防护林阶段定向经营研究I.理论基础

基于多年防护林经营研究与实践,在分析防护林经营目的的基础上,提出了防护林阶段定向经营理论基础,以防护林的防护成熟为核心,将防护林经营阶段划分为成熟前期,即从栽植后形成相对稳定的幼林到初始防护成熟龄;防护成熟期,防护成熟状态持续的时期,即从初始防护成熟龄到终止防护成熟龄;更新期,林木接近自然成熟开始更新直到更新结束并形成相对稳定的幼林,防护林经营的定向是指在任何经营阶段内,一切经营技术与措施都是为了使防护林向着成熟的状态发展,即防护成熟是防护林经营的方向,是最终目的,为尽量维持防护林的成熟状态并使防护效益不间断,针对发育正常与低质衰退的林分,在各个经营阶段内采取相应的系列经营管理与改造措施。     

防护林阶段定向经营研究Ⅱ.典型防护林种——农田防护林

以防护林阶段定向经营理论为基础,对典型防护林种———农田防护林的防护成熟、经营阶段、更新方式、方法进行了研究讨论;通过对东北地区农田防护林长期调查积累资料的分析,确定了乡土杨和杂交杨(Populus spp.)农田防护林的初始防护成熟龄和终止防护成熟龄分别为16～24年和自然成熟龄,第一代农田防护林的更新龄为32～36年.以树木径级离散度、防护成熟龄和更新龄为主要依据定量划分了杨树农田防护林的3个经营阶段,并重点讨论了不同更新方式下3个经营阶段的变化情况,给出了维持农田防护林成熟状态的疏透度调控技术及其相关的林木分级依据与标准.同时为实现定向经营的目标,提出了各个经营阶段内应采取的系列经营管理措施.     

防护林阶段定向经营研究Ⅱ. 典型防护林种--农田防护林

以防护林阶段定向经营理论为基础,对典型防护林种-农田防护林的防护成熟、经营阶段、更新方式、方法进行了研究讨论：通过对东北地区农田防护林长期调查积累资料的分析,确定了乡土杨和杂交杨（Populus spp.)农田防护林和初始防护成熟龄和终止防护成熟龄分别为16-24年和自然成熟龄,第一代农田防护要的更新龄为32-36年,以树木径级离散度,防护成熟龄和更新龄为主要依据定量划分了杨树农田防护林的3个经营阶段,并重点讨论了不同更新方式下3个经营阶段的变化情况,给出了维持农田防护林成熟状态的疏透度调控技术及其相关的林木分级依据与标准,同时为实现定向经营的目标,提出了各个经营阶段内应采取的系列经营管理措施。     

防护林防护成熟与干扰

防护成熟是经营防护林的核心问题.作者在回顾防护林防护成熟研究进展的基础上,指出以往关于防护林防护成熟的研究,往往把森林看作一个纯自然物品,这是个非常理想的状态;提出了在干扰几乎无处不在的当今社会,对防护林防护成熟的认识上应重视干扰因子的作用;并给出了防护林防护效益变化模式图,对防护成熟与干扰的关系进行了分析和讨论.     

东北地区农田防护林高效多功能经营的指标体系及标准研究

从单条林带和林网两个尺度出发,建立了农田防护林高效多功能经营的指标体系,并通过分析各个指标之间的机理关系,提出了9个主要评价指标,对于单条林带,用林带疏透度,有效防护距离,初始防护成熟龄,防护成熟期,林带产投比,更新方式等可作为度量林带经营状态的指标;对于林网体系,用林网带斑比,林网连接度,环度,林网优势度等可作为度量林网经营状态的指标;依据主要指标的数量化界定,提出了农田防护林高效多功能经营的标准,可进行综合评价,这些评价指标及其标准,在宏观上确定了主要林网体系的布局,在微观上确定了单条林带的结构,成为衡量是否可持续经营的依据,为其高效多功能经营提供了导向。     

防护林学研究现状与展望

防护林学是研究防护林构建及经营的理论与技术的科学, 其核心内容包括防护林构建理论与技术、防护林经营理论与技术和防护林效益评价。防护林学发展的终极目的是构建与经营防护林, 使其防护功能或生态服务功能高效、稳定并可持续。防护林学是偏重实用的应用基础学科, 其发展始终依托防护林工程建设需求, 特别是以国家运作方式开展的大型防护林工程建设, 对推动防护林学发展做出了巨大贡献。国外著名的防护林工程有美国大平原各州林业工程(罗斯福工程)、前苏联斯大林改造大自然计划、日本的治山治水防护林工程和北非五国“绿色坝”跨国防护林工程等。围绕这些工程, 在防护林规划设计、树种选择、空间配置、造林方法, 结构、抚育、间伐、衰退机制与更新, 以及效益评价等各个方面开展了相关研究, 其中, 以效益评价及效益与结构的关系研究最为广泛与深入。中国幅员辽阔、自然条件复杂、森林资源相对匮乏且分布不均、自然环境恶劣, 对防护林的需求极大, 自“三北”防护林体系建设工程启动以来, 中国防护林建设规模已居世界首位, 防护林学在中国得到了长足发展, 尤其在防护林经营理论与技术研究方面取得突破性进展。防护林学以效益评价为桥梁将防护林构建和经营组合在一起, 效益与结构的关系为防护林构建及现有防护林经营提供了科学依据。未来防护林学研究将以更广泛的生态公益林或防护性森林为对象, 在研究方法上将由以林分尺度为主向更微观和更宏观两个方向拓展; 在防护林构建方面, 仍以林学理论与技术为主体, 并重点与生态系统稳定性原理、景观生态学原理相结合, 开展防护林(体系)区域分异规划设计、营建理论与技术研究; 在防护林经营方面, 将以防护林衰退与恢复机制、带状防护林更新和非带状防护林近自然经营理论与技术为重点开展研究; 在效益评价方面, 将采用遥感等技术, 以防护林(体系)、大规模防护林建设的生态环境效应评价等为主要内容开展研究。     

基于林网体系尺度上的农田防护林持续经营模型Ⅰ-模型的构建

在农田防护林可持续经营内涵与目标分析的基础上,提出农田防护林可持续经营的理想结构;以矩(方)形林网体系作为研究对象,分析经营尺度、更新能力、林带更新年龄、更新方式等林网体系时空结构状态要素,提出农田防护林可持续经营模型构建的基本条件;根据林网体系中林带环度与林带数量的关系,标定并量化网格中林带的空间位置和年龄结构分布,定义了需要更新林带之间的距离函数,来表征各林带之间的分散程度;根据更新林带在林网体系内时空分布的均匀性,构建了农田防护林可持续经营模型.     

基于林网体系尺度上的农田防护林持续经营模型I——模型的构建

在农田防护林可持续经营内涵与目标分析的基础上,提出农田防护林可持续经营的理想结构;以矩(方)形林网体系作为研究对象,分析经营尺度、更新能力、林带更新年龄、更新方式等林网体系时空结构状态要素,提出农田防护林可持续经营模型构建的基本条件;根据林网体系中林带环度与林带数量的关系,标定并量化网格中林带的空间位置和年龄结构分布,定义了需要更新林带之间的距离函数,来表征各林带之间的分散程度;根据更新林带在林网体系内时空分布的均匀性,构建了农田防护林可持续经营模型。     

基于林网体系尺度上的农田防护林持续经营模型Ⅱ--模型的应用

基于林网体系尺度上的农田防护林持续经营模型,是以矩(方)形林网为对象,通过分析经营尺度、更新能力、林带更新年龄、更新方式等林网时空结构状态要素而建立起来的,是林网体系功能目标与时空结构状态之间的数量关系表达。本文通过有效性检验证明了该模型的实用性,并以辽宁省昌图前双井子行政村为对象,在杨树林网体系中应用该模型,计算出更新林带的空间位置和整个林网体系的结构动态变化过程,以及每个经营阶段林网体系中林带的年龄结构和空间分布状态转移序列,可形成持续经营状态林网体系,克服目前传统经营方式下林网的防护效益不能稳定维持的弊病,为优化林网配置形式和经营提供了方向。     

基于田间尺度的东北农田防护林防护效应分析

选择了东北农田防护林的典型区域--吉林西部平原农田防护林区的榆树、农安、德惠和扶余作为研究地区,在各地区内根据防护林的内部结构和长势状况等,分别选择了好、中、差3个研究样区,对各样区内农田的地表温度、土壤湿度、气温和作物产量等进行了观测.结果表明:较好防护林内5 cm、10 cm土壤水分比较差防护林均有所增加,其中德惠增加1.03个百分点、0.89个百分点,榆树增加0.21个百分点、0.23个百分点,扶余增加1.48个百分点、1.42个百分点,农安增加0.85个百分点、0.65个百分点;5 cm土壤最高温度、10 cm土壤最高温度、气温在德惠减少1.42℃、1.86℃、1.29、℃、在农安减少0.89℃、2.27℃、0.88℃,在榆树增加2.52℃、3.93℃、0.95℃、在扶余增加1.6 ℃、4 ℃、0.36℃;产量增加不明显.由此可知,农防林对小气候的改善较为明显,可增加土壤水分,降低温度变化幅度.     

洞庭湖水系防护林树冠截留研究

运用雨量槽和虹吸自记仪对洞庭湖水系１８个主要防护林林分类型树冠截留进行了定点观测研究,建立了树冠截留随林外降水量的变化模型和树冠截留动态模型．７～８月多数林分树冠截留能力比４～６月大,且随不同时段和不同类型林分而异．不同林分树冠截留随林外降水的变化差异明显．     

黄土高原防护林建设的恢复生态学与生态水文学基础

以控制土壤侵蚀和提高土地生产力为主要目标的防护林建设是黄土高原植被建设与生态恢复的主体。在对国内外防护林建设研究进行回顾的基础上,从恢复生态学与生态水文学视角探讨了我国西北黄土高原地区防护林建设目标、防护林建设研究尺度、防护林建设基础理论等,并提出今后黄土高原防护林建设研究方向,其目的在于,通过探讨进一步明确当前黄土高原防护林建设的问题,为该区防护林体系建设提供指导依据。防护林建设除了要达到侵蚀防治等功能的正常发挥外,其终极目标应强调水-沙平衡这一生态水文学目标的实现。防护林建设需要从不同尺度予以理解,除林分尺度的结构优化与功能调控技术以及小流域尺度空间对位配置技术外,区域尺度地带性植被和适宜覆盖率的确定也应为防护林建设的内容。为实现防护林建设的生态水文学目标,防护林建设应遵循恢复生态学中的水分限制因子理论、生态适宜性理论、生物多样性理论以及群落演替理论,这就要求防护林建设总体应以林-水平衡为核心,在实现区域植被地带性及微观尺度适地适树的同时,考虑次生林主要树种的引入,以促进防护林建设生物多样性及群落顺行演替。总体来看,黄土高原防护林建设应基于恢复生态学与生态水文学加强以下研究:(1)针对气候变化,加强防护林建设气候变化适应性评价研究,建立适应性防护林可持续经营管理理论与技术体系;(2)针对立地条件空间异质性,加强高分辨率植被恢复适宜性评价研究,建立定量的植被恢复适地适树适群落理论体系;(3)以恢复生态学原理为指导,加强潜在植被空间分布格局的复原与预测研究,建立近自然防护林建设植被恢复模式;(4)针对全球气候变化与资源性缺水问题,加强基于物理过程分布式生态水文模型的模型模拟研究,为防护林体系建设中植被空间分布、结构组成与规模提供决策依据。     

三北防护林地区土壤水分动态研究

东北西部干旱、半干旱地区影响农业、畜牧业发展的关键因子之一是水分。水分在这一地区变化规律是５～６月春旱阶段,７．８、９三个月是土壤水分丰盛期,各层次水分相差不大,１０月至来年２月是土壤储水期。农田防护林的建立减少了蒸发,提高了土壤水分。但距林带不同距离调节水分幅度不同,明显出现水分最佳区和水分低谷区。根据这一规律可以调整种植结构,充分合理的利用土壤水分,为推广节水型农业提供了途径。防护林带的种类、树高、树种及林带间的距离对林网内水分的分配都有较大影响,这一结论为防护林体系的优化提供了科学依据。     

福建东山岛防护林景观格局与生态价值研究

运用景观生态学原理和森林环境价值计量方法,对东山岛防护林景观格局与生态价值进行研究。首先选取斑块密度、边缘密度、分维数、景观多样性、景观优势度和均匀度指数等指标,分析东山岛防护林景观的空间分布和空间格局特征,并从中小尺度的防护林生态系统及其重要生态服务功能角度出发,运用市场价值法、造林成本法、生产成本法、影子工程法等方法进行生态价值评估。结果表明人类活动对东山岛防护林的景观格局产生很大影响,得出东山岛防护林生态系统固定CO₂、释放O₂及防风固沙服务功能的平均价值为39.45×10⁶～92.55×10⁶元。     

树木发育中的阶段转变研究进展

无性繁殖在林业中应用很普遍,而由树木发育阶段转变带来的成熟效应问题,一直是无性系造林的障碍。在树木发育阶段转变过程中,不同发育阶段存在形态解剖、植物激素与多胺含量、特异蛋白质和蛋白表达量、DNA甲基化水平等差异。利用这些差异判别造林苗木的老化情况,可避免在无性繁殖中因成熟效应而带来的损失。加强植物激素、特异蛋白等在树木阶段转变中的作用机制研究,寻找在树木发育阶段转变中发挥主导作用的关键基因等,则是未来研究的重点。     

湖南省长江防护林生态防护功能研究

通过对湘中丘陵区和湘西北山区长江防护林进行长期定位观测 ,分析了湖南省长江防护林主要类型林分生态防护功能及其生态效益。定位研究以荒山为对照 ,结果表明 ,有林地坡面年产流量明显降低 ,在湘中丘陵地区降低 3 3%～ 17 16 % ,在湘西北山区降低 8 0 1%～17 4 2 %。更为明显的差异表现在土壤的涵养水源功能 ,在湘中丘陵区和湘西北山区 ,有林地比荒山的土壤涵水量分别高 4 7 1%～ 119 6 %和 4 3 0 %～ 10 8 7% ,有林地比荒山的土壤渗透率分别高 90 9%～ 131 8%和 2 95 6 %～ 4 5 6 5 4 % ,而有林地坡面产沙量也明显低于荒山 ,为荒山的 15 3%～ 35 7%。在各类型林分中人工混交林和天然次生混交林其坡面产流量、产沙量以及输沙率均明显低于其它纯林林地 ,其林地涵水量和土壤渗透率明显高于其它类型林分。可见在长江防护林中混交林的生态防护功能明显优于纯林。通过估算 ,湖南省长江防护林的生态效益每年为 35 0 1亿元     

上海市郊沿海防护林防护效应的研究

为分析上海市郊沿海防护林的防护效应,于2009年夏季对人民塘水杉(Metasequoia glyptostroboides Hu et Cheng)基干林带前后不同观测点的风速、气温和空气相对湿度等气候因子进行了观测,并对该林带前后1 km处的防台风效应进行了比较;另外,以滨海森林公园的红叶椿(Ailanthus altissima 'Hongye' )林分为观测对象,比较分析了林带内不同垂直高度处的防风效应.结果表明,水杉基干林带具有明显的防风效果,林带内至林带后65 m范围内的风速较林带前均有不同程度的下降,以林带后25 m处的风速最低;在"莫拉克"台风登陆期间,水杉基干林带在较大尺度上具有明显的降低风速的作用;水杉基干林带在一定程度上能降低局部气温、提高空气相对湿度,以林带内的气温最低、空气相对湿度最高,从而达到改善林后小气候的作用.红叶椿林分内不同垂直高度处的防风效应有一定的差异,其中垂直高度2 m处的风速最大,而树冠处(垂直高度5 m)的风速最低.     

农田防护林木材材质物理特性研究

对早柳和小青杨的年轮宽度、年轮密度、木材纤维长度和干缩率及其径向变异进行了研究．结果表明,木材物理特性受年轮年龄的影响显著,而纤维长度不受年轮宽度影响．综合材质物理特性的径向变异规律,可将旱柳和小青杨整个生长期划分为４个时期：幼林期、速生期、成熟期和更新期,确定了各生长期的年龄值．     

辽河三角洲盐碱地防护林体系建设技术研究

辽河三角洲盐碱地上造林、土壤改良及营林工程技术试验结果表明,在土壤含盐量０．３％以下的干渠上应栽植辽宁杨、中林４６号杨、群众杨;结合土壤改良措施,在土壤含盐量０．４％左右的海堤上栽植刺槐、河南白榆,在含盐量为０．５２～０．７３％油田道路两侧则栽植绒毛白蜡;在土壤含盐量为０．９％左右的拦海防潮堤上,栽植中国柽柳．     

黄土高原剌槐水土保持林防护成熟与更新研究

在分析乔木水土保持林防护机理的基础上 ,通过对渭北黄土高原剌槐水土保持林调查、分析 ,确定该区剌槐水土保持林在常规密度下的初始防护成熟龄为 11～ 16年 (平均为 12年 ) ;最大防护成熟龄为 2 5年 ;更新龄为 4 2年 ;防护成熟期 (更新龄与初始防护成熟龄之差 )为2 6～ 31年。以防护成熟龄为基础 ,确定剌槐水土保持林的三个经营阶段 :成熟前期、防护成熟期和更新期。这些结果将为水土保持林的合理经营提供参考。