張巖
(河北省塞罕壩機械林場,河北圍場 068466)
塞罕壩機械林場位于河北省圍場滿族蒙古族自治縣最北部,屬蒙古高原與冀北山地交匯區(qū),是壩上——壩下過渡帶和森林——草原、森林——沙地交錯帶,有林地面積74777.45hm2,森林覆蓋率高達(dá)82%,其中以華北落葉松為主的人工林面積38182.08hm2,占總面積的51.1%。華北落葉松是塞罕壩機械林場三大造林樹種之一,也是該地區(qū)的建群樹種,在塞罕壩的森林生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。
自20 世紀(jì)80 年代塞罕壩機械林場進(jìn)入營林時期以來,以法正林經(jīng)營思想為指導(dǎo)的傳統(tǒng)森林經(jīng)營模式一直指導(dǎo)著整個林區(qū)的森林經(jīng)營工作,并以高頻次、高強度的經(jīng)營作業(yè)進(jìn)行人工干預(yù),現(xiàn)實中,以華北落葉松為主的人工林整體表現(xiàn)良好,林分能夠健康生長,立木蓄積存量較高,但傳統(tǒng)經(jīng)營導(dǎo)致林木過度均勻分布、空間格局不合理,個體潛力難以有效發(fā)揮。依據(jù)慧剛盈[1]等的結(jié)構(gòu)化森林經(jīng)營理論對林分進(jìn)行系統(tǒng)、科學(xué)的分析診斷,根據(jù)診斷結(jié)果提出有效的森林經(jīng)營方案,來改善林分系統(tǒng)結(jié)構(gòu),實現(xiàn)以生態(tài)功能為主導(dǎo)、多功能統(tǒng)籌兼顧的現(xiàn)代經(jīng)營思想,促進(jìn)培育健康、穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)、高效的森林生態(tài)系統(tǒng)。
本試驗地位于河北省塞罕壩機械林場的北漫甸林場,在塞罕壩機械林場場部的西北,屬于壩上地區(qū),林地面積為12876.13hm2,占林場總林地面積的17.22%。
2.1.1 結(jié)構(gòu)化點抽樣調(diào)查技術(shù)。在林分中隨機選擇一個點,以蛇形線路行進(jìn),每隔10~15m 設(shè)置1 個抽樣點。選擇距離抽樣點最近的4 株胸徑大于等于5cm 的樹木作為參照樹,然后測量距離最遠(yuǎn)的參照樹與抽樣點的長度,分別調(diào)查記錄這5 株樹的種類、樹高、胸徑、枝下高、平均冠幅、健康狀況等。
2.1.2 經(jīng)營迫切性指數(shù)評價。經(jīng)營迫切性指數(shù)量化表達(dá)了森林經(jīng)營的迫切程度,從而為人工林經(jīng)營確定了方向,其數(shù)值越大,則說明該林分需要經(jīng)營的迫切性越高。
2.1.3 林分空間調(diào)整技術(shù)。分別以選擇的參照樹和距離其最近的4 株胸徑大于等于5cm 的林木組合成一個結(jié)構(gòu)單元,調(diào)查各個參照樹的空間結(jié)構(gòu)參數(shù),包括角尺度、混交度、大小比數(shù)、密集度。然后林分空間分布格局以角尺度為參照來調(diào)整,樹種隔離程度混以交度為參照來調(diào)整,樹種競爭關(guān)系以大小比數(shù)為參照進(jìn)行調(diào)整,林分密度以密集度為參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。
主要使用惠剛盈[2]等的結(jié)構(gòu)化森林的水平結(jié)構(gòu)理論,采用了角尺度、混交度、大小比、密集度等林分空間結(jié)構(gòu)因子描述林分狀態(tài)特征,評價林分的自然度和經(jīng)營迫切性,依此確定小班的經(jīng)營方向和制定經(jīng)營措施。
此次試驗地為華北落葉松混交林,樣地設(shè)置為30m×30m=0.09hm2,調(diào)查樣地內(nèi)所有胸徑大于5cm 的林木的胸徑、樹高、冠幅、相對位置,并記錄林木的種類。
3.1.1 林分基本情況。本試驗樣地內(nèi)共有3 個樹種,114株林木,優(yōu)勢樹種是落葉松,其中健康林木111 株,比例為97.37%。林分的平均胸徑20cm,平均樹高13.14m,平均冠幅2.88m,林分密度1267(株/hm2),林分?jǐn)嗝娣e39.93m2/hm2。
該樣地的林分胸徑結(jié)構(gòu)不符合正態(tài)分布,最大胸徑徑級40cm,最小胸徑徑級為10cm,多數(shù)林木的胸徑集中在小徑級(見圖1)。
圖1 林分胸徑分布圖
3.1.2 林木水平分布格局。該林分的角尺度主要集中在0.5,平均水平為0.475,屬于隨機分布(見圖2)。
圖2 林分角尺度分布
3.1.3 林分長勢。林分長勢是反映林木對其所占空間利用程度的一個指標(biāo),傳統(tǒng)的一般用林分潛在疏密度來表示,即用單位面積上林木的蓄積量(胸高總斷面積)與相同條件下單位面積的標(biāo)準(zhǔn)林分蓄積量(胸高總斷面積)的百分比表示。此次把70%的較大個體組成的林分作為相同條件下的標(biāo)準(zhǔn)林分。本試驗林分潛在疏密度為0.66。
3.1.4 林分擁擠度。林分密度用林分擁擠度表示。該林分的擁擠度為0.95。林分樹冠的重疊程度較高,林分較擁擠(見圖3)。
圖3 林分樹冠對空間的利用程度
3.1.5 樹種組成。該試驗地的林木種類主要有華北落葉松、白樺和云杉,其中華北落葉松為優(yōu)勢樹種,統(tǒng)計分析顯示該林分的樹種優(yōu)勢度為0.36。
3.1.6 垂直結(jié)構(gòu)。森林的垂直結(jié)構(gòu)一般可按喬木層的結(jié)構(gòu)分為兩種,分別是單層林和復(fù)層林。本試驗只考慮森林的喬木層結(jié)構(gòu),用林層數(shù)表達(dá)。根據(jù)結(jié)構(gòu)化森林經(jīng)營理論,林層數(shù)≥2.5 為多層,給予值為1;林層數(shù)<1.5 屬于單層,給予值為0;林層數(shù)在[1.5,2.5)之間屬于復(fù)層,給予值0.5。統(tǒng)計結(jié)果顯示,該試驗地林層數(shù)為2,因此為異齡林。
3.1.7 更新狀況以及樹種多樣性。統(tǒng)計分析顯示該林分更新幼苗共計400 株,林分的Simpson 指數(shù)取值為0.6。
3.2.1 現(xiàn)狀分析。(1)年齡結(jié)構(gòu)。植物種群統(tǒng)計的基本參數(shù)之一就是林分年齡結(jié)構(gòu),學(xué)者們一般通過對年齡結(jié)構(gòu)的研究分析,就能夠反映出種群的一些信息。一個種群如果中幼體多,老年個體少,就屬于迅速增長型種群;種群中如果中幼體少,老年個體多,就屬于衰退型種群。如果一個種群年齡結(jié)構(gòu)是各個年齡級的個體數(shù)基本相同,或均勻遞減,出生率與死亡率接近,那么說明這個種群處于一種平衡狀態(tài),是正常穩(wěn)定型的種群。
林業(yè)中一般用樹木的胸徑結(jié)構(gòu)來代替年齡結(jié)構(gòu),去分析種群結(jié)構(gòu)和動態(tài)。同齡純林一般林分胸徑分布屬于正態(tài)分布,而異齡混交林較復(fù)雜,一般是依徑級常量q值遞減,Liocourt 研究認(rèn)為理想的直徑q 值一般在1.2~1.5,此時異齡混交林相對更加穩(wěn)定健康,在這個值之外需要調(diào)整。本次試驗林分的q 值為1.1588,小于1.2,在這個區(qū)間外,直徑分布不合理,需要調(diào)整。
(2)水平結(jié)構(gòu):林分的空間結(jié)構(gòu)反映了林木在林地的分布格局和屬性在空間的排列方式。通常林分水平結(jié)構(gòu)可以用林木點格局來表達(dá)。根據(jù)結(jié)構(gòu)化森林經(jīng)營理論,當(dāng)W(角尺度的平均值)取值范圍在0.475 和0.517之間時,為隨機分布;當(dāng)W 大于0.517 時,屬于聚集分布;當(dāng)W 小于0.475 時,屬于均勻分布。此次試驗林分的角尺度為0.475,屬于隨機分布,是理想的天然林水平格局。
(3)林分長勢。此次試驗林分長勢用林分疏密度指標(biāo)來表達(dá),一般在0~1,林分疏密度越大,表示林分長勢越好。一般研究將潛在疏密度0.5 作為評價標(biāo)準(zhǔn),當(dāng)林分潛在疏密度小于0.5,就需要采取一定的經(jīng)營措施來提高林分的長勢。此次試驗林分的潛在疏密度為0.66,由此可以看出林分長勢尚可。
(4)林分密度。林分密度反映出林分的擁擠度,而林分的擁擠程度可以更直觀地反映林分的狀態(tài)。研究認(rèn)為,當(dāng)林分擁擠度(K)>1.1,林分較為稀疏,林木還有較大的生長空間,不需要間伐;當(dāng)K<0.9,林分之間競爭加大,迫切需要進(jìn)行經(jīng)營。因此K<0.9 是確定林分是否需要進(jìn)行經(jīng)營的關(guān)鍵值。本試驗林分的擁擠度為0.95,在合理值范圍內(nèi),該林分密度適中。
(5)頂極樹種競爭。一般研究認(rèn)為林分中頂極樹種(組)的優(yōu)勢度是>0.5 時林分不需要經(jīng)營,否則林分就需要經(jīng)營來提高培育樹種的優(yōu)勢程度。該試驗林分的頂級樹種優(yōu)勢度為0.36,由此看來,該林分需要經(jīng)營來提高華北落葉松林的優(yōu)勢程度。
(6)林木健康。該林分中健康的林木共計111 株,占97.37%。一般認(rèn)為林分中的健康林木比例≥90%時的林分較健康,由此可見,該林分健康。
(7)林分垂直結(jié)構(gòu)。此次試驗結(jié)果顯示,該林分林層數(shù)為2,屬于異齡林。
(8)林分更新。該林分更新幼苗共計400 株,更新不良。
3.2.2 林分經(jīng)營迫切性。林分經(jīng)營迫切性反應(yīng)了林分需要經(jīng)營的緊迫程度。主要是根據(jù)林分直徑分布、水平分布格局、林分長勢、林分擁擠度、目的樹種密集度、目的樹種優(yōu)勢度、林木健康狀況、林分成層性、林分更新、樹種組成、樹種多樣性等指標(biāo)的綜合情況來表達(dá)林分各方面的狀態(tài),綜合來考慮林分是否需要經(jīng)營。
本試驗的主要目的是培育用材林轉(zhuǎn)變?yōu)榻】捣€(wěn)定的人工林,因此適用該評價指標(biāo)。經(jīng)過綜合分析,該林分的經(jīng)營迫切性指數(shù)為0.3,林分需要經(jīng)營。
根據(jù)多功能森林經(jīng)營理論,當(dāng)林分中健康林木的比例小于90%時,優(yōu)先伐除林分中非健康木;林分中健康林木的比例大于90%時,根據(jù)經(jīng)營方向,主要調(diào)整林分空間結(jié)構(gòu)。本試驗地的健康木比例大于95%,因此主要采伐培育對象及稀有種、瀕危種周圍的最近1~2 株相鄰木,具體采伐方案(見表1)。
表1 林分采伐方案及其采伐原因
在該方案中,預(yù)計采伐27 株,采伐強度為23.68%。采伐斷面積共計0.97m2,占該林分總斷面積的26.99%。經(jīng)營后的林分密度為756 株/hm2。經(jīng)營后的林分基本參數(shù)見表2。
表2 采伐后林分基本參數(shù)
由表2 可知,經(jīng)營后健康林木的比例調(diào)整為100%。該林分的角尺度由采伐前的0.475 調(diào)整為0.482,林分分布格局得到了優(yōu)化,雖然優(yōu)勢樹種的競爭有所下降,但優(yōu)勢度明顯提高,說明此次林分調(diào)整達(dá)到了預(yù)期目的。
此次試驗由于森林結(jié)構(gòu)化經(jīng)營技術(shù)的有效實施,試驗地林下生物多樣性明顯增加,森林美學(xué)景觀得到改善,涵養(yǎng)水源、保土增肥以及防風(fēng)固沙等能力獲得提升,充分發(fā)揮了森林的生態(tài)效能,森林生產(chǎn)力和價值得到了有效提升。由于各項作業(yè)的開展,為社會創(chuàng)造了大量勞動就業(yè)崗位,附近的農(nóng)民可以就近擇業(yè),為周邊地區(qū)的百姓帶來實實在在的利益,并在林業(yè)推廣與示范、生態(tài)文化建設(shè)、森林生態(tài)旅游帶動等方面發(fā)揮了積極的作用。同時在弘揚傳統(tǒng)文化、傳播生態(tài)文化、建設(shè)生態(tài)文明、構(gòu)建和諧社會等方面起到了積極的推動作用。