（林业经济管理专业论文）森林资源可持续控制技术研究.pdf

摘要 森林资源的可持续意昧着对森林生态系统的生态过程和功能的维护，但在现有 的知识水平和技术条件下，还不能够完全实现对生态过程及其功能的控制。基于生 态系统结构与功能密切相关的原理，本研究从森林资源的非空间结构和空间结构两 方面出发，探讨森林资源的可持续控制。主要研究内容如下： ( 1 ) 统计分析了跨度为4 0 年资源动态变化过程，并分析了造成资源结构不合理 变化趋势的深层次原因。结果表明，林龄结构幼龄化，树种结构次生化，森林生产 力降低是资源动态变化的特征。长期以来在林业生产经营中，没有严格执行森林经 营方案，而是实行过度集中的皆伐采伐方式，是导致资源结构不断恶化的根本原因。 虽然近期来的资源管理和人工造林状况的改善，森林面积有所回升但蓄积量和树 种、林龄结构的改善仍是长期艰巨的任务。采用科学合理的技术方法进行资源结构 调整，是实现资源可持续的当务之急。 ( 2 诤i 研究从现实资源结构出发，根据可持续经营原则和相关理论确定了森林资 源结构的调整目标。人工林为了实现最大经济效益的持续稳定，其目标结构应当为 法正均匀的林龄向量，其林龄结构调整可利用典范模式实现。天然林由于其林龄向 量转移的滞后现象，造成传统的法正林模型不适用于天然同龄林，本研究根据现实 林龄结构和相关理论导出了天然次生林的可持续特征林龄结构，并采用线性规划方 法，构造了以择伐方式为主的天然林优化调整模型，其调整目标为呈等羞基数的林 龄向量。 ( 3 ) 本研究进行了1 9 5 8 年和1 9 9 8 年两期景观格局的空间特征定量分析，并且通 过地理信息系统的叠置分析，确定了4 0 年各种景观类型的转移概率。两期景观格局 的空间特征定量分析的结果表明，在景观空间组成上，1 9 9 8 年景观类型增多，但成 过热林斑块比例显著减少作为顶级群落的天然针叶类斑块的比例进一步减少；在 景观空间构型上，景观中斑块数量增加，平均斑块面积减小，在斑块粒径结构中小 斑块数量增加，边缘数量增加，同类斑块间的隔离程度增加，说明景观的破碎程度 加剧。4 0 年的景观转移状况叠置分析的结果表明，景观的地类转移比较理想，1 9 9 8 年相对于1 9 5 8 年有林地的面积有所增加，但从树种、林龄和蓄积量的转移来看并不 理想。 ( 4 ) 利用线性规划模型，确定各分期的采伐面积。然后，本研究以g i s 空间数 据库为基础，利用了包括d e m 模型的水文分析、g i s 缓冲区分析、基于空间拓扑 关系查询分析等各种相关g i s 空间分析功能，以2 5 年为分期，模拟了3 种空间采 伐模式和选择规则。利用人工神经网络模型对这3 种空间采伐模式实旋后的森林生 长进行预测，并以预测的结果作为输入数据来生成下一期的采伐方案，从而生成了 包括多个分期的空间采伐方案。最后利用g i s 空间分析功能分别对这3 种采伐方寨 实施后所形成的各期景观空间结构进行评价。使得经过一定的经营分期的采伐与更 新后，能够达到特定的林龄结构和空间结构，实现了森林经营的空间决策，这是保 证森林经营中充分发挥森林的多种功能和价值的基础。 s u s t a i n a b l i t yo f f o r e s tr e s o u r c e sm e , m s m a i n t e n a n c eo f e c o l o g i c a lp r o c e s s e sa n df u n c t i o n s h o w e v e r , c o m p l e t ec o n t r o l l i n go fe c o l o g i c a lp r o c e s s e sa n df u n c t i o n sc a n n o tb er e a l i z e d u n d e rp r e s e n tk n o w l e d g , ea n dt e r , h n o l o g i c a lc o n d i t i o m b a s e do nt h e p r i n c i p l e t h a t f u n c t i o na n ds m m t u r ea r e c l o s e l y “- k l t c d ，t h i ss t u d yf o c u s e do n f o r e s tr e s o h r c ：e sd y r l a l i c s o nr e s p e c to fb o t ha s p a f i a la n d 叩鲥a ls t r u c t u r et or e a l i z es u s t a i n a b l em a n a g e m e n to f f o r e s tr e s o 嘲m a i nc o n t e n t sa sf o l l o w s ： f i r s t , f o r e s t 职u “：船d y n a m i c sd u r i n gp a s t4 0y e a r sf o r m1 9 5 8t o1 9 9 8w a sa n a l y z e d , a n dt h ei nd e p t hc a u s eo f t h e w o r s e n i n go f r e s o u r c e ss t m c t u r ew a sd i s c u s s e d , t h er e s u l t s h o w st h a t , t h ec h 缸a d o e 枷co ft h ec h a n g i n gt r e n di s a g es t r u c t u r eb e c o m i n gy o u n g e r , s p e c i e s s t r u c t u r e d o m i n a t i n gb ym o r es e c o n d a r yf o r e s t , a n dp r o d u c t i v i t yd e c r e a s i n g c o n t i n u o u s l y m a j o rl e , t 盐o ni sd u e t om a n a g e m e n ts c h e m e sw e r en o tc a r d e do u ts t r i c t l y o v o fl o n gt i 腿w h i l ee x c e s s i v ea n dc o n c e n a a t e dc l e a r - c u td o m i n a t e dt h em a n a g e m e n t p r a c t i c ei no r d e r t op u r s u es h o r t - t e r mp r o f i t f o r e s tr e s o u r e e sa d m i n i s t r a t i o na n d p l a n t i n g w a sc n l m n c c di nr e c e n ty e a r s w h i c hb r i n gt h ea r e ao ff o r e s t e dl a n di n c r e a s i i l g h o w e v e r , i ti ss t i l lal o n g - t m ah a r dt a s k 协i n c r e a s et h ef o r e s ts t o c ka n dt oi m p r o v e s p i c e ss m l e m r e a n d a g e s t r u c t u r e i no r d e rt ok e e pt h es u s t a i n a b i l i t yo f f o r e s tr e s o u r c e s ，i ti sv e r yu r g e n tt o a 由u s t r e s o t l r p ss 订u c t u mw i t hs c i e n t i f i ca p p r o a c h e sa n d t e c h n o l o g y s e c o n d , a c c o r d i n gt op r i n c i p l e so f s u s t a i n a b l em a n a g e m e n ta n do t h e rr e l e v a n tt h e o r i e s ， t h eo b j e c ts i i u c t u r ew a sd e d u c e df z o mp r e s e n tr e s o u r c 髂s t r u c t u r e o b j e c ts m a c t u o f p l a n t a t i o nf o r e s ta i m e d 吐e v e n f l o wo fh i g he c o n o m i cp r o f i ts h o u l db en o r m a le v e na g e v e c t o r w h i l en a t u r a l 泓o n d a r yf o r e s t , w i t hl a g g i n go fs t a n d a g eg r o w t h , c a n n o th e s u s t a i n e dw i t hn o r m a lc v c na g ev e c t o r i t s o b j e c t s t r u c t u r es h o u l db eav e c t o ro f a r i t h m e t i c a l p m g r e , s s i o n u s i n g l i n e a r p r o g r a m m i n gt e c h n i q u e , s t r u c t u r e 删u s t i n g o p t i m i z a t i o nm o d e l s w a sc o n s t r u c t e d t h i r d 1 a n d s c a p e s a - u c t u r eo fb o t h1 9 5 8a n d1 9 9 8w a sa n a l y z e dq u a n t i t a t i v e l y , a n d l a n d s c a p eu - a n s f 龃 p r o b a b i l i t yw a sc a 】枷a 女e d o nr e s p e c to f l a n d s c a p ec o m p o s i t i o n , p a t c h t y p e sw a si n c r e a s e di n1 9 9 8 ，b u tt h ea r e ar a t i o o fe o f l t l l r ea n do v e r - n l a d 1 l ”p a t c hw a s 妇a s i n gs t r i k i n g l y , a n dc o n i f e rp a t c h ( b e l o n g i n gt ol o c a lc l i m a t i cc o m m u n i t y ) h a v i n g d e c r e a s e df 3 1 r t h a f , o nr e s p e c to fl a n d s c a p ec , o n f i g u r a f i o nl a n d s c a p eb e c o m i n gm o l e f r a g m e n t e & i n1 9 9 8 ，i nt h a tn u m b e r o f p a t c h c s ，r a t i oo fs m a l lp a t c h e s ，a m o u n to fe d g e i n c r e a s e d , a n di s o l a t i o no fp a t c h e s ，m e a np a t h s i z ed e c r e a s e d a c c o r d i n g1 0a n a l y s i so f l a n d s c a p e 口a i l s f e r , l a n d - t y p et r a n s f o r m a t i o n i sv e r yi d e a ls i n c e & r c ao f f o m a t e dl a n d s c a p e w a s i n c r e a s e d ，b u ts p e c i e s ，a g ea n d f o r e s ts t o c k i n gt r a n s f o r m a t i o nw e l en o t g o o d i n 也ce n d w i t hg i ss p a t i a ld a t a b a s ea st h eb a s i s , u s i n gd e m b a s e dh y d r o l o g i ca n a l y s i s ， g i sb u f f e ra n a l y s i s , t o p o l 晒c a lr d a t i o n s h i pq u e r ya n do t h e rr e l e v a n tg i ss p a a a ia n a l y s i s f i m c f i o n s , 3 d i f f e r e n t s p a t i a l h a r v e s t p a t t e r n w e r e s i m u l a t e d o v e r 9 2 5 - y e a r s i m u l a t i o n t i m e s t e p s i ne a c hi t e r a f i o n ，h a r v e s ta r e aw a sd e c i d e db yt h el i n e a rp m g r a r a i n g r n o d a z , a n d s t a n dd e v e l o p m e n tw a sp r e d i c t e dw i t han e u r a ln e t w o r km o d e l ，t h e nt h e r e s u l t e d l a n & c a p cs u u c t u mi sn l e a s u r o d s oa st oa c h i e v ed e s i r e da g es t r u c t u r ea n dl a n d s c a p e s t r u g t u r e ，t or e a l i z es p a t i a ls u p p o r td e c i s i o n - m a k i n g i ti st h eb a s i sf o rs u s t a i n a b l ef o r e s t m m 也g e m e n t t oi n t e g r a t em u l t i p l ev a l u e sa n df u n c t i o n sa sm a n a g e m e n to b j e c t k e y w o r d ：f o r e s tr e s o l l r c 髓s t r u c t u r e , s u s t a i n a b l ec o n t r o l l i n g , l a n d s c a p es t r c u t u r e , s p a t i a l d e c i s i o nm a k i n g 东北林业大学博士学位论文 可持续发展日益深 地影响着人类的认识和世界的进程，它包括三个方面，即 社会、经济、环境的可持续发展，其中环境的可持续发展是社会、经济可持续发展 的基础。森林是一种可再生自然资源，不仅能够为人类提供多种产品和服务，而且 作为陆地生态系统中的主体，森林具有维护地球生命环境、改善人类生存空间的生 态价值的功能，在人类的生存和发展过程中起着不可替代的保障和支持作用。人类 在步入工业文明的相当长的个时期内，由于对于森林与人类休戚与共的关系没有 给予应有的认识和关注，导致了全球范围内森林资源的持续减少和生态环境的逐步 恶化，这是当今人类社会生存和发展过程面临严重威胁的最重要原因之一。对森林 资源的科学合理的保护和利用，不仅关系到林业自身的发展，而且对于整个社会的 人口、环境与发展格局，具有举足轻重的地位和广泛影响。随着可持续发展理论和 实践的不断深入，传统的森林经营受到了挑战。如何实现森林资源的可持续经营成 为当前可持续发展研究中一个重要的内容。 1 1 森林经营由。优化向。控制。的转变 森林经营受自然地理条件、社会经济发展水平、文化背景、森林资源状况等因 素的影响，存在着一定的地域差异，但从理论与实践的角度来看，森林经营的发展 和变化有着相似的轨迹和趋势。与社会生产力的发展相对应，森林经营经历了从盲 目破坏与浪费i 逐步转向自觉地保护与扩大森林资源的过程( 张建国，吴静和， 1 9 9 6 ) 。 真正意义上的森林经营起源于寒带、温带高纬度的欧洲，而后在全球范围内得 到传播。工业革命后，欧洲许多国家由于当时社会快速发展，木材需求大增，森林 资源遭受大量破坏，并出现了木材饥馍问题，木材生产的永续利用思想由此诞生。 一百多年来，以木材生产的永续、均衡收获为中心的理论体系和思想，对近代世界 林业的发展产生了深刻的影响，今天的商品林实际经营中，重点考虑内容仍主要为 木材采伐的经济收益问题。传统森林经营理论的特点可概括为( 黄清麟，1 9 9 8 ；潘存 德，1 9 9 4 ) ： 森林斑源可持续控制技术研究 第一，以森林的单一术材生产为中心，目的是要通过对森林资源的管理，向社 会均衡提供木材； 第二，以法正林思想为核心。不论是完全调整林，还是广义法正林，不论是同 龄林还是异龄林都充分体现出以经济价值最大化和生产的持续稳定的特征； 第三，以收获调整和森林资源蓄积量管理为技术保障体系的核心； 第四，以林场或林业局为范围的部门生产组织管理形式并以林班和小班为基 本单元组织森林经营单位。 第二次世界大战以后，随着人口、资源、环境和社会发展中出现的种种矛盾的 展现，在世界范围内开始发生了对传统的森林经营理论的变革。本世纪五十年代， 德国将森林的多功能利用和永续利用原则结合在一起，提出并倡导多用途林业 ( m u l t i p l eu s ef o r e s t r y ) ，然后欧洲其他国家、美国、日本、印度在五、六十年代也 相继采取了这种经营思想( 沈国舫1 9 9 8 ) 。这种经营思想的产生反映了二十世纪以 来林业在认识和实践上的深化：一方面森林的环境和社会服务功能越来越被深刻的 认识和重视；另一方面森林的物质产品利用也具有了越来越大的规模和深度，有了 这两个方向协调综合发展的必要性( 沈国舫，19 9 5 ) 。 由于多用途林业提出和运行时，环境问题并没有达到非常尖锐的程度，对森林 生态系统的认识也不够完整，随着森林经营与生态环境、社会经济发展的矛盾日益 激化，多用途林业的框架和着重点己不能完全适应新的形势的需要。在1 9 9 2 年联合 国环发大会以后。森林经营思想和理论朝着可持续发展的方向发生了真正意义上的 深刻变革。目前世界各国处于对森林可持续经营的探索阶段，对森林经营在认识上 有了新的观念： 首先森林经营的目标都强调森林的全部功能和价值而不是单一的经济目标。 其次都强调森林经营中对自然生态规律的遵循，实现经营中对森林自身结构 和功能的协调，维护生态系统的健康和完整性。同时承认人类关于生态系统在知识 上的有限性，在经营中采取适应性经营或一定的保守性。 第三，森林经营要考虑各种社会经济因素，实现合作决策。 目前国外有关森林资源经营管理的理论有两类；一是以德国为代表的永续利用 和回归自然的经营理论另一类是以美国为代表的森林效益主导利用与生态系统经 营的理论，这两种理论有许多相通之处。而我国从自身的实际情况出发，确定森林 分类经营为当前我国林业实现向现代林业( 可持续林业) 转变的途径。但应当注意 到，目前普遍对于森林资源的分类比较关注。分类经营中分类是前提、经营是核心， 经营技术水平的提高需要引起重视，这是我国林业可持续发展的一个重要前提。 2 东北林业大学博士学位论文 l 。l 2 森林资源可持续的概念 随着可持续发展理论和实践的不断深入，关于可持续森林经营理论和技术体系 的研究成为当前的研究热点，其核心问题是如何实现森林资源可持续。然而目前对 于森林资源可持续的概念，尚未形成一致的精确定义，通常认为是b r u n d t l a n d ( w c e d , 1 9 8 7 ) 关于可持续发展定义的逻辑外延：既要满足当代 对森林资源的需 求，又不对后代人满足其对森林资源的需求构成危害( f e r g u s o n ，1 9 9 6 ) 。但从代际 公平性来定义森林资源的可持续，并不会有助于在可操作层次上指导森林资源的可 持续利用( f c r g u s o n , 1 9 9 6 ) ，或在森林经营中平衡不同森林价值和功能目标( p e l t , 1 9 9 3 ) 。 从生态系统角度来阐述森林资源的可持续性被认为更有实际意义( d i x o na n d f e l l o n , 1 9 8 9 ；l u s t , 1 9 9 5 ；t o m a n a n da s h t o n , 1 9 9 6 ) 。在这种概念框架下，森林资源的 可持续体现为对森林生态系统的各种生态过程和功能的维持，或在森林生态系统弹 性和稳定性限度内对森林资源的多目标利用，森林经营的目标涉及到生物多样性、 森林生产力、生态系统健康与活力、水土保持、碳循环、游憩、森林社会文化价值 等多方面的内容。 在生态系统途径的概念框架下，为了度量一个国家和地区可持续森林经营水平， 大量研究关注可持续森林经营标准和指标体系，它也是制定可持续森林经营战路的 重要依据。这些研究可分为三个层次：( 1 ) 国际组织立足于全球或大的区域所展开 的指标协调行动，其中最具有影响的包括热带木材组织进程( r r t o ，1 9 9 2 ) 、赫尔辛 基进程( h d s i n k ip r o c e s s ，1 9 9 5 ) 和蒙特利尔进程( m o n t r e a lp r o c e s s , 1 9 9 5 ) 。这些进 程的在制定背景和具体内容上有所差异，但其核心内容基本上相似。其中，森林资 源状况、生物多样性、森林的健康和活力、森林的生产功能、森林的保护功能、森 林的社会经济功能以及森林可持续经营的政策法律和机构框架，作为基本要素都得 到了充分的体现。( 2 ) 各个国家本着既从自身的实际国情、林情出发，又与国际研 究接轨的原则，分别研究和制定各自国家可持续经营的标准和指标体系目前已有 新西兰、日本、俄罗斯、美国、印尼等国先后制定了国家标准和指标体系框架( 张 玉珍等，1 9 9 9 ) 。我国根据中国的国情、林情，并借鉴和吸收国际有关研究成果，制 定了中国森林保护和可持续经营标准和指标体系( 中国林科院林业可持续发展研 究中心，1 9 9 6 ) 。( 3 ) 在国家内部，根据地域分异规律，进行区域级和经营单位层次 的标准和指标的应用研究( 如：m r o s e k , 2 0 0 1 ) 。目前各层次上的标准和指标体系的 研究基本上都处于起步或初步验证阶段。 森林资源可持续控制技术研究 在具体森林经营实践中，可持续森林经营标准和指标体系很少得到应用来实现 资源的可持续( p r a b h u e ta 1 ，1 9 9 6 ；v a n n ae ta 1 ，2 0 0 0 ) 。多指标决策方式可操作性不 强的主要原因有以下几点：( 1 ) 虽然可持续经营标准和指标体系能够比较客观的实 现可持续性的评价，对森林经营提供一定程度上战略性的决策支持，但很难具体的 评价各种经营措施对生态系统的影响，尤其是涉及到时间尺度和空间尺度时；( 2 ) 由于森林生态系统和具体社会经济状况的区域差异性，森林的可持续性并没有可供 借鉴的统一标准，由于在过去的经营和研究中侧重于森林的木材生产，很难获得详 实可靠的本底数据来确定适合当地具体状况的可持续性目标：( 3 ) 多指标经营决策 方法的基础和前提条件是完备的数据信息，使得经营决策的制定、实施和反馈过程 中自b 够全面、合理的反应森林状况的变化。由于经营水平和技术条件的限制，仍将 有待于在今后相当长的时期内，进一步完善和提高资源监测手段和相应的经营技术， 才能使可持续经营标准和指标体系具有可操作性和实际应用价值。 1 1 3 森林资源的可持续控制 传统的森林经营，在假定静态的环境条件下，以单一林分或林分集合体为决策 对象，针对森林特定的产品，以经济价值最大化和生产的持续稳定( e v e nf l o wo f p r o d u t i o n ) 为目标，i 宙出于森林实施不同方式的采伐、更新等经营作业，寻求某种 符合人类需求的“优化”的资源结构。但这些“优化”往往造成不良的生态后果， n o s s ( 1 9 9 3 ) 对传统的森林经营有尖锐的批评：相对于健康的森林，经营过的林分 结构简单化，林龄幼龄化，林分破碎并相互隔离，自然干扰循环受到抑制，由于交 通的扩展人为干扰日益增强。这些交化严重影响了演替、生物多样性、水文循环、 土壤生成和保持等自然生态过程的动态格局。 当前，从绝对数值和相对与木材生产两方面来看，森林的环境功能和其他非木 产品和服务的对于社会越来越重要。而且，在全球范围内以自然为核心观念的可持 续森林经营的思想成为主流( p o o r e1 9 8 9 ；o l d e m a n1 9 9 1 ；b r o o k sa n dg r a n t1 9 9 2 ； s e y d a c k1 9 9 5 ) 。人们更加深刻的认识到，森林作为生态系统是以林木为主体的，由 生物因子和非生物因子共同构成的，通过长期的相互作用和适应形成了具有层次结 构性、开放性和在一定范围内自我调整的稳定有机整体，而不是人类消费的无限制 的生产者。维持森林生态系统的长期稳定、健康和完整性是实现各种森林功能和 价值的基础和前提条件。森林被看作是一个白组织系统，在动态的环境条件中产生 不断的变化。森林经营要有利于这种自我调整能力( s e l f - r e g u l a t o r yc a p a c i t y ) 的发挥。 东北林业大学博士学位论文 在这种认识下，o l d e r a a a ( 1 9 9 1 ) 指出：开展针对某特定产品或服务的森林经营 活动的最佳方法，是忘掉这特定产品或服务，而是追求对森林的健康和完整性的 维护和加强。 由于目前人们对生态系统的内在规律的了解还十分有限，很难确定既保证生态 过程的正常运行，又可以最大化的满足 、类对森林的各种功能和价值需求的最优结 构。这也就意味着可持续的森林经营应有适应性和一定的保守性( t o m a ne t a 1 1 9 9 6 ) ，其着重点由“优化”转交为“控制”，而不是根据主观的经营目标去追求自 然或人工的“顶级状态”( c o r o n aa n ds c o t f i ，1 9 9 8 ) 。森林经营应在现有的对生态 规律认识的基础上，根据具体森林生态系统自身的生态特性，采取相应的技术手段 和经营措施实现资源的可持续控制，来协调生态、环境和社会经济目标之间的矛盾。 1 1 4 森林资源结构控制及其空间尺度 生态系统中的物理要素与生物要素的功能及其相互作用表现出复杂的动态特 征，由于人们对森林生态系统的了解还十分有限，在目前所具备的知识水平和技术 条件下，还不能完全实现对生态过程及其功能的控制。结构是产生功能的基础，只 有合理的结构才能产生良好的功能，但与结构或功能密切相关的因子却是多种的。 合理的结构不仅是维护系统正常运转的先决条件，也是充分利用资源的可靠保证； 同时也是系统适应外部环境的内在动力之源。根据生态系统的结构与功能是不可分 割的生态学原理，目前森林经营一般是通过对生态系统结构的控制入手，实现森林 生态系统自身结构和功能的协调，从而实现森林经营的可持续目标。 森林在不同尺度上具有不同的结构性。在生态系统中，生物地球化学循环的能 量流是生态系统的各种生态过程发挥其功能的基础，而各种生物组分和过程( 如生 物量、食物链、演替等) 则是这种能量流的外在表现。这决定了生态过程的作用是 开放的，不受经营单位边界的限制。但以森林生态系统为对象的经营要落实到具体 的尺度上才有可操作性。 林分是经营决策的最小单元，在这一尺度上的森林结构，包括以顶级群落建群 种为主的林分树种组成、异龄复层结构，以及倒木、枯立木、老龄树等林分微结构， 被认为对于森林的稳定和多种功能的发挥有着重要的意义( b a r n e s1 9 8 9 ；b o r l l 盯a n d c h o1 9 8 7 ；c a s s o ne ta 1 1 9 9 4 ；d o w n sa n da b r a m s1 9 9 1 ；f r a l i s hc ta 1 1 9 9 l ；h a m m i t a n d b a r n e s1 9 8 9 ；a n d e r s s o n , 2 0 0 0 ) 。延长轮伐期( h a l ee ta 1 ，1 9 9 9 ) ，采用对森林环境干 扰小的生态采伐方式( m r o s e k , 2 0 0 1 ) ，模拟自然干扰过程的采伐( h t m t e r , 1 9 9 3 ；l e e 森林资源可持续控制技术研究 e ta 1 ，1 9 9 7 ；a n n s 蛐n g ，1 9 9 9 ) ，促进自然的树种更新和演替过程( v a c i ka n di 雕 2 0 0 1 ) 等恢复和维持自然林分结构的经营技术和方式，成为可持续森林资源研究的 一项重要内容。 景观生态研究的不断深入对森林经营理论和实践产生了巨大的影响。传统的森 林经营主要是在时间尺度上考虑各种经营措施，即何时进行采伐、采伐多少以及如 何更新等方面的问题。以实现木材生产的最优经济目标，而不考虑各种经营措施空 间的分布。由于生态系统具有开放性的特征，林分之间存在着物质和岛b 量的交换， 林分的价值输出有赖于相邻林分的状况，更确切的说，取决于景观或更大区域尺度 上森林生态系统的生态过程和功能。森林的景观空间结构影响着多种生态过程，决 定了森林生态系统的各种环境特点，如干扰易感性、生物多样性和美学特点等，从 而影响各种森林价值的质量和数量( b m , g e s s a n ds h a r p1 9 8 1 ；砌r r i s1 9 8 4 ；f o r r a a na n d g o d o n1 9 8 6 ；w n c o v ee ta 1 1 9 8 6 ；t u r n e r1 9 8 9 ) 。实现森林的多目标可持续利用仅考虑 林分水平的经营是不够的( f r a a k l i n 1 9 8 7 ) 。目前，关于森林可持续经营的大量研究 都强调森林空间格局的重要性，把林分作为景观生态学的“斑块一廊道基质”模 型中的基本单元，在景观水平上分析各种经营活动引起森林生态系统结构的变化 以及这些变化对森林多种功能和价值输出的影响。 在景观生态研究中，景观( 1 a n d s c a p e ) 的概念必须同视觉美学意义上的风景， 和作为一般描述性的地形地物区别开来( n a v e ha n dl i e b e m m n , 1 9 8 3 ；f o r m a na n d g o d r o n , 1 9 8 6 ) 。景观生态学中的景观一词，比风景和地貌意义上的概念有更深而广 的内涵和外延，并有其特殊的意义，它是指多个生态系统或土地利用方式的镶嵌体 ( m o s a i c ) 空间尺度大体在几平方公里至几百平方公里的范围( f o r m a na n d g o d r o a , 1 9 8 6 ；f o r m a u1 9 9 5 ) 。森林景观空间结构可以用组成森林景观的林分斑块的 空间构型( s p a t i a lc o n f i g u r a t i o n ) 和非空间特征( a s p a 虹a lc h a s a e t e f i s t i c s ) 来定义。空 间构型包括斑块的大小、形状和相对空间位置等，非空间特征是指组成景观的斑块 的类型、数量及面积比例等。森林景观空间结构受到自然因子和人为活动的两方面 作用的影响而发生着动态的变化，这种动态将影响不同时期森林的各种功能和价值 的输出。例如，当前的皆伐斑块的特征将会在很大程度上决定将来可采斑块的特征。 当前的各种经营活动产生的景观结构很有可能会成为将来经营决策的限制。 传统的森林经营忽略了林分问的相互关系，没有考虑景观和区域等大尺度上森 林的稳定性和完整性对林分水平的森林健康及价值输出功能的影响。针对林分的森 林经营活动，在大面积范围内严重超出生态系统对干扰的承受能力后，会造成森林 生态系统在景观尺度上结构和功f p r , _ l ：的退化。事实上，相对于林分或较小范围森林 _ 6 东北林业大学博士学位论文 生态退化。对景观尺度或区域尺度上的生态退化的恢复，无论是在生态角度上的可 能性，还是在经济角度上的可行性上都远远小于前者。 另外从森林的价值输出功能来看，目前相对于木材产品，人们越来越关注森林 的生态环境功能和其他非木价值，如生物多样性保护、水源涵养、水土保持、森林 游憩等方面的价值。尤其是对于生物多样性的保护，仅仅依赖于“孤岛式”的自然 保护区，只会导致种群隔离、个体数量的萎缩和基因的退化，对自然保护区之外的 森林的合理经营对于生物多样性保护的意义重大。从目前的研究来看，生物多样性 保护途径主要可分为两种：是以物种为核，心的模式，确定目前的珍稀濒危物种 或对人类有价值的物种作为保护对象，咀保留定面积的适生生境作为森林经营的 约束条件；另一种是以景观、区域等大尺度层次为出发点的规划途径，因为自然的 景观格局是生物和环境长期相互作用和相互适应而形成的，恢复和保护经营区域的 自然景观格局，相对于被动地保护现存的濒危物种更具有意义，可以说是“治本治 源”的方法。稳定完整的自然景观格局对于水源涵养、水土保持、森林游憩等方面 的功能和价值的实现，也具有同样的重要意义。因此，从景观、区域层次上整体确 定经营目标和措施对是实现森林的多价值利用的必然途径。 从森林生态系统自身的特性出发基于对恢复和保持生态系统的稳定性和对于 更好的实现森林资源的多目标利用两方面的考虑，森林经营应以林分为基础单元， 在景观和区域等大尺度框架上整体考虑森林经营的资源目标，在不同尺度等级上综 合进行经营规划( h i e r a e h i e a lp l a n n i n g ) 是实现森林资源可持续经营的要求( c h u r c h e ta 1 ，2 0 0 0 ) 。 传统森林经营的目标主要是木材生产中经济效益的最大化，经营决策涉及到森 林资源调查、区划、评价，森林生长与收获、控制调整等技术与方法。其主要任务 是通过森林经营方案制定，并在实施后进行检查和反馈，不断修订经营方案，以实 现森林结构的调整和控制。通常采用林分生长收获模型和各种优化技术作为决策工 具，来安排采伐、更新等各种经营活动，需要处理的数据信息主要是包括与森林生 长以及木材市场价值有关的变量。这些经过长期积累形成的决策技术，对于现在的 商品林经营仍有重要的应用价值。 森林资源可持续控制技术研究 1 2 2 可持续经营身椰决策技术研究的内容与特点 面对公众压力、可持续发展针对环境的关注、生态理论研究的进展和日益涌现 的新技术，森林经营正面临着巨大的挑战，这种挑战带来了传统森林经营理念和经 营规划方式的改变。由于可持续思想的引入，森林经营需要在生态系统的稳定性和 弹性范围内，平衡社会对森林的各种需求圆船k e 硎b1 9 8 0 ) 。a n d e r s s o n ( 2 0 0 0 ) 指 出，可持续的森林经营需要多领域多层次合作的研究，他提出了以下几方面的研究 着重点： 1 ) 研究基于景观水平的经营规划方法和决策支持工具，在现有的知识程度上能 够综合考虑森林的多种价值和功能使政府管理者、公众、经营者得到高水品的决 策信息来制定经营日标，并能够及时的反馈经营的效果； 2 ) 基于现有的生态阈和干扰梯度的知识，研究可以保证生态系统在自我维持限 度内的经营方案体系，从而实现经营活动能够满足社会需求而不威胁到生态系统和 景观的整体性和生态稳定性： 3 ) 研究不同森林类型中对生物多样性保护的影响的关键结构( 如：倒木、枯立 木、老龄树以及异龄复层结构等) ； 一 4 ) 研究在不同气候、养分、水分条件下，植物生长与土壤、有害生物的因果关 系( 尤其是长期的关系) ，实现从机理e 对森林生长和生产力的了解，有助于经营活 动中实现森林生产力的长期可持续性； 5 ) 研究不同的森林经营对水质和植物生长的影响； 6 ) 对社会经济( s o c i o - e c o n o m i c s ) 因素的研究，包括森林经营的外部性、不同 价值和功能的计量、估计环境成本、成本效益分析等，使得经营中能够综合或平衡 不同森林价值和功能，实现区域的最大福利。 由此可以看出，可持续森林经营决策有着下列特点：1 ) 需要结合大量的生态、 经济和社会过程；2 ) 涉及到大量不同来源的决策变量；3 ) 要解决相互矛盾的各种 目标和限制条件；4 ) 同时涉及到空间尺度和时间尺度。传统的决策技术显然不能完 全满足这些要求。 森林经营规划大致经历了三个阶段( b a s k e n k l 9 9 7 ) 。在二十世纪六十年代，森 林经营中普遍使用收获表和各种公式来计算采伐限额，这些基于公式的方式，假定 森林生长对于整个森林是均一的。在七十年代起，开始在制定森林经营方案中使用 一8 - 东北林业大学博士学位论文 林分生长收获曲线和森林龄级结构等方式( h a l l ，1 9 7 8 ；w a n g c ta l ，1 9 8 7 ) ，同时数学 规划方法，主要是线性规划模型开始被应用于森林经营的规划设计中。这些方式虽 然认识到了森林的动态性，却忽视了具体林分的特征和森林的空间结构( b a s k e r a , 1 9 9 7 ) 。开始于八十年代末，由于数据收集( d a t ac o l l e c t i o n ) 、分析技术( 锄a l 蛐c a l t e c h n i q u e s ) 和计算技术( c o m p u t i n g t e c h n o l o g y ) 的飞速发展，促进了森林经营决策 的提高。尤其近年来遥感技术、地理信息系统等空间信息技术和方法的广泛应用， 使结合林分的相对空间位置、综合考虑森林空间结构的森林空间模型有了可能，成 为可持续森林经营研究的热点之一( m o o r ea n dl o c k w o o d1 9 9 1 ：b a s k e n ta n dj o r d a n 1 9 9 1 ) 。 经营决策模型主要包括两类：模拟模型和优化模型。模拟模型被用来对森林生 态系统动态过程的模拟和仿真，一般是通过回答“w h a t - i f ”类型的决策问题，比 较和评估不同经营方案来提供经营决策支持( t h o m a se ta 】，1 9 9 0 ；h a y n e s a n d w e i g a a d , 1 9 9 7 ) 。而优化模型则可以对某一决策问题在特定条件和特定目标下，获 得确定性的最优解( m o w e r a t a l ，1 9 9 7 ；r a u s e h e r1 9 9 8 ) ，一般采用数学规划方法，如 线性规划、目标规划、动态规划等。此外，基于可持续森林经营标准和指标体系的 多指标决策方法也得到了广泛的应用。值得注意的是，地理信息系统( g e o g r a p h i c a l i n f o r m a t i o ns y s t e m ，g i s ) 作为一个平台近年来得到广泛的关注它有如下显著 的特点：1 ) 具备管理和处理大量不同来源的空间和非空间数据信息能力；2 ) g 璐 具有强大的对多要素综合的空间分析功能，产生常规方法难以得到的隐含信息，而 且可以通过表达直观方式输出分析结果。并具有与专业数学模型或统计模型相结合 的能力；3 ) 还能够通过与遥感、全球定位系统等空间技术的相结合获取数据。基于 的g i s 平台的决策支持系统可以实现森林生态系统的时空动态仿真和模拟模型，优 化模型和多指标决策模型的结合和一体化。因此，g i s 技术在自然资源可持续相关 的研究和实践应用中具有优势和潜力。 地理信息系统技术能够实现在大区域范围内，对多种环境因子进行高分辨率的 综合分析，g i s 成为当前生态学研究的重要手段之一。如r e m i l l a r d ( 1 9 9 3 ) 和w e l c h 等( 1 9 9 8 ) 利用g 1 8 技术，根据巨型水生植物的数量与分布范围来预测水质：d a v i s 和g o , e t z ( 1 9 9 0 ) 通过对包括：h 鱼质、地形( 高程、坡度、坡向) 、晴天太阳辐射等环 境因子的多层数字地图分析，研究了植被空间分布格局以及植被与环境因子的关系； d a v i s 和d o v i e r ( 1 9 9 0 ) 利用g i s 建立生态土地分类系统并预禊4 各个环境因子与森 林生态系统景观格局的相关关系。j o h n