白星雯
(国家林业和草原局林草调查规划院,北京100714)
森林在经营过程中,对森林进行抚育是十分重要的环节之一[1]。森林抚育不但可以减少森林病虫害和森林火灾,并且能够提高森林的生产力及生态系统的稳定性[2-3]。森林抚育的最终目标和价值体现已不再以经济效益作为衡量的标尺,而是追求以经济、生态和社会效益共同为主体的多目标森林抚育经营[4-6],科学合理的森林抚育措施是提高森林质量的关键技术措施[7-11]。
黑龙江省是我国最重要的国有林区和最大的木材生产基地,对国民经济和社会可持续发展起着至关重要的作用。然而,该区域内森林资源存在天然林所占比重较大,人工林树种单一；
林分质量差,林地生产力较低；
林分结构不合理,可采资源少；
幼龄林和中龄林所占比重较高的问题。因此,必须采取科学合理的森林抚育措施来改善,全面提高黑龙江省森林生态系统的各项功能,切实发挥森林系统的综合效益[12-13]。森林抚育成效监测能够及时反映黑龙江省相应地区的抚育措施的科学性,可向林业经营者反馈不同抚育方式的优缺点,从而根据森林资源的现实情况修改原抚育措施,为更好地经营森林资源提供数据参考及理论支撑。
1.1 数据来源
森林抚育监测所选设的24块样地(12块对照样地、12快抚育样地)分布范围较广,分别分布在黑龙江省内朗乡、友好、东方红、大海林林业局范围内。研究数据包括2013年24块样地基础调查数据及2016年24块样地复测数据。
1.2 监测样地选设
采用典型抽样布设法,按地形、坡度、坡向、坡位等设置抚育样地和对照样地(抚育样地和对照样地必须落在同一小班内,林地基本属性大致相同,样地面积均为600m2,即边长为20×30m的矩形)。抚育样地采取相应的抚育措施,对照样地则不做处理。在朗乡、友好、大海林及东方红林业局行政范围内分别布设3,2,5,2组样地,共12组24块监测样地(每组内包含对照样地及抚育样各1块)。
1.3 抚育采伐方式
依据林木生长状态、林分起源、龄组、郁闭度、林木密度确定采伐对象及采伐方式。采伐强度采用株数法确定,林分郁闭度控制在0.6～0.7之间。灌木及草本层主要在下木生长旺盛，以及与林木生长争水、争肥严重的中幼龄林中进行,清除妨碍树木生长的灌木、藤条和杂草。
1.4 监测样地调查指标
每个样地内东西南北角设置4个3m×3m的灌木调查样方,在样地中心点上设置2个1m×1m的草本样方,共有96个灌木样方、48个草本样方,样地调查指标如表1所示。
表1 样地调查指标信息统计表Tab.1 Statistical table of survey index information
1.5 森林抚育成效监测
1.5.1蓄积量成效监测
采用差值法确定森林抚育措施对林蓄积量成效的影响。蓄积量成效监测计算公式如下:
(1)
VC=PVC1-PVC2
(2)
式中:VYD为样地总蓄积量；
Si为第i株林木胸高断面积；
Hi为第i株林木树高；
a0,a1,a2为蓄积量模型计算参数,依据树种而定；
VC为蓄积量抚育成效监测值；
PVC1为抚育样地蓄积量年均生长率；
PVC2为对照样地蓄积量年均生长率。
1.5.2生物多样性成效监测
森林生态系统中一般用来反映生物多样性时,通常选用Shannon-Wiener指数和Simpson指数[14],其值均在0～1之间[15-16],它们都可以综合反映出物种多样性的丰富度和均匀度。生物多样性成效监测计算公式如下:
(3)
(4)
DSPC=DSPC1-DSPC2
(5)
HSPC=HSPC1-HSPC2
(6)
式中:DSP为shannon-weiner指数；
HSW为Simpson多样性指数；
Pi为第i个物种个体数所占群落个体总数的比值；
DSPC为生物多样性抚育成效监测值1；
DSPC1为抚育样地sinmpson增长值；
DSPC2为对照样地simpson增长值；
HSPC为生物多样性抚育成效监测值2；
HSPC1为抚育样地shannon-weiner增长值；
HSPC2为对照样地shannon-weiner增长值。
1.5.3生物量成效监测
森林生物量是衡量森林生产力、生态系统结构优劣及生态系统功能高低的最直接的表现[17-18]。此次研究包含乔木层(林木)的生物量、林下灌草层的生物量监测。监测区域内各树种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为样地乔木层生物量总和；
VC,Vg分别草本层及灌木层生物量总和；
L1,L2,G分别为草本、灌木层的高度及盖度；
b0,b1,b2为生物量模型计算参数,依据树种而定；
BC为生物量抚育成效监测值；
PBD1为抚育样地生物量年均增长率；
PBD2为对照样地生物量年均增长率。
1.5.4固碳释氧量成效监测
以中华人民共和国林业行业标准《森林生态系统服务功能评估规范》[19]为标准,计算24块样地内林分的固碳量和释氧量。根据生态系统服务功能评估社会公共数据表,本次报告按林业行业的标准取固碳价格为1 200元/t,释氧价格1 000元/t。林分固碳释氧价值计算公式如下:
UC=1.63×R×B×1200
(11)
U0=1.19×B×1000
(12)
U=(UC1-UC2)+(UO1-UO2)
(13)
式中:UC为森林固碳量(t/hm2)；
R为二氧化碳中碳含量(27.27%)；
B为林分净生产力(t/(hm2·a))；
U0为森林释放氧气量(t/hm2)；
U为固碳释氧价值成效监测值；
UC1为抚育样地年均固碳量经济价值；
UC2为对照样地年均固碳量经济价值；
UO1为抚育样地年均释氧量增经济价值；
UO2为对照样地年均氧量增经济价值。
1.5.5不同立地类型下森林抚育成效监测
立地类型是林地生产力或生产潜力水平基本一致的地段的组合,不同立地类型上的林木生长特性也存在着差异性。因此,何种森林抚育措施针对哪种立地类型上林木的生长更有效是现今森林抚育措施因地制宜的关键问题[20-23]。
1) 立地类型划分。根据数量化理论的要求,将海拔、坡位、坡度、土层厚度、土壤类型、腐殖质层厚度以及枯枝落叶层厚度等7个立地因子进行数量化划分,表2为各立地因子的数量化划分信息表。根据各样地平均优势高与7个立地因子的偏相关系数确定立定类型组划分的主要立地因子是海拔,其它6个立地因子用于立地类型的划分。表3为样地平均优势高与各立地因子偏相关系数信息。表4为24块样地所划分的立地类型分类表。
表2 立地因子数量化等级划分表Tab.2 Site factor quantification grade division table
表3 样地平均优势高与各立地因子之间的相关系数表Tab.3 Correlations between average dominant height and site factors
表4 立地类型分类表Tab.4 Site type classification table
2) 林分材积生长影响分析。将选取的12块抚育样地分为3个立地类型组和9个立地类型,通过比较抚育样地组内不同立地类型上各抚育样地3年间的蓄积量年均生长差异性,从而分析不同立地类型对相同抚育措施下林分材积生长的影响。
3) 林分生态效益影响分析。进一步对比分析抚育样地组内各样地林分生物量、生物多样地以及固碳释氧监测指标之间的增长差异性。从而分析不同立地类型对相同抚育措施下林分生态效益的影响。
2.1 对林分综合效益的影响
森林抚育综合成效监测结果如表5、图1所示。
1) 蓄积量监测。各组样地蓄积量抚育成效值均大于0,对照样地蓄积量年均生长率的均值为4.93%,抚育样地均值为11.53%,同比增长6.6%。说明2013—2016年,各个抚育样地的蓄积量年均生长率值均大于对照样地。由此可见,经过森林抚育措施的样地,其林木的生长比对照样地块,主要是经过人工培育之后,样地内林木能够更加合理的利用自然环境资源生长。这说明森林抚育措施对林木材积的生长具有一定促进作用。
2) 生物多样性监测。所有抚育样地生物多样指数增长值均大于0,说明2013—2016年间,所有抚育样地内生物多样有所增长,并且对照样地内部分样地的simpson指数及shannon-weiner指数增长值增长值小于数值0,说明3年内这些对照样地的生物多样性减少了。主要原因是环境资源的恶性竞争、林分过分郁闭导致林下草本灌木稀疏,生物物种数量下降减少。各抚育样地内生物多样性抚育成效监测值均大于0,说明森林抚育对林分内生物多样的提高具有一定的帮助。
3) 生物量监测。各抚育样地生物量年均增长率值均大于对照样地,说明林分通过抚育后,林分的生产力有所提高。所有对照样地生物量年均增长率的均值为4.24%,所有抚育样地生物量年均增长率均值为8.49%,同比增长4.25%。可见,适宜的森林抚育措施能够提高林分生物量以及林分的生产力。
4) 固碳释氧监测。所有抚育样地的年均固碳量均大于对照样地固碳量,说明经过抚育的样地,其林分的固碳释氧能力有所提高。1号、10号样地其固碳释氧抚育成效分别高达24 487.68,31 598.73元,比对照样地增加96 308.77元经济效益。所有样地的固碳释氧经济价值都是正成效,说明森林抚育措施对林分固碳释氧功能的改善有一定的影响。
表5 森林抚育生态成效监测表Tab.5 Monitoring table of ecological effects of forest tending
图1 各样地组综合成效监测变化趋势图Fig.1 Trends of comprehensive performance monitoring in various groups
2.2 对不同立地类型林分效益的影响
2.2.1林分材积生长
根据划分的9个立地类型,纵向对比分析12块抚育样地内蓄积量年均生长率的差异性。对比分析结果如表6所示。
蓄积量年均生长率最大的3块样地立地类型为A1(高海拔下坡位缓坡厚层土)、A4(高海拔中坡位缓坡厚层土)型,其值达40.92%,20.33%,12.88%,2种立地条件上有着共同点,其土层较厚。由此可以看出,在相同森林抚育措施下的林木,土层厚度是影响林木材积生长的主要立地因子。
2.2.2对不同立地类型下林分生态成效的影响
1) 林分生物多样性。9种立地类型中,B2和B3型上抚育样地内林分3年期间生物多样提高最快,B2型上所有样地simpson指数增长值的均值为0.34,B3型上样地的shannon-weiner指数增长值的值为0.716。A2型上抚育样地内林分3年期间生物多样提高最慢,其simpson,shannon-weiner指数增长值为0.026,0.037。
2) 林分生物量。A1型上抚育样地内林分生物量年均增长率最高,其值达21.99%。A4型上抚育样地内林分生物量年均增长率最低,其所有样地均值为2.73%。
3) 林分固碳释氧量。C2型上抚育样地内林分固碳释氧量最高,其年均固碳量达14.31t,释氧量达38.32t。A4型上抚育样地内林分固碳释氧量最低,其所有样地年均固碳量均值为1.12t,年均释氧量均值为3.01t。
纵向对比分析可见,采取相同森林抚育措施的林分,影响林分生物多样型增长的主要立地因子是海拔与坡位；
影响林分生物量增长的主要立地因此是坡位；
林分固碳释氧功能则受立地因子海拔与坡位的综合影响。
表6 各立地类型下林分综合成效指标信息表Tab.6 Information table of comprehensive achievement index of stands under each site type
3.1 讨论
我国森林抚育实施的比较早,虽然已经获得了部分成效,但随着时间的推移,如，林业发展方式落后、经营管理粗放、质量效益低下等问题逐渐显现,这些都与森林抚育经营工作相对滞后有着密切关系。因此,要大力发展现代林业,实现林业“双增”目标和满足经济社会发展对林业多样化需求,就必须加快转变林业发展方式,加强森林抚育经营,大幅度提高森林质量。为了制定科学合理的森林抚育措施,必须通过成效监测了解不同的抚育方式对森林改善的效果,以及不同的森林类型最佳的抚育方式。开展森林抚育成效监测工作,能够更好地研究森林抚育对森林资源变化和生态状况的影响,评价森林抚育的实施成效,可为森林经营单位开展森林抚育合理经营提供参考。
3.2 结论
根据监测数据分析结果显示:1)经过森林抚育过后的样地林木生长能力均比保持自然生样地内林木强。各抚育样地在3年内胸径、树高、蓄积量年均生长率均高于对照样地,森林抚育对林木材积的生长具有一定促进作用；
2)相比保持自然生长的样地林分而言,经过森林抚育后的样地林分所发挥的生态效益有所提高,各抚育样地在3年内年均固碳释氧量、生物量年均增长量以及生物多样性增长值均大于对照样地,森林抚育可以提高林分的生产力、增强林分固碳释氧量能力、提高林分内生物多样性；
3)不同立地类型的林分在相同抚育措施下,抚育成效差异性较大,因此，在制订森林抚育措施时,应当充分考虑环境因素的影响。综合而言,合理的森林抚措施能够更好的发挥森林的综合效益,从而使森林更好的为人类的生存发展提供长期稳定的保障。