白星雯

(國家林業(yè)和草原局林草調(diào)查規(guī)劃院,北京100714)

森林在經(jīng)營過程中,對森林進(jìn)行撫育是十分重要的環(huán)節(jié)之一[1]。森林撫育不但可以減少森林病蟲害和森林火災(zāi),并且能夠提高森林的生產(chǎn)力及生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性[2-3]。森林撫育的最終目標(biāo)和價(jià)值體現(xiàn)已不再以經(jīng)濟(jì)效益作為衡量的標(biāo)尺,而是追求以經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會效益共同為主體的多目標(biāo)森林撫育經(jīng)營[4-6],科學(xué)合理的森林撫育措施是提高森林質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)措施[7-11]。

黑龍江省是我國最重要的國有林區(qū)和最大的木材生產(chǎn)基地,對國民經(jīng)濟(jì)和社會可持續(xù)發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。然而,該區(qū)域內(nèi)森林資源存在天然林所占比重較大,人工林樹種單一；林分質(zhì)量差,林地生產(chǎn)力較低；林分結(jié)構(gòu)不合理,可采資源少；幼齡林和中齡林所占比重較高的問題。因此,必須采取科學(xué)合理的森林撫育措施來改善,全面提高黑龍江省森林生態(tài)系統(tǒng)的各項(xiàng)功能,切實(shí)發(fā)揮森林系統(tǒng)的綜合效益[12-13]。森林撫育成效監(jiān)測能夠及時(shí)反映黑龍江省相應(yīng)地區(qū)的撫育措施的科學(xué)性,可向林業(yè)經(jīng)營者反饋不同撫育方式的優(yōu)缺點(diǎn),從而根據(jù)森林資源的現(xiàn)實(shí)情況修改原撫育措施,為更好地經(jīng)營森林資源提供數(shù)據(jù)參考及理論支撐。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

森林撫育監(jiān)測所選設(shè)的24塊樣地(12塊對照樣地、12快撫育樣地)分布范圍較廣,分別分布在黑龍江省內(nèi)朗鄉(xiāng)、友好、東方紅、大海林林業(yè)局范圍內(nèi)。研究數(shù)據(jù)包括2013年24塊樣地基礎(chǔ)調(diào)查數(shù)據(jù)及2016年24塊樣地復(fù)測數(shù)據(jù)。

1.2 監(jiān)測樣地選設(shè)

采用典型抽樣布設(shè)法,按地形、坡度、坡向、坡位等設(shè)置撫育樣地和對照樣地(撫育樣地和對照樣地必須落在同一小班內(nèi),林地基本屬性大致相同,樣地面積均為600m2,即邊長為20×30m的矩形)。撫育樣地采取相應(yīng)的撫育措施,對照樣地則不做處理。在朗鄉(xiāng)、友好、大海林及東方紅林業(yè)局行政范圍內(nèi)分別布設(shè)3,2,5,2組樣地,共12組24塊監(jiān)測樣地(每組內(nèi)包含對照樣地及撫育樣各1塊)。

1.3 撫育采伐方式

依據(jù)林木生長狀態(tài)、林分起源、齡組、郁閉度、林木密度確定采伐對象及采伐方式。采伐強(qiáng)度采用株數(shù)法確定,林分郁閉度控制在0.6～0.7之間。灌木及草本層主要在下木生長旺盛，以及與林木生長爭水、爭肥嚴(yán)重的中幼齡林中進(jìn)行,清除妨礙樹木生長的灌木、藤條和雜草。

1.4 監(jiān)測樣地調(diào)查指標(biāo)

每個(gè)樣地內(nèi)東西南北角設(shè)置4個(gè)3m×3m的灌木調(diào)查樣方,在樣地中心點(diǎn)上設(shè)置2個(gè)1m×1m的草本樣方,共有96個(gè)灌木樣方、48個(gè)草本樣方,樣地調(diào)查指標(biāo)如表1所示。

表1 樣地調(diào)查指標(biāo)信息統(tǒng)計(jì)表Tab.1 Statistical table of survey index information

1.5 森林撫育成效監(jiān)測

1.5.1蓄積量成效監(jiān)測

采用差值法確定森林撫育措施對林蓄積量成效的影響。蓄積量成效監(jiān)測計(jì)算公式如下:

(1)

VC=PVC1-PVC2

(2)

式中:VYD為樣地總蓄積量；Si為第i株林木胸高斷面積；Hi為第i株林木樹高；a0,a1,a2為蓄積量模型計(jì)算參數(shù),依據(jù)樹種而定；VC為蓄積量撫育成效監(jiān)測值；PVC1為撫育樣地蓄積量年均生長率；PVC2為對照樣地蓄積量年均生長率。

1.5.2生物多樣性成效監(jiān)測

森林生態(tài)系統(tǒng)中一般用來反映生物多樣性時(shí),通常選用Shannon-Wiener指數(shù)和Simpson指數(shù)[14],其值均在0～1之間[15-16],它們都可以綜合反映出物種多樣性的豐富度和均勻度。生物多樣性成效監(jiān)測計(jì)算公式如下:

(3)

(4)

DSPC=DSPC1-DSPC2

(5)

HSPC=HSPC1-HSPC2

(6)

式中:DSP為shannon-weiner指數(shù)；HSW為Simpson多樣性指數(shù)；Pi為第i個(gè)物種個(gè)體數(shù)所占群落個(gè)體總數(shù)的比值；DSPC為生物多樣性撫育成效監(jiān)測值1；DSPC1為撫育樣地sinmpson增長值；DSPC2為對照樣地simpson增長值；HSPC為生物多樣性撫育成效監(jiān)測值2；HSPC1為撫育樣地shannon-weiner增長值；HSPC2為對照樣地shannon-weiner增長值。

1.5.3生物量成效監(jiān)測

森林生物量是衡量森林生產(chǎn)力、生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)劣及生態(tài)系統(tǒng)功能高低的最直接的表現(xiàn)[17-18]。此次研究包含喬木層(林木)的生物量、林下灌草層的生物量監(jiān)測。監(jiān)測區(qū)域內(nèi)各樹種生物量模型以及林下灌木、草本生物量模型公式如下所示。

(7)

VC=(0.0175×L1-0.2888)×G

(8)

Vg=(0.0398×L2-0.2888)×G

(9)

BC=PBD1-PBD2

(10)

式中:BQM為樣地喬木層生物量總和；VC,Vg分別草本層及灌木層生物量總和；L1,L2,G分別為草本、灌木層的高度及蓋度；b0,b1,b2為生物量模型計(jì)算參數(shù),依據(jù)樹種而定；BC為生物量撫育成效監(jiān)測值；PBD1為撫育樣地生物量年均增長率；PBD2為對照樣地生物量年均增長率。

1.5.4固碳釋氧量成效監(jiān)測

以中華人民共和國林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估規(guī)范》[19]為標(biāo)準(zhǔn),計(jì)算24塊樣地內(nèi)林分的固碳量和釋氧量。根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估社會公共數(shù)據(jù)表,本次報(bào)告按林業(yè)行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)取固碳價(jià)格為1 200元/t,釋氧價(jià)格1 000元/t。林分固碳釋氧價(jià)值計(jì)算公式如下:

UC=1.63×R×B×1200

(11)

U0=1.19×B×1000

(12)

U=(UC1-UC2)+(UO1-UO2)

(13)

式中:UC為森林固碳量(t/hm2)；R為二氧化碳中碳含量(27.27%)；B為林分凈生產(chǎn)力(t/(hm2·a))；U0為森林釋放氧氣量(t/hm2)；U為固碳釋氧價(jià)值成效監(jiān)測值；UC1為撫育樣地年均固碳量經(jīng)濟(jì)價(jià)值；UC2為對照樣地年均固碳量經(jīng)濟(jì)價(jià)值；UO1為撫育樣地年均釋氧量增經(jīng)濟(jì)價(jià)值；UO2為對照樣地年均氧量增經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

1.5.5不同立地類型下森林撫育成效監(jiān)測

立地類型是林地生產(chǎn)力或生產(chǎn)潛力水平基本一致的地段的組合,不同立地類型上的林木生長特性也存在著差異性。因此,何種森林撫育措施針對哪種立地類型上林木的生長更有效是現(xiàn)今森林撫育措施因地制宜的關(guān)鍵問題[20-23]。

1) 立地類型劃分。根據(jù)數(shù)量化理論的要求,將海拔、坡位、坡度、土層厚度、土壤類型、腐殖質(zhì)層厚度以及枯枝落葉層厚度等7個(gè)立地因子進(jìn)行數(shù)量化劃分,表2為各立地因子的數(shù)量化劃分信息表。根據(jù)各樣地平均優(yōu)勢高與7個(gè)立地因子的偏相關(guān)系數(shù)確定立定類型組劃分的主要立地因子是海拔,其它6個(gè)立地因子用于立地類型的劃分。表3為樣地平均優(yōu)勢高與各立地因子偏相關(guān)系數(shù)信息。表4為24塊樣地所劃分的立地類型分類表。

表2 立地因子數(shù)量化等級劃分表Tab.2 Site factor quantification grade division table

表3 樣地平均優(yōu)勢高與各立地因子之間的相關(guān)系數(shù)表Tab.3 Correlations between average dominant height and site factors

表4 立地類型分類表Tab.4 Site type classification table

2) 林分材積生長影響分析。將選取的12塊撫育樣地分為3個(gè)立地類型組和9個(gè)立地類型,通過比較撫育樣地組內(nèi)不同立地類型上各撫育樣地3年間的蓄積量年均生長差異性,從而分析不同立地類型對相同撫育措施下林分材積生長的影響。

3) 林分生態(tài)效益影響分析。進(jìn)一步對比分析撫育樣地組內(nèi)各樣地林分生物量、生物多樣地以及固碳釋氧監(jiān)測指標(biāo)之間的增長差異性。從而分析不同立地類型對相同撫育措施下林分生態(tài)效益的影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 對林分綜合效益的影響

森林撫育綜合成效監(jiān)測結(jié)果如表5、圖1所示。

1) 蓄積量監(jiān)測。各組樣地蓄積量撫育成效值均大于0,對照樣地蓄積量年均生長率的均值為4.93%,撫育樣地均值為11.53%,同比增長6.6%。說明2013—2016年,各個(gè)撫育樣地的蓄積量年均生長率值均大于對照樣地。由此可見,經(jīng)過森林撫育措施的樣地,其林木的生長比對照樣地塊,主要是經(jīng)過人工培育之后,樣地內(nèi)林木能夠更加合理的利用自然環(huán)境資源生長。這說明森林撫育措施對林木材積的生長具有一定促進(jìn)作用。

2) 生物多樣性監(jiān)測。所有撫育樣地生物多樣指數(shù)增長值均大于0,說明2013—2016年間,所有撫育樣地內(nèi)生物多樣有所增長,并且對照樣地內(nèi)部分樣地的simpson指數(shù)及shannon-weiner指數(shù)增長值增長值小于數(shù)值0,說明3年內(nèi)這些對照樣地的生物多樣性減少了。主要原因是環(huán)境資源的惡性競爭、林分過分郁閉導(dǎo)致林下草本灌木稀疏,生物物種數(shù)量下降減少。各撫育樣地內(nèi)生物多樣性撫育成效監(jiān)測值均大于0,說明森林撫育對林分內(nèi)生物多樣的提高具有一定的幫助。

3) 生物量監(jiān)測。各撫育樣地生物量年均增長率值均大于對照樣地,說明林分通過撫育后,林分的生產(chǎn)力有所提高。所有對照樣地生物量年均增長率的均值為4.24%,所有撫育樣地生物量年均增長率均值為8.49%,同比增長4.25%?？梢?適宜的森林撫育措施能夠提高林分生物量以及林分的生產(chǎn)力。

4) 固碳釋氧監(jiān)測。所有撫育樣地的年均固碳量均大于對照樣地固碳量,說明經(jīng)過撫育的樣地,其林分的固碳釋氧能力有所提高。1號、10號樣地其固碳釋氧撫育成效分別高達(dá)24 487.68,31 598.73元,比對照樣地增加96 308.77元經(jīng)濟(jì)效益。所有樣地的固碳釋氧經(jīng)濟(jì)價(jià)值都是正成效,說明森林撫育措施對林分固碳釋氧功能的改善有一定的影響。

表5 森林撫育生態(tài)成效監(jiān)測表Tab.5 Monitoring table of ecological effects of forest tending

圖1 各樣地組綜合成效監(jiān)測變化趨勢圖Fig.1 Trends of comprehensive performance monitoring in various groups

2.2 對不同立地類型林分效益的影響

2.2.1林分材積生長

根據(jù)劃分的9個(gè)立地類型,縱向?qū)Ρ确治?2塊撫育樣地內(nèi)蓄積量年均生長率的差異性。對比分析結(jié)果如表6所示。

蓄積量年均生長率最大的3塊樣地立地類型為A1(高海拔下坡位緩坡厚層土)、A4(高海拔中坡位緩坡厚層土)型,其值達(dá)40.92%,20.33%,12.88%,2種立地條件上有著共同點(diǎn),其土層較厚。由此可以看出,在相同森林撫育措施下的林木,土層厚度是影響林木材積生長的主要立地因子。

2.2.2對不同立地類型下林分生態(tài)成效的影響

1) 林分生物多樣性。9種立地類型中,B2和B3型上撫育樣地內(nèi)林分3年期間生物多樣提高最快,B2型上所有樣地simpson指數(shù)增長值的均值為0.34,B3型上樣地的shannon-weiner指數(shù)增長值的值為0.716。A2型上撫育樣地內(nèi)林分3年期間生物多樣提高最慢,其simpson,shannon-weiner指數(shù)增長值為0.026,0.037。

2) 林分生物量。A1型上撫育樣地內(nèi)林分生物量年均增長率最高,其值達(dá)21.99%。A4型上撫育樣地內(nèi)林分生物量年均增長率最低,其所有樣地均值為2.73%。

3) 林分固碳釋氧量。C2型上撫育樣地內(nèi)林分固碳釋氧量最高,其年均固碳量達(dá)14.31t,釋氧量達(dá)38.32t。A4型上撫育樣地內(nèi)林分固碳釋氧量最低,其所有樣地年均固碳量均值為1.12t,年均釋氧量均值為3.01t。

縱向?qū)Ρ确治隹梢?采取相同森林撫育措施的林分,影響林分生物多樣型增長的主要立地因子是海拔與坡位；影響林分生物量增長的主要立地因此是坡位；林分固碳釋氧功能則受立地因子海拔與坡位的綜合影響。

表6 各立地類型下林分綜合成效指標(biāo)信息表Tab.6 Information table of comprehensive achievement index of stands under each site type

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

我國森林撫育實(shí)施的比較早,雖然已經(jīng)獲得了部分成效,但隨著時(shí)間的推移,如，林業(yè)發(fā)展方式落后、經(jīng)營管理粗放、質(zhì)量效益低下等問題逐漸顯現(xiàn),這些都與森林撫育經(jīng)營工作相對滯后有著密切關(guān)系。因此,要大力發(fā)展現(xiàn)代林業(yè),實(shí)現(xiàn)林業(yè)“雙增”目標(biāo)和滿足經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展對林業(yè)多樣化需求,就必須加快轉(zhuǎn)變林業(yè)發(fā)展方式,加強(qiáng)森林撫育經(jīng)營,大幅度提高森林質(zhì)量。為了制定科學(xué)合理的森林撫育措施,必須通過成效監(jiān)測了解不同的撫育方式對森林改善的效果,以及不同的森林類型最佳的撫育方式。開展森林撫育成效監(jiān)測工作,能夠更好地研究森林撫育對森林資源變化和生態(tài)狀況的影響,評價(jià)森林撫育的實(shí)施成效,可為森林經(jīng)營單位開展森林撫育合理經(jīng)營提供參考。

3.2 結(jié)論

根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示:1)經(jīng)過森林撫育過后的樣地林木生長能力均比保持自然生樣地內(nèi)林木強(qiáng)。各撫育樣地在3年內(nèi)胸徑、樹高、蓄積量年均生長率均高于對照樣地,森林撫育對林木材積的生長具有一定促進(jìn)作用；2)相比保持自然生長的樣地林分而言,經(jīng)過森林撫育后的樣地林分所發(fā)揮的生態(tài)效益有所提高,各撫育樣地在3年內(nèi)年均固碳釋氧量、生物量年均增長量以及生物多樣性增長值均大于對照樣地,森林撫育可以提高林分的生產(chǎn)力、增強(qiáng)林分固碳釋氧量能力、提高林分內(nèi)生物多樣性；3)不同立地類型的林分在相同撫育措施下,撫育成效差異性較大,因此，在制訂森林撫育措施時(shí),應(yīng)當(dāng)充分考慮環(huán)境因素的影響。綜合而言,合理的森林撫措施能夠更好的發(fā)揮森林的綜合效益,從而使森林更好的為人類的生存發(fā)展提供長期穩(wěn)定的保障。