专利名称：低功能水源涵养林的更新改造技术的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种林业科学中的水源涵养林经营技术，尤其涉及一种低功能水源涵养林的更新改造技术。
背景技术：
森林可持续经营是在一定时间和空间下的相对状态，其相对性表现为发展的阶段性和区域性。相应地，评价森林可持续经营的指标体系也具有时间上的动态性和地域上的层次性，森林可持续经营是由主导因子所决定的，在指标体系的设计上，既要考虑生态脆弱性和生态重要性指标既要表征森林经营的状态和趋势，又要保证较强的可操作性、决策性和调控性。只有在实现经济可持续发展，资源可持续利用和生态环境的持续改善的前提下，森林可持续经营才成为真正意义上的可持续经营。
现有技术中，对评价森林可持续经营的指标体系缺乏有效的建立手段，导致林分的防护效益低、可持续经营性低。
发明内容
本发明的目的是提供一种能有效提高林分的防护效益和可持续经营性的低功能水源涵养林的更新改造技术。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的 低功能水源涵养林的更新改造技术，其特征在于，建立需改造林分的层次结构模型，并根据该层次结构模型确定对需改造林分的改造措施； 所述层次结构模型自上而下依次包括 目标层即，使需改造林分的结构稳定、健康程度达到需要目标的森林生态系统，作为1个因素； 策略层包括经济效益、生态效益和社会效益3个因素； 措施层包括用材林、防护林、经济林、特用林和薪炭林5个因素； 子措施层包括油松林、侧柏林、刺槐林、阔叶林种、经济果木5个因素。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所述的低功能水源涵养林的更新改造技术，由于通过建立包括目标层、策略层、措施层、子措施层的层次结构模型，并根据该层次结构模型确定对需改造林分的改造措施，经过计算和调整，可以将低功能水源涵养林改造成乔、灌、草层次分明、种类多样、地被物丰厚的混交林，有效提高林分的防护效益和可持续经营性。
图1为本发明中的层次结构模型的结构示意图。
具体实施例方式 本发明的低功能水源涵养林的更新改造技术，其较佳的具体实施方式
是，首先建立需改造林分的层次结构模型，然后根据该层次结构模型确定对需改造林分的改造措施。
如图1所示，层次结构模型自上而下依次包括 目标层即，使需改造林分的结构稳定、健康程度达到需要目标的森林生态系统，作为1个因素； 策略层包括经济效益、生态效益和社会效益3个因素； 措施层包括用材林、防护林、经济林、特用林和薪炭林5个因素； 子措施层包括油松林、侧柏林、刺槐林、其他阔叶林种、经济果木5个因素。
在根据所述层次结构模型确定对需改造林分的改造措施时，首先建立以下判断矩阵，并根据该判断矩阵判断所述层次结构模型中各因素的重要程度
矩阵中，A表示所述层次结构模型中的一个因素；L1、L2……Ln表示因素A所在层的下层中的因素，且因素A与因素L1、L2……Ln有关联；bij表示对于因素A来说，因素Li比Lj的重要程度，i、j＝1、2…n。之后，根据层次结构模型中各因素的重要程度确定对需改造林分的改造措施。
因素Li比Lj的重要程度的标度可以包括1～9级，其中， 1级——表示Li和Lj一样重要； 3级——表示Li比Lj稍微重要； 5级——表示Li比Lj重要； 7级——表示Li比Lj强烈重要； 9级——表示Li比Lj绝对重要。可以根据需要设置其它的等级。
本发明着重林分的防护效益，在分析低质低效林的成因和划分时，从林分的效益入手，依据森林可持续经营的基本原理及其指标体系设计理论依据，参考蒙特利尔进程和中国森林可持续经营标准与指标，遵循科学性、可操作性、相对完备性、主成分性、层次性等原则，改善并调整现有林分结构，提高现有林分的生态防护效益。
下面通过具体实施例对本发明的具体实施方式
进行详细的描述 1、应用层次分析法(The Analytic Hierarchy Process，简称AHP法)建立层次结构 根据层次分析法的基本思想，依据现有森林资源的实际，结合未来林业发展对林种、树种结构的需要，以及不同树种的生物学特性，建立林种、树种结构调整层次结构模型。
如图1所示，该模型结构分为四个层次，其中既有完全层次，也有不完全层次，具有多种功能的树种可以构造完全层次，而只有单一或几种功能的树种可以构造不完全层次。这比以往在建模中只有完全层次，而很少采用不完全层次更符合实际。这四个层次分别是 目标层A即实现结构最稳定、林分最健康的森林生态系统。
策略层B分为经济效益B1、生态效益B2和社会效益B3三个因素，即为实现总目标所需的最佳经济、生态和社会效益。并结合立地条件(特别是上壤厚度)和坡度等因素来考虑策略层的实施。
措施层C包括《森林法》规定的5个林种因素，即用材林C1、防护林C2、经济林C3、特用林C4和薪炭林C5，这五种林种合理的搭配能实现最佳的经济、生态和社会效益。
子措施层D以树种来分，将人工林按树种分为油松林D1、侧柏林D2、刺槐林D3、其他阔叶林种D4和经济果木D5等5个林种(组)。表示为了使森林生态系统最稳定、最健康所需求的各树种林分的合理结构。其中，其他阔叶林种D4主要是指包括一些栎类(蒙古栎、辽东栎、槲栎等)、山杨、白桦、榆树等常见的阔叶树；而经济果木D5是指一些经济树种(板栗、核桃、山楂、山杏等)在北京地区常见的经济果木林。
根据层次分析方法的原则，对人工林的水源保护功能与不同植被类型的内在关系进行系统分析，以获取最佳稳定性的、健康的森林生态系统作为森林结构优化的最终目标，即为层次结构的目标层A，即层次结构的第一层。
要使森林能保持持久而稳定的生态系统和健康的林分结构，必须结合当地的森林立地条件来考虑，而森林的立地条件是难以量化的。本发明中，森林立地条件主要以土壤厚度和坡度两个主要因素为依据。真正的体现森林稳定而健康的生态系统，从森林的三大效益入手，即从森林的经济效益、生态效益和社会效益三方面出发，来评价森林生态系统是否达到最稳定和最健康，即来评价目标层A是否达到最稳定和最健康。只有森林效益的这三个方面得到最优组合、充分发挥时，总目标才能最优，这是实现总目标的策略层B，即层次结构的第二层。
层次结构的第三层是措施层C，主要由五大林种组成，即由用材林、防护林、经济林、特用林和薪炭林组成，因为森林的三大效益主要是由这五大林种综合体现。本发明以防护林为主，在措施层C下又加了一层子措施层D，主要是针对防护林的防护效益而言，为了使得防护林的防护效益达到最佳和其林分结构最稳定及健康。在水库周边，将林分按树种分类，主要可分成侧柏林、油松林、刺槐林、其他阔叶树林种和经济果木等五个类型。
通过构筑合理的植被类型结构组成，将水源保护功能需具体落实到植被类型，具体是实现总目标的措施层，即层次结构的第三层。可建立水源保护林植被类型结构AHP模型的层次结构。
2、构造判断矩阵 构造判断矩阵是上述层次分析法的关键，判断矩阵构造是否合理和反映所研究问题的实际，直接影响到所作决策的正确性，因此，在构造判断时.应充分征求各方面的意见，在综合分析的基础上，对各因素的相对重要性做出判断，按照标度进行数量化，构成判断矩阵。其形式如下 若假定A层中元素An与下层中各元素L1、L2……Ln有联系，则可构成如下判断矩阵
显然，对于任何判断矩阵都有bij＝1(i＝j时)；bij＝1/bji(i≠j时)。
通常，层次分析法采用的标度方法是1～9，试验证明这种方法真有充分的合理性，各标度的含义为 1——表示Li和Lj一样重要； 3——表示Li比Lj稍微重要； 5——表示Li比Lj重要； 7——表示Li比Lj强烈重要； 9——表示Li比Lj绝对重要。
它们之间的2、4、6、8及各例数，表示重要性程度为相邻两元素等级折衷。
针对研究区域森林资源状况及经营水平基本相同的特点，选取典型的森林资源进行了树种、树种结构的调整研究。在构造判断矩阵时，充分考虑了综合效益与生态、经济、社会效益的关系；各种效益与林种之间的关系；各林种与树种之间的关系；在综合分析的基础上，建立了层次的判断矩阵。
3、计算 如，根据北京地区各种林分的立地情况及其经营状况，同时综合当地经济条件和生活状况进行评定分析，主要是对不同林种的土壤厚度和所处的坡度大小来构造判断矩阵，通过计算，求出研究区域内林种结构。
4、调整 减少侧柏林，而增大刺槐林，其他林种也各有增减油松林要增加，而以栎类为主的阔叶林和经济果木林都有一定的减少。这主要是由于侧柏林的林分结构很难形成较厚的地被物，而且这种林地土壤还比较松散，很难保证林分的防护效能，对林分的稳定性和健康状况具有潜在的危险。这种调整的结果表明纯侧柏林是应该逐步被针阔混交林所代替，但不等于以后就不在该地区发展侧柏林了，而是根据实际情况，适地适树，有目的的发展以侧柏为主的针阔混交林。刺槐林以前是以薪炭林而出现在该地区的，但以后则是以保持水上、涵养水源为己仟的水源涵养林的一种，这种林分可以形成比较厚的枯落物层，对地表有很重要的保护作用，但有研究表明，刺槐有较高的耗水性，所以在调整过程中，应注意适当补植其他树种，形成混交林。油松林和以栎类为主的其他阔叶林一贯被认为是水源涵养林的合适树种，所以在保证森林稳定性和健康状况方面仍有较大的比重。综上所述，林分结构调整的结果就是最终形成乔、灌、草层次分明、种类多样、地被物丰厚的混交林。
通过本发明调整林分，可使森林的三大效益充分发挥，使森林结构趋向稳定、健康的林分结构；充分利用自然规律和自然力，以减少森林经营中的盲目性和无谓的资金消耗，不仅保证了森林面积的恒定和永续利用原则，重要是实现了生物多样性和生态稳定性，获得了较高的经济效益和明显的生态效益。
具体实施例方式 1、低质低效林改造的目标林相 低质低效林改造的目的就是达到一个层次明显的、林相完整的林分，这种林分的林下灌木、草本和地被物丰富，这样土壤结构才能得到进一步改化，同时，各层次的物种多样性才能进一步丰富。经营的目标林应有以下几种优点一是形成多层次林分结构，层层截留阻挡降水对土壤的冲击，对降水起到分配作用；二是乔、灌、草三层应有较高的郁闭度或盖度，乔木层在0.5以上，而灌木层和草本层也要在0.4以上；而且这三层在土壤各层中形成发达的根系网络，盘结土壤，改良土壤；三是形成较厚的枯落物层，以避免降水对土壤的冲击；四是有较大的生物量和生长量。相对于纯林，混交林在改善立地条件、增强防护效益、促进林木生长、维持和提高生物多样性和增加森林稳定性等方面都比较优越，因此，以混交林作为北京地区的目标林相。不同的森林类型有其不同的目标林相，研究区的人工林主要森林类型有油松林、侧柏林和刺槐林等，不同的森林类型有其不同的目标林相。为达到目标林相，必须进行合理的森林经营措施。
2、水源涵养林的经营模式 (1)经营模式系统 针对人工油松林、刺槐、侧柏林树种资源单一、密度过大、后期管理较差、生态经济效益低下的现状，根据林分的立地条件、生长发育阶段、林分密度和水源保护功能的要求，重点考虑人工林水源涵养效益的发挥，建立了人工林经营模式系统。由抚育采伐型、林分改造型和封山育林型等模式组成。
(2)经营模式概述 抚育经营型①油松、侧柏林调整密度抚育经营模式通过前期的研究分析，将油松10～15年幼龄林的密度从1050～5533株/hm2调整到2000～2500株/hm2(133～167株/亩)的合理密度范围内；将10～20年生的侧柏中幼龄林的密度从2000～4000株/hm2调整到2800～3000株/hm2(187～200株/亩)的合理密度范围内。并根据自然分化的规律，采用下层疏伐法，砍伐下层生长落后木和不良木。②刺槐林定株培育抚育经营模式为满足当地群众对刺槐中、小径材的需求，促进生态经济效益和水源保护功能的持续提高，宜选择立地条件和林相较好的刺槐林分，进行定株培育和合理经营。由于刺槐为阳性树种，保留株的生长需要较大的空间，而且当地群众主要以生产中、小径农具柄材、椽材为主，因此择伐宜采用大强度的方法，根据林地需要保留的株数，强度可为50～70％。③侧柏林补植割灌抚育经营模式选择立地条件和林相较好的林分，进行补植培育和合理经营，使优良林分的林相得到进一步的完善，更好的起到水源涵养的作用。补植树种主要有侧柏、黄栌、五角枫、栎类。另外对中幼林地上灌木盖度达到50％以上的、对侧柏生长有严重影响的林分进行割灌，以扩大目的树种的营养空间，促进林木生长发育，增强林木水土保持和林地涵养能力。割灌方式以株间割灌为主，保留行间灌木带。
改造经营型①油松林引入树种带状间伐改造模式调查区油松林树种单一，均为油松的纯林。选择立地条件较好的中龄林，进行带状间伐改造，对保留带调整油松林分密度，在间伐带内引进适宜的阔叶树种和灌木树种，促进形成多层次、异龄的针阔混交林，改善油松中龄林的林分结构、延长其正常生长发育的期限，维护和提高其潜在的水源保护功能。根据相关研究，适宜采用的低耗水树种有元宝枫、栓皮栎、黄栌、紫穗槐、沙棘等。②刺槐林引入树种带状间伐改造模式林分改造的对象主要为多代萌芽林的刺槐林。相关研究结果表明，萌芽林前几代(刺槐林前4～5代)生产力较高，之后生产力会逐渐降低。为了维护刺槐林的水源保护功能，宜采用引入树种的带状间伐改造模式。对保留带的刺槐林维持现状，在廊内引入油松、白皮松、山杏、元宝枫、栓皮栎、沙棘、紫穗槐等树种，待5～6年内廊内树种生长稳定后，更换带内刺槐或采用优良品种刺槐实生苗木造林。③刺槐林平茬嫁接更换优种改造模式林分改造的对象为立地条件较好的多代萌生刺槐林。在皆伐作业的基础上，选择生长势优良、符合嫁接规格要求的伐桩，利用原有刺槐植株适应性强的特点，不扰动坡面土层和保留原有地被物，嫁接优良刺槐品种，将其培育成以水源涵养为主的用材林或蜜源林，提高刺槐林分的生态经济效益和水源保护功能。
封育型陡坡薄层土等特殊立地封育经营模式封育是在立地条件差或人为干扰严重的山区依靠天然更新恢复成林的方法。它既借助于自然力，又借助于人力，使纯林变成混交林。对处于陡坡、薄层土等特殊立地条件的油松林、刺槐林、侧柏林，宜采用封育的经营模式，促进现有人工林向近自然植被的演替，发挥人工一天然植被的水源保护功能。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
权利要求
1、一种低功能水源涵养林的更新改造技术，其特征在于，建立需改造林分的层次结构模型，并根据该层次结构模型确定对需改造林分的改造措施；
所述层次结构模型自上而下依次包括
目标层即，使需改造林分的结构稳定、健康程度达到需要目标的森林生态系统，作为1个因素；
策略层包括经济效益、生态效益和社会效益3个因素；
措施层包括用材林、防护林、经济林、特用林和薪炭林5个因素；
子措施层包括油松林、侧柏林、刺槐林、阔叶林种、经济果木5个因素。
2、根据权利要求1所述低功能水源涵养林的更新改造技术，其特征在于，在根据所述层次结构模型确定对需改造林分的改造措施时，首先建立以下判断矩阵，并根据该判断矩阵判断所述层次结构模型中各因素的重要程度
矩阵中，A表示所述层次结构模型中的一个因素；L1、L2……Ln表示因素A所在层的下层中的因素，且因素A与因素L1、L2……Ln有关联；bij表示对于因素A来说，因素Li比Lj的重要程度，i、j＝1、2…n；
之后，根据所述层次结构模型中各因素的重要程度确定对需改造林分的改造措施。
3、根据权利要求2所述低功能水源涵养林的更新改造技术，其特征在于，所述的重要程度的标度包括1～9级，其中，
1级——表示Li和Lj一样重要；
3级——表示Li比Lj稍微重要；
5级——表示Li比Lj重要；
7级——表示Li比Lj强烈重要；
9级——表示Li比Lj绝对重要。
全文摘要
本发明公开了一种低功能水源涵养林的更新改造技术，通过应用层次分析法建立了包括目标层、策略层、措施层、子措施层的层次结构模型，并构造判断矩阵，经过计算和调整，最终将低功能水源涵养林改造成乔、灌、草层次分明、种类多样、地被物丰厚的混交林。可使森林的三大效益充分发挥，使森林结构趋向稳定、健康的林分结构；并能够充分利用自然规律和自然力，以减少森林经营中的盲目性和无谓的资金消耗，保证森林面积的恒定和永续利用原则，实现生物多样性和生态稳定性，获得了较高的经济效益和明显的生态效益。
文档编号G06Q90/00GK101433172SQ200810240190
公开日2009年5月20日 申请日期2008年12月18日 优先权日2008年12月18日
发明者余新晓, 焦一之, 王雄宾, 陈丽华, 牛健植, 张振明, 朱建刚, 刘淑燕 申请人:北京林业大学