专家视点┃全球人工林环境管理策略研究

文章来源:中林联智库何友均,李智勇等2020-12-21 07:35

摘要:全球人工林为木材生产和缓解贫困做出了重要贡献,在减缓和适应气候变化中起到了非常重要的作用。文中在 介绍全球人工林资源的基础上,分析了人工林对生物多样性,水分循环,养分循环和碳循环的影响和相互作用机制,提出了人工林环境管理策略,即建立人工林多功能经营制度,通过森林认证助推人工林可持续经营,充分利用 REDD+机制提高人工林固碳效应的政策推动策略,加强生物多样性保护,降低人工林对水循环负面影响,提高人工林的养分循环,促进人工林生态系统碳循环的生态系统完整性策略,以及保育高保护价值区域策略和鼓励利益相关者参与人工林规划与管理策略。
 
经过良好经营的人工林不仅在木材和纤维制品供应方面起着举足轻重的作用,而且还能提供经济,社会,文化和环境效益。然而,在实践过程中,全球人工林发展也存在许多问题。例如,将天然林转换成人工林,在高保护价值区域发展人工林,破坏生态系统的完整性,损害利益相关者的利益等,从而导致人工林生态系统地力退化,水土流失,病虫害频发,生物多样性降低,景观破碎等诸多生态环境问题。由于全球环境问题和气候变化的影响,人工林发展中的环境管理越来越受到发达龙8游戏手机登录的关注和重视,已经成为人工林可持续发展的内在要求。为了进一步缓解人工林发展过程中的社会,经济与生态环境保护之间的矛盾,需要进一步创新人工林环境管理理念和策略,以便指导人工林可持续发展。
 
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人工林资源现状
 
据联合国粮食及农业组织(FAO)《2010年全球森林资源评估》报告显示,世界人工林面积为2.46亿公顷,约占全球森林总面积的7%,土地面积的2%,却为全球提供了50%以上的工业用材。在2000-2010年,由于大规模植树造林,人工林面积每年增加约500万公顷。
 
我国通过大规模植树造林和实施林业重点工程,人工林发展迅速。据2009年 11月公布的全国第七次森林资源清查结果显示,我国人工林保存面积0.62亿公顷,蓄积19.61亿立方米,人工林面积继续保持世界首位。据统计,天然林保护工程一期累计完成公益林建设1633万公顷,森林面积净增加1000万公顷。退耕还林工程已累计完成退耕地造林906.18万公顷,配套荒山荒地造林1356.11万公顷,新封山育林161.20万公顷。“三北”防护林体系建设工程30年来营造农田防护林253万公顷。长江流域防护林体系建设二期工程使全流域有林地面积由1989年的3974.40万公顷增加到2009年的5145.04万公顷。沿海防护林体系建设工程累计新建和改造基干林带9384公里,基干林带总长度达到17300多公里。太行山绿化工程经过16年(1994——2009)的建设,累计完成造林 1846万公顷。同时,平原绿化工程和速生丰产用材林工程建设也推动了人工林的发展。 
 
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人工林对生态环境功能的影响
 
2.1 人工林与生物多样性 
人工林培育及其相关活动对生物多样性的潜在威胁和影响主要表现在立地尺度,景观尺度,农药化学品和外来物种,不适宜的狩猎和采集活动,森林火灾等多个方面。
 
2.1.1 立地尺度的生境替代 
立地尺度的生境替代是人工林对生物多样性最直接和明显的威胁。如果在天然林区,泥炭区,天然或半天然草地以及苔原地种植人工林,原先的生境被改变,相应物种的数量和类型也会发生变化。就生物多样性而言,如果在以前的农地,退化土地上培育森林,生物多样性可能会有所增加。相反,如果将天然林砍伐后种植人工林,不仅改变了原来生态系统的整体结构和功能,还将导致生物多样性大量丧失。
 
2.1.2 景观尺度生物多样性的变化 
人工林导致生物多样性在景观尺度上的变化应该引起重视,但难以预测。例如在某个景观区域内,部分人工林景观的存在是否会增加或减少野生动植物在别处生存的机会?人工林有时能提供通道(廊道,缓冲区,核心区),使动物能够在天然林斑块间迁移(特别是鸟类和蝙蝠)到更远的地方,因此也可以传播更多的林木种子。人工林所处位置对于人工林在景观尺度上是否有助或阻碍生物多样性很关键,设计差的人工林会使生态系统更加破碎化,并且使本土的动植物被隔离。研究表明,在长周期人工林和更接近天然的人工林中,生物多样性很高,而在短轮伐期人工林以及集约经营的外来树种人工林中,生物多样性很低。
 
2.1.3 化学品和外来入侵种的潜在影响
人工林发展过程中需要经常使用除草剂和杀虫剂。大多数相关研究得出:如果正确使用化学药品对生态几乎没有长期的影响,但是如果化学药品和生物制剂没有得到合理使用,一些药品的毒性很大,会伤害到非目标物种,特别是用航空喷雾的方式危害更大。
 
2.1.4 不适宜的狩猎,捕鱼和采集活动 
为了发挥人工林的多重功能,在林区开展狩猎,捕鱼和采集活动是一种重要的森林游憩和经济活动。但是如果失去节制,则会损害生物多样性。在没有法规规定可以进行狩猎,捕鱼和采集的情况下,林业部门一般选择不开展上述活动。不过在那些依靠狩猎,捕鱼和采集为生的社区,如果单方面采取禁止措施可能会对当地社区产生负面的社会影响。
 
2.2 人工林与水循环
2.2.1 人工林对水循环的影响 
如果集水区的水流用于饮用,灌溉或水力发电,那么流域管理就变得十分重要,因为它可以影响水供给的数量和质量。水的无机和有机组成反映了该流域的矿物学,降水特征以及植被覆盖的特点。因此,森林破坏与种植树木引起的植被覆盖变化会对流域的水文学产生重大影响。但目前对于这些影响及其重要性还存在争议。Calder认为,有关森林可以增加径流量,调节水流,减少侵蚀,减少洪水以及提高水质的研究结果“看起来要么夸大,要么不切实际”。他指出,林业工作者和水文学者对森林在水文学中扮演的角色经常持有不同的看法。水文学者关注的是树木可以在雨季拦截更多的雨水,但是较深根系的树木在干旱季节会通过蒸发大量的水分而造成地下水枯竭。Calder还认为,根据极端流量对森林的影响进行分析评估是不切合实际的。一些有关洪水和侵蚀的负面影响并不涉及人工林本身是否存在问题,而更多是与人工林的经营活动有关,如采伐,整地以及修路。
 
2.2.2 人工林导致水土流失的原因
造成人工林地水土流失的原因很多,归纳起来主要包括:1)林地不合理的抚育管理和采伐,如采伐后未能及时更新,造成植被覆盖度低(郁闭度或盖度为0.2以下),地表不能形成有效的枯枝落叶覆盖层,在暴雨条件下容易产生水土流失。2)陡坡幼林地造林整地方式不当,容易诱发水土流失。3)造林树种单一,形不成异龄复层林,不能充分发挥水土保持作用。4)采伐与集材时未注意对周边林地植被和土壤的保护。5)有林地林区道路系统的不合理修筑也会引起严重的水土流失。6)漫灌,过量施肥和喷洒农药通过淋溶侵蚀造成对土壤和水体的污染。
 
2.3 人工林与养分循环
2.3.1 自然地理环境的影响
不同自然地理环境条件下,人工林土壤具有不同的地球化学循环和生物地球化学循环。在北方针叶林中,地表以上的有机物约有70%存在于枯枝落叶层中,而热带森林的养分集中在植被中,枯枝落叶层中的有机物仅为 6%。由于生物循环特点不同,决定了人工林采伐利用带走的营养元素数量及其对土壤养分的消耗存在着差异,所以热带和亚热带地区的人工林比温带和寒温带地区的人工林更容易发生地力衰退。另外,不同的岩性如板页岩,花岗岩和石灰岩的抗蚀性能有明显差异,当植被受到破坏时,花岗岩和石灰岩形成的土壤容易受到侵蚀,土壤肥力衰退较快。在雨量较多的热带和亚热带地区,人工林土壤的腐殖质和养分容易随土壤径流而流失。虽然温带或寒温带人工林有较多的凋落物累积量,但由于受温度和湿度条件的制约,养分年归还量较少,土壤养分得不到及时补充,立地生产力容易发生退化。
 
2.3.2 不合理的经营措施 
不合理的人工林经营措施对养分循环有较大影响。1)短轮伐期的影响。短轮伐期皆伐对林地土壤理化性质有重要影响。例如,对不同栽植代数的杉木人工林进行养分循环比较研究表明,随着栽植代数的增加,林分养分的年归还量,年吸收量及归还吸收比均呈递减趋势,并且适当延长轮伐期有利于杉木林的养分归还。2)整地的影响。合理的整地方式能改善林地微环境,提高土壤肥力。研究表明,深翻土壤,改良深层土层结构是当前提高毛竹林生产力的重要手段。3)施肥的影响。长期单施氮,磷,钾肥可能对土壤养分供应造成不利影响。例如,长期施用生理酸性氮肥,能降低土壤PH值,钙,镁,钾,钠等盐基离子溶出量增加,加速土壤板结,重金属活性增强。不合理施用氮,磷肥还会造成土壤其他养分含量水平的异常。4)不合理的采伐剩余物管理。研究表明,造林前的林地清理方式对地力影响极大,在采伐迹地实施火烧清理,可损失采伐剩余物和森林死地被物总量的41%。平铺采伐剩余物能改善林地肥力,氮损失仅为 9.1%(随干材取走), 而火烧清理则高达 28%。研究表明,不同立地管理方式对多代经营的杉木人工林生产力影响很大,收获树干和树皮,保留采伐剩余物的处理方式对4年生2代杉木林的生长是最佳的立地管理措施,对降低土壤容重和提高土壤PH值的作用最大。5)化学除草剂的应用。使用化学除草省时,省力,在人工林经营中有一定程度的应用。张芳山在低产林改造研究中发现,化学除草对毛竹林的生长有明显影响。何艺玲对施用除草剂5年后的毛竹林下群落结构特征和生物量在灌草间的分配进行研究得出,施用除草剂降低了灌木和草本的物种多样性。同时,化学除草剂也是土壤的重要污染源,能破坏林地环境,最终降低林分生产力。
 
2.4 人工林与碳循环
理论上,人工林可以吸收大量的碳。固碳量因树种,气候和地理条件及林业管理体制的变化而变化。森林和土壤中的碳固定最终会达到一个饱和点,超过后不可能再固定碳。就碳储存而言,一般天然林 >人工林 >耕作物。对耕作物观测表明,已经发现一些传统牧场中的土壤碳存储量与人工林相当,甚至超过了人工林,但一些贫瘠的草场就不一定是这种情况。对这些关系进行模拟可以了解碳变迁的历史。例如,在温带和寒带地区常见的泥炭地上造林,造林活动是否会加快有机质的分解并排放出高于发展人工林所能存储的二氧化碳量,目前对这个问题还没有得到令人信服的研究结论。一些森林碳汇模型假定有机质的氧化率稳定在3%,但Hargreaves等报道,在林冠郁闭后,干涸的泥炭从碳源转化为碳汇需要经历4~8年的时间。根据Parish等的研究,优化泥炭地的水分管理,如减少或禁止排水,是应对碳排放的最优选择。
 
 
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人工林环境管理策略
针对人工林发展带来的环境问题,为了实现人工林的主导多效协同经营,推动人工林可持续环境管理,平衡人工林发展过程中的社会,经济和环境矛盾,人工林相对发达的龙8游戏手机登录和一些国际组织相继研究和制定了人工林生态环境管理方面的标准,规程和指南。例如,FAO于2006年制定了《人工林可持续经营自愿性指南》;新西兰于2005年发布了《经过良好管理的人工林环境认证龙8游戏手机登录标准》,2007年发布了《人工林环境管理规程与实践》,为指导新西兰的人工林发展提供了技术标准。从2007年起,世界自然基金会(WWF)呼吁并组织林业公司,林业管理人员,政策和法律制定者以及其他利益相关者共同参与一个名为“新一代”人工林项目的活动,制定和推动环境友好型,社会受益型和经济可行型的人工林管理指南,实现维护生态系统的完整性,保护高保护价值及其区域,促进利益相关者的参与性和推动经济发展与就业的人工林。针对我国工业人工林面积大,生产力低下,生态状况不佳等现实问题,龙8游戏手机登录林业局于2009年发布了《工业人工林生态环境管理规程》(LY/T1836-2009),以促使工业人工林在提供木材,纤维,生物能源,非木质林产品等经济功能和服务的同时,充分发挥减缓和适应气候变化,保护生物多样性,保持水土,恢复景观,提供游憩场所等多重功能和价值。通过分析全球范围内人工林环境管理的理论,实践,技术和方法,提出促进可持续多功能人工林环境管理的基本策略。
 
3.1 政策和制度推动策略 
3.1.1  充分认识人工林的环境功能和恢复退化土地的重要性 
随着全球人口不断增长以及对自然资源的需求日益加大,人工林将在景观方面发挥越来越重要的作用,与城镇,农业用地,天然林相辅相成。人工林有可能利用有限的土地提供更多的产品和服务,并能有效促进气候变化的减缓,退化土地的恢复,以及提高其他环境效益。人工林的发展和管理需要在一个可持续的框架内进行,要在预计效益的同时考虑到潜在的风险,如对其他土地利用的压力和对水资源,生物多样性的影响等。今后需要更好地认识人工林在提供产品和环境服务方面的价值,充分发挥人工林的多重功能。为此,《第13届世界林业大会宣言》倡议今后开展3个方面的战略行动:1)认识到人工林对于满足社会,经济和环境需求的重要性;2)针对退化景观,特别是退化林地的恢复开展人工造林活动;3)开发并推行各项技术以维持和增强人工林的生产力及其在地方,景观层面的贡献。
 
3.1.2 积极倡导和建立人工林多功能经营制度
如何推进人工林多功能经营,使其发挥在木材生产,固碳,生物多样性保护,水源涵养和社会文化服务等方面的多重功能以及满足社会经济发展的需求是当前关注的重大问题。1)加强人工林多功能经营的法律法规和制度建设,逐步改革产权制度,落实所有权,放活经营权和保障收益权,确保人工林多功能经营的法律地位,激励主体积极开展人工林多功能经营。2)根据全国人工林资源现状,区域地理差异和社会经济状况,制定龙8游戏手机登录,区域,森林经营单位和林农等不同层次的人工林多功能经营规划,通过科技进步引领发展。3)大力开展人工林多功能经营的基础研究,提高科技水平,创新不同区域,不同类别的人工林多功能经营模式,建立相应的经营标准,指标体系和操作指南。
 
3.1.3 通过森林认证助推人工林可持续经营 
国际社会尤其是发达龙8游戏手机登录对林产品绿色采购,合法性和可持续性木材来源的关注程度越来越高。欧盟许多成员国都制定和实施了林产品绿色公共采购政策。美国通过《雷斯法案》提高所采购木材来源的合法性。为了符合绿色公共采购,合法性,可持续性,碳减排等方面的要求,越来越多的企业通过独立第三方机构对林产品进行认证,不仅能够推动人工林可持续经营的进程,同时能够获得经济和环境回报,树立品牌形象和良好的企业责任。1)尽快建立和实施与国际森林认证体系互认的龙8游戏手机登录森林认证体系。2)探索集体林改背景下的森林认证模式,鼓励企业,林农等主体开展形式多样的森林认证。3)依靠认证所提供的基线数据,制定维护和提高人工林碳汇功能的森林经营策略。
 
3.1.4 充分利用REDD+ 机制提高人工林的固碳效应
森林作为陆地生态系统的主体,以其巨大的生物量储存着大量的碳。人工林在适应和减缓气候变化方面具有重要作用,但由于毁林和非法采伐等活动造成了大量二氧化碳排放。Harris等研究表明,2000-2005年,因毁林造成热带地区每年释放0.81Pg二氧化碳当量。为了充分发挥森林应对气候变化的能力,一项减少毁林和森林退化所导致的碳排放和通过森林保护,森林恢复以及可持续森林管理增加森林碳储量(REDD+)的机制得到了国际社会的广泛认可。我国需要利用好REDD+机制可能给人工林经营带来的潜在机会,提高人工林的面积和固碳效应。同时,需要加强卫星遥感等关键技术监测人工林资源流失和碳排放能力,以及通过森林经营技术提高森林质量和增加碳储存能力,积累基础数据,为林业应对气候变化外交谈判提供支撑。
 
3.2 生态系统完整性策略 
人工林发展过程中对生态系统完整性的影响主要包括生物多样性,水循环,营养循环和碳循环。为了加强人工林环境管理,需要积极制定和实施以下策略。
 
3.2.1 加强生物多样性保护
在退化景观区域,经过良好设计和管理的人工林对生物多样性保护十分有益。相反,未适地适树或未经过良好管理的人工林会对生物多样性造成损害,例如使用重型机械会对地表植被造成破坏,农业化学药剂会损害物种组成,甚至诱发外来物种入侵等。可以通过以下方法保护和维护生物多样性:控制单一树种的成片造林面积,提倡多树种,多林种,多无性系镶嵌造林,适当延长轮伐期;重视当地树种的保护和恢复,提倡阔叶树造林,保护造林区及周边区域的天然阔叶林;模拟本土原生森林群落中的树种成分与结构,营造近自然的人工林;保留或建立有利于野生动物迁移和植物基因交流的生物走廊或景观廊道;选择合适的采伐体系以维持和提高林分的结构和年龄多样性;营造林作业不对周边的生物多样性特别是珍稀,濒危物种及其栖息地造成威胁;开展适宜的狩猎,采集和诱捕活动;严格控制和监测外来物种的引进或入侵,把其对生物多样性的危害降到最低;尽量降低除草剂,生物杀灭剂,肥料和土壤对人工林生物多样性的负面影响。
 
3.2.2 降低人工林对水循环的负面影响 
一般认为,干旱,半干旱地区的人工林能够减少集水区内的有效水持有量,导致河流枯竭,周边土地生产力下降和地下饮用水位下降。同时,也可以通过有效规划,设计和管理来降低人工林对水循环的负面影响:在干旱,半干旱地区以及在周期性或季节性干旱地区造林,要注重乔,灌,草植被合理配置,并选择抗旱节水型树种,减轻对当地水环境造成的负面影响;在水域和人工林之间通过保留原生植被建立适宜的缓冲区;减少整地,采伐,集材和运输对周边水体的负面影响;合理施肥和使用生物制剂,避免造成对水体的污染;科学规划和设计人工林布局,镶嵌式采伐规划对于避免地表水流动的改变具有重大意义;在水文生态受到严重影响时,需要考虑改变树木生长周期。
 
3.2.3 提高人工林的养分循环 
可持续人工林在经济和环境方面的重要目标之一是维持养分平衡和提高林地生产力。人工林对养分循环有正负2方面影响。正面影响包括稳固侵蚀地区的土壤,增加贫瘠地区的土壤肥力。但是,如果大量移除生物质,土壤结构因操作不当遭到破坏,肥料外溢等都可能对养分有效性和水体质量造成负面影响。实践证明,经过良好管理的人工林能够减缓人工林对养分平衡造成的负面影响。因此,应根据土壤特性,地形和气候条件,选择合理的采伐方案和运输路线;避免炼山,维护林地的长期生产力;注意保留林地的枯枝落叶和采伐剩余物,有效保持土壤肥力;尽可能保留造林地周边的天然植被,努力促进林下植物的恢复和发展,维护林地土壤肥力;尽量减少采伐和修建道路对土壤结构的影响,并保证道路设计能减少洪水和径流带来的有害影响;人工林采伐后要及时更新,避免土壤长时间裸露。
 
3.2.4 促进人工林生态系统碳循环 
人工林可以通过以下途径影响碳循环:1)经过良好管理的人工林可以增加木材和土壤生物量;2)在含碳量较低或退化土地上种植人工林可以增加碳储量,减少甲烷释放;3)可以在森林经营单位内,维持天然林和生态林的碳储存,避免碳释放;4)影响较小的土壤整地活动可最大限度降低土壤碳流失的速率。
 
3.3 保育高保护价值区域策略 
人工林发展过程中需要保护具有重要价值的森林和区域。但问题是如何识别高保护价值的森林或区域,所使用的判定标准是什么?高保护价值要和龙8游戏手机登录法律法规和政策框架相一致,但在相关法律法规和政策范围内没有涉及高保护价值时,WWF提出的相关理念和4个方面的原则能够填补这方面的空白,并有利于推动高保护价值在人工林发展过程中的应用。1)在确定为高保护价值的区域全面禁止发展人工林;2)全面禁止在龙8游戏手机登录或地区意义上具有稀有性和重要性的高保护价值区域内建立人工林;3)在确认为高保护价值森林范围内,全面禁止发展人工林,例如在因为存在独特物种而确认为高保护价值森林范围内,不能因为人工林可以实现某些生态功能而发展人工林;4)全面禁止种植从景观层面降低“高保护价值”的人工林。
 
3.4 鼓励利益相关者参与策略
在人工林规划和经营管理过程中,利益相关者的参与非常重要。在许多龙8游戏手机登录,咨询过程已经变得很正式,成为环境和社会影响评估中的一个法定过程。在某些情形下,即便没有评估方面的法律要求,人工林开发商仍希望开展相关的评估。就算没有进行任何评估,也应该在项目实施的全过程中听取利益相关者的看法,听取他们对来自地方群众的担心,抱怨和对相关问题的分析和回应。
 
促使利益相关者参与到人工林发展过程的主要原因包括操作性原因,社会原因,法律原因和认证需求原因(图1)。利益相关者的参与对人工林可持续发展非常重要,参与人工林发展的各个环节一般步骤包括:考虑利益相关者的类型和级别,制定明晰的参与规则,识别利益相关者群体,通知利益相关者或与其沟通,发现利益相关者的需求和想法,与利益相关者一起工作并对相关程序进行监测,解决相关的冲突。
 
4
小结
 
随着社会经济发展对木材需求的日益增长,发展人工林已经成为解决木材需求,减缓和适应气候变化的重要途径。但由于气候变化和经营管理不善等原因,在发展人工林过程中也产生了较多的生态环境问题,因此人工林环境管理受到国际社会的高度关注。国际社会普遍认为,通过良好经营管理,建立人工林发展的可持续标准,可以降低或避免人工林可能带来的负面环境影响,并有利于带动工业发展,吸引社会资本投资林业,促进经济发展,同时也可以在保护和改善生态环境方面做出贡献。但是,如何提高人工林可持续经营的技术手段还需进一步研究和发展,也是今后人工林发展过程中需要解决的关键问题。
 
何友均
中国林业科学研究院研究员,中林联智库专家

省区市分站:(各省/自治区/直辖市各省会城市龙8游戏手机登录所,碳市场,碳平台)

华北【北京,天津,河北石家庄保定,山西太原,内蒙】东北【黑龙江哈尔滨,吉林长春,辽宁沈阳】 华中【湖北武汉,湖南长沙,河南郑州】
华东【上海,山东济南,江苏南京,安徽合肥,江西南昌,浙江温州,福建厦门】 华南【广东广州深圳,广西南宁,海南海口】【香港,澳门,台湾】
西北【陕西西安,甘肃兰州,宁夏银川,新疆乌鲁木齐,青海西宁】西南【重庆,四川成都,贵州贵阳,云南昆明,西藏拉萨】
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