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摘 要：本文采用系统工程分析方法对大兴安岭林区低效林补植改造工程的生态效应进行了分析，从清林作业、整地作业和补植作业3个方面着手，提出了3个作业过程的输入、转化以及输出技术要求，并依次分析了三个作业过程对作业区生态效应的影响，体现了补植改造工程的系统性和完整性，为保持和提高大兴安岭林区森林生态系统的整体功能与效益提供理论支撑。
关键词：低效林；补植改造；生态效应；大兴安岭林区
中图分类号：S 756.5 文献标识码：A 文章编号：1001-005X（2016）03-0036-04
0 引 言
低效林又称为低质林或低产林，是指受人为因素的直接作用或诱导自然因素的影响，森林生态功能、林产品产量或生物量显著低于同类立地条件下相同林分平均水平的林分。低效林是一种病态的生态系统，具体表现为森林群落结构失调、系统功能退化或丧失、林木生长发育衰竭、森林生产力下降、森林生态系统稳定性和抗逆性下降、生物多样性下降等[1-4]。大兴安岭林区是我国主要的寒温带林区，但上世纪至今经历过多次森林火灾、破坏性皆伐以及因经营管理不当等自然、人为干扰导致林分生态系统功能整体退化[5-8]，形成了具有我国寒温带特征的大兴安岭低效林。
大兴安岭林区低效林改造就是在森林可持续经营理念的指导下，根据区域的立地条件和群落结构，通过改善林分生长环境、改变林分结构或更替树种，逐步恢复和增强森林的主体功能。低效林改造方式主要包括：补植、封育、更替、抚育、调整、复壮、效应带改造和综合改造等。其中，补植是大兴安岭林区低效林改造的主要方式。不同的改造方式对大兴安岭林区低效林的林地土壤理化性质[9]、土壤碳通量[10]、生物多样性[11]和枯落物特性等会产生不同的影响。本文采用系统工程分析方法，仅对大兴安岭林区低效林补植改造的生态效应进行分析。
1 大兴安岭林区低效林的类型和改造对象
在LY/T 1690-2007《低效林改造技术规程》中，根据经营目标的不同，低效林可分为低效防护林和低质低产林。根据林分起源的不同，低效林可分为低效次生林和低效人工林，其中，低效次生林包括残次林、劣质林和低效灌木林，低效人工林包括低效纯林、树种（种源）不适林、病虫危害林、经营不当林和衰退过熟林[12]，如图1所示。大兴安岭林区低效林的类型涵盖了LY/T 1690-2007《低效林改造技术规程》中划分的低效林类型。
大兴安岭林区的低效林改造对象主要为：①林相残破、质量低下、目的树种较少、分布不均，林下更新不良，林分结构单一，郁闭度0.5以下的中幼龄林；②公顷蓄积达不到该地区同龄级平均公顷蓄积50%的林木；③平均胸径达不到该地区同龄级平均胸径60%的林木。
从保护森林资源和生态环境的角度出发，以下林分不宜作为大兴安岭林区的低效林改造对象：①在无任何外来因素的影响下，仅因立地条件因素形成的质量低下的林分；②对于生态地位重要需特殊保护的一级国家级公益林；③坡度大于25°的容易加剧水土流失、土地退化或植被恢复困难的林分。
2 大兴安岭林区低效林补植改造效应分析
根据林地目的树种的分布状况、树种生物学特性、林种功能、树种结构、龄级结构和林分内的林隙大小等，可采用不同的补植方法[13]。
（1）全面补植：对林隙面积较小，且分布相对均匀的低效林，采取全面植苗或直播的方法进行全面补植。
（2）局部（团块状）补植：对林隙面积较大、形状各异，且分布极不均匀的低效林，采取植苗或直播的方法进行局部补植。
补植适宜树种的选择要坚持因地制宜、适地适树的原则，选择I级以上苗木进行补植，根据目的树种天然幼树的有效株数确定补植密度，以充分发挥林地的生产潜力。补植时，要注意保护林分中已有的幼苗幼树，避免破坏已有的林下植被、减少对土壤的扰动；补植后，要适时做好管护和幼抚工作，以达到培育稳定群落结构的要求[14-17]。无论采用哪一种补植方法，大兴安岭林区低效林补植改造工程系统的构成均为清林→整地→补植，具体如图2所示。
按照系统论的观点，大兴安岭林区低效林补植改造工程系统中的每个过程都包含“输入”、“输出”以及输入到输出的“转化”（即作业过程的技术系统）。输入是工程系统运行的基础和依据，通过转化（技术系统）产生输出，输出是工程系统的运行目标和目的。
2.1 清林作业
大兴安岭林区低效林补植改造前首先对林地进行块状清理、割除灌草，并根据改造目标、原有林木株数和郁闭度以及目的树种幼苗幼树的数量来确定补植面积和补植密度。
（1）清林作业过程的输入：
①拟清除的灌草。
②清林的技术要求等信息输入。
③人力和物力输入。
④林分状态输入。
⑤人为、自然干扰因子输入。
（2）清林作业过程“技术系统”的构建包括：
①清除目标的确认和标定。
②灌草清除技术（装备、工艺技术）。
③清除掉的灌草等的处理及处理技术（装备、工艺技术）。
（3）清林作业过程的输出：
①适于整地、补植和林木生长的环境。
②清林作业过程对生态系统的作用效应。
（4）清林作业过程对作业区生态系统的效应分析：
①清除有碍林木生长的灌草，有效地扩大了林木生长的营养空间，为林木提供了良好的生长环境，促进林分群落恢复的质量和速度。
②清除目标的确认和标定要慎重，清林是从群落结构中移出部分植物种，即便是低效林的林分，也会影响其涵养水源的能力，增加水土流失和土壤养分流失的可能性。要防止珍稀物种、保护树种和目的树种损伤，维系好其在生态平衡中至关重要的作用，避免林分群落结构负面作用效应的产生。
③清林作业过程除掉的灌草的处理同抚育采伐工程一样最好采用散铺的方式，既缓解了由于清除灌草引起的水土流失、土壤养分降低的作用效应，还有利于加速林下枯落物的分解，使土壤微生物得以繁殖，提高土壤肥力。
2.2 整地作业
整地的目的是消除杂草、保育土壤。整地的方式依林地坡度不同而异，对陡坡、斜坡采用穴状整地，如果是缓坡、平坡则采用带状整地，如果是低湿地则采用台状整地。
（1）整地作业过程的输入：
①整地方式、规格要求等信息输入。
②人力和物力输入。
③自然力干扰因子输入。
④清林作业过程的输出。
（2）整地作业过程“技术系统”的构建包括：
①整地时间的选择。
②整地方位的确认。
③整地技术（装备、工艺技术）。
（3）整地作业过程的输出：
①符合补植要求的林地。
②整地过程对生态系统的作用效应。
（4）整地作业过程对作业区生态系统的效应分析：
①因地而异地确认整地方式，对于大兴安岭林区低效林改造一般采用带状整地和穴状整地。整地方式确认的作用效应表现在为林隙中补植的林木生长提供一个好的生存环境，以及由整地方式的确认而产生的对生态系统的其他作用效应，譬如由于整地伐除林分中的一部分植物种，对原有林分结构产生了作用效应，同时也增加了水土流失的可能性。
②整地时间能否科学的安排，对于补植林木的存活率有着明显影响。造林前一年的秋季整地优于当年春季整地。秋季整地经过冬冻春融，土壤疏松，保墒，土温提高，化冻提前，补植可提前；而当年春季随整地随补植，土壤板结，水分蒸发快，不利保墒。
③整地方位的确认是整地过程设计中难以控制的一项因子，在不同的林隙中立地条件差异很大。确认整地方位的正确与否，不仅对补植林木有很大的作用效应，还对补植林木周边植物种的生长产生影响，对林分土壤表面亦会产生不同的水土流失效应。
④整地技术和整地规格关系到土壤的熟化（养生），保存土壤中的养分和水分，穴状整地的翻土法（土壤移出穴外）和松土法（土壤保留在穴内）对土壤的保育效果差异很大。
2.3 补植作业
（1）补植作业过程的输入：
①“苗木”、补植的技术要求。
②人力和物力输入。
③自然干扰因子输入。
④整地作业过程的输出。
（2）补植作业过程“技术系统”的构建包括：
①苗木的确认和苗木处理技术（装备、工艺技术）。
②栽植方法、栽植密度的确认。
③栽植技术（装备、工艺技术）。
（3）补植作业过程的输出：
①符合要求的补植后的林分状态。
②补植作业过程对生态系统的作用效应。
（4）补植作业过程对作业区生态系统的效应分析：
①苗木的确认有两层含意，其一是树种的确认，其二是苗木品质规格的确认。防护林补植树种的确认宜考虑通过补植形成混交林，商品林则根据经营目标确定。用于补植的苗木可能是一种，也可能是两种或两种以上，需综合考虑改造区域林种、树种及空间上科学、合理的布局与配置，这由林隙改造的目标而定。苗木的确认不仅决定着改造后的群落结构，还与群落结构的演替过程相关。
②栽植方法，对于穴状整地有明穴栽植和窄缝栽植，两种栽植方法视树种特性、立地条件、苗木的规格而定。栽植密度根据经营方向、现有株数和该类林分所处年龄阶段的合理密度而定，通常补植后密度需达到该类林分合理密度的85%以上。
③栽植技术对林木生长有着重要影响，栽植技术好的比技术差的所栽植的苗木生长速度差异显著。但无论采用哪一种栽植方法或栽植技术，都与苗木的成活率和苗木的生长发育状况有关，也关系到补植的苗木能否在群落演替过程中被淘汰，所以栽植方法和栽植技术也关系到生物多样性的变化。
3 结束语
内蒙古大兴安岭林区经人为因素的直接破坏（森林采伐、不合理的抚育等），或间接破坏（森林病虫害、火灾、旱灾），造成森林质量下降，森林结构不合理的现象非常明显，形成大量的低效低质林分。补植改造是大兴安岭林区低效林改造的一项重要措施，通过对低效林采取结构调整、树种更替、补植补播、封山育林、林分抚育、嫁接复壮等营林措施，开发林地生产潜力，提高林分质量和效益水平。补植改造工程系统的基本构成为：清林→整地→补植。本文采用系统工程分析方法，分别提出3个过程的输入、输出以及输入转化为输出的技术系统，并对每个作业过程对作业区生态系统的影响效应进行了分析，对改善大兴安岭林区不合理的森林结构，提高森林资源质量，促进森林健康生长具有指导意义。
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