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  世界林业研究  2010, Vol. 23 Issue (3): 64-68  
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引用本文  

刘勇, 李国雷, 吕瑞恒, 等. 关于加强森林培育学理论研究的探讨[J]. 世界林业研究, 2010, 23(3): 64-68.
Liu Yong, Li Guolei, Lv Ruiheng, et al. A Discussion on Enhancing Theoretical Studies of Silviculture[J]. World Forestry Research, 2010, 23(3): 64-68.

基金项目

国家自然科学基金(30972353);高等学校博士学科点专项科研基金(20090014110011);北京林业大学科技创新计划(BLJD200905)

作者简介

刘勇(1961-), 男, 北京林业大学教授, 博士生导师, 主要从事森林培育学研究, E-mail:lyong@bjfu.edu.cn

文章历史

收稿日期:2010-02-09
关于加强森林培育学理论研究的探讨
刘勇1 , 李国雷1 , 吕瑞恒1 , 赵华2     
1. 北京林业大学省部共建森林培育与保护教育部重点实验室,北京 100083;
2. 贵州省林业调查规划设计院,贵阳 550003
摘要:随着科学发展和社会对森林需求的增加, 加强森林培育学理论研究显得十分必要, 但是如何通过开展理论研究, 以便最终形成能够有效指导森林培育技术的理论体系, 目前尚缺乏广泛讨论和研究。为此, 文中提出以系统科学的思想和方法为指导, 从森林系统的起源、立地条件与森林生长的相互作用关系、森林系统的功能及其实现基础、森林系统的动态变化规律及森林培育技术对森林最终目标的影响等方面开展研究。随着研究在深度和广度的展开, 森林培育学的理论体系定会逐渐形成和完善。
关键词森林培育学    理论研究    系统科学    
A Discussion on Enhancing Theoretical Studies of Silviculture
Liu Yong1, Li Guolei1, Lv Ruiheng1, Zhao Hua2     
1. Key Laboratory for Silviculture and Forest Conservation of Ministry of Education, Beijing Forestry University, Beijing 100083, China;
2. Forestry Survey and Planning Institute of Guizhou Province, Guiyang 555003, China
Abstract: Along with the developing of science and increasing social demand for forests, it is necessary to enhance the theoretical studies of silviculture.However there are not many studies and discussions on how to launch such theoretical studies and finally to form a theoretical system for effectively guiding the silviculture practices.This paper put forward an approach of theoretical studies of silviculture.Under the guidance of thinking and method of system science, the following four issues are focuses of the study:1) origins of forest systems; 2) the mutual relationships of site conditions and forest growth; 3) the functions of forest systems and the basis of the fulfillment of the functions; 4) dynamic patterns of forest systems and the effect of silvicultural measures on forest final targets.As studies go deeper and broader, the theoretical system of silviculture should be gradually established and perfected.
Key words: silviculture    theoretical studies    system science    
1 引言

森林培育学(原为造林学)作为林学的一个二级学科, 主要从事森林培育理论和实践的研究[1]。自诞生之日起, 人们就在探索如何营建能够满足人们需求的森林, 从最初只注重木材生产, 到现在已认识到除对木材为主的直接产品培育外, 还有对森林间接效益的培育, 同时还包括森林人文资源等无形精神资源的培育[2]。同样, 对森林的认识也发生了巨大而深刻的变化, 从古人将很多树木长在一起称为森林开始, 到把森林定义为以乔木和其他木本植物为主体的一种生物群落[3], 再到认为森林是一个由相互作用、相互依赖的生物、物理和化学成分组成的复杂的功能系统[4]。随着近年来系统科学和生态学的进一步发展, 更把森林看成一个复杂适应性系统[5]

可见, 随着科学技术进步和社会发展, 人们对森林的认识更加深刻、也更加复杂, 对森林培育目标的需求也更加多样, 为此引发的争议也逐渐增多[6]。然而, 以前的森林培育学是在林业以木材生产为主的建设目标背景下确定的学科框架, 其整个学科理论体系、技术体系架构以培育木材为主[2]。如今, 社会需求已由单一目标培育发展到多目标培育, 森林培育学必然在理论上表现出一些不足, 主要体现在尚缺乏完善的理论体系。全面反映我国森林培育学理论与技术的应该是几十年来不断修订的森林培育学教材, 以北京林业大学主编的《森林培育学》为例, 从1961年第一次出版《造林学》[7], 到1981年和1992年两次修订[8-9], 其主要内容是从林木种子生产、苗木培育、森林营造到森林抚育和主伐更新的技术体系, 对象以人工林为主。2001年对前三版造林学进行了较大修改, 并更名为《森林培育学》[1], 内容包含森林培育的基本原理和森林培育技术两大部分, 强调培育对象包括人工林和天然林, 而且有了理论体系的框架。但是理论部分主要是从前几版《造林学》中的相关内容中抽出来, 进行了充实和加强, 单独当成理论部分来对待, 离形成完善的理论体系尚有一段距离。

因此, 现有的森林培育理论还不能回答生产提出的各种问题, 理论的能动作用往往显得软弱无力[10]。以天然林培育为例, 从1998年开始, 中国实施了天然林资源保护工程, 很多地方采取的是完全禁伐。在工程中期有关方面指出:"仍有大面积人工中幼龄林没能进行抚育, 林分密度过大, 不利于林木生长, 易诱发病虫灾害"[11]。可是这些人工林是当成天然林来培育的, 其作用也主要是生态效益。那么这样的森林应该如何抚育, 是按照用材林的方式来间伐吗?现有理论和技术无法回答。所以, 森林培育学面临着加快和拓展其基础理论研究的紧迫任务。

本文旨在为如何开展森林培育学理论研究提出自己的粗浅看法, 希望能促进森林培育基础理论研究的快速发展。

2 用系统科学指导森林培育学理论研究

系统科学是20世纪中叶形成、近几十年来发展十分迅猛的一个大门类新兴学科。它把事物看作系统, 从系统的演化、结构和功能方面研究各学科的共性规律, 是各门学科的方法论和基础。它的诞生和发展集中体现了人类对客观世界的认识走的是一条从总体到局部、再到总体, 从分析到综合、再分析、再综合, 不断地螺旋式地向更广、更深发展的道路。它是人类在经过300年的近代科学技术的发展分化后出现的更高层次、直接走向宏观系统, 走向复杂和综合的一门学科[12]。森林是以乔木和其他木本植物为主体, 多种生物与环境相互依赖、相互作用的复杂系统。它是一个整体, 整体与各部分之间是一种非线性的关系, 从而使得在整体层次上会涌现出各组成部分所不具备的新特性, 换句话说, 复杂系统具有创造力, 森林生物多样性就是森林这一复杂系统所创造的成果[13]。另外, 由于森林的多目标和多种效益, 森林培育从来就不是林业专业和林业部门所能独自完成的事情, 它还涉及社会、经济、土地资源、农业、水利、畜牧、环保、旅游等诸多方面。因此, 森林培育学涉及的不仅是森林生态系统, 还涉及自然系统、社会系统等多方面和多层次的系统。对于这样一个需要处理多个系统相互关系的学科, 仅仅以生命科学和环境科学作为其理论基础就表现出一定的局限性, 所以有必要用系统科学来指导和丰富森林培育学的有关理论, 使森林培育学建立在更加宽广、稳固的基础之上[14]

用系统科学指导森林培育理论研究主要体现在两个层次上, 一是思想, 二是方法。思想上把森林看成是一个整体, 整体所表现出来的特性, 如森林的稳定性、健康性、生物多样性等, 是森林各个组成部分及其所处环境相互作用后在整体上所表现出来的。对这些整体特性的把握既要研究各个部分的相互作用关系, 又要站在整体上以系统思想来看待, 否则就会犯"只见树木, 不见森林"的错误。方法上借鉴系统方法论十分必要, 这包括:还原论方法和整体论方法的结合, 分析方法与综合方法的结合, 定性描述与定量描述的结合, 局部描述与整体描述的结合, 确定性描述与不确定性描述的结合, 静力学描述与动力学描述的结合, 理论方法与经验方法的结合, 精确方法与近似方法的结合, 科学理性与艺术直觉的结合, 等等[12]。其中模型方法具有其独到之处, 模型实际上就是宏观、抽象地来看问题, 抓住主要的大方向, 忽略细节[15]。从科学角度来看, 复杂系统的研究也只有上升到模型构建的层面上, 并建立起属于系统本身特色的模型, 复杂系统研究才能上升到科学层次[5]

3 完善森林培育学理论体系的研究思路

完善森林培育学理论体系需要进行大量理论研究工作, 既需要以生态学为主的多个学科的有关理论向森林培育学渗透, 也需要以森林培育技术措施为对象, 探讨其对森林生物与环境多方面的影响, 从而上升到理论。通过多方、长期、深入研究后, 森林培育理论体系的完善才会水到渠成。我们认为可以先从以下几个方面开展研究和探讨, 随着研究的深入, 需要研究的领域和方向会逐渐扩展和清晰。

3.1 森林系统的起源

森林培育是要在无林的地方造林和在有林的地方经营管护好森林, 这就需要搞清楚森林是如何起源的, 因为不同起源方式对森林的生长状况、植被组成、生物多样性、土壤等都有重要影响。对西南桦人工林和天然山地雨林的比较研究表明, 人工林群落结构简单, 乔木层树种单一, 藤本植物欠发达, 生物量小; 而山地雨林的群落结构复杂, 乔木层树种可达38种, 藤本植物种类多, 十分发达, 生物量更是远大于人工林[16]。不仅天然林和人工林之间差异较大, 而且人工林之间也会由于起源方式而产生较大差异, 例如植苗造林与飞机播种的油松人工林就存在很大差异, 从林下植被灌木层、草本层的Shannon-Wiener指数看, 植苗营造的油松林分别为1.883和1.890, 而飞播油松林仅为1.189和1.616[17]。这方面的研究还有不少, 但缺乏系统归纳和上升成为理论, 因而在采取何种森林恢复方式时, 缺乏全面的理论指导。

3.2 立地条件与森林生长的相互作用关系

立地条件历来是森林培育学研究的重要内容, 最近的2001版《森林培育学》也将其放入基本原理部分进行阐述。但是, 过去的研究多偏重于立地质量评价、立地类型划分等, 侧重于立地条件对森林生长的影响方面。而森林作为一个有机系统, 既受环境的制约, 同时又作用于环境, 对环境起着改造的作用。森林和环境其实是共同进化的。黄土高原地区45年生油松、刺槐人工林, 对土壤的有机质、全氮、全磷、碱解氮、速效钾等营养元素含量的提高有很大帮助, 但不同林型提高程度不同, 除全钾、速效磷以外, 各项指标刺槐均大于油松人工林[18]。陕北黄土区草地、灌木林、混交林日均光照强度分别为对照的78.79%、23.48%和11.36%, 日均气温比对照降低0.58℃、1.12℃和1.51℃, 日均相对湿度增加1.67%、9.67%和12.1%, 遮光降温保湿效应是混交林>灌木林>草地[19]。不同植被对土壤和林内小气候有一定影响, 即使是同一林分, 采取不同培育措施, 其土壤和林内小气候也有很大差异。25年生杉木林随着间伐强度的提高, 林内光照强度增加, 空气湿度降低; 在寒冷多湿地区, 杉木林土壤肥力增加, 而在温暖的气候条件下, 土壤肥力则降低[20]。可见, 只有将立地条件和森林生长之间的相互作用关系搞清楚以后, 我们才能知道在什么立地发展什么森林, 同时要达到何种环境可以采取什么步骤, 选择什么树种, 进行何种植被组合, 采用什么样的抚育措施才能够得以实现。而后者恰恰是现在植被恢复的一个重要内容。

3.3 森林系统的功能及其实现基础

森林具有多种功能, 而传统的森林培育主要是针对木材生产。在社会需求日益多样化的大趋势下, 要发挥森林培育实现多目标的潜力, 首先就要根据当前的社会需求, 确定出森林的主要功能, 并将这些功能与树木生长、树种组成、结构、密度、配置等森林群落特征联系起来。Haeussler等[21]强调, 在植物群落方面的少量改变, 可能导致森林组成、生物多样性和生态系统功能的巨大变化。因此, 认清功能与森林群落特征的关系, 可以为采取相应措施调控森林群落特征以达到各种目的提供理论基础。同时, 将各种林业理论, 如可持续发展、近自然林业、生态林业、多功能林业、新林业、林业分工论、分类经营等与培育目标结合起来, 可以形成能够指导森林培育进行技术组合, 以实现不同目标的理论与技术体系。

3.4 森林系统的动态变化规律及森林培育技术对森林最终目标的影响

要培育好森林, 了解森林群落的动态变化规律是一个根本的方面。虽然这方面的研究历来是由生态学承担, 然而, 也十分有必要从森林培育角度来进行探讨。因为森林培育是要构建和调控森林, 使其为人类的各种需要服务, 这就要对森林实施各种人为调控措施。这些调控措施必然会影响森林的动态变化规律, 而了解这些影响和相互关系, 正是森林培育学理论应该回答的问题。

以生物多样性与森林稳定性问题为例, 这虽然是一个生态学问题, 但是对森林培育也十分重要, 它涉及到森林培育措施通过影响生物多样性, 而导致对森林稳定性的调控。早在20世纪70年代以前, 生态学家一直认为更高的物种多样性会增加生态系统的稳定性[22-23]。然而20世纪70年代May[24]的理论研究表明, 简单生态系统比复杂系统更可能趋于稳定。这一问题在沉寂20多年之后, 近年来, 随着全球性物种灭绝速度的加快, 生态系统物种减少会对生态系统稳定性造成何种程度影响成为备受关注的一个问题。最近的研究结果也并非一致, 很多生态学家通过控制试验证明, 物种多样性有利于生态系统稳定性[25-30]。可也有不少人的结果与此相反, 他们认为物种多样性与生态系统稳定性之间不可能存在必然联系或存在不确定关系[31-35], 双方争论激烈。我们从系统角度也许会得到比较客观的东西, 当系统起源初期, 系统比较简单时, 各部分相互作用不强, 新特性涌现少, 系统相对容易稳定。可当新特性涌现后, 系统稳定性就会丧失, 系统为了和谐, 就会不断变化以适应新的状态, 这就产生新的特性, 多样性增加, 这些增加的多样性使系统达到了稳定。可是多样性增加以后, 系统各部分之间相互作用增强, 更容易产生新的特性, 又会导致系统失去已有的稳定, 为了适应又会产生新特性来达到稳定, 多样性继续增加。这是一个无限循环的过程, 多样性的增加是为了系统适应、为了稳定, 但是多样性增加的本身又为系统进一步不稳定提供了条件。这就如同厨师和面, 水多了加面, 面多了加水一样。进化就是这样一个寻求稳定, 但永远没有最终稳定的过程, 这一过程使得生命越来越复杂, 多样性越来越丰富。这一关系提醒我们, 在森林培育过程中, 既要保护生物多样性, 又要考虑其对稳定性的影响, 在不同的森林中求得两者的和谐就是一个重要的森林培育学理论问题。

同样, 森林培育技术措施对实现森林最终目的的程度有重要影响。对西加云杉的研究表明, 各种森林培育技术措施, 如轮伐期、初始密度、间伐、除草、施肥等, 对木材质量有重要影响[36]。以植被管理技术为例, 对全世界60项长期研究的综述表明, 大约3/4的研究发现, 植被管理能够提高30%~500%的木材产量[37]。然而, 现有研究多以林木生长状况为最终目标, 用材林是要清除植被, 但是对于以防护效益为主的防护林则需要保护植被, 从更大范围来看还要保护生物多样性。实际上除植物之间相互作用外, 动物、昆虫、微生物, 以及其他森林居住者与目的树种之间同样存在着十分重要的相互作用。要把它们包括在内, 这是对森林培育的挑战, 它挑战我们要完全了解在森林中各种生物之间的关系, 从而才能更好地设计出有效的可持续的森林培育措施, 以提供林产品、服务和适合人类的生境[38]

毫无疑问, 这就需要以森林培育目标为导向, 综合生物、环境、生态等相关学科的研究成果, 建立技术措施与目标森林质量的关系, 形成各种理论, 才能够很好地指导森林培育技术措施的选择与运用。

4 结语

森林培育学理论体系并非短时间和少数人就能完善, 它需要森林培育学的同行们经过长期不懈努力才能做到。本文提出要用系统科学的思想和方法来进行森林培育学的理论研究, 其原因是森林培育学理论属于应用性理论, 既需要以其他学科的基础理论和知识为依托, 如生命科学中的植物学、生理学、遗传学、生态学等, 以及环境科学中的气象学、地质学、水文学、土壤学等, 又需要与森林培育的生产实践相结合。所以, 要将如此众多的基础理论和广泛的生产实践融为一体, 没有系统思想和方法是很难完成这一任务的。文中只列出我们认为近期需要研究的4个方向, 但这并非全部, 意在抛砖引玉, 希望能得到更多同行的关注。

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