楊雪峰　樊冬溫　李應(yīng)珍　李湃

摘要：為提高大興安嶺林區(qū)森林撫育工程作業(yè)質(zhì)量和工程成效，采用系統(tǒng)工程的分析方法，根據(jù)大興安嶺林區(qū)生態(tài)環(huán)境、功能和林木的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)大興安嶺林區(qū)最主要的三種撫育類型（透光撫育、生長伐撫育、生態(tài)疏伐撫育）的直接輸出特性、長效輸出特性和轉(zhuǎn)化特性進(jìn)行了詳細(xì)分析。在此基礎(chǔ)上，利用運(yùn)行控制和統(tǒng)計(jì)學(xué)理論，通過調(diào)整輸出特性偏移量、輸出特性標(biāo)準(zhǔn)偏差和輸出特性公差要求，提高工程能力，進(jìn)而優(yōu)化輸出特性，最終實(shí)現(xiàn)提高工程作業(yè)質(zhì)量和工程成效的目的。對(duì)輸出特性和轉(zhuǎn)化特性的分析研究，為大興安嶺林區(qū)森林撫育工程技術(shù)要求標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)出提供基礎(chǔ)和支撐。

關(guān)鍵詞：大興安嶺林區(qū)；森林撫育；輸出特性；轉(zhuǎn)化特性

中圖分類號(hào)：S 753.5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1001-005X（2015）01-0034-04

Research on Output Characteristics and Conversion Characteristics

of Forest Tending Engineering System in Daxinganling area

Yang Xuefeng1，2，F(xiàn)an Dongwen1，2，Li Yingzhen1，2，Li Pai1，2

（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：To improve the engineering quality and the engineering efficiency，based on the ecological environment，function and structure characteristics of forests in Daxinganling area，the direct output characteristics，longacting output characteristics and conversion characteristics of the three main tending types（lighting tending，accretion cutting tending and ecological thinning tending）are analyzed in detail using analysis method of system engineering.On this basis，the offset，the standard deviation and the tolerance requirements of output characteristic are adjusted to improve the engineering ability and to optimize the output characteristic by using of operational control and statistical theory.Ultimately，the purpose of improving the engineering quality and the engineering efficiency is achieved.The analysis and research on these output characteristics and conversion characteristics provide basis and support for the output of technical requirements standard of forest tending engineering in Daxinganling area.

Keywords： Daxinganling area；forest tending；output characteristics；conversion characteristics

收稿日期：2014-07-11

基金項(xiàng)目：國家標(biāo)準(zhǔn)委“農(nóng)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化重要標(biāo)準(zhǔn)體系專項(xiàng)研究項(xiàng)目”〔2012（6）〕

第一作者簡介：楊雪峰，碩士，工程師。研究方向：森林工程標(biāo)準(zhǔn)化以及林業(yè)機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)化的研究。Email：yangxuefeng126@126.com

引文格式：楊雪峰，樊冬溫，李應(yīng)珍，等.大興安嶺林區(qū)森林撫育工程系統(tǒng)輸出特性和轉(zhuǎn)化特性的研究[J].森林工程，2015，31（1）：34-37.研究森林撫育工程特性對(duì)提高工程設(shè)計(jì)水平和作業(yè)質(zhì)量、規(guī)范森林撫育目標(biāo)管理均有現(xiàn)實(shí)意義。文中對(duì)大興安嶺山地區(qū)森林撫育工程系統(tǒng)的輸入特性進(jìn)行了分析研究[1]。輸入特性一旦輸入森林工程系統(tǒng)（設(shè)計(jì)系統(tǒng)、運(yùn)行系統(tǒng)）中，將通過轉(zhuǎn)化（技術(shù)系統(tǒng)）產(chǎn)生輸出。從時(shí)間概念上分，輸出特性可分為直接輸出特性和長效輸出特性[2]。

本文將根據(jù)大興安嶺林區(qū)生態(tài)環(huán)境、功能和林木的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，著重對(duì)大興安嶺林區(qū)最主要的三種撫育類型（透光撫育、生長伐撫育、生態(tài)疏伐撫育[3-4]）的直接輸出特性、長效輸出特性、轉(zhuǎn)化特性[5-6]進(jìn)行研究，在此基礎(chǔ)上對(duì)輸出特性的優(yōu)化進(jìn)行分析。

1直接輸出特性

直接輸出特性是在工程運(yùn)行控制獲得的信息的基礎(chǔ)上通過工程后的驗(yàn)證而獲得的。直接輸出特性可分為定量指標(biāo)特性和定性指標(biāo)特性，定量指標(biāo)特性主要體現(xiàn)在郁閉度、撫育強(qiáng)度、保留株數(shù)（密度）等方面，定性指標(biāo)特性主要體現(xiàn)在木材結(jié)構(gòu)、林木的生長環(huán)境、林木的分布要求等方面。以下是大興安嶺林區(qū)透光撫育、生長伐撫育、生態(tài)疏伐撫育等三種主要撫育類型的直接輸出特性。

1.1透光撫育

透光撫育是幼齡林階段進(jìn)行的一種撫育類型（方式），其目的是解決目標(biāo)樹與非目標(biāo)樹、草本灌藤植物之間的矛盾，保證目標(biāo)樹不受任何壓制而加速其生長[4]。根據(jù)大興安嶺林區(qū)生態(tài)環(huán)境、林木生長特性以及目標(biāo)樹生長環(huán)境的需要，提出透光撫育直接輸出特性，見表1。

表1大興安嶺林區(qū)透光撫育直接輸出特性[4]

Tab.1 The direct output characteristics of the lighting tending in Daxinganling

撫育類型直接輸出特性透光撫育（1）純林：伐除質(zhì)量低劣、無培育前途的有害樹和過密的輔助樹清除影響林木生長的藤蔓灌草后達(dá)到間密留勻、去劣存優(yōu)和改善林木生長環(huán)境的程度

（2）混交林：伐去生長不良和影響目標(biāo)樹生長的林木后達(dá)到調(diào)整林分組成的程度

（3）天然林、人工林中伐后保留株數(shù)、林分郁閉度符合要求的程度

（4）伐后林分的林木平均胸徑符合要求的程度

（5）撫育后是否造成了林間空地

第1期楊雪峰等：大興安嶺林區(qū)森林撫育工程系統(tǒng)輸出特性和轉(zhuǎn)化特性的研究

森林工程第31卷

1.2生長伐撫育

生長伐撫育的目的是在用材林的中齡林中伐除過密和生長不良的林木，合理調(diào)整立木密度，使保留木具有較好的營養(yǎng)空間，促進(jìn)保留木生長，培養(yǎng)出良好干形的目標(biāo)樹[4]。根據(jù)大興安嶺林區(qū)生態(tài)環(huán)境、林木生長特性及其林木生長營養(yǎng)空間的需要，提出生長伐撫育直接輸出特性，見表2。

表2大興安嶺林區(qū)生長伐撫育直接輸出特性[4]

Tab.2 The direct output characteristics of the

accretion cutting tending in Daxinganling

撫育類型直接輸出特性生長伐撫育（1）采伐強(qiáng)度、撫育后郁閉度達(dá)到技術(shù)要求的程度

（2）撫育后公頃株數(shù)達(dá)到技術(shù)要求的程度

（3）撫育后林分林木的平均胸徑符合要求的程度

（4）易引起林分林木風(fēng)倒、風(fēng)折的撫育后郁閉度一次降低值是否低于要求的數(shù)值

（5）撫育后是否造成林中空地，撫育后林間是否能通行中小型林間作業(yè)機(jī)械；人工林行間距達(dá)到作業(yè)要求的程度

1.3生態(tài)疏伐撫育

生態(tài)疏伐撫育適用于郁閉度0.7以上的人工起源的水源涵養(yǎng)林和水土保持林，以及郁閉度0.8以上的天然起源的水源涵養(yǎng)林和水土保持林、下層木或植被受光困難的中齡林。按照有利于林冠形成梯度郁閉、主林層和次林層立木都直受光的要求，生態(tài)疏伐撫育時(shí)需伐除干擾樹，保留目標(biāo)樹、輔助樹和適量的草本、灌木和藤蔓[3，7-8]。根據(jù)大興安嶺林區(qū)水源涵養(yǎng)林和水土保持林的生態(tài)環(huán)境、林木生長環(huán)境及其服務(wù)功能的需要，提出生態(tài)疏伐撫育直接輸出特性，見表3。

表3大興安嶺林區(qū)生態(tài)疏伐撫育直接輸出特性[4]

Tab.3 The direct output characteristics of the

ecological thinning tending in Daxinganling

撫育類型直接作用效應(yīng)輸出特性生長伐撫育（1）保持原林分總體結(jié)構(gòu)要求的程度

（2）撫育強(qiáng)度、撫育后郁閉度符合要求的程度

（3）撫育后的公頃株數(shù)（密度）符合要求的程度

（4）保留的灌、藤、草符合要求的程度

2長效輸出特性

長效輸出特性是森林撫育的目標(biāo)和目的，直接輸出特性是實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)的措施或手段，直接輸出特性可依據(jù)輸入特性的工程設(shè)計(jì)要求進(jìn)行驗(yàn)證，是可定量和定性的，而長效輸出特性是不可定性和定量的，僅可以進(jìn)行評(píng)價(jià)（評(píng)估）。大興安嶺林區(qū)透光撫育、生長伐撫育、生態(tài)疏伐撫育等3種主要撫育類型的長效輸出特性見表4。

表4大興安嶺林區(qū)森林撫育長效輸出特性

Tab.4 The longacting output characteristics of the forest tending in Daxinganling

撫育類型長效作用效應(yīng)輸出特性透光伐撫育（1）改善林木生存環(huán)境促進(jìn)林木生長速度

（2）調(diào)整林分組成促進(jìn)幼齡林林分穩(wěn)定健康的演變

（3）改善水循環(huán)的特性促進(jìn)林分涵養(yǎng)水源能力的程度

（4）林分組成的調(diào)整對(duì)水土流失土壤保育功能改善的程度

（5）撫育作業(yè)（透光伐）對(duì)野生珍稀動(dòng)植物保護(hù)的作用效應(yīng)生長伐撫育（1）擴(kuò)大和改善中齡林林木營養(yǎng)空間促進(jìn)林木徑級(jí)的生長速度

（2）間伐強(qiáng)度郁閉度的改變促進(jìn)或降低水循環(huán)功能涵養(yǎng)水源功能的程度

（3）間伐強(qiáng)度郁閉度降低林分組成的改變對(duì)水土流失和土壤的保育能力的影響程度

（4）間伐強(qiáng)度郁閉度降低林分組成的改變等對(duì)林分生態(tài)系統(tǒng)的完整性穩(wěn)定健康演變和森林可持續(xù)經(jīng)營的影響程度生態(tài)疏伐撫育（1）撫育后對(duì)促進(jìn)林分群落結(jié)構(gòu)的完整穩(wěn)定和健康對(duì)林分生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)過程的作用效果

（2）撫育后對(duì)林分群落結(jié)構(gòu)的演替效果

（3）撫育后郁閉度植被蓋度的降低對(duì)水源涵養(yǎng)土壤保育等生態(tài)服務(wù)功能的影響

（4）撫育后對(duì)野生動(dòng)植物生存環(huán)境和生物多樣性的影響

3轉(zhuǎn)化特性

轉(zhuǎn)化特性是指森林撫育工程作業(yè)所采用的技術(shù)措施的特性，如撫育對(duì)象、撫育方式、撫育時(shí)間、撫育采用工藝及裝備等的特性[9-10]。大興安嶺林區(qū)透光撫育、生長伐撫育、生態(tài)疏伐撫育等3種主要撫育類型的轉(zhuǎn)化特性見表5。

表5大興安嶺林區(qū)森林撫育轉(zhuǎn)化特性

Tab.5 The conversion characteristics of the forest tending in Daxinganling

撫育類型轉(zhuǎn)化特性透光伐撫育（1）撫育方式特性：全面撫育局部撫育（團(tuán)狀或帶狀）

（2）標(biāo)記及其標(biāo)記方式特性

（3）伐木（灌草）工藝特性

（4）歸堆、集材、造材工藝特性

（5）清林工藝特性

（6）裝備特性生長伐撫育（1）撫育方式特性：上層撫育下層撫育綜合撫育、機(jī)械撫育等

（2）標(biāo)記及其標(biāo)記方式特性

（3）伐木工藝特性

（4）歸集工藝特性

（5）清林工藝特性

（6）裝備特性生態(tài)疏伐

撫育（1）撫育方式特性（劃為植生組每組將林木分為干擾樹輔助樹和目標(biāo)樹伐去干擾樹保留目標(biāo)樹和輔助樹適當(dāng)保留灌草藤蔓）

（2）標(biāo)記及其標(biāo)記方式特性

（3）伐木工藝特性

（4）歸集工藝特性

（5）清林工藝特性

（6）裝備特性4輸出特性和轉(zhuǎn)化特性的優(yōu)化

輸出特性的優(yōu)化是對(duì)工程能力進(jìn)行分析后，通過對(duì)轉(zhuǎn)化特性進(jìn)行優(yōu)化來實(shí)現(xiàn)的。所謂工程能力是指森林撫育工程運(yùn)行處于穩(wěn)定受控狀態(tài)時(shí)完成工程要求的能力，屬于質(zhì)量指標(biāo)要求。工程能力越強(qiáng)，輸出特性達(dá)到工程設(shè)計(jì)要求的程度就越高；反之，如果工程能力較弱，則需通過優(yōu)化轉(zhuǎn)化特性來提高輸出特性來達(dá)到工程設(shè)計(jì)要求的程度。

為了科學(xué)地分析研究森林撫育工程輸出特性，本文引用了3個(gè)參數(shù)：輸出特性偏移量ε、輸出特性標(biāo)準(zhǔn)偏差S（輸出特性值離散的程度）和輸出特性公差要求T，通過對(duì)這3個(gè)參數(shù)的探討尋求改進(jìn)提高工程能力的途徑，進(jìn)而優(yōu)化森林撫育工程的輸出特性。這3個(gè)參數(shù)均通過工程作業(yè)后對(duì)樣地的驗(yàn)證評(píng)價(jià)獲取，增大或縮小其中任何一參數(shù)，都將會(huì)引起工程能力的改變，因此，提高工程能力的唯一途徑是在保證兩個(gè)基本條件（一是有足夠的工程能力，二是要保證工程運(yùn)行在穩(wěn)定受控狀態(tài)下進(jìn)行）的前提下調(diào)整ε、S、T。調(diào)整這3個(gè)參數(shù)，首先要保證定性指標(biāo)的需要，如目標(biāo)樹同非目標(biāo)樹、草本、藤和灌等植物之間的矛盾，保護(hù)林木的營養(yǎng)空間，加速生長環(huán)境，有利于林冠形成梯度郁閉等。

（1）輸出特性偏移量ε

ε=|X-M|。（1）

式中：X為樣地輸出特性平均值；M為輸出特性的目標(biāo)值。

對(duì)于直接輸出特性的定量指標(biāo)，如撫育后林木平均胸徑、郁閉度和公頃株數(shù)（密度）等輸出特性均為正態(tài)分布，在國家林業(yè)局印發(fā)的《森林撫育檢查驗(yàn)收辦法》中規(guī)定撫育后林木的平均胸徑誤差在±15%，郁閉度誤差為±0.1，如果撫育后郁閉度要求為0.6，則輸出特性目標(biāo)值為0.6，上偏差為0.7，下偏差為0.5，撫育后可能出現(xiàn)3種情況（如圖1所示）。

（a）X< M，即實(shí)測(cè)值小于目標(biāo)值，這種狀況是最不希望出現(xiàn)的，因?yàn)檫@種狀況不僅降低了工程能力指數(shù)，出現(xiàn)不合格率加大，而且是不可修復(fù)的。

（b）X> M，即實(shí)測(cè)值大于目標(biāo)值，這種狀況雖然不合格率會(huì)加大，卻是可以修復(fù)的。

（c）X= M，即實(shí)測(cè)值等于目標(biāo)值，這是理想狀況，在實(shí)際工程作業(yè)中很少出現(xiàn)，但可通過運(yùn)行控制，調(diào)整其轉(zhuǎn)化特性，使樣地平均輸出特性值盡可能的靠近輸出特性目標(biāo)值。

通過調(diào)整轉(zhuǎn)化特性減小森林撫育工程輸出特性偏移量，可提高工程能力，進(jìn)而優(yōu)化輸出特性。

（2）輸出特性標(biāo)準(zhǔn)偏差S

輸出特性標(biāo)準(zhǔn)偏差S表征森林撫育直接輸出特性的離散程度，標(biāo)準(zhǔn)偏差S和樣地測(cè)得的平均輸出特性X不同，樣地測(cè)得的平均輸出特性值X相同，不等于標(biāo)準(zhǔn)偏差S相同，有可能相差很大，如林分撫育后郁閉度、公頃株數(shù)（密度）的標(biāo)準(zhǔn)偏差過大，說明林分的林木結(jié)構(gòu)離散程度大，將不利于森林的穩(wěn)定健康，直接影響了林木的營養(yǎng)空間，影響林木的生長。

如果撫育后林木平均胸徑標(biāo)準(zhǔn)偏差過大，則會(huì)出現(xiàn)林木高矮不齊、大小不均的現(xiàn)象，降低了林分林木質(zhì)量，對(duì)林木的營養(yǎng)空間和生長環(huán)境都會(huì)產(chǎn)生不利的因素。因此通過調(diào)整轉(zhuǎn)化特性減小森林撫育直接作用效應(yīng)輸出特性的標(biāo)準(zhǔn)偏差，可提高工程能力，進(jìn)而優(yōu)化輸出特性。

對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差的控制可通過如下措施進(jìn)行：

（a）通過運(yùn)行控制，優(yōu)化轉(zhuǎn)化特性，不同的林分分而治之，縮小標(biāo)準(zhǔn)偏差S。

（b）對(duì)局部林木稀少或空地采用補(bǔ)植撫育措施，縮小標(biāo)準(zhǔn)偏差S。

（c）利用邊界效應(yīng)，適當(dāng)采用人工促進(jìn)更新，縮小標(biāo)準(zhǔn)偏差S。

（3）輸出特性公差要求T

T=TU-TL。（2）

式中：TU為上偏差；TL為下偏差。

森林撫育工程輸出特性公差要求T是森林撫育工程設(shè)計(jì)過程輸出的，所以在工程運(yùn)行中改變工程輸出特性要求要特別慎重，一般在工程進(jìn)行后在驗(yàn)證評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，通過工程成效監(jiān)測(cè)，將獲得的信息經(jīng)分析研究后，在有充分的依據(jù)的情況下，才能對(duì)工程輸出特性要求作出增大或縮小的決定。在能滿足工程要求的范圍內(nèi)，通過放寬輸出特性公差要求T，可提高工程能力，進(jìn)而優(yōu)化輸出特性。

5結(jié)束語

森林撫育工程的直接輸出特性可通過工程后的驗(yàn)證評(píng)價(jià)獲得，但直接輸出特性不是目的，而是為長效輸出特性提供條件；長效輸出特性是在直接輸出特性的基礎(chǔ)上評(píng)估實(shí)現(xiàn)森林撫育目標(biāo)的可能性，在分析長效輸出特性的基礎(chǔ)上通過成效監(jiān)測(cè)，對(duì)輸出特性偏移量、輸出特性標(biāo)準(zhǔn)偏差和輸出特性公差要求這三個(gè)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，提高工程能力，進(jìn)而優(yōu)化輸出特性，掌握林分的演替趨勢(shì)，為森林撫育工程的持續(xù)改進(jìn)提供支持。

通過對(duì)輸出特性和轉(zhuǎn)化特性的研究，可極大地提高工程作業(yè)質(zhì)量，提高工程設(shè)計(jì)水平，為大興安嶺林區(qū)森林撫育工程技術(shù)要求標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)出提供基礎(chǔ)和支撐，為森林撫育工程的持續(xù)改進(jìn)提供依據(jù)。

大興安嶺林區(qū)森林撫育工程系統(tǒng)輸出特性和轉(zhuǎn)化特性的研究是大興安嶺林區(qū)森林撫育工程系統(tǒng)（輸入、轉(zhuǎn)化、輸出、運(yùn)行控制、驗(yàn)證評(píng)價(jià)、工程成效監(jiān)測(cè)）的有機(jī)組成部分，本文建議在今后的研究中除了要加強(qiáng)對(duì)森林撫育工程能力的研究外，還應(yīng)逐步完善對(duì)運(yùn)行控制、驗(yàn)證評(píng)價(jià)、成效監(jiān)測(cè)特性的研究，以此完善整個(gè)大興安嶺林區(qū)森林撫育工程系統(tǒng)的研究。

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[責(zé)任編輯：胡建偉]