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  世界林业研究  2010, Vol. 23 Issue (1): 71-75  
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引用本文  

刘庆, 尹华军, 程新颖, 等. 中国人工林生态系统的可持续更新问题与对策[J]. 世界林业研究, 2010, 23(1): 71-75.
Liu Qing, Yin HuaJun, Cheng XinYing, et al. Problems and Strategies of Sustainable Regeneration of Plantation Ecosystem in China[J]. World Forestry Research, 2010, 23(1): 71-75.

基金项目

中国科学院重要方向性项目(KSCX2-YW-N-066-03);国家自然科学基金(30530630, 30800165);中国科学院西部行动计划重大项目(KZCX2-XB2-02);中国科学院"西部之光"人才计划项目; 中国科学院成都生物研究所领域前沿项目(08B2031)

通信作者

刘庆, E-mail:liuqing@cib.ac.cn

作者简介

刘庆(1965-), 男, 中国科学院成都生物研究所研究员、博士生导师

文章历史

收稿日期:2009-09-04
中国人工林生态系统的可持续更新问题与对策
刘庆 , 尹华军 , 程新颖 , 林波 , 胡蓉 , 赵春章 , 尹春英     
中国科学院成都生物研究所,成都 610041
摘要:我国具有世界上面积最大的人工林, 它在维系区域生态安全和国家经济建设中发挥了重要作用。阐述了我国人工林生态系统的战略地位, 从人工林结构、功能和可持续发展等方面初步探讨了目前所面临的急需解决的生态问题。介绍了国内外人工林的研究进展, 并在此基础上提出, 今后在人工林管理与研究方面应该提高人工林的生态、经济综合效益, 并加强对现有成熟人工林的可持续更新研究及管理对策。
关键词人工林    森林生态系统    问题    对策    森林更新    
Problems and Strategies of Sustainable Regeneration of Plantation Ecosystem in China
Liu Qing, Yin HuaJun, Cheng XinYing, Lin Bo, Hu Rong, Zhao ChunZhang, Yin ChunYing     
Chengdu Institue of Biology, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610041, China
Abstract: With the implementation of the Natural Forests Protection Program, most wood resources in China come from plantations other than natural forests.Today, China has the world's largest plantation resources, which plays an important role in maintaining regional ecological security and promoting national economic development.This paper reviewed the strategic position of plantation ecosystem in China, and discussed the ecological issues currently needed to be urgently tackled in terms of plantation structure, function and sustainable development.Moreover, the recent advances in plantation ecosystem research were also summarized, based on which it was proposed to place emphasis on ecological and economical benefits of plantations in the management and research and enhance the research and management on sustainable regeneration of matured plantations.
Key words: plantation    forest ecosystem    problem    strategy    

由于人类的过度利用, 原始林面积在全球范围内持续下降, 每年净减少近1 000万hm2。但全球人工林面积却在急剧增长, 到2000年全球人工林面积接近1.87亿hm2, 占森林总面积的5%左右, 日益成为全球森林的重要组成部分[1]。20世纪70年代以来, 尤其是1998年实施天然林保护工程和退耕还林工程后, 我国人工林面积不断增加。根据联合国粮农组织最新评估, 我国人工林面积已达5 333万hm2(8亿亩), 占世界人工林面积的近1/3, 居世界第1位。大面积的人工林已经成为我国森林的一个重要组成部分, 在国土安全防护、林木产品供应和生态文明建设等方面发挥着重要的作用。

1 我国人工林现状

我国大面积的人工林至今已有几十年的历史, 在解放初期多是作为建设用材林营建的, 在上世纪80年代以后主要是作为治理水土流失和用作水源涵养营造起来的, 包括西南亚高山的人工云杉林和云南松林、热带地区的橡胶林、长江中游和华南地区的马尾松林和桉树林、长江中下游的杉木林和湿地松林等。南方人工林已成为该区域森林的重要组成部分, 有的地方甚至成为森林的主体。如四川西部的亚高山人工针叶林面积达100万hm2以上, 占四川全省人工林的50%左右, 约占亚高山天然林的40%。近年来, 桉树因其速生、丰产、短期经济效益好等特点在全国16个省区广泛栽种, 种植面积达150万hm2, 且每年仍以20万hm2的速度递增[2]。这些人工林在一定程度上改善了生态环境, 促进了地区经济的发展。

但是, 目前人工林普遍面临的问题是以前大量营建的人工纯林生态系统树种单一、结构简单、抗逆性差、生态服务功能低下等。这些问题始终困扰着整个区域的森林可持续经营和生态环境建设。大量研究表明:集中连片的马尾松(Pinus massoniana)纯林易发生松毛虫、松突圆蚧和松线虫病等严重病虫害, 而且导致土壤酸化和贫瘠化。杉木连栽亦导致人工林地力衰退。亚高山人工云杉林也集中表现出种类单一、林龄结构不合理、土壤养分低下、水源涵养与水土保持能力低等问题[3]。桉树纯林近年来也突现地力退化、地下水位下降、生物多样性减少等生态问题。这些功能低下的人工纯林, 对区域生态系统的稳定性和经济可持续发展构成了严重威胁, 甚至严重影响了我国长防林、天然林保护和退耕还林等一系列重大生态工程建设的顺利实施, 成为制约我国林业和生态建设健康发展的重要因素, 已经引起我国政府和学术界的广泛关注[2, 4-6]。但此类人工林地力衰退、可持续更新及生态系统稳定性差等一系列问题仍没有得到解决。

2 人工林的持续更新问题

按照森林更新理论, 森林的自我更新与繁衍需要有合理的年龄金字塔结构, 应是不同林龄树木的组合。在天然林中, 由于年龄结构不一样, 一些树木死掉后形成林窗, 提供后代更新生长的条件, 形成林窗循环更新模式。然而, 目前我国的人工林, 不论是商品林还是公益林, 通常是在采伐后采用植苗造林或扦插造林方式进行更新, 也有采用直播或飞播方式进行更新, 但这实际上是人工再造林, 而非人工林自身的可持续天然更新。这样构建的人工林结构都是一个龄级的, 形成了同生种群(同龄), 是一个特殊的森林类型, 不能保证人工林的永续存在和功能发挥。

2.1 人工林的更新现状

目前我国人工林的林龄结构组成为:幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林、过熟林面积分别占33.08%、34.77%、14.00%、12.01%、6.14%。其中近熟林以上约占1/3, 中熟林以上约占2/3。

但是, 通过长期调查研究发现, 人工林自身的天然更新状况总体非常差, 很难发现人工林自身成功更新的案例[7-9]。例如, 在长江上游水源涵养区的西南亚高山针叶林区, 自20世纪初期被大规模采伐, 随后在皆伐迹地上营造人工云杉纯林进行恢复, 形成了大量的人工针叶林, 已有的调查研究表明, 该类型的人工针叶林本身的存活和生长良好[10], 大部分已经或接近成熟林, 较早恢复的人工云杉林林龄已超过70年, 但林下更新较差。对川西米亚罗亚高山人工云杉林种子雨、土壤种子库以及幼苗库的动态研究表明, 该区人工云杉林下有大量种子下落。仅从种子产生来看, 种源并不是人工林更新的限制因素, 但由于种子大量损耗和幼苗死亡, 种子萌发为幼苗再通过环境筛选作用而最终补充到云杉种群的个体数量却非常有限[8]。当然也有研究发现一些人工林(如樟子松)有一定程度的更新, 其天然更新效果与植物种类和所在地区的海拔高度及纬度有关。曾德慧等[11]对沙地樟子松人工林天然更新障碍进行了分析, 发现沙地樟子松人工林从北向南, 即从沙地樟子松原始林红花尔基到各个引种区, 由高纬度、高海拔地区到低纬度、低海拔地区, 沙地樟子松的天然更新总体上越来越困难, 当达到一定纬度时(N42°40', E122°22'), 则没有发现天然更新幼树。

2.2 人工林天然更新障碍原因分析

森林天然更新是一个非常复杂的生态学过程, 受环境条件、自然和人为干扰, 以及更新树种的遗传学、生理学和生态学特性及其与周围树种之间的关系(如植物种间竞争、化感作用)等影响。根据森林天然更新的理论, 树木有性繁殖更新除需有充足的、有活力的种源外, 还必须具备适宜的种子萌发的条件和幼苗生长存活、幼树生长及形成的环境。其中任何一个环节出现问题都会使天然更新发生障碍, 可能造成人工林天然更新不良的主要障碍因子可归纳为以下几点。

1) 人工林下较厚的地被物。人工林尤其是针叶林, 如杉木林或云杉林, 其林下地被层为单一的凋落物, 针叶树种的枯枝落叶分解较慢, 除影响土壤养分归还速率外, 在林下积累的较厚的凋落物层, 使得种子在萌发和幼苗生长过程中, 为了能穿破地被层的机械阻碍不得不分配更多物质和能量用于胚轴生长, 而供子叶和胚根生长的物质和能量就相对减少[12], 导致萌发幼苗纤弱而不强壮, 抵抗外界不良环境的能力较差, 萌发幼苗易霉烂死亡; 同时在较厚凋落物层情况下, 种子即使能萌发也常因胚根无法接触到土壤而引起烂根死亡, 这是人工林无法更新后代的主要原因之一。林下去除凋落物处理后进行种子萌发试验发现, 与对照相比, 去除凋落物处理的样地内云杉种子萌发数量明显增加, 幼苗死亡率大大降低, 并且在光照充足的北侧扩展林窗边缘的幼苗萌发数量最多。

2) 林分密度。由于人工林林分密度过大, 冠层郁闭度高, 林内光照不足, 温度相对较低, 对人工林天然更新过程产生负效应, 即林分密度越大, 林地天然更新过程越缓慢[13]; 同时人工林的同龄结构使人工林内难以形成自然的林窗, 林下幼苗难于生长和定居。Kathleen等[14]对美国俄勒岗州道格拉斯冷杉人工林不同林分密度下更新树苗存活、定居等进行了研究, 结果表明:上层林冠稀疏有利于林下更新幼苗的存活和生长, 其主要原因是上层林冠稀疏增加了林下光资源的有效性。

3) 化感物质。研究发现许多人工林树种具有化感作用, 对林下植被发育有一定的影响, 可抑制林下某些植物种子的萌发和幼苗的生长, 是造成人工林林下植物稀少的主要原因之一[15-16]。杨燕等在川西米亚罗林区通过提取人工林和天然林凋落物浸提液进行了云杉种子萌发及幼苗生长的试验研究, 结果发现, 与对照相比, 2种林分凋落物水浸液处理均明显抑制了种子萌发和幼根与幼茎的生长, 但人工林水浸液处理对种子萌发和幼苗生长的抑制效果更为显著。通过解剖结构进一步发现, 人工林水浸液处理主要抑制了根尖分生区和伸长区的生长, 并对细胞有丝分裂产生不利影响, 进而影响云杉种子萌发和幼苗生长。

4) 动物摄食。一般对许多植物而言, 种子易被动物取食或搬运, 造成土壤种子库或幼苗库的大量损耗, 进而影响森林的天然更新过程[17]

5) 土壤微生物和霉菌浸染。在一些人工林下, 由于土壤湿度较大, 土壤微生物活动旺盛, 种子在高湿度、呼吸作用受阻条件下易遭受霉菌感染和蠕虫侵害而使得大量种子腐烂死亡。在日本北海道落叶松林的枯枝落叶层内有暗色雪腐菌(Racodium therryanum)致使种子腐坏而成为落叶松天然更新主要障碍因子[18]

6) 人畜危害。由于林地人为活动频繁, 牲畜破坏严重, 直接影响林下萌发幼苗生长或导致其死亡。对川西米亚罗人工林云杉幼苗更新和定居的监测表明, 由于人为活动(如当地居民采菌、采药以及动物践踏)导致幼苗死亡数占幼苗死亡总数的40%左右[8]

7) 其他。对于林内光环境好、草本与灌木盖度小、枯枝落叶层薄或裸露土壤地存活的幼苗, 霜、寒害也是影响更新成功的重要因素之一。

人工生态公益林除早期的造林活动外, 由于没有木材等生产功能, 不产生直接经济效益, 没有利益驱动, 所以基本上没有人为干预的影响。对于人工生态公益林, 若简单采用工业原料林的轮伐轮栽方式, 那么在采伐更新的空档或间隔期就会产生大的"生态灾难"; 若视其同天然林一样, 任其自然演替, 那么其建群种或优势种会由于得不到适宜的更新条件而衰退。如果没有合理、科学的更新方式, 人工林的生态和经济效应就不能持续发挥。

总之, 人工林生态系统是一个与自然生态系统不同的全新系统, 有其自身的结构和演变过程。目前, 我们对自身认识还非常缺乏, 制约了对该系统的有效管理和功能发挥。研究人工林生态系统结构优化对策和构建可持续经营管理体系将从根本上改善生态系统的结构和功能、保障和巩固生态建设的重要成果, 促进区域社会经济与生态环境的协调发展。

3 人工林的可持续经营与更新措施

目前我国人工生态公益林更新面临的主要核心问题是:是等几十年甚至几百年人工林长到生命终结时重新造林呢?还是现在采取人工措施让它形成天然更新产生自己的后代, 以维持人工林的长期持续存在?这是关乎林业可持续发展的大问题。因此, 可以说如何维持森林的可持续更新过程和稳定发展是当前林业可持续管理面临的一个重要问题。

3.1 人工林可持续经营管理

1) 在经营中引入近自然林业经营理念。"近自然林业"是在确保森林结构关系自我保存能力的前提下遵循自然条件的林业活动, 其目的是培育最符合自然规律的多树种、异龄、复层混交林, 是由德国学者提出的一种回归自然、遵从自然法则、充分利用自然综合生产力来经营森林的理论[19]。国家推行的"天然林保护工程"在恢复和改善生态环境方面取得了很好的成效, 这是非常值得肯定的, 但从森林自我更新与可持续经营来看, 现有"天然林保护工程"的完全禁伐管理需要适当的调整, 适度利用具有自然性、可再生性和环境友好性的木材和其他林产品, 根据不同林分状况, 采用不同的采伐方式, 有针对性地进行部分择伐, 优化林分树种结构和年龄结构, 以促进森林自我更新与可持续发展; 同时可以适度地增加收入以解决森工企业面临的困境将是未来人工林可持续经营研究的重要方向。

2) 充分重视人工林的健康和多目标经营。根据气候情况和地理状况, 林地被划分为两类:一类为生态公益林, 包括天保林、生态公益林、退耕还林等类型; 另外一类为商品林。对于生态公益林应将种类合并, 逐步提高生态补偿的标准, 尽可能地发挥其生态服务功能。对于商品林, 应加快推进林权制度改革, 充分调动农民造林育林的积极性, 因地制宜地依托林业发展多种经营, 如林下种养殖业等, 提高林地产出率, 以实现木材永续利用、森林资源持续利用和森林的可持续经营的有机统一。

3.2 促进天然更新的管理技术

由于不同人工林林分天然更新的限制性因子不同, 因而采用的促进人工林更新的手段措施也不尽相同, 主要有以下措施。

1) 人工抚育间伐。目前大多数人工林林分密度过大, 郁闭度大, 林内光照不足, 对天然更新产生负效应。人工抚育间伐是目前促进人工林天然更新的一种最为常见的措施, 其实质就是通过降低林分密度, 改善林内的透光数量和质量, 使得人工林林下营养元素的积累和利用更趋于合理, 进而促进林下植被的发育。

2) 营造混交林。大多人工林林分结构简单, 生物多样性和生态稳定性差, 不利于地力维持和林分生产力提高。混交林能有效改善土壤理化性质, 提高土壤养分含量, 增加土壤微生物数量和酶活性, 促进土壤微生物活动和有机质分解, 确保土壤养分元素的良性循环。因此, 宜发展混交林以促进人工林的可持续更新。

3) 施肥或种植绿肥。人工林一般经营强度大, 一次全面采伐后, 林地大部分养分随木材移走。因此, 要实行林地施肥, 补充土壤养分和维护地力, 改善生态环境以维持人工林的可持续经营。

4) 其他辅助措施。除了进行人工间伐外, 通常根据不同需要采取清理林下地被物、补植补造、加强管护和进行封育等人工促进天然更新措施。

4 建议

综上所述, 目前我国人工生态公益林面临两大紧迫的问题:一是人工林自身持续更新困难, 制约了生态功能的长期发挥; 二是人工公益林区生产管护单位经费紧张, 企业生存发展困难。为了巩固我国人工林建设的成果, 持续发挥人工生态公益林在应对气候变化和保障区域生态安全中的作用, 我们应当站在对子孙后代负责和维护国家生态安全的高度, 作为一个负责任的大国, 前瞻性地做好人工生态公益林的可持续管理。为此, 提出以下建议:

1) 人工生态公益林完全禁伐的政策需要适当调整, 择伐有助于多赢。森林禁伐在一定历史时期是必要的, 目前进行调整也是应该的。中国科学院成都生物研究所多年对西南亚高山林区的试验发现, 进行适当择伐, 在人工林中形成林窗, 能够促进其天然更新, 也有助于人工林增加生物多样性。1998年国家天然林禁伐前, 大小兴安岭林区、西南林区等很多地区成立了大量的森工局采伐林木, 支持国家经济建设, 形成了事实上的"木头财政"。位于四川阿坝州的川西林业局曾是一个很大的森工局。国家实行天然林保护工程后, 对公益林完全禁伐, 他们的工作由伐木变为管护和造林, 目前管护2.6万多hm2人工生态公益林。该局现有职工2 041人, 其中退休职工1 700多人, 占绝大多数。每年生产和人员费用支出达到900余万元, 但每年用于管护和造林的拨款只有390多万元。现在, 每年的资金缺口达500多万元, 使该单位难以维持正常的生产、生活, 更谈不上发展, 出现了守着青山受穷的局面。如果每年对上述人工生态公益林中的260 hm2进行择伐促进更新, 按每公顷择伐30 m3木材计算, 一年可增加收入720万元。因此, 制定科学的人工生态公益林部分择伐政策, 不仅可以达到维持人工林自身更新的需求和增强生态功能的目的, 而且还可以缓解森工企业的发展困难, 形成一举多赢的局面。

2) 开展不同类型人工生态公益林可持续更新管理的评估和研究。中国幅员广阔, 人工林类型多样。因此, 开展生态公益林可持续经营的基础研究势在必行, 需要进一步调查评估不同类型人工林的更新情况, 并研究促进人工林持续更新的择伐年龄和树木密度等, 保证人工生态公益林更新择伐的科学化和规范化。

3) 加强人工公益林适当择伐过程的监督管理。在我国的森林管理中, 曾出现过一放就乱的局面, 出现大量乱砍滥伐现象, 严重破坏了生态平衡。因此, 在调整人工公益林完全禁伐政策后, 为避免公益林取消禁伐后可能导致对生态系统的破坏, 必须出台相关政策法规, 加强对采伐过程的监督和管理, 防止无序和过量采伐, 保证人工林的可持续发展。

4) 加强相关森工企业的能力建设。生态公益林除了早期的造林活动之外, 目前由于其生态公益性, 没有木材等生产功能, 不产生直接经济效益, 没有利益驱动, 相关森工企业难于进行有效的管护; 同时, 由于多年经济效益不好, 企业的森林管理人才和设施设备等能力也相对落后, 难于完成新的任务。因此, 需要进一步加强对现有森工企业的森林管护能力建设。

总之, 林业是个长周期的产业, 一旦政策失误, 其遭受的损害将是难以恢复的。因此, 建议对现有人工生态公益林完全禁伐的政策进行研究, 适当调整, 以保障我国人工生态公益林的健康可持续发展。

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