东北天然次生林抚育更新研究

第1章 东北天然次生林研究概述 天然次生林是原始林经过采伐或多次破坏后自然恢复起来的森林。我国天然次生林 占全国森林总面积的46.2%和全国森林总蓄积量的23.3%，在水源涵养、水土保持及生 物多样性保护等方面具有重要的生态价值。我国天然林保护工程经过试点和近两期工程 的实施，取得了显著成效，1.3亿hm2天然乔木林得以休养生息。通过20多年的保育结 合，我国天然林资源恢复性增长持续加快，实现森林面积和蓄积量双增长。全国天然林 面积净增2853.33万hm2，天然林蓄积量净增37.75亿m3，森林碳汇能力大幅度提升， 我国森林植被总碳储量91.86亿t，其中80%以上来自天然林。然而，由于长期过度采 伐，我国天然林数量少、质量差、退化严重等问题依然存在。现阶段全国实行天然林禁伐， 但要保证天然次生林的数量和质量的全面提升，除禁伐外，还应该辅助一套精确的经营 抚育技术，以促进天然次生林的数量增长和质量提升。本章从次生林的概念入手，重点 对次生林生态演替和干扰、次生林结构特征和生长规律、次生林经营技术等方面的研究 概况进行综述。 1.1 次生林的概念和现状 1.1.1 原始林与次生林概念 1.1.1.1 国内定义 孙时轩等（1990)在《造林学》中对次生林的定义为：次生林不同于原始林与人工 林，是指原始林经过采伐、开垦、火灾及其他自然灾害破坏后，经过天然更新、自然恢 复形成的次生群落。由于次生林是天然更新形成的，又称天然次生林。该概念强调两点： ①次生林是指在次生裸地上经过一系列植物群落次生演替形成的森林群落；②次生林中 的“次”字不是劣质低产林的意思，“次生”是再生之意，次生林就是再生林，“次生林” 不能表明次生林是质量低劣的森林。次生林的产生有两种情况，一是原始林遭受彻底破 坏形成次生裸地，已完全失去了原始林的环境，由先锋树种为建群种形成次生群落。该 种次生林树种单一、不稳定，将逐渐被更稳定的树种构成的群落所取代。二是原始林遭 受的破坏不彻底，甚至不严重，群落中存在建群种个体和原群落伴生种的林分（一般称 为过伐林），如果破坏程度不严重仍保留原始林的生境与景观则仍可以称原始林，如果 再经多次采伐，破坏程度严重仍保留原群落的伴生种并有先锋树种侵入，使树种组成较 为复杂（杂木林），但仍有较大的稳定性，可以作为原始次生林或半原生林（孙时轩等， 1990)。该次生林概念认为：次生林也有在人工林破坏后的迹地上产生的，例如，杉木人 工林砍伐后经萌生形成的新林也是次生林。 中国许多学者对次生林的定义基本都在孙时轩等（1990)所定义的范畴内。例如，李 国猷（1992)认为：次生林是天然次生林的简称，是相对原始林而言，是原始林经过自然 和人为干扰破坏而变成次生裸地（包括长期干扰破坏的有林地)，在次生裸地上形成的森 林。陈大珂等（1994)对次生林的定义也与上述定义相似：原始林（植被或群落由群落系 统发生和内缘生态演替动力及群落的自动调节过程所形成，在不同系列的原始裸地上， 通过自然趋同，形成地区性或地域性植被）受到大面积反复破坏（不合理的采、樵、火、垦、 牧）后，在各种次生裸地上经过次生演替形成的天然次生群落，其特点是已失去原始林 的森林环境，原有的建群群落被各种次生群落所代替。为了更清楚地理解次生林，作者 在次生林中又定义了 “派生林”和“过伐林”。派生林是指在原始林区，原生群落经小面 积采伐、开垦或火烧后退化到次生裸地，并经次生演替而复生的次生群落，其特点是优 势树种组成多为阳性、速生树种，多形成单层相对同龄林分，由于面积不大，生境变化 不剧烈，森林能在一个世代中恢复为原始林林相（又称林层）过伐林是指在原始林经过 不合理的采伐（主要是择伐）后残留的林分，其特点是林层仍维持复层异龄林特点，但不 完整，林下有明显的更新层与演替层，原始林分的优势种有明显的恢复趋势。过伐林带 有次生性质，由于保留了原生林的林层，只要没有进一步的破坏性干扰，森林恢复的速 度会很快。 王业蘧（1995)在东北地带性原始森林研究中指出，由于阔叶红松林整体遭到破坏， 丧失了系统的自组织作用，建群种红松消失，而阔叶红松林的伴生树种在生态位方面发 生或出现位移（错位）现象，出现了种群间的适应作用和强烈的种间竞争，由全部伴生树 种进行了重新自组织的组合就形成了天然次生林。他还指出次生林是与原始林相对而言 的，二者都属于针阔叶混交林中的组成成分，只是在空间性与时间性上出现的平衡和有 序作用不同，即原始林与次生林在自组织过程中的差异性。王业蘧（1995)不同意使用“原 始次生林”概念，认为次生林与原始林的区别主要在于森林生态系统中的演替过程与阶段， 即看森林是否处于伴生树种生态位的严重错位和伴生树种之间的重新组合；这种区别应 以整体为主，而不能只看局部。 朱教君（2002)在次生林基础研究综述中对次生林概念进行了总结，同意次生林是相 对于原始森林而言，是原始森林经过干扰后在次生裸地上形成的森林，它既保持着原始 森林的物种成分与生境，又与原始森林在结构组成、林木生长、生产力、林分环境和生 态功能等诸多方面有着显著的不同；他认为次生林可以理解为是原始森林生态系统的一 种退化，是在一定的时空背景下受自然、人为或二者共同干扰，致使生态要素和生态系 统整体发生的不利于生物和人类生存的变化，生态系统的结构和功能发生与原有平衡状 态相反的位移（displacement)，具体表现为生态系统的基本结构和固有功能的破坏或丧失、 稳定性和抗逆能力减弱、系统生产力低等。 侯元兆和支玲（2003a，2003b)对中国目前所使用的“次生林”一词进行了剖析，认 为：次生林实际上包括“退化原始林”“次生林”和“已退化林地”三大类型，并给出了这 三大类型的定义。次生林是在原始森林植被破坏后的林地上重新生长的林木植被，通常 是指在农牧业废弃的土地上通过次生演替而自然发育起来的林分；退化原始林（degraded primary forest)是在起初有原始林或天然林分覆盖的地区，由于人类不可持续的、过分 的高强度采伐利用，森林的结构、功能、演替过程被迫改变并超出了森林生态系统的恢 复能力所形成的林分；已退化林地是指由于过度放牧或其他强烈干扰，*终被放弃利用， 并在此之后森林的自然恢复受到抑制（或延缓）的林地。 1.1.1.2 国外定义 “次生林”概念虽广泛应用于林业和生态学专业，但对其确切概念及其所包含的森林 类型仍存在相当大的歧义。 Corlett (1994)指出，即便狩猎使森林生态系统中大型脊椎动物全部消失，也没有 人认为这种干扰会导致次生林的发生，虽然从长远角度看这种动物区系去除至少与可见 的干扰是同样重要的。而目前所关注的是木材和燃料采伐、皆伐造田，以及非木材采集， 并把次生林限制在皆伐后的再生长或更新（Finegan，1992)。 欧洲环境署于1993年对次生林的定义为：原始林在多次大的干扰，如采伐、火灾或 病虫害等袭击后，自然形成的林分。 国际林业研究中心（Center for International Forestry Research， CIFOR)对次生林的定 义为：原始林被皆伐后重新自然更新起来的森林（Guariguata，1998)。 国际热带木材组织（International Tropical Timber Organization， ITTO)在 2000 年对 次生林的定义为：次生林是在原始森林植被遭受破坏后形成的裸露土地上（剩余原始植 被在10%以下）重新生长出来的林木植被；这种次生植被是以自然的方式，在游垦农业、 永久农业、牧业或在用材林培育失败的废弃土地上自然地进行发育和演替（侯元兆和支铃， 2003b)。Smith等（1999)和Jong等（2001)对次生林的定义为：在原有森林植被被毁林 用于农业或其他用地上出现的林木植被。 Chokkalingam和Jong (2001)提出了新的次生林概念：原始林植被在时间序列的某 一点或某一扩展时间内，在有意义的人为或自然干扰后，主要通过天然过程形成的森林， 并表现出在相似立地上森林结构和/或林冠树种组成与其附近的原始林明显不同的林分为 次生林。这一定义的关键特征包含：①原始森林植被受到显著干扰；②对原始森林植被的 干扰可能是自然和/或人为造成的；③干扰可能立即发生或逐步发生；④森林是再生或再 发育森林；⑤大部分再生是自发的；⑥与附近相似立地原始森林相比，再生森林的森林结 构或树冠物种组成或两者存在显著差异。但林冠物种组成显著变化并不是次生林的必要 条件，如潜在植物区系成分有限的地方，矮林的再生，或乔木层树种期前更新层的释放， 林冠层树种的萌生等也是次生林发育的实例，但其冠层组成并未发生显著变化。 Chokkalingam等（2003)在对非洲次生林概念研究中仅强调了显著的人为干扰。 Kuzee (2003)认为，在非洲次生林定义中，“退化”（degraded)或“干扰”（disturbed)常 与“次生”（secondary)交叉使用。在非洲次生林概念中，湿润地区与干燥地区对次生林 理解也不同，自然乔木森林由于过牧或野火，经常被转化为林地（forest land);在干燥地 区，这种林地的形成非常普遍，但草地、灌木地由于连续的放牧、火烧能否转变成为次 生林一直是该区次生林定义的焦点之一。而在湿润地区，人工林则到处可见，虽然被管 理的人工林不被认为是次生林，但当人工林被遗弃或进行了自然更新，则被认为是次生 林（Kuzee，2003)。Blay (2003)从非洲次生林形成的背景出发认为，在废弃的农耕地上 生长起来的森林就是次生林。同时，作者也承认，森林植被遭到人类破坏更新起来的木 本演替植被为次生林。另外，Blay (2003)还指出，次生林既不同于退化的原始林，也 不同于退化的林地。 次生林是在发生火灾、虫害、木材收获或风倒等重大干扰后，经过足够长的时间使 干扰的影响不再明显，从而恢复形成的森林或林地。次生林与未受如此破坏的原始林相 区别，同时也区别于次生林严重破坏后恢复的三生林。根据森林的不同，原始林的发育 可能需要一个世纪到几千年的时间。例如，美国东部的硬木森林，可以在一代或两代林 木后，或150～500年发育形成原始林。通常，干扰破坏是人类活动的结果，如伐木， 但产生相同影响的自然干扰也通常包含在内。一般而言，次生林较原始林而言，林木间 距更近，并且含有更多的下层植物（Corlett，1994)。 维基百科将次生林（secondary forest)概念定义为：木材收获后重新生长的森林或林 地，经过足够长时间的演替，采伐干扰的影响不再明显的森林。区别于原始林，它遭受 了采伐破坏，没有复杂的演替早期序列森林，次生林收获后再生的森林称为三生林。次 生林不同于自然干扰（如火、病虫害、风倒等）后的再生林，它是木材收获后的再生林， 但是自然干扰后对干扰林木进行木材经营收获后再生的生态系统类似于次生林，而偏离 复杂早期序列森林。 原始林通常被认为是特定地区和环境相对稳定的“顶极森林类型”，次生林是指原始 森林被砍伐后形成的演替林，当次生林再次发展为顶极群落或原始林时，演替完成。随 着对演替非平衡过程认识的深入，干扰及其响应成为森林生态系统动态的重要过程。原 始林和次生林概念逐步与干扰频度、强度和尺度相联系，除非定义阈值或者关键识别指标， 否则很难清晰地认清二者之间的区别。 原始林是指那些满足科学和政治进程所确定的某些阈值的森林，主要问题是用什么 标准来确定这些阈值；“原始森林”也称为“自然遗产森林”，包含自然干扰和自然更新连 续遗迹的原始林，首要标准当是大树。大树应优先选择特定物种在特定立地的相对较大 和较老的树为主的林木。原始林独*生物资源及其维系的生态过程也是界定原始林的重 要标准，原始林组成物种及其相互作用，