，研究提出祁連山水源林的經(jīng)營目標、經(jīng)營原則、經(jīng)營技術(shù)等經(jīng)營模式要素，進而構(gòu)建適合祁連山實際的水源林經(jīng)營模式，為該區(qū)水源林經(jīng)營提供理論依據(jù)和方法論基礎(chǔ)。

1 研究方法

復(fù)雜系統(tǒng)研究方法論突破了在科技界長期占統(tǒng)治地位的“還原論”，強調(diào)要把復(fù)雜性當作復(fù)雜性來研究和處理，提出了“從定性到定量的綜合集成”的方法論為代表的處理復(fù)雜系統(tǒng)的新理論與方法。為提出科學(xué)、合理、可操作的祁連山水源林經(jīng)營模式，本研究采用復(fù)雜性科學(xué)的理論與方法對水源林經(jīng)營這個復(fù)雜系統(tǒng)進行整合研究，注重社會需求和人在水源林經(jīng)營管理系統(tǒng)中的重要性。具體采用理論與實踐經(jīng)驗相結(jié)合，定性判斷與定量化相結(jié)合，微觀分析與宏觀綜合相結(jié)合，還原論與整體論相結(jié)合，野外調(diào)查與科學(xué)推理、專家咨詢相結(jié)合等復(fù)雜性科學(xué)研究的綜合集成法［1－8，10］。

2 祁連山水源林經(jīng)營目標與經(jīng)營原則的確定

2.1 經(jīng)營目標

根據(jù)祁連山水源林實際情況和社會經(jīng)濟發(fā)展的實際需求，研究確定祁連山區(qū)水源林經(jīng)營的總目標和3個子目標。

總目標：通過科學(xué)經(jīng)營管理，逐步調(diào)整、優(yōu)化該區(qū)水源林結(jié)構(gòu)，以充分發(fā)揮該區(qū)水源林經(jīng)營的生態(tài)效益、社會效益和經(jīng)濟效益等多重效益，實現(xiàn)該區(qū)水源林的可持續(xù)經(jīng)營管理，為中國河西走廊社會—經(jīng)濟—生態(tài)復(fù)合系統(tǒng)提供穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)水資源，促進該復(fù)合系統(tǒng)的健康穩(wěn)定和可持續(xù)發(fā)展，增強應(yīng)對全球氣候變化的能力。

子目標：①生態(tài)服務(wù)功能目標。長期維持和增強祁連山區(qū)水源林的健康和活力；保護森林生物多樣性；增強森林碳匯功能；提升涵養(yǎng)水源、保持水土、改善水質(zhì)等主導(dǎo)功能，為河西走廊長期提供穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)水資源，并為減緩與適應(yīng)全球氣候變暖做貢獻。②社會服務(wù)功能目標。長期滿足社會對該區(qū)水源林的生態(tài)旅游、休閑保健、森林文化與森林美學(xué)、環(huán)保教育、科學(xué)研究、就業(yè)等多種社會服務(wù)和福利的需求。③經(jīng)濟功能目標：在不影響主導(dǎo)功能發(fā)揮的同時，為河西走廊社會經(jīng)濟發(fā)展和當?shù)鼐用裆钐峁﹥?yōu)質(zhì)的木材和林副特產(chǎn)品，促進綠色增長，提高水源林經(jīng)營者的經(jīng)濟效益、生存質(zhì)量和適應(yīng)氣候變暖的能力。

2.2 經(jīng)營原則

根據(jù)該區(qū)水源林經(jīng)營目標和實地條件，研究確定該區(qū)水源林經(jīng)營中應(yīng)遵循的主要原則：①以天然更新為主；②選擇鄉(xiāng)土樹種進行樹種結(jié)構(gòu)調(diào)整；③采用單株擇伐；④封山禁牧，以保護亞高山灌木林和促進森林的天然更新。

3 祁連山水源林關(guān)鍵經(jīng)營技術(shù)措施的確定

根據(jù)實地調(diào)查結(jié)果和條件，整合水源林經(jīng)營理論，該區(qū)水源林經(jīng)營目標、經(jīng)營原則以及有關(guān)水源林結(jié)構(gòu)與功能、結(jié)構(gòu)調(diào)整的研究基礎(chǔ)［10］，確定以下水源林關(guān)鍵經(jīng)營技術(shù)措施，用于制定該區(qū)水源林經(jīng)營技術(shù)體系以指導(dǎo)生產(chǎn)實踐。

3.1 更新造林技術(shù)措施

總則：以天然更新為主，注重采用人工促進天然更新和封山禁牧育林技術(shù)措施，確保祁連山水源林的更新，實現(xiàn)多種功能的延續(xù)。①樹種選擇：鑒于祁連山屬于高寒干旱半干旱地區(qū)，目前生態(tài)環(huán)境條件整體上脆弱和惡劣的實際，在更新樹種選擇時更加強調(diào)因地制宜，優(yōu)先選擇耐高寒、抗干旱、低耗水、耐瘠薄的喬灌木鄉(xiāng)土樹種。根據(jù)實地調(diào)查和已有資料［21－23］，適合海拔2 300～2 500 m的陰坡、半陰坡、半陽坡灌叢帶的灌木樹種主要有狹葉錦雞兒Caragana stenophilla，中亞紫宛木Astero thamnus，灌木亞菊Ajania fruticulosa等；適合干熱河谷地帶的灌木樹種有沙棘Hippophae rheamnoides和旱柳Salix matsudana等；適合海拔2 500～3 300 m的中山區(qū)的陰坡、半陰坡常綠針葉林帶的喬木鄉(xiāng)土樹種主要有青海云杉Picea crassifolia。此外，還有祁連圓柏Sabina przewalskii，山楊Populus davidiana和白樺Betula platyphylla等，適合林下的鄉(xiāng)土灌木樹種主要有山生柳Salix oritrepha，吉拉柳Salix gilasnanica，鬼箭錦雞兒Caragana jubata，銀露梅Dasiphora clavurica，鮮黃小檗Berberis diaphana，叉子圓柏Sabina vulgaris和沙棘Hippophae rheamnoides等，另外，適合河谷地帶的喬木鄉(xiāng)土樹種有小葉楊Populus simonii和白榆Ulmus pumila等；適合海拔3 300～3 800 m亞高山濕性灌叢林草甸帶的鄉(xiāng)土灌木樹種，在陰坡和半陰坡主要有百里香杜鵑Rhododendron thymifolium，青海杜鵑Rhododendron przewalskii，吉拉柳，山生柳Salix oritrepha，鬼箭錦雞兒和高山繡線菊Spiraea alpine等，陽坡、半陽坡主要有金露梅Dasiphora fruticosa。②森林更新：本研究提出“單株擇伐—小面積林隙—天然更新”技術(shù)，對青海云杉林采用單株擇伐，將林分郁閉度調(diào)控在0.4～0.7，造就一些小面積的林隙（林隙面積＜200 m2），以改善林內(nèi)光環(huán)境，促進森林的天然更新，局部條件惡劣的地段輔以其他人工促進措施。③宜林地及疏林地造林：鑒于祁連山的森林覆蓋率低，超載放牧嚴重，生態(tài)環(huán)境脆弱的實際情況，強調(diào)封山禁牧育林的突出重要性。以封山禁牧育林為主，局部立地條件惡劣的地段輔以人工更新或人工促進天然更新。④保障措施：封山禁牧或圍欄封育，確保森林更新成功。該措施，特別符合祁連山水源林更新的現(xiàn)實需要。調(diào)查表明，過度放牧、牛羊群踐踏啃食是造成該區(qū)水源林造林失敗的主要原因。因此，在該區(qū)要嚴格實施封山禁牧育林或圍欄封育等更新造林保障措施，以保證森林植被人工更新和天然更新成功。

3.2 林分撫育技術(shù)措施

鑒于該區(qū)水源林的自然環(huán)境條件和主要樹種的特殊性，確定密度調(diào)整的撫育技術(shù)措施如下：①綜合撫育措施。為了改善林內(nèi)光環(huán)境，優(yōu)化現(xiàn)有林分的結(jié)構(gòu)，培育符合目標結(jié)構(gòu)的水源林，充分發(fā)揮其多種功能，對中幼齡林采用打枝、間伐、單株木利用等多種技術(shù)措施，調(diào)控樹冠結(jié)構(gòu)與林分空間結(jié)構(gòu)，使林分郁閉度、冠高比維持在目標結(jié)構(gòu)范圍，增大林分的混交度，緩和林木間的競爭，使林木分布格局趨于隨機分布，以改善林內(nèi)光環(huán)境，促進森林天然更新及灌木層、草本層、凋落物層的發(fā)育，增進林分健康。②水源安全保障措施。不使用有毒化學(xué)藥品和化肥。

3.3 采伐利用技術(shù)措施

采用單株擇伐利用技術(shù)體系。理由主要有4點：①該區(qū)森林草原帶自然環(huán)境很脆弱，容易退化，應(yīng)該采用對生態(tài)環(huán)境的負面影響比較小的利用方式。已有實踐證明，單株擇伐利用后，仍然有森林植被連續(xù)覆蓋地表，對生態(tài)環(huán)境及生物多樣性等負面影響很小，水源林主導(dǎo)功能不會中斷，并且森林的生產(chǎn)功能能夠得到提高，因此，單株擇伐利用方式是一種適合于該區(qū)青海云杉林實際的最佳利用方式。②這種利用方式可以解決青海云杉天然林中林木數(shù)量成熟的時點差異問題，便于適時采伐利用，提高經(jīng)營者的經(jīng)濟收益。③這種利用方式對當?shù)啬静氖袌龅男枨笞兓哂休^強適應(yīng)性，有助于經(jīng)營者根據(jù)市場需求進行采伐決策，從而提高經(jīng)營者的經(jīng)營收益，刺激經(jīng)營者科學(xué)經(jīng)營水源林的積極性。④這種利用方式具有調(diào)整、優(yōu)化水源林林分樹種結(jié)構(gòu)、年齡結(jié)構(gòu)、層次結(jié)構(gòu)，促進森林更新的作用，有助于逐步將現(xiàn)有青海云杉純林改建成復(fù)層混交異齡林，增進森林健康。這種單株擇伐利用方式把青海云杉水源林的木材利用與其天然更新完美結(jié)合起來，解決了困惑祁連山森林經(jīng)營者多年的青海云杉林下天然更新不良的問題。在利用木材、獲得經(jīng)濟收益的同時，促進了林下灌木及草類的生長發(fā)育，有利于多層次森林群落結(jié)構(gòu)的形成，達到了調(diào)整優(yōu)化水源林林分結(jié)構(gòu)的目的。

根據(jù)祁連山水源林區(qū)青海云杉林的實際，對單株采伐利用技術(shù)做如下規(guī)定：①單株個體采伐利用時，要按間隔1倍樹高的原則確定下一株相鄰最近的采伐木，使形成的青海云杉林隙在100 m2左右，不超過200 m2，以保證林地長期的相對連續(xù)覆蓋和森林更新。②在單株個體采伐利用中，1次采伐的蓄積擇伐強度要控制在伐前林分蓄積量的15%以下，采伐量不超過20 m3·hm－2，伐后郁閉度控制在0.4～0.7，立地條件差的地方取下限，立地條件好的地方取上限，一般情況下以0.6為宜；伐后保留木（胸徑≥5.0 cm）株數(shù)密度為 800～1 500 株·hm－2，其中小徑木（胸徑≤12.9 cm），中徑木（胸徑 13.0～24.9 cm），大徑木（胸徑≥25.0 cm）的蓄積比例以2︰3︰5或2︰4︰4為宜。根據(jù)調(diào)查，中等立地條件下青海云杉林年均蓄積生長量為3.5 m3·hm－2·a－1左右，因此，間隔期為10 a左右，也可根據(jù)市場需求及具體林分生長情況靈活確定，采伐對象通常為大徑木，也可以是中徑木、小徑木。在中徑材、小徑材暢銷時可適當擇伐部分過密的林木，既調(diào)整了林分結(jié)構(gòu)，又有一定的經(jīng)營收入。③集材方式，在祁連山林區(qū)，尤其強調(diào)集材作業(yè)要盡量減少對生態(tài)環(huán)境負面的影響和對更新幼樹的傷害，可采用畜力或人力集材方式。

3.4 流域森林景觀要素配置技術(shù)

在流域景觀層次，不同林分類型的斑塊要形成與流域各部位立地條件和水源保護需要相適應(yīng)的鑲嵌分布格局，并且異質(zhì)結(jié)構(gòu)的森林鑲嵌體要盡量構(gòu)成流域景觀的優(yōu)勢景觀要素，森林景觀要素比例至少在0.3以上。

4 祁連山水源林經(jīng)營模式的構(gòu)建

本研究在尊重森林、與森林和諧共存、長期維持和不斷增強水源林健康穩(wěn)定以及可持續(xù)經(jīng)營等理念的指導(dǎo)下［10－13，28－30］，以森林生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)營理論和近自然森林經(jīng)營理論為基礎(chǔ)［24－27］，采用復(fù)雜性科學(xué)的理論與方法，整合本研究有關(guān)水源林結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系及其機制、防護成熟理論、結(jié)構(gòu)調(diào)整理論與方法［10］、經(jīng)營目標與經(jīng)營原則、目標結(jié)構(gòu)、經(jīng)營技術(shù)措施的成果，提出有科學(xué)依據(jù)的、定量化、可操作的祁連山水源林經(jīng)營模式（表1）。該森林經(jīng)營模式，通過科學(xué)經(jīng)營管理，逐步調(diào)整水源林結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮水源林經(jīng)營的生態(tài)效益、社會效益和經(jīng)濟效益，從而實現(xiàn)該區(qū)水源林的可持續(xù)經(jīng)營管理，為河西走廊社會—經(jīng)濟—生態(tài)復(fù)合系統(tǒng)提供穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)水資源、促進該復(fù)合系統(tǒng)的健康穩(wěn)定和持續(xù)發(fā)展以及應(yīng)對全球氣候變化做貢獻。

5 結(jié)論與討論

本研究采用復(fù)雜性科學(xué)研究的理論與方法，提出了一個有科學(xué)依據(jù)的、定量化、可操作的水源林經(jīng)營模式，該模式整合了水源林經(jīng)營理論基礎(chǔ)、水源林目標體系、水源林經(jīng)營原則、水源林目標結(jié)構(gòu)體系、水源林經(jīng)營技術(shù)體系，創(chuàng)新了該區(qū)水源林經(jīng)營模式，對祁連山水源林經(jīng)營具有全面指導(dǎo)意義，對提高該區(qū)水源林的經(jīng)營水平和經(jīng)營效益具有現(xiàn)實指導(dǎo)意義。

根據(jù)該經(jīng)營模式中郁閉度目標值，可將祁連山水源林區(qū)現(xiàn)有青海云杉林分劃分偏密（郁閉度＞0.7），合理（郁閉度為0.4～0.7），稀疏（郁閉度＜0.4）等3類。建議采用以下措施調(diào)整其林分結(jié)構(gòu)，將林分郁閉度調(diào)控在0.5左右，不超出0.4～0.7的范圍。①對偏密的林分，為了避免過大的波動，通過單株采伐，將郁閉度調(diào)整到0.6，并進行打枝，將冠高比調(diào)整到0.4～0.5，促進森林更新，誘導(dǎo)多層次群落結(jié)構(gòu)的形

成，增強主導(dǎo)功能和綜合效益。②對合理的林分，通過單株采伐和打枝，將郁閉度調(diào)整到0.5，冠高比調(diào)整到0.4～0.5，促進林分的更新，增強林分健康和主導(dǎo)功能。③對稀疏的林分，不進行采伐，采取封山禁牧育林，有些地段人工引進當?shù)氐泥l(xiāng)土闊葉樹種，改善林分結(jié)構(gòu)，提高水源林健康狀況和增強主導(dǎo)功能。

表1 祁連山水源林經(jīng)營模式Table 1 Management model for watershed forests in Qilian Mountains

根據(jù)理論分析和現(xiàn)有實踐結(jié)果，按照上述經(jīng)營模式經(jīng)營祁連山水源林，可以培育結(jié)構(gòu)合理、健康穩(wěn)定的多層異齡林或混交林，發(fā)揮良好的涵養(yǎng)水源、保持水土和改善水質(zhì)功能，特別適合青海云杉林的天然更新，并且可以節(jié)省大量的森林更新費用，森林經(jīng)營成本較低，經(jīng)濟效益、生態(tài)效益和社會效益明顯。建議當?shù)厣纸?jīng)營單位和林農(nóng)，在水源林經(jīng)營實踐中應(yīng)用該森林經(jīng)營模式。為了取得更好的水源林經(jīng)營效益，鑒于水源林經(jīng)營管理系統(tǒng)是一個復(fù)雜系統(tǒng)，該經(jīng)營模式在應(yīng)用時可隨實際情況變化而做出適應(yīng)性調(diào)整，并在實踐中進一步完善、創(chuàng)新和發(fā)展。

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