一种川西地区生态公益林改造方法

摘要

本发明属于人工林结构改造领域，具体涉及一种川西地区生态公益林改造方法。采用的技术方案为：一种川西地区生态公益林改造方法，包括小林窗间伐疏林、引入阔叶树种和彩叶树种。本发明对人工林的生态系统干扰极小，可削减冠层乔木间的竞争自耗，提高乔木的净生产力，促进森林更新，增加森林的结构复杂性，推动林下环境与土壤多样性组成及其食物网关系的自然恢复。本发明通过多层立体的环境资源的高效的利用，实现森林光合碳利用效率最大化，在碳减排的基础上进一步促进森林生态系统的碳积存。

说明书

技术领域

本发明属于人工林结构改造领域，具体涉及一种川西地区生态公益林改造方法。

背景技术

截止2013年的数据，我国是世界上人工林面积最大的国家，现有人工林总面积约6.93×107hm²、蓄积量2.48×109m³，人工林的发展速率是世界平均水平的5.7倍(国家林业局，2005)，其中大部分为生态公益林，但这部分人工林的最初按木材需求设计，后来由于生态功能区划划归为生态功能保护需求，因此造成供需矛盾突出。具体表现为这类初始设计密度大，大多数人工林组成树种单一、森林层次结构简单、林分郁闭度过大、林下环境荫暗潮湿，发展到中龄林阶段后表现出林木长势普遍衰弱、林下植被盖度小、物种多样性低、生物多样性贫乏、土壤酸化与供肥能力不足、病虫害发生风险性高、林地生产力低下、固碳能力低等问题，已成为典型的低效生态公益林，其生态服务与生物多样性保护功能亟待通过合理的途径和方法去完善和提高。但是现阶段明显缺乏针对这类人工林而设计的改造技术方法，多采用传统的间伐方式而进行改造。

而传统的行状或块状间伐方式具有明显的缺点：(1)对林地干扰大，易造成次生灾害，如水土流失等。(2)需要借助机械化工具，对地形地貌有特殊要求。(3)机械化操作过程易破坏林地土壤结构，如板结等。(4)林下植被易被破坏，难于迅速恢复地表层植被。(5)间伐强度大，难于迅速恢复乔木层生产力。

因此，探索科学有效地经营和改造低效人工林的理论和方法，是当前我国森林持续经营管理与林业发展不可回避的任务。而探讨在环境条件复杂的山地生态系统中(坡度大、地形复杂)，如何在不剧烈干扰现有人工林生态系统(尽可能减少水土流失与土壤扰动)，同时完成低效人工林的生态效益提升与改造是当前十分必要的任务。

发明内容

本发明的目的是提供一种川西地区生态公益林改造方法。

为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：一种川西地区生态公益林改造方法，包括如下环节：

(1)公益林小林窗间伐疏林：

1)于每年9～10月对林区生长情况、林分结构、地表环境状况进行调查和评估；

2)根据步骤1)的调查结果，确认林窗大小、林窗数量、最佳组合与布局；

3)确定并标记疏伐对象；

4)于当年11月或次年2～3月进行疏伐；

5)对疏伐结果进行再次核查与修正；

(2)引入阔叶树种：

在步骤(1)间伐的林窗内，引入以桦树和漆树为主的川西当地自有阔叶树种，引入方式为：以添加了硝基腐植酸的可降解营养袋培育所述树种至良种壮苗，而后进行移植入土，移植过程中保留营养袋；移植入土深度为20～30cm/棵；

(3)引入彩叶树种：

1)在步骤(1)间伐的林窗内，引入以槭树、花楸、四川红杉为主的川西当地自有彩叶树种，引入方式为：引入裸根苗，苗高1.0～1.5m，移植挖穴为：0.3×0.3×0.4m；

2)移植前，使用含质量为10％枯草芽孢杆菌菌制剂的黄泥水对裸根苗进行浆根。

优选的，步骤(1)所述确认林窗大小、林窗数量、最佳组合与布局，具体为：间伐量不超过公益林总面积的30％；林窗呈斑块状嵌套；对于林木密度大于2500株/公顷的公益林，林窗面积为100～200m²；对于林木密度小于2500株/公顷的公益林，林窗面积为70～100m²。

优选的，步骤(1)所述疏伐对象，具体为：霸王木、病腐木、过密林木和影响其它林木生长的上层林木。

优选的，步骤(1)所述疏伐的要求为：被疏伐的林木，树桩留置≥50cm；疏伐时保留林下植被层。

优选的，步骤(2)所述添加了硝基腐植酸的可降解营养袋，质量组成为：55份小麦秸秆纤维、5份羟甲基纤维素，10份硝基腐植酸，15份玉米淀粉，60份水。

优选的，步骤(3)所述枯草芽孢杆菌菌制剂，为有效菌含量为1×10⁷cfu/mL的菌悬液。

优选的，步骤(2)与步骤(3)引入的阔叶树种与彩叶树种，在间伐林窗内按1:1的比例均匀种植，种植密度为2～3棵/10m²，引入时间为每年2～4月。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明对人工林的原有生态系统干扰极小；

2、本发明可削减冠层乔木间的竞争自耗(即碳排放)，激活乔木活力，提高乔木的净生产力；

3、本发明可改善林下微环境质量，促进林下植被自然恢复与森林更新，推动林下环境与土壤多样性组成及其食物网关系的自然恢复；

4、本发明通过多层(乔、灌、草)立体的环境资源(光、温、水)的高效的利用，实现森林光合碳利用效率最大化，在碳减排的基础上进一步促进森林生态系统的碳积存；

5、川西地区地形起伏大，东部为高山峡谷地貌，西部为波状起伏的山原地貌，普通大规模机械疏伐等作业会造成土壤紧实，引起水土流失，同时也会破坏林下植被。本发明的小林窗疏伐，有效增加了土壤的水分、养分等，保留了林下植被，有利于帮助森林自身的快速恢复。

6、本发明还引入了森林可持续管理理念，包括针阔混交和增加彩叶树种等，更好地快速了实现针叶纯林向针阔混交林转变。

本发明引入阔叶树种，将川西公益林的单一树种改善为多树种，使森林原有的单层结构转化为复层结构。而且，引入树种时所使用的营养袋环保可降解，在移植树种时无需去袋，最大程度的保护了植株的根部，并保持了袋内营养土的完整。该营养袋含有硝基腐植酸，可改良土壤组成，帮助植物生根和生长，同时还可帮助植物将袋内营养土中难以分解的肥料进行分解和再利用。

本发明引入彩叶树种，进一步增加了森林结构的多样性，最大程度地利用了森林地力。同时，引入彩叶树种时，选用了大苗裸根栽种的方式，可快速提升公益林的景观价值，增加景观的异质性和观赏性。因为是移植的裸根苗，所以移植前使用含枯草芽孢杆菌菌制剂的黄泥水对树苗进行了浆根，提高了树苗的存活能力，并有助于改善树苗种植处的土壤微生物组成。

附图说明

图1为本发明间伐操作示意图；

图2为本发明间伐操作流程图。

具体实施方式

一、公益林间伐的操作流程

结合图1和图2所示(其中，图1展示了小林窗技术间伐及林窗布局的平面示意图，箭头指向部分为局部放大图)，具体操作流程如下：

1、调查与评估低效林分结构特征

调查候选林的林地环境状况(海拔、坡度、坡向)与林分形成历史背景，抽样调查乔木结构(如林木密度、高、胸径、枝下高、冠幅等参数)、林下植被的发育情况、地被物贮量以及土壤肥力状况等。基于调查数据，采用综合评估方法，评估林分结构状况、林木生长势等级(优势木、平均木与被压木)与竞争强度、地表植被与环境状况等，形成林分生产力提高与林分改造对策。抽样调查比例不低于改造林分面积的10％。调查时间宜安排在每年生长季末：9～10月进行。

2、确定和设计林窗大小、数量与布局

在评估林地与林分特征的基础上，参考林地背景因素，在控制单位面积上总体间伐量的基础上，确定拟采用的林窗大小，计算林窗数量，设计最佳组合与布局。如图1所示,总体原则是间伐量不超过基面积的30％，林窗呈斑块状嵌套，在密度大于2500株/公顷的林分，扩展林窗面积以100～200m²为主的中大林窗较好；在密度小于2500株/公顷的林分，扩展林窗大小以70～100m²的小林窗为宜。

3、确定与标记疏伐对象

疏伐对象的确定原则为：伐小留大，去除霸王木、病腐木、过密的林木和影响其他林木生长的上层林木。对拟伐除林木进行红油漆标记。

4、选择疏伐时间

疏伐时间选择林木生长处于休眠或接近休眠状态时进行比较好。川西亚高山地区安排在11月或2～3月进行较好。

5、疏伐作业操作与采伐剩余物处理

用油锯伐倒有红油漆标记号的去除木。为保存生境的异质性，为苔藓等植物留存更多的栖息地和庇护所，要求树桩留置至少50cm；同时在疏伐作业的过程中，尽量保留林下植被层，为疏伐后林下植被层的快速发育创造条件，保留更多的繁殖体。疏伐剩余树杆用做木材，枝叶原地沿等高线带状堆放自然腐解。

6、补充操作与完善

根据设计的标准，操作完成后，需要对伐后的林窗和布局进行进一步核查，对于不符合上述原则的操作处理进行适当的修正完善。

二、引入阔叶树种和彩叶树种

(1)于每年的早春时节(2～4月)，在上述间伐的林窗内，引入川西当地自有的阔叶树种和彩叶树种，避免引入外来树种造成物种入侵的现象。各树种均匀种植(如，共引入4种树种，则各树种引入量为1:1:1：1)，种植密度为2～3棵/10m²。

(2)阔叶树种主要以桦树和漆树为主，引入方式为：引入营养袋苗，以添加了硝基腐植酸的可降解营养袋，装营养土，培育所述树种至良种壮苗，而后进行移植入土，移植过程中保留营养袋，以保证袋内营养土随树种一起全部进入土壤中。移植入土的深度为20～30cm/棵。

(3)彩叶树种以槭树、花楸、四川红杉为主，引入方式为：引入裸根苗，苗高1.0～1.5m，移植挖穴为：0.3×0.3×0.4m。移植前，使用含质量为10％枯草芽孢杆菌菌制剂的黄泥水对裸根苗进行浆根。

三、可降解营养袋的组成

1、制备可降解无纺布：按质量占比，组分为，55份小麦秸秆纤维、5份羟甲基纤维素，10份硝基腐植酸，15份玉米淀粉。将60份水、小麦秸秆纤维、羟甲基纤维素、硝基腐植酸、玉米淀粉放入水力碎浆机中破碎混匀，再经梳理机和气流成网机，进行网布成型，得可降解无纺布。在包含硝基腐植酸和植物纤维的情况下，可等效替换其它组分；也可使用其它等效方式，将各组分制备成无纺布，不影响后续使用。

2、根据育苗植株情况，将无纺布裁剪做成桶装、上端可松紧的无纺布营养袋，大小以全部包裹下植物根系并稍有富余为宜，内置营养土。

营养土为通用树木复合营养土，可以将生活污水处理厂的污泥经炭化等处理后得到的土壤作为基底，也可以直接用膨润土、火山灰、硅藻土等蓬松且富含一定养分的土壤作为基底，再添加氮、磷、钾复合肥料和生根粉。

四、枯草芽孢杆菌菌制剂的组分

从苏柯汉生物有限公司采购枯草芽孢杆菌，兑水稀释至有效菌含量为1×10⁷cfu/mL的菌悬液(现配现用)，作为菌制剂。

下面结合实施例对本发明进行具体说明。

实施例一：营养袋的效果

2月份，在试验田中，选取30株0.5±0.1m高的桦树壮苗，随机分为三组，每组10株，分别为处理组、阳性对照组和空白对照组。

处理组的桦树树苗使用可降解营养袋育苗1个月后，连袋移植入土。其中，营养袋内置营养土，质量组成为：火山灰压缩基底营养土75％，磷酸二氢钾6％，尿素7％，生根粉1％，余量为水。用量为：填满袋内除根系外的所有空间。

处理组的营养土组分为常规N、P、K复合肥组分，为操作方便，本发明全文均使用此组分的营养土。实际应用时，可以根据现实情况和需要，对组分进行等效替换和调整。

阳性对照组使用市购的普通不可降解营养袋育苗1个月后，去袋，尽量保持袋内土壤完整，连营养土一起移植入土。所用营养土的组分和用量与处理组相同。

空白对照组直接在土壤中裸根苗育苗1个月，育苗时，将与上述处理组相同组分且等量的营养土放入育苗坑内，填坑后育苗。1个月后，尽量保持根系完整地挖出，并连带根系附近的土壤一起重新移植入土。

各组别移植时，种植深度均为25±5cm，填土后压实土壤，保持树苗笔直。种植后对各组别树苗进行定期、同时、等量浇水，并于种植1个月后，对各组别进行等量追肥：使用市购复合肥，环状沟施肥。

分别于移植完成后的1、3、6个月，观察各组别树苗的成长情况。并于追肥后一周，取样检测各组别的土壤板结情况，以土壤容重改变率为标准，计算方法为：土壤容重改变率＝(追肥后一周的土壤容重-试验田初始土壤容重)/试验田初始土壤容重。结果如表1所示。

表1各组别树苗生长情况对比

从上表可以看出，使用本发明的可降解营养袋配合营养土育苗，可明显提高桦树苗的存活率，并对土壤容重有显著改善，有效避免了育苗追肥后土壤板结的问题。同时，在育苗生长初期，对树苗的生长速度也有显著提升。

实施例二：枯草芽孢杆菌菌制剂的效果

3月份，在试验田中，选取30株0.5±0.1m高的四川红杉壮苗，随机分为等量三组，作为处理组、阳性对照组和空白对照组。按上述引入彩叶树种的方式进行种植。其中，处理组使用含菌制剂的黄泥水浆根；阳性对照组使用不含菌制剂的等量黄泥水浆根，空白对照组不进行浆根处理，其余种植方式和条件完全相同。分别于3个月后，观察各组别的生长情况，如表2所示。

表2各组别树苗生长情况对比

生长情况处理组阳性对照组空白对照组存活树苗数10棵9棵7棵平均生长高度47cm40cm33cm

从上表可以看出，使用含菌制剂的黄泥水对植株进行浆根后，可明显提高植株的存活率和生长速度。

实施例三：云杉人工林改造

(1)实施时间、地点：技术实施地点为茂县林业局凤仪林场(大沟流域)，于2007年7月中旬选择30公顷低效云杉人工林，实验地点的海拔2151m，坡度14.3，土壤类型为山地暗棕壤。

(2)背景参数调查：调查时间为2007年的生长季末，9～10月进行。按低效云杉人工林改造对象面积的10％进行抽样调查，通过样方调查法，调查林窗中心、林缘的乔、灌、草种类及地上地下生物量；在林窗及对照林中心位置距地表5cm和地下10cm处，分别安置1个微型温、湿度自动记录仪(I-button DS1923-F5,USA)调查林窗中心位置地上、地下温湿度；使用180度鱼眼镜头和高清晰度数码相机从植物冠层下方向上取像，每个样地从三个不同点进行取像，并用专业软件Hemiview来处理图片并获得LAI和总透光度；环刀法测土壤容重、孔隙度及持水量；于林窗中心位置采用分层多点法取土，用于研究土壤各基础理化性质。

调查结果为：样地的主要林地参数为郁闭度0.81，乔木密度2650株/公顷、胸高直径(diameter at breast height，后续简称DBH)为19.1cm、树高10.0m，林下植被盖度25％，凋落物盖度85％。

基于调查数据，根据林地密度、高度、林下植被发育与地被物等情况，采用比较、相关性和方差分析等综合统计方法，评估林分结构状况、林木生长势等级(优势木、平均木与被压木)与竞争强度、地表植被发育、更新能力与环境状况等。

评估结果为：该云杉人工林地为典型的人工密林(密度大于2500株/公顷)，林下环境阴湿，光照弱，凋落物堆积厚度大，被压木占据总林木的26％，林下基本上没有更新苗木，只有极少数的耐荫性草本。

(3)改造对策：对乔木层结构进行疏伐，扩展林窗大小为109m²、196m²，林窗排列为随机排列，实行总体间伐强度为28％。疏伐对象为：被压木、少量病腐木、霸王木。

(4)疏伐对象的确定与标记：疏伐对象的确定原则是伐小留大，去除霸王木等，主要伐去病腐木、过密的林木和影响其他林木生长的上层林木。对拟伐除林木进行红油漆标记。

(5)选择疏伐时间：于2008的2～3月进行疏伐处理。

(6)疏伐作业操作与采伐剩余物处理：用油锯伐倒有红油漆标记号的去除木。为保存生境的异质性，为苔藓等植物留存更多的栖息地和庇护所，树桩留置至少50cm；同时在疏伐作业的过程中，尽量保留林下植被层，为疏伐后林下植被层的快速发育创造条件，保留更多的繁殖体。疏伐剩余树杆用做木材，枝叶原地沿等高线带状堆放自然腐解。

(7)补充操作与完善：根据步骤(3)设计的标准，操作完成后，需要对伐后的林窗和布局进行进一步核查，总体疏伐量不超过28％，疏伐林窗大小控制在100～200m²：对于不合理的操作处理进行适当的修正完善。

(8)2008年3～4月，在上述疏伐的林窗中引入桦树、漆树、四川红杉和花楸，引入方式按上述步骤二(引入阔叶树种和彩叶树种的方法)，及实施例一和实施例二的方法进行。

(9)于2012年8月进行结果回访，与2007年8月相比：

1)全林的林分净生产力最低增加了1.5t/ha/a，最高增加了3.1t/ha/a，生物固碳能力平均提高30％，林分碳积存平均提高40％。

2)林下植被盖度平均提高到60％以上，林下物种丰富度平均增加了40％。

3)显著改善了林地的水源涵养能力，土壤水分含量平均增加了18.8％，土壤肥力也得以改善：土壤腐殖层的有机质平均增加了26.3％；铵态氮平均增加了315.9％，硝态氮平均减少了95.6％。土壤腐殖层微生物活性显著增强，地表耐阴性植物生长良好。

实施例四：人工松林改造

(1)实施时间、地点：技术实施地点为茂县林业局凤仪林场(凤仪镇)，于2007年7月中旬选择20公顷低效人工松林，实验地点的海拔1960m，坡度10.3，土壤类型为山地暗棕壤。

(2)背景参数调查：调查时间安排在生长季末的9～10月进行。采用实施例三的调查方法，调查结果为：1960m，坡度14.0，土壤类型为山地棕壤，林地郁闭度0.82，乔木密度2321株/公顷、DBH为15.4cm、树高11.2m，林下植被盖度12.3％，凋落物盖度82％。

基于调查结果，进行评估：该人工松林地为典型的人工密林(密度2300～2500株/公顷)，林下环境阴湿，光照弱，凋落物堆积厚度8～10cm，被压木占据总林木的22％，林下基本上没有更新苗木，只有极少数据的耐荫性草本，据此，形成林分生产力提高与林分改造对策，即对乔木层结构进行疏伐(疏伐强度为25％，疏伐目标：被压木+少量病腐木和霸王木)。

(3)改造对策：对乔木层结构进行疏伐，疏伐强度为25％，疏伐对象为：被压木、少量病腐木、霸王木；扩展林窗大小为70～100m²，林窗排列为随机排列，实行总体疏伐强度为25％。

(4)疏伐对象的确定与标记：疏伐对象的确定原则是伐小留大，去除霸王木等，主要伐去病腐木、过密的林木和影响其他林木生长的上层林木。对拟伐除林木进行红油漆标记。

(5)选择疏伐时间：在11月或2～3月进行疏伐。

(6)疏伐作业操作与采伐剩余物处理：用油锯伐倒有红油漆标记号的去除木。为保存生境的异质性，为苔藓等植物留存更多的栖息地和庇护所，要求树桩留置至少50cm；同时在疏伐作业的过程中，尽量保留林下植被层，为疏伐后林下植被层的快速发育创造条件，保留更多的繁殖体。疏伐剩余物树杆用做木材，枝叶原地沿等高线带状堆放自然腐解。

(7)补充操作与完善：根据步骤(3)设计的标准，操作完成后，需要对伐后的林窗和布局进行进一步核查，总体疏伐量不超过25％，疏伐林窗大小控制在70～100m²：大小对于不合理的操作处理进行适当的修正完善。

(8)2008年3～4月，在林窗，引入桦树、漆树、四川红杉和花楸，引入方式按上述步骤二：引入阔叶树种和彩叶树种的方法，及实施例一和实施例二的方法进行。

(9)于2012年8月进行结果回访，与2007年8月相比：

1)人工油松-华山松低效林低强度的改造技术方案的应用能显著改善了林下地表微气候与土壤质量与环境资源空间异质性，促进了林木生长与林分生产力，还能有效促进林下生物(土壤动物、植物、微生物)多样性的回归与林下非林木资源的恢复，推动森林持续健康发展。

2)在不增大林地土壤碳排放的同时，全林增加林分净生产力最低1.2t/ha/a，最高达2.6t/ha/a，生物固碳能力平均提高22％。

3)林下植被盖度提高到55％以上，林下物种丰富度平均增加了33％。

4)显著改善了林地的水源涵养能力，土壤水分含量平均增加16.2％，土壤肥力也得以改善：土壤腐殖层的有机质平均增加了28.5％；铵态氮平均增加了308.3％，硝态氮平均减少了92.9％。土壤腐殖层微生物活性显著增强，地表耐阴性植物生长良好。