大興安嶺林區(qū)森林撫育工程系統(tǒng)輸出特性和轉化特性的研究

楊雪峰　樊冬溫　李應珍　李湃

摘要：為提高大興安嶺林區(qū)森林撫育工程作業(yè)質(zhì)量和工程成效，采用系統(tǒng)工程的分析方法，根據(jù)大興安嶺林區(qū)生態(tài)環(huán)境、功能和林木的結構特點，對大興安嶺林區(qū)最主要的三種撫育類型（透光撫育、生長伐撫育、生態(tài)疏伐撫育）的直接輸出特性、長效輸出特性和轉化特性進行了詳細分析。在此基礎上，利用運行控制和統(tǒng)計學理論，通過調(diào)整輸出特性偏移量、輸出特性標準偏差和輸出特性公差要求，提高工程能力，進而優(yōu)化輸出特性，最終實現(xiàn)提高工程作業(yè)質(zhì)量和工程成效的目的。對輸出特性和轉化特性的分析研究，為大興安嶺林區(qū)森林撫育工程技術要求標準的產(chǎn)出提供基礎和支撐。

關鍵詞：大興安嶺林區(qū)；森林撫育；輸出特性；轉化特性

中圖分類號：S 753.5文獻標識碼：A文章編號：1001-005X（2015）01-0034-04

Research on Output Characteristics and Conversion Characteristics

of Forest Tending Engineering System in Daxinganling area

Yang Xuefeng1，2，F(xiàn)an Dongwen1，2，Li Yingzhen1，2，Li Pai1，2

（1.Harbin Research Institute of Forestry Machinery，China State Forestry Administration，Harbin 150086；

2.Research Center of Forest Engineering in Chinese Academy of Forestry，Harbin 150086）

Abstract：To improve the engineering quality and the engineering efficiency，based on the ecological environment，function and structure characteristics of forests in Daxinganling area，the direct output characteristics，longacting output characteristics and conversion characteristics of the three main tending types（lighting tending，accretion cutting tending and ecological thinning tending）are analyzed in detail using analysis method of system engineering.On this basis，the offset，the standard deviation and the tolerance requirements of output characteristic are adjusted to improve the engineering ability and to optimize the output characteristic by using of operational control and statistical theory.Ultimately，the purpose of improving the engineering quality and the engineering efficiency is achieved.The analysis and research on these output characteristics and conversion characteristics provide basis and support for the output of technical requirements standard of forest tending engineering in Daxinganling area.

Keywords： Daxinganling area；forest tending；output characteristics；conversion characteristics

收稿日期：2014-07-11

基金項目：國家標準委“農(nóng)業(yè)標準化重要標準體系專項研究項目”〔2012（6）〕

第一作者簡介：楊雪峰，碩士，工程師。研究方向：森林工程標準化以及林業(yè)機械標準化的研究。Email：yangxuefeng126@126.com

引文格式：楊雪峰，樊冬溫，李應珍，等.大興安嶺林區(qū)森林撫育工程系統(tǒng)輸出特性和轉化特性的研究[J].森林工程，2015，31（1）：34-37.研究森林撫育工程特性對提高工程設計水平和作業(yè)質(zhì)量、規(guī)范森林撫育目標管理均有現(xiàn)實意義。文中對大興安嶺山地區(qū)森林撫育工程系統(tǒng)的輸入特性進行了分析研究[1]。輸入特性一旦輸入森林工程系統(tǒng)（設計系統(tǒng)、運行系統(tǒng)）中，將通過轉化（技術系統(tǒng)）產(chǎn)生輸出。從時間概念上分，輸出特性可分為直接輸出特性和長效輸出特性[2]。

本文將根據(jù)大興安嶺林區(qū)生態(tài)環(huán)境、功能和林木的結構特點，著重對大興安嶺林區(qū)最主要的三種撫育類型（透光撫育、生長伐撫育、生態(tài)疏伐撫育[3-4]）的直接輸出特性、長效輸出特性、轉化特性[5-6]進行研究，在此基礎上對輸出特性的優(yōu)化進行分析。

1直接輸出特性

直接輸出特性是在工程運行控制獲得的信息的基礎上通過工程后的驗證而獲得的。直接輸出特性可分為定量指標特性和定性指標特性，定量指標特性主要體現(xiàn)在郁閉度、撫育強度、保留株數(shù)（密度）等方面，定性指標特性主要體現(xiàn)在木材結構、林木的生長環(huán)境、林木的分布要求等方面。以下是大興安嶺林區(qū)透光撫育、生長伐撫育、生態(tài)疏伐撫育等三種主要撫育類型的直接輸出特性。

1.1透光撫育

透光撫育是幼齡林階段進行的一種撫育類型（方式），其目的是解決目標樹與非目標樹、草本灌藤植物之間的矛盾，保證目標樹不受任何壓制而加速其生長[4]。根據(jù)大興安嶺林區(qū)生態(tài)環(huán)境、林木生長特性以及目標樹生長環(huán)境的需要，提出透光撫育直接輸出特性，見表1。

表1大興安嶺林區(qū)透光撫育直接輸出特性[4]

Tab.1 The direct output characteristics of the lighting tending in Daxinganling

撫育類型直接輸出特性透光撫育（1）純林：伐除質(zhì)量低劣、無培育前途的有害樹和過密的輔助樹清除影響林木生長的藤蔓灌草后達到間密留勻、去劣存優(yōu)和改善林木生長環(huán)境的程度

（2）混交林：伐去生長不良和影響目標樹生長的林木后達到調(diào)整林分組成的程度

（3）天然林、人工林中伐后保留株數(shù)、林分郁閉度符合要求的程度

（4）伐后林分的林木平均胸徑符合要求的程度

（5）撫育后是否造成了林間空地

第1期楊雪峰等：大興安嶺林區(qū)森林撫育工程系統(tǒng)輸出特性和轉化特性的研究

森林工程第31卷

1.2生長伐撫育

生長伐撫育的目的是在用材林的中齡林中伐除過密和生長不良的林木，合理調(diào)整立木密度，使保留木具有較好的營養(yǎng)空間，促進保留木生長，培養(yǎng)出良好干形的目標樹[4]。根據(jù)大興安嶺林區(qū)生態(tài)環(huán)境、林木生長特性及其林木生長營養(yǎng)空間的需要，提出生長伐撫育直接輸出特性，見表2。

表2大興安嶺林區(qū)生長伐撫育直接輸出特性[4]

Tab.2 The direct output characteristics of the

accretion cutting tending in Daxinganling

撫育類型直接輸出特性生長伐撫育（1）采伐強度、撫育后郁閉度達到技術要求的程度

（2）撫育后公頃株數(shù)達到技術要求的程度

（3）撫育后林分林木的平均胸徑符合要求的程度

（4）易引起林分林木風倒、風折的撫育后郁閉度一次降低值是否低于要求的數(shù)值

（5）撫育后是否造成林中空地，撫育后林間是否能通行中小型林間作業(yè)機械；人工林行間距達到作業(yè)要求的程度

1.3生態(tài)疏伐撫育

生態(tài)疏伐撫育適用于郁閉度0.7以上的人工起源的水源涵養(yǎng)林和水土保持林，以及郁閉度0.8以上的天然起源的水源涵養(yǎng)林和水土保持林、下層木或植被受光困難的中齡林。按照有利于林冠形成梯度郁閉、主林層和次林層立木都直受光的要求，生態(tài)疏伐撫育時需伐除干擾樹，保留目標樹、輔助樹和適量的草本、灌木和藤蔓[3，7-8]。根據(jù)大興安嶺林區(qū)水源涵養(yǎng)林和水土保持林的生態(tài)環(huán)境、林木生長環(huán)境及其服務功能的需要，提出生態(tài)疏伐撫育直接輸出特性，見表3。

表3大興安嶺林區(qū)生態(tài)疏伐撫育直接輸出特性[4]

Tab.3 The direct output characteristics of the

ecological thinning tending in Daxinganling

撫育類型直接作用效應輸出特性生長伐撫育（1）保持原林分總體結構要求的程度

（2）撫育強度、撫育后郁閉度符合要求的程度

（3）撫育后的公頃株數(shù)（密度）符合要求的程度

（4）保留的灌、藤、草符合要求的程度

2長效輸出特性

長效輸出特性是森林撫育的目標和目的，直接輸出特性是實現(xiàn)這個目標的措施或手段，直接輸出特性可依據(jù)輸入特性的工程設計要求進行驗證，是可定量和定性的，而長效輸出特性是不可定性和定量的，僅可以進行評價（評估）。大興安嶺林區(qū)透光撫育、生長伐撫育、生態(tài)疏伐撫育等3種主要撫育類型的長效輸出特性見表4。

表4大興安嶺林區(qū)森林撫育長效輸出特性

Tab.4 The longacting output characteristics of the forest tending in Daxinganling

撫育類型長效作用效應輸出特性透光伐撫育（1）改善林木生存環(huán)境促進林木生長速度

（2）調(diào)整林分組成促進幼齡林林分穩(wěn)定健康的演變

（3）改善水循環(huán)的特性促進林分涵養(yǎng)水源能力的程度

（4）林分組成的調(diào)整對水土流失土壤保育功能改善的程度

（5）撫育作業(yè)（透光伐）對野生珍稀動植物保護的作用效應生長伐撫育（1）擴大和改善中齡林林木營養(yǎng)空間促進林木徑級的生長速度

（2）間伐強度郁閉度的改變促進或降低水循環(huán)功能涵養(yǎng)水源功能的程度

（3）間伐強度郁閉度降低林分組成的改變對水土流失和土壤的保育能力的影響程度

（4）間伐強度郁閉度降低林分組成的改變等對林分生態(tài)系統(tǒng)的完整性穩(wěn)定健康演變和森林可持續(xù)經(jīng)營的影響程度生態(tài)疏伐撫育（1）撫育后對促進林分群落結構的完整穩(wěn)定和健康對林分生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)過程的作用效果

（2）撫育后對林分群落結構的演替效果

（3）撫育后郁閉度植被蓋度的降低對水源涵養(yǎng)土壤保育等生態(tài)服務功能的影響

（4）撫育后對野生動植物生存環(huán)境和生物多樣性的影響

3轉化特性

轉化特性是指森林撫育工程作業(yè)所采用的技術措施的特性，如撫育對象、撫育方式、撫育時間、撫育采用工藝及裝備等的特性[9-10]。大興安嶺林區(qū)透光撫育、生長伐撫育、生態(tài)疏伐撫育等3種主要撫育類型的轉化特性見表5。

表5大興安嶺林區(qū)森林撫育轉化特性

Tab.5 The conversion characteristics of the forest tending in Daxinganling

撫育類型轉化特性透光伐撫育（1）撫育方式特性：全面撫育局部撫育（團狀或帶狀）

（2）標記及其標記方式特性

（3）伐木（灌草）工藝特性

（4）歸堆、集材、造材工藝特性

（5）清林工藝特性

（6）裝備特性生長伐撫育（1）撫育方式特性：上層撫育下層撫育綜合撫育、機械撫育等

（2）標記及其標記方式特性

（3）伐木工藝特性

（4）歸集工藝特性

（5）清林工藝特性

（6）裝備特性生態(tài)疏伐

撫育（1）撫育方式特性（劃為植生組每組將林木分為干擾樹輔助樹和目標樹伐去干擾樹保留目標樹和輔助樹適當保留灌草藤蔓）

（2）標記及其標記方式特性

（3）伐木工藝特性

（4）歸集工藝特性

（5）清林工藝特性

（6）裝備特性4輸出特性和轉化特性的優(yōu)化

輸出特性的優(yōu)化是對工程能力進行分析后，通過對轉化特性進行優(yōu)化來實現(xiàn)的。所謂工程能力是指森林撫育工程運行處于穩(wěn)定受控狀態(tài)時完成工程要求的能力，屬于質(zhì)量指標要求。工程能力越強，輸出特性達到工程設計要求的程度就越高；反之，如果工程能力較弱，則需通過優(yōu)化轉化特性來提高輸出特性來達到工程設計要求的程度。

為了科學地分析研究森林撫育工程輸出特性，本文引用了3個參數(shù)：輸出特性偏移量ε、輸出特性標準偏差S（輸出特性值離散的程度）和輸出特性公差要求T，通過對這3個參數(shù)的探討尋求改進提高工程能力的途徑，進而優(yōu)化森林撫育工程的輸出特性。這3個參數(shù)均通過工程作業(yè)后對樣地的驗證評價獲取，增大或縮小其中任何一參數(shù)，都將會引起工程能力的改變，因此，提高工程能力的唯一途徑是在保證兩個基本條件（一是有足夠的工程能力，二是要保證工程運行在穩(wěn)定受控狀態(tài)下進行）的前提下調(diào)整ε、S、T。調(diào)整這3個參數(shù)，首先要保證定性指標的需要，如目標樹同非目標樹、草本、藤和灌等植物之間的矛盾，保護林木的營養(yǎng)空間，加速生長環(huán)境，有利于林冠形成梯度郁閉等。

（1）輸出特性偏移量ε

ε=|X-M|。（1）

式中：X為樣地輸出特性平均值；M為輸出特性的目標值。

對于直接輸出特性的定量指標，如撫育后林木平均胸徑、郁閉度和公頃株數(shù)（密度）等輸出特性均為正態(tài)分布，在國家林業(yè)局印發(fā)的《森林撫育檢查驗收辦法》中規(guī)定撫育后林木的平均胸徑誤差在±15%，郁閉度誤差為±0.1，如果撫育后郁閉度要求為0.6，則輸出特性目標值為0.6，上偏差為0.7，下偏差為0.5，撫育后可能出現(xiàn)3種情況（如圖1所示）。

（a）X< M，即實測值小于目標值，這種狀況是最不希望出現(xiàn)的，因為這種狀況不僅降低了工程能力指數(shù)，出現(xiàn)不合格率加大，而且是不可修復的。

（b）X> M，即實測值大于目標值，這種狀況雖然不合格率會加大，卻是可以修復的。

（c）X= M，即實測值等于目標值，這是理想狀況，在實際工程作業(yè)中很少出現(xiàn)，但可通過運行控制，調(diào)整其轉化特性，使樣地平均輸出特性值盡可能的靠近輸出特性目標值。

通過調(diào)整轉化特性減小森林撫育工程輸出特性偏移量，可提高工程能力，進而優(yōu)化輸出特性。

（2）輸出特性標準偏差S

輸出特性標準偏差S表征森林撫育直接輸出特性的離散程度，標準偏差S和樣地測得的平均輸出特性X不同，樣地測得的平均輸出特性值X相同，不等于標準偏差S相同，有可能相差很大，如林分撫育后郁閉度、公頃株數(shù)（密度）的標準偏差過大，說明林分的林木結構離散程度大，將不利于森林的穩(wěn)定健康，直接影響了林木的營養(yǎng)空間，影響林木的生長。

如果撫育后林木平均胸徑標準偏差過大，則會出現(xiàn)林木高矮不齊、大小不均的現(xiàn)象，降低了林分林木質(zhì)量，對林木的營養(yǎng)空間和生長環(huán)境都會產(chǎn)生不利的因素。因此通過調(diào)整轉化特性減小森林撫育直接作用效應輸出特性的標準偏差，可提高工程能力，進而優(yōu)化輸出特性。

對標準偏差的控制可通過如下措施進行：

（a）通過運行控制，優(yōu)化轉化特性，不同的林分分而治之，縮小標準偏差S。

（b）對局部林木稀少或空地采用補植撫育措施，縮小標準偏差S。

（c）利用邊界效應，適當采用人工促進更新，縮小標準偏差S。

（3）輸出特性公差要求T

T=TU-TL。（2）

式中：TU為上偏差；TL為下偏差。

森林撫育工程輸出特性公差要求T是森林撫育工程設計過程輸出的，所以在工程運行中改變工程輸出特性要求要特別慎重，一般在工程進行后在驗證評價的基礎上，通過工程成效監(jiān)測，將獲得的信息經(jīng)分析研究后，在有充分的依據(jù)的情況下，才能對工程輸出特性要求作出增大或縮小的決定。在能滿足工程要求的范圍內(nèi)，通過放寬輸出特性公差要求T，可提高工程能力，進而優(yōu)化輸出特性。

5結束語

森林撫育工程的直接輸出特性可通過工程后的驗證評價獲得，但直接輸出特性不是目的，而是為長效輸出特性提供條件；長效輸出特性是在直接輸出特性的基礎上評估實現(xiàn)森林撫育目標的可能性，在分析長效輸出特性的基礎上通過成效監(jiān)測，對輸出特性偏移量、輸出特性標準偏差和輸出特性公差要求這三個參數(shù)進行優(yōu)化，提高工程能力，進而優(yōu)化輸出特性，掌握林分的演替趨勢，為森林撫育工程的持續(xù)改進提供支持。

通過對輸出特性和轉化特性的研究，可極大地提高工程作業(yè)質(zhì)量，提高工程設計水平，為大興安嶺林區(qū)森林撫育工程技術要求標準的產(chǎn)出提供基礎和支撐，為森林撫育工程的持續(xù)改進提供依據(jù)。

大興安嶺林區(qū)森林撫育工程系統(tǒng)輸出特性和轉化特性的研究是大興安嶺林區(qū)森林撫育工程系統(tǒng)（輸入、轉化、輸出、運行控制、驗證評價、工程成效監(jiān)測）的有機組成部分，本文建議在今后的研究中除了要加強對森林撫育工程能力的研究外，還應逐步完善對運行控制、驗證評價、成效監(jiān)測特性的研究，以此完善整個大興安嶺林區(qū)森林撫育工程系統(tǒng)的研究。

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