次生林生态功能恢复方法、效果评价指标体系构建方法

技术领域

本申请属于森林生态恢复技术领域，具体涉及一种次生林生态功能恢复方法、效果评价指标体系构建方法。

背景技术

次生林与原始林一起同属天然林，是原始森林经过多次不合理采伐和严重破坏以后自然恢复形成的森林。

东北林区是我国森林资源的主要分布区，包括大兴安岭寒温带针叶林区和小兴安岭-长白山中温带针阔混交林区。大兴安岭林区地带性植被是以兴安落叶松为主的针叶林，主要森林类型包括兴安落叶松、樟子松林、白桦林、山杨林、落叶松-白桦林等。东北林区的森林资源因为大规模的采伐和利用，以及火灾、垦殖和过度放牧后，失去原始林的森林环境，退化演变为现在的各种次生群落。因此，有必要针对次生林进行生态恢复，以实现次生林的保护和发展。

现有的次生林生态恢复通过开展生态抚育更新、林分结构优化抚育，无法做到针对单个树种进行次生林的生态恢复。

因此，如何针对树种、根据树种特性采取相应措施来改造其生态恢复能力，成为亟待解决的技术问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本申请提供一种次生林生态功能恢复方法、效果评价指标体系构建方法。

(二)技术方案

为达到上述目的，本申请采用如下技术方案：

第一方面，本申请实施例提供一种次生林生态功能恢复方法，包括：

确定待恢复次生林的生态系统特征，所述生态系统特征包括结构特征、生长和更新特性，所述待恢复次生林为大兴安岭退化白桦次生林；

根据所述生态系统特征，确定所述待恢复次生林各区域的退化类型；

针对不同的退化类型，确定相应的生态恢复措施。

可选地，所述退化类型包括：森林群落完全丧失型、森林群落基本丧失型、森林群落残次型；

确定所述待恢复次生林各区域的退化类型的方法包括：

利用系统诊断技术和冗余分析技术，分别从生产力、火烧、气候、土壤、采伐进行多维分析，得出林分退化与火烧、气候、采伐、土壤之间的多重关系，确定退化成因；

根据白桦次生林生长规律、结构特征、退化成因，确定退化类型。

可选地，针对不同的退化类型，确定相应的生态恢复措施，包括：

针对由火烧或采伐作为主导因素引起的森林群落完全丧失型退化，前期采用封育及局部抚育的方法，后期采用诱导混交林的方法；

针对由气候、土壤作为主导因素引起的森林群落基本丧失型、森林群落残次型退化，采用林分更新、抚育改造相结合的方法。

可选地，所述林分更新的方法包括：

在样地内母树周围10m外设置1m×1m的小样方，清除小样方内的灌木和草本，清理、抛开死地被物层，露出土壤表层；

对林分更新慢于预设标准的次生林，调节营养生长和生殖生长关系，以促进林木开花结实。

可选地，所述封育及局部抚育包括：

对郁闭度大于0.8的白桦林分采用局部抚育，采伐干型弯曲、胸径小于预设胸径阈值、群团状生长的白桦林；

对郁闭度小于等于0.8的白桦次生林分进行封育管理改造。

可选地，所述抚育改造的方法包括：

对标准地内丛生白桦进行间伐，每丛要保留1株干形直、树冠圆满、生长良好的白桦，其余白桦与萌生枝条等非目标树种一并伐除；间伐被压木；根据林分演替趋势，按照预设的落叶松白桦混交林的经营目标，从林分主林层和演替层中间伐白桦木；

其中，间伐强度由在林分中被压木的株数比例、丛生白桦株数比例、林分演替状况确定；间伐方式：采用综合抚育法伐除预设比例的被压木，保留自然形成的枯立木、枯倒木，伐后郁闭度为0.6。

可选地，所述诱导混交林的方法包括：

对样地内丛生白桦进行间伐，每丛保留1株干形通直、树冠圆满、生长良好的白桦，其余与白桦萌生枝条一并伐除；

在样地林木空隙内，以见缝插针方式栽植2年生落叶松1级苗，栽植密度为2500株/hm

栽植时根系舒展，分层填土，苗正踩实。

第二方面，本申请提出一种次生林生态功能恢复效果评价指标体系构建方法，该方法包括：

采用如上第一方面任一项所述的次生林生态功能恢复方法对大兴安岭退化白桦次生林进行生态功能恢复；

对所述大兴安岭退化白桦次生林在生态功能恢复后的植物多样性、动物多样性、微生物多样性、物种存在度、植物覆盖度、白桦林密度、土壤养分进行采样测量，得到测量结果；

将测量结果进行降维，得到组成和物种丰富度、生态系统功能、养分保持力、抵御外来物种入侵、生态发展可持续性的量化数值；

依据所述量化数值确定大兴安岭白桦次生林恢复效果监测评价标准。

(三)有益效果

本申请的有益效果是：本申请提出了一种次生林生态功能恢复方法、效果评价指标体系构建方法。其中次生林生态功能恢复方法包括：确定待恢复次生林的生态系统特征，生态系统特征包括结构特征、生长和更新特性；根据生态系统特征，确定待恢复次生林各区域的退化类型；针对不同的退化类型，确定相应的生态恢复措施。本申请针对大兴安岭退化白桦次生林提出了一种次生林生态功能恢复方法，通过本申请方法可优化大兴安岭退化白桦次生林的林分结构，缩短其自然演替进程，对促进次生林的恢复，精准提升森林质量，充分发挥其生态和生产功能具有重要的指导作用。

附图说明

本申请借助于以下附图进行描述：

图1为本申请一个实施例中的次生林生态功能恢复方法流程示意图；

图2为本申请另一个实施例中的次生林生态功能恢复效果评价指标体系构建方法流程示意图。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。可以理解的是，以下所描述的具体的实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合；为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

图1为本申请一个实施例中的次生林生态功能恢复方法流程示意图，如图1所示，该方法包括：

S10、确定待恢复次生林的生态系统特征，生态系统特征包括结构特征、生长和更新特性；

S20、根据生态系统特征，确定待恢复次生林各区域的退化类型；

S30、针对不同的退化类型，确定相应的生态恢复措施。

通过本实施例的方法可优化林分结构，缩短其自然演替进程，对促进次生林的恢复，精准提升森林质量，充分发挥其生态和生产功能具有重要的指导作用。

为了更好地理解本发明，以下对本实施例中的各步骤进行展开说明。

本实施例S10中，待恢复次生林为大兴安岭退化白桦次生林。先对白桦次生林进行生长和更新方面的研究，得到白桦林生长特征和更新特征，并通过现场考察得到现有白桦林的结构特征。

本实施例S20中，待恢复次生林各区域的退化类型包括：森林群落完全丧失型、森林群落基本丧失型、森林群落残次型。

森林群落完全丧失型，是指因毁林开垦、自然灾害、过度采伐等原因，导致构成森林的植物群落已不复存在，形成耕地、次生裸地、迹地、荒草地等。

森林群落基本丧失型，是指受人为或自然因素干扰后，由于森林天然更新能力不足或受到抑制，人工促进天然更新和人工更新不及时、不力，导致森林长期退化后形成灌草丛或疏林地。

森林群落残次型，是指因人为或自然因素的干扰破坏，林相残败、群落结构失调、郁闭度及植被覆盖度下降、自我恢复能力衰弱、难以自我维继的退化森林。区分退化森林的外在表现特征和退化形成的原因，将此类型又可细分为5种小类型：

(1)林相残破型。因过度过频采伐或干扰导致地带性顶级群落或原始林逆向演替的天然次生稀疏林，或经营管理粗放而形成的残破林。

(2)林相老化型。因未适地适树或种质低劣，造林树种或保留的目的树种选择不当，林木生长发育明显受到抑制，达不到正常状态、难以自我恢复正常生长的小老树林。

(3)林分衰退型。因达到生理成、过熟，或环境污染、水肥光热等条件变差等原因，林木生长开始衰竭、枯死或濒死现象渐多的林分。

(4)结构简单型。因经营管理不科学形成的单层、单一树种，功能低下的乔木林或灌木林。

(5)自然灾害型。因林业有害生物、火灾、气候灾害等危害形成的病残林。

本实施例中，确定待恢复次生林各区域的退化类型的方法包括：

利用现有的系统诊断技术和冗余分析(Redundancy analysis,RDA)技术，分别从生产力(直径、树高、蓄积)、火烧(重度、中度、轻度和未火烧地区)、气候(年平均温度、最热月份最大温度、最冷月份最低温度、年平均降水、太阳辐射、潜在蒸发、最湿季度降水、最干季度降水、生长季温度、生长季降水)、土壤(理化性质、结构、微生物)、采伐(方式和强度)等多角度进行多维分析，得出林分退化与火烧、气候、采伐、土壤之间的多重关系，分析确定退化成因；

根据白桦次生林生长规律、结构特征、退化成因、退化过程，确定退化类型。

具体地，依据林分生长规律及其林分结构，利用林分调查数据、气候数据与土壤数据对影响林分退化的因素进行多维分析，研究影响和制约白桦次生林退化的关键要素。在白桦次生林生长规律、结构特征分析的基础上，结合退化成因，确定影响退化的主导因素，划分其退化类型。

本实施例S30中，针对不同的退化类型，确定相应的生态恢复措施，包括：

针对由火烧或采伐作为主导因素引起的森林群落完全丧失型退化，前期采用封育及局部抚育的方法，后期采用诱导混交林的方法；

针对由气候、土壤作为主导因素引起的森林群落基本丧失型、森林群落残次型退化，采用林分更新、、抚育改造相结合的方法。

以下对各种生态恢复措施进行具体说明。

(1)抚育改造技术：

间伐对象：①对标准地内丛生白桦进行间伐，每丛要保留1株干形较直、树冠圆满、生长良好的白桦，其余白桦与萌生枝条(白桦更新幼树、枯立木)等非目标树种一并伐除。②间伐被压木(4、5级木)。在兴安落叶松被压木中，无生长转换的占88.2％，应伐除这些被压木。③根据林分演替趋势，按照落叶松白桦混交林的经营目标，从林分主林层和演替层中，适当间伐白桦木，抑制白桦木优势，调整树种组成和调控林木演替，优化林分结构。

间伐强度：按照经营目标，针对不同结构的林分，采取相应优化措施，确定合理间伐

强度(蓄积强度和株数强度)。间伐强度的大小，主要由在林分中被压木的株数比例、丛生白桦株数比例、林分演替状况等来决定。

间伐方式：为优化结构，促进生长，调控林分演替，采用综合抚育法。伐除一定比例的被压木，保留自然形成的枯立木、枯倒木，促进目标树生长，调控林分演替，兼顾主林层、演替层和更新层等各个层次。伐后郁闭度保留在0.6。

(2)林分更新技术：

①在样地内母树周围(距母树10m)设置1m×1m的小样方，清除小样方内的灌木和草本，清理、抛开死地被物层，露出土壤表层，提高种子接触土壤的机率，促进种子发芽生根，促进林分天然更新。人工辅助更新时，必须考虑D≥10cm林木位置和格局，尽量选择枯枝落叶层较厚，林木种子难以接触土壤的地点，避免与具有潜在天然更新能力的位置范围重叠。

②在母树数量和位置合理的前提下，对林分更新仍然差的次生林，采取调节营养生长和生殖生长关系的技术措施，促进林木开花结实。根据营养生长和生殖生长不同表现，采取物理(环剥等)和化学(生长调节剂赤霉素、乙烯等)等不同措施。

(3)诱导混交林技术：

①对样地内丛生白桦进行间伐，每丛保留1株干形通直、树冠圆满、生长良好的白桦，其余与白桦萌生枝条(更新幼树、枯立木)一并伐除。

②在样地林木空隙内，以见缝插针方式栽植2年生落叶松1级苗，栽植密度为2500株/hm2。春季栽植，当年成活率达到90％，三年保存率要达到85％以上。穴状整地长、宽、深度规格为50cm×50cm×30cm。栽植时根系舒展，分层填土，苗正踩实。人工补植时，补植位置是关键。必须考虑D≥10cm林木位置和格局，尽量选择枯枝落叶层较厚，林木种子难以接触土壤的地点，避免与具有潜在天然更新能力的位置范围重叠。把天然更新、人工辅助更新和人工补植有机结合，调控林分结构，节省成本。

(5)封育-局部抚育技术：封育是对伐根萌芽、具有根蘖更新能力和天然下种的母树条件的地区，借助林木的天然更新能力和辅以抚育管理的措施，来恢复和改造次生林的手段。对郁闭度大于0.8的白桦林分采用局部抚育，采伐干型弯曲、生长差、胸径小、群团状生长的白桦林，而对郁闭度小于等于0.8的白桦次生林分进行封育管理改造。通过封育管理，可以改善林内环境，提高森林生物多样性，增强生态效益。

此外，针对不同白桦次生林的退化类型分别施加人工更新、人工促进天然更新技术、引针入阔、带状和块状等结构优化技术等生态修复的关键技术。

具体地，当退化类型为森林群落完全丧失型时，可采用人工更新的修复方法；

当退化类型为森林群落基本丧失型时，可采用人工促进天然更新技术的修复方法；

当退化类型为森林群落残次型时，可采用引针入阔、带状和块状等结构优化技术。

本发明方法在充分了解树种特性，依据林分生长规律及其林分结构，利用林分调查数据、气候数据与土壤数据对影响林分退化的因素进行多维分析，研究影响和制约白桦次生林退化的关键要素。利用系统诊断技术和冗余分析技术，分别从生产力(直径、树高、蓄积)、火烧(重度、中度、轻度和未火烧地区)、气候(年平均温度、最热月份最大温度、最冷月份最低温度、年平均降水、太阳辐射、潜在蒸发、最湿季度降水、最干季度降水、生长季温度、生长季降水)、土壤(理化性质、结构、微生物)、采伐(方式和强度)等多角度进行多维分析，找出林分退化与火烧、气候、采伐等之间的多重关系，深入分析退化成因。退化原因上来寻找措施来增加其生态恢复能力。针对大兴安岭退化白桦次生林生态系统特征，以该区顶级群落植被结构和功能特征为目标，划分白桦次生林退化类型并采取相应生态恢复措施，提出大兴安岭白桦次生林的结构优化与功能提升的方法。

本发明提供的次生林生态功能恢复方法，从以下四个方面来提升白桦次生林森林生态功能，分别为结构、功能、生境和干扰；其中结构包括物种数、面积年变化率、密度、年龄分布、直径结构、树高结构、树种组成、丰富度、物种多样性、多度、盖度、高度等非空间和空间结构指标；功能为林分健康、林分生产力、碳储量、枯落物持水特性、保育土壤；生境为海拔、土壤理化性质、温度、降水、太阳辐射等因子。干扰为包括采伐(方式、强度等)、火烧(时间、强度等)。白桦次生林通过生态恢复技术的生态修复后，森林生态系统结构得到优化，生态功能得到提高，对于我国森林的可持续发展具有重大意义。

第二方面，本申请提出一种次生林生态功能恢复效果评价指标体系构建方法，图2为本申请另一个实施例中的次生林生态功能恢复效果评价指标体系构建方法流程示意图，如图2所示，该方法包括：

S100、采用如上第一方面任一项所述的次生林生态功能恢复方法对大兴安岭退化白桦次生林进行生态功能恢复；

S200、对所述大兴安岭退化白桦次生林在生态功能恢复后的植物多样性、动物多样性、微生物多样性、物种存在度、植物覆盖度、白桦林密度、土壤养分进行采样测量，得到测量结果；

S300、将测量结果进行降维，得到组成和物种丰富度、生态系统功能、养分保持力、抵御外来物种入侵、生态发展可持续性的量化数值；

S400、依据所述量化数值确定大兴安岭白桦次生林恢复效果监测评价标准。

这里，数据降维的方法采用现有的方法，本实施例对此不做具体限定。

依据量化数值确定大兴安岭白桦次生林恢复效果监测评价标准的方法包括：

基于预设权重计算组成和物种丰富度、生态系统功能、养分保持力、抵御外来物种入侵、生态发展可持续性的加权平均值；

将得到的加权平均值作为大兴安岭白桦次生林恢复效果监测评价标准。

应当注意的是，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何附图标记理解成对权利要求的限制。词语“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的词语“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。

此外，需要说明的是，在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域的技术人员在得知了基本创造性概念后，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，权利要求应该解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也应该包含这些修改和变型在内。