抚育间伐的理论基础.docx

第一章抚育间伐的理论基础一、抚育间伐概念 : 是在林分郁闭后至成熟主伐期间， 对未成熟的森林定期重复地伐去部分林木，为保留的林木创造更好的生长条件，同时获取一部分木材的经营措施。因在林分成熟主伐前进行，又称谓“中间利用采伐 ”或简称 “间伐 ”或 “抚育采伐 ”。国外因间伐产品是否具有市场价值分为：商用前间伐 (precommercial thinning ，PCT ）商用间伐 (commercial thinning,CT)二、抚育间伐的目的1、通过调整林分的组成和密度，促进林分生长，提高目的树种产量，缩短轮伐期；2、通过早期利用，提高总产量；3、通过清除劣质林木，提高林木产品质量；4、通过清除受害林木个体，改善林内卫生状况，增强林分抗性；5、通过结构调整，发挥森林的多种效益1、调整林分的组成，降低密度，促进生长，缩短轮伐期调整组成解决种间竞争（ interspecific comp.) 和增加目的树种比重天然林中，控制低价值树种的种群数量，保证目的树种在林分中的优势地位；人工林中，控制天然发生的低价值树种的种群，保证人工栽植树种的优势地位。降低林分密度解决种内竞争（intraspecific comp.)天然林和人工林均存在林分密度过大问题；激烈的种内竞争导致所有个体生长缓慢培育周期长；林下阴暗，凋落物分解缓慢，地力下降。2、通过早期利用，提高总产量间伐，经济回报提前，以短养长；森林木材总产量间伐量主伐量 +枯损量间伐利用了一些将被淘汰，枯损的林木，增加了总产量3、清除劣质林木，提高林木产品质量在竞争中存活的林木，也会存在干形、材质等问题；抚育间伐中， “留优去劣 ”，清除不良林木；后续培育中，培育目标明确；产品质量高，经济价值高，培育的投入产出提高。4、清除受害林木个体，改善林内卫生状况，增强林分抗性间伐清除林内长势不良木、病虫害木、风折风倒木、雪折木，减少林内寄主、可燃物数量；降低病虫害和森林火灾的发生。5、通过结构调整，发挥森林的多种效益间伐改变林分结构；增加林内环境的异质性，提高生物多样性；林地植被充分发育，凋落物质量高，水源涵养、水土保持能力增强；林下更新提前，为下一代森林奠定基础；林相改善，美学价值高三、森林的生长发育时期及特点根据林木个体生长发育， 林木之间、 林木与环境之间的相互关系变化特点， 划分为 6 个生长发育时期。幼龄林壮龄林中龄林近熟林成熟林过熟林1. 幼龄林时期（森林形成时期， Juvenile stage）：从栽植到林分郁闭。特点：a.幼树散生，树冠尚未相互交接，个体间的竞争弱；b.非目的树种、灌木、杂草的竞争对幼树构成严重的威胁；c.幼树对林地养分完全依赖。主要营林措施：对竞争植物的控制和土壤管理。2. 壮龄林时期 (森林速生时期， Pole stage ） : 幼林经过对环境的适应和生长，树冠郁闭，形成森林环境。特点 ： a.高生长加快，并逐渐达到最大；b.林分高度郁闭，林下光照变弱，植被种类、盖度减少；c.林木个体间的竞争激烈，生长差异明显，部分林木死亡。主要营林措施：抚育间伐。3. 中龄林时期 (森林成长时期， middleaged stage） :森林高生长开始变缓，直径生长加快，并逐渐达到最大。特点 ： a.树冠生长迅速，叶面积迅速增加；b.胸径和材积生长旺盛，逐渐达到最大；c.林木个体间的竞争强度下降。主要营林措施： 继续不断调整林分密度。4. 近熟林时期 (Premature stage): 林木开始结实，直径和材积生长趋于缓慢。特点 ： a.林分保持郁闭，个体间的竞争明显减弱；b.林木生长和林分外观表现一定程度的稳定性。主要营林措施：弱度抚育间伐（生长伐），并考虑林下更新。5. 成熟林时期 (Mature stage） : 大量结实阶段，胸径和材积生长非常缓慢。特点 ： a.林冠逐渐疏开，林木间的竞争几乎消失；b.林木大量结实，生物学方面表现成熟；c.林木个体大小达到工艺要求（工艺成熟）。主要营林措施：及时主伐更新。6. 过熟林时期 (Over-mature stage） : 结实能力和质量显著下降，自然衰老。特点 ： a.生长停滞，甚至出现蓄积量下降；b.出现枯梢 /心腐等生理衰老症状；c.易于感染病虫害。主要营林措施：用材林不易保留到该时期。尽快采伐更新。四、林木分化与自然稀疏规律1、林木分化与自然稀疏（ 1）林木分化（ Crown differentiation ）同一树种、相同年龄的林木组成的森林，郁闭后，不同个体在树高、胸径方面存在差异的现象。（ 2）自然稀疏（ Self-thinning) 随着年龄增长， 森林单位面积株数不断自然减少的现象，是林木分化的必然结果。林木分化和自然稀疏的主要原因是林木个体间的竞争 和不同个体在遗传 （ geneticsvariation ）上的差异和所处的微立地 (microsite) 的不同。2、影响林木分化和自然稀疏的因素树种特性：喜光树种（落叶松、山杨、 白桦、樟子松）自然稀疏早，强度大，林分较稀疏。耐荫树种（云、冷杉），相反。林分初始密度：初始密度越大，分化早，程度高；林分年龄：壮龄林时期分化最为强烈；立地条件：立地条件越好自然稀疏开始越早；贫瘠、干旱立地，开始晚，但郁闭后自然稀疏强度更大。3、林木分化、自然稀疏与抚育间伐的关系为什么要进行抚育间伐？在自然状态下，林木分化和自然稀疏是一个漫长的过程，符合优胜劣汰自然法则。但这一过程影响培育进程和培育目的。培育周期延长竞争制约着整个林分内林木的迅速生长；产量、质量较低淘汰结果可能不符合栽培目的获胜者的可能为非目的树种或目的树种的非优良个体，限制产量和质量的提高。林分稳定性下降林分高度郁闭，生境单一，食物网不完整；树木发育不良；养分循环缓慢。五、林木分级方法1、 克拉夫特林木分级法2、 寺崎的林木分级法3、 霍莱的林木分级法4、 Dunning 异龄林分级方法5、植生组分级法1、 克拉夫特林木分级法按照林木的生长和树冠发育状况，对壮龄林后的同龄纯林中的林木进行分级。分作两组， 5 个等级。第一组生长正常的林木级木优势木（dominant）树高、胸径和树冠最大，树冠上部位于林冠层之上，上方和侧方部分接受直射光；级木亚优势木(co-dominant)树高、胸径和冠幅略低于优势木，树冠高度也超出林冠层，上方接受直射光，侧方少； 级木中等木(intermediate)树高、胸径较前两级小，生长正常；树冠较窄，位于林冠中层，仅上方受直射光；第二组生长落后的林木级木 被压木 (overtopped1, or suppressed)，树高和胸径生长落后，树冠仅顶部进入主林层，几无直射光。级木 濒死木（ overtopped2 ），完全位于林冠下层，生长极为落后，树冠稀疏而且不规则，部分死亡。应用 : 主要应用于壮龄以后的同龄针叶纯林；优点 : 简便易行，并可作为控制抚育间伐强度的依据。缺点 : 分级主要考虑林木在林分中的生长和地位，没有考虑树干的形质。5、 植生组（小群体）分级法植生组分级是首先将天然林划分成植生组（位置接近， 树冠间关系相对密切的一群林木），在植生组内划分3 级木：培育木（优良木）树种、生长发育符合经营要求；多处于林冠中、上部，更新树种位于下部；有益木不妨碍培育木生长，促进其自然整枝，土壤改良。有害木妨碍培育木和有益木生长，干形、健康状况差。在此基础上，砍伐有害木和部分有益木。六、密度与林木生长及干形材质的关系密度与叶量，密度与单株和林分产量，密度与形质。为何抚育间伐与修枝、施肥配合使用1、密度与林分生长（ 1）密度与叶量:a.稀疏的林分中，总叶量与密度正相关；b.郁闭的林分中，总叶量与林分密度无关，但分配到林木个体的叶量随密度增加而减少，个体生长量也减少；c.抚育间伐后，随着林分再郁闭，林分叶量恢复到间伐前水平，单株叶量大幅度增加；d.抚育间伐促进生长的途径就是在林分接近郁闭条件下，维持较大的叶面积指数（LAI）和单株叶面积，加速个体生长，缩短轮伐期，提高单产。（ 2）密度与单株材积和产量（密度效应规律）最终产量恒定法则：在一定范围内农作物和草本植物单株生物量随密度增加而降低，随密度增加而增加；达到足够大密度时，单产恒定。该规律也存在于林分密度效应中。单产则1/V=AN+B竞争密度效果倒数式1/M=A+B/N产量密度效果倒数式(V- 单株材积 ;N- 密度 ;M- 单产（蓄积量） ；A,B- 随发育阶段变化的常数）2、密度与干形材质密度与节子节子大小受环境影响极大，低密度侧枝大，整枝晚，无节材比重小。密度与木材比重大密度导致生长轮中晚材比重增加，致使木材比重增加。密度与尖削度尖削度随密度的降低而增加；密度与幼龄材低密度条件下，树木幼龄材的比重增加3、保留木对扩大生长空间的反应（ 1）生长加速 相对水分、养分分配和光照的增强，使光合效率增加；随着树冠的扩大，单株叶面积增加，光合产量大幅度上升。主要反映在胸径和材积生长上。（ 2）间伐休克（ thinning shock) 过大强度的间伐，光环境变化剧烈，导致阴生叶和阴性树种生理不适，甚至死亡。（3）徒长枝增加光环境的变化，使得侧枝光合改善；刺激休眠芽发育，形成徒长枝，不利无节材培育。第二章抚育间伐的种类和方法根据 2009 年国家 “森林抚育规程 ”（ GB/T 15781-2009) 之规定， “按森林生长发育顺序，可采用下列抚育采伐种类”：透光伐；疏伐；生长伐；卫生伐（特殊情况下采用）。因疏伐和生长伐只是实施时间不同（中壮龄林和近熟林），间伐方法没有本质差异，通常将合并称为 “生长伐 ”。一、透光抚育及对象一、透光抚育 (Juvenile stand spacing) 及对象：概念： 在幼龄林阶段后期，在人工林或天然林中清除非目的树种及灌木、高大杂草及过于密集，形质不良的目的树种，促进保留木生长的营林措施。对象包括：1、抑制目的树种生长的次要树种、灌木、藤本、高大草本；2、密度过大，生长落后、干形不良的目的树种个体；3、萌生植株或过多的萌生条；4、下层更新成功的上层过熟林木和霸王树。二、透光抚育的方法1、全面抚育：全面伐除抑制目的树种生长的非目的树种、藤条灌木及密度过大的劣等林木。适于人工林和分布均匀、郁闭度较大的天然林。2、团状抚育：抚育仅在有主要树种的群团内进行，砍除抑制主要树种幼树生长其它植物。降低抚育投入。适于天然林。3、带状抚育：将林地分成若干带，在带内（1-2m) 抚育，保留主要树种，清除次要树种。带间（ 3-4 不抚育）不抚育。成本低，水土保持作用强，森林小气候变化小。适于天然林。三、化学除草剂的应用利用化学除草剂（herbicide) ，采用叶面喷洒、土壤喷施、干基注射/涂抹、伐桩涂抹等方式，杀死非目的植株和抑制萌条发育。通常存在环境问题，慎用。四、时间、次数与强度开始时间：幼林郁闭后，目的树种受到非目的树种、灌木、杂草压制时；林冠下更新幼树生长受抑制时。作业时间：夏初，完全展叶时。个体间关系明晰；减少伐根萌条；保留木柔软，不易砸伤。次数：根据次要树种萌芽生长状况，每2 5 年再进行12 次。透光抚育无经济回报，尽量减少次数。强度：以单位面积解放/保留主要树种株数表示。第二节生长抚育下层疏伐、上层疏伐、综合疏伐、几何疏伐做法及适应对象；生长抚育 (thinning) ：幼林经过透光抚育后，进入壮龄林阶段，此后至主伐前所进行的抚育采伐称为生长抚育，或称疏伐、间伐。任务：林分自壮龄后至成熟主伐前，为解决目的树种个体间矛盾，不断调整林分密度，促进保留木生长，提高质量，缩短轮伐期生长抚育在林木分级的基础上进行，根据选定采伐木方法，分为4 种：1、下层抚育法（Low thinning ）； 2、上层抚育法（Crown thinning ）；3、综合抚育法（Free thinning ）； 4、机械（几何）抚育法（Geometric thinning ）1、下层抚育法（Low thinning ）（1）采伐木的选择首先砍除居于林冠下层生长落后、径级较小的濒死木和枯立木，此外也砍伐极个别的、粗大的、干形不良的林木。特点是不改变自然选择进程的总方向，基本上是以人工稀疏代替林分的自然稀疏。（2）优缺点及适用林分条件优点 :a.简便易行，容易确定采伐木及采伐强度；b.林分保持稳定不削弱林分对风倒、雪压等抵抗能力；c.改善林分的卫生状况作用强。缺点 :a.改善林分环境的作用弱，尤其采用弱度间伐时；b.收获量小，产品价值低（小径材）。适用条件：同龄针叶纯林。2、上层抚育法（Crown thinning ）（1）采伐木的选择首先砍除居于林冠上层的非目的树种，或形质不良， 树冠庞大、 经济价值较低的目的树种，此外也砍伐下层中密集和濒死的林木。采伐后形成上层稀疏的复层林。特点是改变自然选择进程的总方向，基本上是以人工选择代替自然选择。（2）优缺点及适用林分条件优点： a.林分环境改变较大，对保留木生长作用大；b.林分维持复层结构，促进上层木自然整枝，光能利用高；c.间伐材产量高，规格大，收益较高缺点：林冠层变化较大，抗风倒、雪害能力下降。适用林分条件：针阔混交林、复层林、阔叶混交林3、综合抚育法（Free thinning ）（1）采伐木的选择既从林冠上层选伐， 亦从林冠下层选伐林木。 在划分植生组的基础上进行。 总体原则是培育优良木，解放有益木，采伐有害木。特点是综合自然选择和人工选择， 在重点培养上层优良木的同时， 解放下层具有培养前途、生长落后的林木。自然选择的总体方向不变。（2）优缺点及适用林分条件优点： a.林分环境改变较大，对保留木、有益木生长作用大；b.林分维持复层结构，促进上层木自然整枝，光能利用高；c.间伐材产量高，规格大，收益较高缺点： a.林冠垂直变化较大，抗风倒、雪害能力下降；b.技术要求高，需要丰富的树木生态学和群落生态学知识。适用林分条件：可用于混交林和分化较大、耐荫性树种的纯林总结：以上的各种抚育采伐方法都是以林木分级为基础进行的，择砍伐木，统称为 “选择性 ”（ Selective thinning) 抚育。基本按照 “留优去劣 ”的原则选优点是改善林木品质作用强，缺点是采伐木的选择较为复杂，不利于机械施工。相对应， 有 “非选择性疏伐”，即几何疏伐或机械疏伐(Geometric thinning, Mechanicalthinning) 。4、机械（几何）抚育法（ 1）采伐木的选择间隔一定距离，机械确定采伐木，整行、整带采伐。一般采伐行，保留2 4 行。（2）优缺点a.工艺简单，作业方便，适合机械化作业，效率高；1 2b.便于伐后采伐带内人工更新、人工促进天然更新；c.产生林缘效应促进保留木生长效果好；d.部分伐优留劣，影响林分生长和质量；e.边行木突然暴露，有风倒危险。（3）适用林分适用于分化不明显的人工林首次间伐。以后的间伐， 则采用选择性间伐。第三节卫生伐卫生伐 (sanitation cutting) ，林分遭受病虫害、 气象灾害和火灾后， 伐除时区培育前途的受害木的抚育采伐方法。目的是清除林内病虫害侵染木和树势衰弱、即将被侵染的林木，保持森林健康。第三章抚育间伐的技术要素第一节抚育间伐的开始期开始期是抚育间伐要解决的首要问题，影响间伐收益、保留木生长和干形材质。开始早：不利于保留木干形和木材品质，且间伐材规格小， 间伐收益较低， 。开始晚：影响保留木的生长，轮伐期延长，伐后林分稳定性较低。确定间伐开始期需综合考虑：a.树种生物学、生态学特性（生长速度、自然整枝和耐荫性）；b.立地条件；c 林分初始密度；d.经济及经营条件。透光伐在幼林郁闭后要及早实施，卫生伐则在需要时实施。生长伐抚育则根据如下林分特征确定 ：林分生长量、林木分化程度、林分 /树木的外貌特征一、按林分生长量分析确定林分平均直径和胸高断面积连年生长量(CAI) 的变化，受到林分密度的直接影响。直径和断面积连年生长量的变化，可以作为抚育间伐开始期的决定性指标。二、按林木分化的程度确定林木分化的程度指示林木竞争强度，可作为确定间伐开始期的指标。根据下面3 方面确定：1、根据林木分级在林木分化过程中，IV 、 V 级木的数量比例随着林龄的增长而增加。一般认为，当IV 、 V 级木在林分中的数量比例达30左右时，则应进行首次间伐。2、根据林分直径的离散度林分的直径离散度，是指林分平均直径与最大和最小直径的倍数之间的距离。一般在林分直径离散度达到0.8 以上时，应开始首次间伐。3、根据林分的株数按径级分配的比例密度越大， 则林木分化越强，小径木比例越高。 当小径木达到一定比例时，开始首次间伐。平均直径作为1.0, 0.8 以下的小径木占总株数的1 3 时；小于林分平均直径的株数大于总株数的40%时。三、按林分的外貌特征确定：冠形变化动态；自然整枝的高度；郁闭度1、 树冠大小变化动态林木树冠大小直接受到林分密度的制约；树冠大小与林木直径和材积生长正相关；根据冠幅（ Crown Width ）和冠长（ Crown Length ）的动态确定抚育间伐的开始期。有时也采用冠表面积和体积指标。2、自然整枝的高度自然整枝过程与密度密切相关，同时受树种特性影响；自然整枝影响光合，从而影响胸径、材积生长；阳性树种在自然整枝达到1/3H 时，开始间伐； 干形通直度差的阔叶树宜晚。阴性树种自然整枝滞后，虽然整枝低于 1/3H ，但下部枝条贡献率低，且产生有节材，也应及早间伐。3、郁闭度 :林分郁闭度达0.9 左右时，林内树冠交接重叠，竞争激烈，应及时间伐。疏密度达到0.9 以上时，开始间伐。（疏密度是现实林分胸高断面积/ 蓄积与相同立地条件下标准林分胸高断面积/蓄积的比值）Conclusion ：开始期主要视林分生长、密度、经济、经营状况而定。首次间伐宜在林木生长量下降，尤其是胸径生长量明显下降时开始。林分郁闭度超过0.9，自然径级0.8 以下的小径木占1/3 强，或林木自然整枝达 1/3H 以上时开始。间伐材太小、太少，收益差，可推迟开始期，以林分达到一定直径作为抚育间伐开始期的控制指标。第二节抚育间伐的强度-如何定性确定抚育间伐强度？一、间伐强度的表示方法1、蓄积强度：以采伐木的材积（v）占林分蓄积量（V）的百分率表示间伐强度（Pv）Pv= v/V 100（）2、胸高断面积强度：以采伐木的总胸高断面积（g）占林分原总断面积（采伐强度（ Pg）Pg g/G 100（）G）的百分率表示蓄积强度和胸高断面积强度的优缺点优点：可直接了解间伐材的数量及林分疏密度降低的情况；缺点：不能说明采伐后林木营养面积的变化，在施工时不易控制。3、株数强度：以每次采伐木的株数（n）占原林分总株数(N ）的百分率表示采伐强度（Pn）Pn=n N 100（）优点： 可直接掌握林木营养面积的变化；在施工时比较容易掌握。人工林抚育采伐时常采用这种方法。缺点：不同密度的林分，采用相同强度，保留木营养面不同，需要补充保留木密度指标；相同密度的林分，相同株数强度，由于抚育间伐的方法不同，林分结构差异很大。Pv 与 Pn 关系：Pv d2 Pn （ d=dc dmbt ）当 d 1 时， Pv > Pn ，上层抚育 ;当 d 1 时， Pv < Pn ， 下层抚育 ;当 d=1 时， Pv = Pn ，机械抚育。一般根据 Pv 的大小，采伐强度分为：弱度：Pv<15 ；中度：16 <Pv <25 ；强度：26 <Pv <35 ；极强度： Pv>36抚育间伐总强度间伐总材积/主伐时蓄积量100（）。弱度： 4050；中度： 5175；强度： 76100；极强度：100。2、确定强度的方法定性方法：预先确定抚育间伐的方法，根据林木分级确定采伐木，由此确定强度；（ 1）定性方法根据林木分级： 在林木分级的基础上，选择间伐方法，确定采伐木等级，由此确定间伐强度；根据林分郁闭度或疏密度：郁闭度 /疏密度达0.9 时，间伐；伐后郁闭度和疏密度分别控制在不低于0.6 和 0.7。第三节采伐木的选择一、确定采伐木的原则：留优去劣，适当照顾距离；同时考虑树种多样性。1、伐除部分低价值树种混交林中，保留价值高的树种和实生起源的个体；非目的树种有条件地予以保留：a.替代木：长势好，竞争的目的树种为不良木；b.占位木：伐除导致大林窗；c.改良土壤木：针叶纯林中的阔叶树、固氮树种等；d.辅佐木：对培育木干形和自然整枝有益的林木2、伐除形质低劣、生长落后林木同样考虑上述保留条件；3、伐除受害木病虫鼠害、火烧木、机械伤害木；4、保留野生动植物的生境枯立木、枯倒木、站杆等；5、保留特种用材林需要的林木个体风景林干形奇特的林木；防护林满足防护需求的林木