科学构建生态健康的北京城市森林

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  北京是我们伟大祖国的首都,其生态建设和环境保护的好坏不仅关系到北京市1300万人口的健康,也是我国生态建设和环境保护好坏的一个重要标志,代表我国在国际上的形象。2008年奥运会能否达到预期“绿色奥运”目标,生态建设和环境保护是一个非常重要的方面。如何保证投入的巨大人力、物力和财力建立起来的森林能够发挥应有效益,并且能够长期、持续、稳定地保障北京的生态安全,尽快建立北京城市森林生态健康性评价体系,以及对现有人工林进行近自然化改造是一个非常重要而紧迫的任务。
  
  生态健康是森林发挥其生态效益的根本保证
  
  一般人认为不管造什么林都是生态林,只要搞了绿化,就能发挥生态效益,增加森林就会改善生态状况。这种将森林与生态效益划等号,混淆生态概念的现象,对造林绿化工作十分有害。世界各国人工林营造过程中大量不尊重自然的行为,使得人为建立起来的森林、草地等人工植被,从生态角度而言是不健康的,导致森林病虫害大量发生,稳定性下降,生物多样性减少等现象频发,危害日益严重,人类为此付出了沉重代价。北京在这方面有过深刻教训,而且问题尚未得到根本解决。例如多年来采用单一树种大面积营造人工纯林,使森林内的生物多样性减少,造成病虫害大量发生。油松、侧柏是北京山区造林的主要树种,自1980年以来,油松连年遭受油松毛虫的危害,使每年生长量极小,有的开始衰退死亡。大面积侧柏林现正受到双条杉天牛威胁,仅以十三陵林场为例,全场13万亩森林中,侧柏纯林就达6.5万亩,占森林总面积的50%,2001年有3.5万亩侧柏林受双条杉天牛危害,受害率达26.9%,已造成大片林木受害死亡。侧柏是北京市的市树之一,目前侧柏林面积达到90多万亩,而且还在不断增加,双条杉天牛对侧柏的危害面积正逐年扩大,危害程度日趋严重。
  平原地区多为大面积杨树纯林,由于病虫危害严重,在短短40多年里,不得不频繁更换栽植树种,如50年代钻天杨,60年代加拿大杨,70年代北京杨,80年代欧美杨,90年代又换成毛白杨。主要病虫害有杨扇舟蛾,杨小舟蛾,春尺护,舞毒蛾,杨树黑斑病,杨树黑叶病,杨树溃疡病,杨树腐烂病,杨树根癌,光肩星天牛和桑天牛等。严重病虫害加上树种频繁更替在经济上和生态作用上都造成了巨大损失。
  另外,城市草坪近年来也增长很快,但从目前发展情况看,问题较为突出,社会上对绿化的认识不到位,普遍认为有了植物,铺了草坪就是绿化,因此一些公司仅以绿期长为第一标准,大量引进国外草种,然而,欧美国家的气候条件湿润,雨水丰富,草的根系极短,根本不适应北京干旱的气候条件,北京很多地方出现草皮根系不向下扎,不能自己寻找和吸收土壤水分,靠全人工浇水,由此形成的生态系统极不稳定,其生态价值很低。而且由于大量浇水,过多修剪,对于水资源缺乏、尘土量大的北京市而言也很不合适。
  外来物种造成的生态入侵问题也越来越突出,我国20世纪50年代作为猪饲料从美洲引入的植物凤眼莲(俗称水葫芦),经推广后大量繁殖,现在成为恶性杂草,堵塞河道,破坏水生生态系统,威胁本地生物多样性,昆明滇池受害极为严重。紫茎泽兰1935年在云南南部发现,20世纪70年代传人四川凉山州,现已在云南、四川一带泛滥,所到之处排挤其他植物,堵塞渠道,危害畜牧业,形成生态灾难。北京的火炬树,抗旱性强,繁殖力强,根茎萌生力强,具有成为生态入侵植物的潜在威胁。
  造成以上问题的原因是多方面的,但其中一个重要因素,就是到目前为止,我们对城市森林本身的生态健康状况重视不够,并对怎样营建生态健康的森林研究不多。例如,我国对于植树造林和城市绿化工作的评价主要采用成活率,覆盖率等简单的数量指标,而对于采用什么植物种类,以何种方式和配置等这些形成生态系统的关键问题没有系统的评价指标和限制规定,从而造成不管怎样只要绿起来就行,至于绿得是否健康?是否符合自然规律,则很少考虑。
  然而,城市森林能否发挥其预期生态和社会效益,首先要看森林自身从生态角度是否健康,是否稳定,就如同我们每个人一样,如果没有健康的身体,能力再强,本事再大,同样也不会对社会做出较大贡献。生态健康的森林是发挥其各种效益的先决条件,相反生态不良的森林,不但起不到改善生态环境的作用,还会产生严重负面影响,给城市可持续发展留下重大隐患。
  
  森林生态健康性评价
  
  什么样的森林才算生态健康?采用哪些指标能够对生态健康状况进行客观评价?这是问题的关键,只有建立起一整套科学的、可操作性强的评价指标体系,政府有关部门才有可能对森林营建工作进行指导和监督,保证新建立森林从生态的角度是健康的。遗憾的是,有关森林生态健康性方面的研究我国几乎是空白。
  这方面工作开展得较早的是德国,20世纪70年代末期德国发现森林生活力不佳的情况,称之为新型森林受害现象,首先提出了森林健康状态的概念并开始了观测和研究工作,随后,由德国开始的森林健康状态监测和评价工作影响并迅速地扩大到了整个欧洲。
  但是,目前德国和欧洲形成的森林健康状态监测技术体系主要偏重对森林受到污染后出现的健康问题,即所谓的新型森林受害的概念,例如大气沉降物中磷化物、氮化物、氨气和臭氧等对森林产生的危害,这是属于外因造成的森林健康问题。而本文所指的生态健康性是从森林或森林的动植物组成、结构、空间布局,以及各种营建森林的技术措施等对将来森林的健康状况、稳定性的影响,属于内因造成的森林或森林健康问题。
  因此有必要对怎样才算是生态健康的森林?采用什么指标对其进行评价等关键问题进行研究。开展北京城市森林生态健康性研究,就是要搞清楚在北京所处自然环境条件下,什么样的森林是生态健康的、稳定的、符合自然规律的,能够最大限度地发挥其生态效益?采取什么评价指标体系能够全面评价城市森林的生态健康性?提出哪些措施对于形成生态健康的森林有利,哪些不利?主管部门可以根据哪些指标更好地验收造林绿化成果等等。这项研究对于正在进行大规模生态环境建设的北京市,乃至全国而言,如何建设良好的生态环境,迎接2008年的“绿色奥运”,以及指导全国造林绿化工作具有十分重要的意义。
  以下是对北京城市森林生态健康性评价体系的初步设想:
  第一个层次是对全市的植被进行生态健康性评价。主要从宏观角度出发,以景观生态学为理论基础,通过研究全市植被种类、各类型植被面积大小和分布格局,摸清北京所处自然环境条件下,科学合理的植被配置形式和组合,提出相应评价指标和关键阀值,其作用主要表现在对全市生态环境建设的宏观指导,如何选择树种,如何进行配置,哪里可建人工林,哪里适应发展天然植被,怎样布局才能形成符合景观 生态学原则的稳定结构,以形成整体健康的植被格局。
  第二层次主要针对较大面积的片林,灌丛,或草地,从植物种类,组成,结构,配置,物种多样性、病虫害情况,土壤水分和养分等方面,对森林健康状况进行评价,提出适宜北京自然条件下,科学合理的森林营建模式,并建立相应评价指标和关键阀值,其作用是指导和监督在生态环境建设中,具体到每一林地,灌丛,或草地在建设时应注意哪些问题,
  其中的一些评价指标和关键阀值可作为主管部门对一些生态环境建设项目的验收指标,从根本上扭转目前生态环境建设重数量,轻质量的问题。
  第三层次主要针对行道树,孤立木等形不成较大面积的散生植被,从植物与环境的关系角度,对其进行健康性评价,由于城市发展很快,很多楼房与道路的建筑工程措施对形成健康的森林非常不利,通过对各种措施与植被关系研究,提出在进行行道树绿化时应注意的问题。同时对引进植物的繁殖特性进行研究,提出生态入侵的危险性等级。
  总之,森林生态健康性评价体系在宏观角度,从植被类型、面积和分布状况等特征,建立对整体森林生态健康状况进行评价的指标体系。在微观角度:从土壤、水分、养分、病虫害、生物多样性、稳定性、投入与环保效益比等多方面提出森林生态系统生态健康性评价指标,建立数学模型,定量评价森林的生态健康性,并通过回归方程和相关性分析,筛选出简单、方便、可操作性强的评价森林生态健康性的指标。
  
  现有人工林近自然化改造
   北京市现有林木面积1075万亩,其中人工中幼龄林的面积为520万亩,占现有森林面积的84%,多是上世纪60年代至80年代营造的人工林。这些人工林基本上定位为生态公益林,大多数林分属于水源涵养林、水土保持林、风景游憩林等。主要分布在大中小水库集水区、水土流失易发区和生态脆弱地区,处于北京城的上风上水地段,承担着首都地区的防风固沙、保持水土、水源涵养、空气净化、二氧化碳代换、游憩娱乐和景观美化等繁重的生态防护和文化服务功能,起到了改善首都生态环境的重要作用。
  由于历史的原因,北京市的这些中幼龄林多为纯林,极为单一的林分结构和树种组成导致林分生长缓慢,有碍森林游憩,影响森林生态效益的发挥,并阻滞森林向健康方向演替。与可持续发展的长期目标不符。这些人工中幼龄林的大部分造林树种以侧柏、油松、落叶松等针叶树为主,并且缺乏适当的抚育间伐措施,林下植被稀疏,土壤酸化、生物多样性锐减,林分的生长量大大降低,甚至停滞。难以很好地发挥其生态保护作用。另外,过去营造的人工林均以用材林模式为主,为保证成林,初植密度都很大,而抚育管理的主要投入,集中在未成林造林地的抚育管理方面,人工林郁闭成林后的中幼林抚育与生产经验非常有限,技术上仍然沿用用材林经营的模式。当今的北京社会对森林的需求已从木材生产效益转移到生态和环境的综合效益方面,因此,这种效益是单一树种、单一年龄、单一层次的人工林所难以满足的。
  北京市政府于2002年提出在7年内,把全市的中幼林进行一次抚育的目标,并于同年开始了抚育作业。如何把握住这个机会,促进将人工林改造成为生态健康的森林,是北京市中幼林抚育工程的当务之急,也是北京市生态环境建设中急待解决的问题。在森林生态健康性评价体系尚未建立以前,如何将现有不健康的人工林改造成为生态健康的森林,是目前林业工作面临的一个重大课题,可以说我们没有专门的理论指导和相关的经验积累。但是,可以借鉴德国的“近自然森林经营”理论,
  “近自然森林经营”是指充分利用森林生态系统内部的自然生长发育规律,从森林自然更新到稳定的顶级群落这样一个完整的森林生命过程的时间跨度来计划和设计各项经营活动,优化森林的结构和功能,充分利用森林的各种自然力,不断优化森林经营过程,从而使生态与经济的需求能最佳结合的一种真正接近自然的森林经营模式。
  近自然经营的林分施业体系与同龄人工林相比有本质的不同,其不同和优越性主要表现为:
  以乡土树种为主要经营对象,以保持立地生产力,并保证不出现早期生长衰退、爆发性病虫害等不可挽回的灾难;
  理解和利用自然力,实现林分的天然更新,且更新总是不断地在较小的面积上进行;
  以森林完整的生命周期为计划的时间单元;
  参照立地环境、地被指标植物、森林演替阶段和潜在原生植物为目标森林,并设计调整林分结构的经营措施,
  标记目标树并对其进行单株木抚育管理,目的是在保持森林生态功能的前提下,实现高价值林木成分(目标树)的最大平均生长量;
  采用择伐作业,基于对林分结构和竞争关系分析,确定抚育择伐的具体目标,以通过采伐实现林分质量的不断改进,
  尽可能分析各种经营措施的生态和经济后果,保证设计的体系是全区域最优的:
  定期对森林的生长和健康状态进行监测和评价。
  可喜的是,中国林业科学研究院的专家在密云水库周边的三个区域内进行了“近自然森林经营”的试点工作。试点的结果数据表明:
  在保持森林生态系统结构和功能稳定的基础上,近自然森林经营具有投入成本低、抗灾害能力强的特征。保证了林业投资效果,没有生态风险和灾难性后果。在同一空间的森林内,同时实现经济、生态和社会效益。整体经营的总生产力和经济效果高于同龄林人工纯林经营体系的水平。
  在群落生境图技术支持下,近自然经营计划是以具体的森林生态系统(植物群落)为基本单元,注重具体地域的数据调查、演替阶段分析、近自然度的评价。与具体立地环境中自然稳定的顶级群落为参照目标进行计划,是设计森林经营过程和措施的科学方法。大量数据表明其应用可节约至少30%的造林经费,大提高了保水量,同时提高林分的生长量在25%以上。
  目标树单株木林分施业体系,采用正向抚育择伐作业。可将现有林分的蓄积量提高一倍以上,并实现森林的多品种。多等级产品的生产,保证林业经济的稳定和可持续发展。
  试点的经验告诉我们,在北京地区实施人工林近自然化森林经营改造是完全可能的,这对保护水源起到了十分重要的作用。
  
  北京城市森林建设的未来
  
  过去我们为尽快增加绿地面积,提高森林覆盖率,把森林当成简单的事物对待,未能充分认识到森林与我们人类—样是有生命的群体,是一个复杂巨系统,应该按照自然规律去开发利用与恢复重建。大面积营造人工纯林就是这一认识指导下的必然结果,使我们在林业发展上的投入与产出不但未达到预期效果,而且还出现了许多严重问题。现在我们必须重新认识森林,树立科学的林业发展观。
  建立北京森林生态健康性评价体系。发挥北京的人才优势,组建由科研、教学和生产有关专家、学者及技术人员组成的专题组,开展关于建立北京森林生态健康性评价体系的研究工作,在全国率先构建森林生态健康性评价体系,这对于深刻认识关于森林的自然规律,树立科学林业发展观,更好地指导林业生产具有极其重要的意义。
  以“近自然森林经营”理论为指导,对现有人工林进行近自然化改造。推广密云县三个试点地区的经验,在北京市对中幼林进行一次抚育的工程中,采用近自然森林经营计划的方法聘请有关专家和技术人员对北京市现有人工林地进行经营及作业设计调查,绘制北京市人工林群落生境图并制定经营计划:实施目标树单株木林分施业体系,并对森林实施动态监测评价及调控技术。
  (责编:耿国彪)
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