天然林无论其面积, 还是蓄积, 都是我国森林资源的主体。据第4次全国森林资源连续清查资料¹⁾, 其林分及用材林面积分别占全国的80.3%和79.4%;蓄积分别占92.2%和91.4%。在建国后四、五十年的国家建设中, 天然林提供了数以亿计的木材。仅集中连片分布于大江大河、大型水利工程周围和重要山脉核心地带, 面积仅占天然林30%左右的西南、西北和东北内蒙古重点国有林区, 就一直承担着全国商品材供应量的50%左右。由于多种因素综合作用的结果, 长期以来对天然林的高强度掠夺式经营, 已造成了原有资源的锐减。所剩无几的可采资源, 其生态保障功能的不可替代性地位, 已成为我国整体生态环境建设的重点保护对象。几十年来以天然林为主体的木材生产格局, 亦将发生根本的转变。因此, 我国木材生产的历史重任已无可置疑地要由人工林来分担。

1)中华人民共和国林业部.全国森林资源统计(1989～1993), 1994.

我国人工林仅就面积而言, 占全国有林地的26.65%。其中, 林分面积占全国林分面积的19.67%。然而, 人工林发展中重造轻管, 重数量轻质量的现象十分普遍。林分生长较差, 生产力低下, 其蓄积仅占全国林分蓄积的7.84%。用材成熟林平均单位面积蓄积量仅75.95m³/hm²。如此低下之森林质量, 即使将现有1751.86×10⁴hm²的人工用材林, 全部作为成熟林看待, 其蓄积量也仅12.97×10⁸m³。按现有年消耗资源3×10⁸m³计, 几十年所积累的用材林资源, 仅需4年便可消耗殆尽。如此低下的生产力水平, 实难承担未来木材生产的重任。因此, 尽快并大幅度提高人工林生产力, 已成为当今我国林业发展的中心任务之一¹⁾、²⁾ (沈国舫, 1991;1997;1998;洪菊生等, 1990)。

1)沈国舫.中国森林可持续发展问题探讨.面向 21 世纪的林业国际学术讨论会论文集, 中国林学会,加拿大林学会, 1997, 1～8.

2)盛炜彤.中国森林可持续发展问题探讨.面向 21 世纪的林业国际学术讨论会论文集, 中国林学会, 加拿大林学会, 1997, 88～94.

然而, 何以造成我国人工林如此低下的生产力现状?则是要实现这一目标所首先不容回避而亟待回答的一个重要理论问题。

虽然自50年代我国开始较大规模营造人工林以来, 就一直存在着严重的追求数量, 轻视质量的倾向, 存在着造林成活低, 保存难, 生产力低, 成效差的问题, 但对生产力低下问题的研究, 长期以来并未引起普遍的重视。由近十多年来的文献资料所见, 直至80年代末, 该问题的研究, 才在一定程度上引起了林业科技工作者的关注。但仍是针对一林一地的就事论事。真正意义上生产力低下原因的探讨, 整体发展, 仍处于零敲碎打的自发研究状态。

90年代初, 开展了有组织、较大范围的专题研究工作。具有代表性的研究有“黄土高原地区小老树成因及其改造途径研究(候庆春, 1991;1991);全国林业调查规划设计情报网中南大区站, 原林业部中南调查规划设计院所完成的“低产用材林调查研究”; 另有一些区域性低产林成因、改造研究工作(段绍光等, 1994;吕宣友, 1991;孙源和, 1994;孙源和等, 1994)。全国性人工林生产力研究, 是在原林业部资源和林政司、中国林学会森林经理学分会于1992-10在北京召开的“深化林业政策, 加强森林科学经营, 提高林地生产力”专家研讨会上, 在论及有林地逆转和林地生产力下降问题时, 才对人工林生产力低下的原因有所涉及(于政中, 1993;姜孟霞, 1993;李裕国, 1993)。近年来, 对人工林生产力问题研究较多的, 仍然是个别树种的地力衰退问题²⁾ (盛炜彤, 1992;俞新妥, 1990;姚茂和, 1992;中国林学会森林生态学分会等, 1992)。全国性有组织的人工林生产力问题宏观、系统的研究工作, 至今尚未开展。

“我国人工林生产力问题的研究”项目, 旨在就此问题从宏观方面作一些有益的探讨。本文就几个自然因素对我国人工林生产力的影响程度, 进行宏观的分析评价。

1 资料的获取与整理 1.1 重点研究区域与资料的获取

根据我国荒山造林面积分布以南方集体林区为主, 迹地更新以东北、西南林区为主的实际, 选择有代表性的四川、广西、海南、广东、福建和黑龙江6省(区)为典型研究区域。以杉木、马尾松、桉树、落叶松和樟子松等树种人工林为研究对象。

在各省(区)采取广泛收集已有资源调查、研究成果的方式, 获取有关数据、文字资料。通过召开专家坐谈会的方式, 获得了大量的“专家系统”资料。在此基础上, 在各典型区域内再选择代表性县、局或林场, 进行设点调查。在各调查点, 除主要收集2类调查资料外, 还重点收集各种作业设计样地调查资料, 并进行必要的实地核查与补充调查。共收集小班、样地调查资料5100余块。

对各研究树种分布区内现有有关研究成果, 通过计算机文献检索获取。

1.2 数据、资料整理依据 1.2.1 人工林生产潜力评价方法的确定

人工林生产力评价现多以所研究树种不同立地指数的标准蓄积量为指标, 和以试验(示范)林生产力为指标进行。这些指标是以现实林分资料为依据, 多用以说明现有一般人工林和集约经营人工林的现实生产潜力, 对现实人工林经营有着重要的指导意义。但这两种指标就人工林对气候生产潜力的利用程度, 尚难作出评价。本项研究在利用已有研究、试验成果进行评价的同时, 引入气候生产力指标, 对影响我国人工林生产力的自然与人为因素, 进行综合分析评价。

1.2.2 各研究树种蓄积量与生物量的转换

依据公式B=V/C·Pj, 将各树种样地蓄积量转换为生物量。式中, B为生物量, 单位kg/hm²; V为人工林总蓄积量(现存量+间伐量); C为所换算树种树干生物量占全树生物量的比率; Pj为该树种木材基本密度, 单位g/cm³。不同林龄林分间伐量的确定, 以林场小班经营记录的间伐次数及各次间伐量统计数据为准。

1.2.3 植物气候生产力估算方法

气候生产力估测方法较多(贺庆堂, 1986;刘世荣等, 1994;邵海荣等, 1989;袁嘉祖, 1988)。该项研究考虑到便于同现有研究成果的比较应用, 以及我国人工林分布的实际等因素, 采用具有较高精度和被广泛采用的Thornthwaite Memorial模型, 对有关省区内不同区域植被可能生产力进行估算, 作为评价人工林生产潜力的参考依据。模型为:TSPv=3000[1-e^{-0.0009695 (v-20)} ], 该模型是以全球自然植被调查资料为基础而建立的, 是对自然植被可能生产潜力的最大化估测模型。将其用于人工林生产潜力评价, 可能会产生估测结果偏小的情况。因为影响人工林生产力的因素, 除自然条件外, 还有人为的作用, 而人为活动的目的在于促进人工林更好地生长。如选用具有更高生产力的造林树种, 和创造更好的生长条件, 相同自然条件下的人工林, 在正常经营条件下, 其生产力一般均大于天然林。但在尚未建立人工林气候生产潜力模型的情况下, 将自然植被气候生产力估测模型应用于人工林, 仍不失其参考价值。式中:TSPv为植物气候生产力(g/m²·a); 3000为统计得到的地球上自然植被最高生产力(g/m²·a); V为年均实际蒸发散量, 由Ture公式计算:V=1.05N/[1+(1.05N/L) ²]^1/2。式中, N为年均降水量(mm); L为年均最大蒸发散量, 由式L=300+25t+0.05t³计算, 其中t为年均温。L与t之关系, 在N > 0.316L时适用。否则, 取V=N。

2 结果分析 2.1 影响我国人工林生产力的气候因素分析

森林培育是一项开发利用自然光、热、降水诸气候资源, 借助于土地而从事的生物生产活动。就现有技术和经济条件而论, 仍是一个多依赖于自然力和在很大程度上仍受制于自然力的有机物质生产过程。因此, 其实际生产力水平, 在很大程度上决定于生长区域的气候及土壤生产潜力。

依据全国人工林主要分布省(区) 525个气象站年均温和年降水量资料, 按Thornthwaite Momorial模型, 计算各地的气候生产力, 并将全国第四次森林资源清查各省(区)人工林林分面积资料与之对应比较, 结果汇总于表 1。由表 1结果可见, 我国人工林主要分布区不但气候生产潜力不高, 且全国人工林面积分布格局与气候生产力不相适宜, 即人工林有很大面积分布于气候生产力较低地区。如东北林区气候生产力为7.146t/hm²·a, 仅相当于南方集体林区的42.7%, 但却集中了全国近1/4的人工林林分面积; 气候生产力平均仅达南方集体林区70%的西南、华北区, 又集中了22.77%的人工林林分面积。而气候生产力较高的南方集体林区, 人工林林分面积仅占全国人工林林分面积的50.56%。这就是说, 我国人工林林分有近一半的面积, 分布于气候生产力较低的区域。

经对上述全部省(区)人工林现实生产力与其气候生产力线性相关关系分析及检验, 成、过熟林均与气候生产力达显著水平。可见, 气候生产力的高低, 对人工林生产力水平有着重要的影响。而我国人工林在低潜力区分布面积偏大, 从而加大了气候对生产力总体水平的负面影响作用, 是造成现实人工林生产力低下的客观因素之一。

按人工林现实分布格局, 在不考虑其它因素(即假定其它因素均为最优)的条件下, 若按各区最速生之造林树种, 且全部达到气候生产潜力的理想状态, 则全国人工林木材平均生产力为24.69m³/hm²·a。若按我国各地集约经营条件下可能达到的高产水平计算(南方集体林区杉木达气候生产潜力的40%, 华北地区杨树达80%, 东北林区落叶松达70%, 西南林区马尾松达80%) (孙长忠等, 2000), 全国人工林现实林分木材平均生产潜力应为12.27m³/hm²·a。

2.2 我国林地质量对人工林生产力总体水平的影响

以上是在假设全部人工林均为优良立地质量的理想状态下所进行的最大化估计。实际上, 根据对黑龙江森工系统有林地、江西全省林业用地及有林地、辽宁清原县集体林林业用地、福建全省林业用地、福建顺昌、三明、德化等9县(市)有林地、四川旺苍县林业用地、广西岑溪县等不同区域有林地或林业用地立地质量调查数据的统计, 其Ⅰ、Ⅱ类质量林地面积所占比率范围为21.73%~80.51%, 平均值45.22% (孙长忠等, 2000)。若假定天然林与人工林有着相似的立地质量, 这就意味着我国人工林林分中亦仅有约45%的林地面积具有较好的立地质量。对此林分集约经营, 才有可能达到较高的生产力水平。

再根据《〈中国1:100万土地资源图〉土地资源数据集》中各省有林地Ⅰ、Ⅱ类立地质量面积比率, 以对应于第三次全国森林资源清查有关人工林资料¹⁾, 就较好立地质量之人工林面积整理、汇总, 列于表 2 (《中国1:100万土地资源图》编图委员会等, 1991)。这里需要说明的是, 为了与《土地资源数据集》之评价标准相对应, 表 2中立地质量等级仍采用了生产中尚在使用的综合定性评价标准。Ⅰ、Ⅱ类(等)立地在“黄泛平原森林立地亚区”之刺槐林, 其立地质量分别相当于≥20和16~18指数; 意大利杨分别为24~22和20~18指数; 泡桐分别为≥46和46~40指数(张万儒, 1997)。在四川, 对马尾松分别相当于15和13指数²⁾; 在广西, 对马尾松分别相当于 > 16和14~16指数³⁾; 在福建, 对杉木分别相当于 > 16和14~16指数(李宝银, 1995);在辽宁, 对长白落叶松分别相当于19和17指数(张剑等, 1994);在黑龙江则分别相当于Ⅰ、Ⅱ地位级¹⁾。

1)中华人民共和国林业部.全国森林资源统计(1984～1988), 1989.

2)四川林业勘察设计院.长江上游(川江部分)水源涵养林水土保持林立地分类与评价研究报告(铅印),1990, 64.

3)广西林业勘察设计院, 岑溪县林业局.广西壮族自治区岑溪县林业资源二类调查与绿化达标结合的研究,1994:148.

1)黑龙江省森工总局森林资源调查管理局.黑龙江省森工国有林区森林资源一类清查资料汇编, 1990, 17.

现仍以各大区速生树种所能达到的气候生产力高产标准, 推算较高等级立地质量林地生产力, 剩余面积按达高产林分的50%标准, 进行全国人工林生产力估算。经按各大区立地质量等级面积比率及生产力换算后, 得出全国人工林气候—立地生产力(木材)平均水平为8.6m³/hm²·a。

由以上分析结果可见, 由于立地质量的限制, 使本来就不高的气候生产力水平, 又降低了近30%。

2.3 人工林林龄结构现状对现实生产力总体水平的影响

林木在生长发育过程中, 无论是树高、胸径还是材积, 均表现为S型曲线增长形式。如此生长规律便决定了幼龄林无论在林分蓄积总量, 还是蓄积年生长量方面, 一般均低于中龄林分。然而, 在一个完整的森林资源持续发展体系中, 它又是不可缺少的重要一环, 且在龄组结构正常的资源状况下, 并不存在幼龄林对总体生产力的影响问题。但在我国现阶段的人工林资源中, 由于龄组结构严重偏于常态, 幼龄林所占比率高达54.3%。这就意味着我国人工林现实蓄积量水平, 在很大程度上受制于幼龄林的生长状况。这种特殊的龄组结构形式, 无疑对人工林现实生产力总体水平, 具有一定程度的负面影响。现就其作用程度简略分析如下:

当人工林培育以生产木材为对象时, 在假定木材需求保持不变, 且成熟林单位面积产量相对稳定的条件下, 按照法正林理论, 其幼、中、近和成熟林各龄组面积应相等(相近), 即各龄组各占1/4, 现实人工林平均蓄积量应为各龄组均值, 即为幼龄14.6m³/hm²; 中龄50.96m³/hm², 近熟65.29m³/hm², 成、过熟加权平均75.14m³/hm²的平均值51.50m³/hm²。现实人工林由于不合理的龄组面积比率, 平均蓄积量仅为33.31m³/hm²。从而使蓄积量总体水平下降了35%。

实际上, 木材需求是随着社会的发展而逐年递增的。按照近年统计资料, 我国年递增量约为1%~2%。若按照木材需求年递增1%的动态, 安排各龄组合理结构面积, 仍以现有成、过熟林面积100.27×10⁴hm²为基准, 以10a为一个龄级, 则按复利公式可求得各龄组中值年龄时的面积比率分别为:成:近:中:幼=1:1.16:1.29:1.42。按现实各龄组生产力水平计算, 其总体平均单位面积蓄积量理论值应为48.74m³/hm²。现实人工林蓄积水平与其相比, 不合理的龄组结构使生产力的总体水平下降了31%。

综合以上分析结果, 我国人工林在现有各龄组生产力水平条件下, 由于龄组面积比率不合理而使总体生产力未达应有水平, 其下降幅度为31%~35%。若人工林的龄组结构合理, 则其生产力应在现有总体水平上提高46%~55%, 总平均蓄积量应达48~51m³/hm²。由此可见, 由于现有人工林各龄组生产力普遍偏低, 即使龄组结构达理想状态, 其总体生产力水平仍然不高。若不在提高林地生产力上下功夫, 而期望依靠调整龄组面积结构, 或等待幼龄林成长为成熟林, 而达到改变人工林总体生产力水平低下的现状, 是难以实现的。

3 小结

按人工林现有分布格局, 全部达到气候生产潜力的理想状态, 全国人工林平均生产潜力为24.69m³/hm²·a; 按现阶段我国各地集约经营条件下, 可能达到的高产水平计算, 全国人工林平均生产潜力为12.27m³/hm²·a; 全国人工林气候—立地生产潜力, 平均水平为8.6m³/hm²·a。

我国人工林由于龄组面积比率不合理而使总体生产力未达应有水平, 其下降幅度为31%~35%, 合理龄组结构的人工林总平均蓄积量应达48~51m³/hm²。总体生产力水平仍然不高。