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长江防护林质量调控与高效经营技术研究与示范

2020-12-03

 

长江流域跨我国地势的第一、第二和第三阶梯,面向社会、经济发展和生态安全需求不断提升的目标,长江流域防护林体系质量调控和经营技术,关系到长江流域的水源涵养、水土保持、石漠化防治等生态服务功能提升,对于减缓长江流域主要生态与环境问题,保障长江流域的生态安全、生态产业发展和经济增长具有重要意义。
“长江防护林质量调控与高效经营技术研究与示范”课题(课题编号:2015BAD07B04)由中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所主持,属于国家科技支撑计划“林业生态科技工程”项目,面向长防林工程“生态、碳汇、生物多样性、木材与生态经济”等目标,针对长江流域典型区域(中上游生态脆弱区、三峡库区及长江中下游低山丘陵区)防护林建设技术的难点与重点,开展林分结构调整与定向经营、景观结构优化与模式调整和区域防护林体系布局优化研究与示范,建立防护林质量调控、定向培育与高效经营技术体系,形成结构稳定、功能优良、效益兼顾的长江防护林生态屏障。
 
1 研究内容
1.1 基于生态服务功能耦合的区域防护林体系景观规划管理技术
基于三峡库区主导生态功能分异、应用模型等评估土地利用状况和防护林景观布局下的土壤侵蚀区位、潜在风险和适宜性评价,确定防护林体系构建模式、规模及景观格局控制结构,并耦合区域土地利用格局变化趋势分析与模拟,构建多种生态服务功能耦合的区域防护林体系及其规划技术。
1.2 小流域防护林体系结构调控与林分经营技术研究与示范
选择三峡库区典型小流域生态经济防护林体系(林种结构和空间模式),调整其防护林体系的林种结构和优化坡面对位配置;通过服务功能监测、评估与目标阈值设定,提出防护林结构、空间布局与林分经营方向调整方案,提出防护林类型的空间布局和低效林提升的技术框架,并建立小流域防护林体系结构调控技术体系和示范。
1.3 防护林体系林分结构调控与定向经营技术研究与示范
选择典型区域防护林体系,应用功能导向分异对林分的水源涵养和水土保持经营状态评价、经营类型划分、定向经营和植被结构调整试验,提出防护林定向经营的理想结构参数组合及其阈值,建立中幼林抚育、低效林改造和近自然经营技术,并对消落带植物生物、工程治理和植被生境恢复进行示范。
1.4 长江中上游生态脆弱区防护林构建与综合管理技术研究与示范
选择生态脆弱区如长江中上游金沙江干热河谷区域、川中丘陵区及西南石漠化区,对防护林构建、林分结构优化及定向更新促繁技术模式进行试验、生态功能监测与评估,筛选适宜防护林林种配置结构、稳定林分结构类型和空间布局,提出防护林体系综合营建、林地质量维持以及可持续经营技术模式,并进行试验示范。
1.5 长江中下游低山丘陵防护林空间结构优化与质量调控技术研究与示范
以防护林质量与关键功能提升为目标,开展低效林改造技术研究和恢复模式试验,通过林分结构优化、质量调控与功能监测与评估,建立高效水源林、水土保持林优化结构调控与定向经营技术体系。
 
2 主要成果
课题研究了区域防护林体系景观规划管理、小流域防护林体系结构调控、生态脆弱区防护林构建与综合管理、低山丘陵区防护林空间结构优化与质量调控,建立了区域防护林体系及其规划、小流域结构调控与林分经营调整技术,生态脆弱区防护林营建、林地质量维持技术,低山丘陵防护林定向经营技术。形成了生态服务功能耦合规划方法、流域防护林结构调控与定向经营调控技术模式、困难立地植被恢复与重建模式。创新集成中幼龄林抚育、低效林改造和定向经营培育单项技术,组装区域和小流域防护林体系结构调整与功能优化等关键技术,建立防护林体系质量调控与高效经营技术等。研究颁布两项行业技术标准;培养研究生21名,项目实施区培训技术骨干180人;在核心刊物发表学术论文52篇,其中,SCI/EI收录13篇;出版专著1部。
课题研究总结集成关键技术7套,包括三峡库区长防林体系空间优化与规划技术、小流域防护林体系空间配置与结构调控技术、林分结构调控与定向经营技术、干热河谷防护林植被更新恢复和结构优化技术、川中丘陵区防护林空间结构优化技术、长江中下游低丘低效防护林的优化结构调控与经营技术。建立了防护林结构调控、林分定向经营、植被更新恢复、结构优化及低效防护林经营5个试验示范基地,提出长江中上游典型地区防护林质量调控及高效经营模式4个、长江中下游防护林优化结构及调控模式3个。
课题完成了三峡库区小流域防护林体系结构调控及林分定向经营、喀斯特石漠化地区水土保持林结构优化、川中丘陵区防护林空间结构优化和干热河谷防护林植被更新恢复和结构优化等技术集成与示范,建立了长江中上游典型地区(石漠化、干热河谷和四川盆周)防护林质量及结构优化、三峡水库生态屏障区小流域防护林体系空间配置与模式、长江中下游低山丘陵防护林定向经营技术模式试验示范基地9处,面积2 406亩。
 
3 关键技术研发
3.1 生态服务功能耦合的区域防护林体系景观规划管理技术研究
研发了三峡库区小流域防护林生态网络构建技术。基于三峡库区典型流域分割,识别水土流失与面源污染分布关键区域,确定植被缓冲带的最佳位置与宽度;基于单目标空间生态网络识别、定位与功能空间叠加,选择径流系数、河网密度、坡度作为评价因子划分水源涵养能力空间等级和关键分布区,并应用最小费用距离模型构建了区域生物多样性保护网络,构建小流域防护林生态网络。
 形成了基于“源-汇”模型的植被缓冲带构建技术。基于“源-汇”景观模型(相对距离、相对高程和坡度),计算各汇水区的景观空间负荷对比指数,评估风险区等级并确定非点源污染控制植被缓冲带空间位置和宽度,结合缓冲带植物配置模式,构建植被缓冲带。
3.2 小流域防护林体系结构调控与林分经营技术研究与示范
研究了小流域坡面土壤侵蚀空间分布,提出临界植被覆盖度以及坡面防护林带临界带宽、带间距,建立小流域防护林体系对位配置模式,通过大于25°坡全面实施退耕还林,荒裸地区域全面植被覆被;林耕混合区林带构建尽可能链接现有林带,小流域整体土壤侵蚀强度处于微度,极少区域处于轻度水平。
3.3 林分结构调控与定向经营技术研究与示范
研究包括形成了三峡库区水源涵养林林分结构调控技术,基于研究马尾松林分结构与水文功能过程的耦合关系,筛选出各层次影响水文功能的林分结构参数集,基于林分现状、调控方向、调控措施等总结出马尾松水源涵养林林分结构调控技术。基于消落带植被时空动态及适生植物筛选,研究消落带适生植物种间关系,提出消落带植被恢复及维持技术。研究了影响林分水文过程的典型林分结构参数,建立了防护林空间结构优化和质量定向调控技术体系。杉木纯林改造为杉木+枫香树混交林和杉木+石栎混交林,针叶混交林改造为杉木+马尾松+枫香树混交林和杉木+马尾松+石栎混交林,阔叶混交林调整为石栎+木荷+栲树阔叶混交林、枫香树+香樟+木荷+石栎阔叶混交林。  
3.4 生态脆弱区防护林构建与综合管理技术研究
在金沙江干热河谷,研究建立了车桑子防护林更新恢复与结构优化技术,促进车桑子防护林繁殖更新;形成了更新恢复与结构优化技术,进行了局部补种补植;建立了退化灌丛更新恢复和结构优化技术,在土壤裸露和植被稀疏区域引入高适应性固氮树种大叶相思,以及点播余甘子、车桑子等原生乔灌木植物种子,经过35年的人工抚育、管理和培育,形成郁闭度较大的林下遮荫环境,同时通过固氮树种的生长,提高土壤养分含量和保水能力,为林下幼苗的更新创造良好环境,促进自然更新。
在喀斯特石漠化区,建立了人工林可持续经营关键技术“生物炭基肥-平茬-生物覆盖技术”和“林分结构配置技术以及喀斯特石漠化地区水土保持与结构优化技术”。
在四川盆周低山丘陵区,建立了川中人工柏木林“带状采伐+补阔”技术、川中丘陵区人工柏木林“生态疏伐”技术、川中丘陵区人工柏木林间伐强度改造技术以及川中丘陵区防护林空间结构优化技术。
3.5 长江中下游低丘防护林结构调控与经营技术研究
建立了马尾松水源涵养林结构优化和经营管理技术,进行了麻栎碳用林培育技术集成, 形成长江中下游防护林工程效益监测与评价规程,开展了赣江源针叶防护林生态化改造技术研究,创建了低质低效林密度调控-配置-抚育模式。
基于长江流域防护林体系的区域林种结构调整、流域防护林结构调控和低效林更新与改造技术研发体系,形成了面向主导功能提升的低效林定向改造和林分结构优化技术,构建典型低效林择伐、补植和结构优化模型,建立脆弱生态区的植被恢复与重建、中幼龄林抚育、低效林改造和定向经营培育技术等单项技术体系,基于主导服务功能提升的防护林规划与定向经营目标,研发区域生态与经济需求相协调的防护林体系林种空间结构优化技术,通过区域防护林体系景观规划、小流域防护林体系结构调整与功能优化和林分结构定向调控等技术体系集成,建立长江流域典型区域防护林体系质量调控与经营技术研究试验示范区。研究成果对于建立起结构稳定、功能优良、效益兼顾、可持续经营的防护林体系提供技术保障与支撑,并在山水林田湖草生态修复、退耕还林工程及长江防护林工程建设中得到示范、推广与应用,也为长江重点生态区(含川滇生态屏障)生态保护和修复重大工程的规划、建设与实施提供重要技术支撑。
 
课题负责人简介
黄志霖,博士,中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所研究员、博士生导师,湖北秭归三峡库区森林生态系统国家定位观测研究站副站长。主持完成国家重点研发计划、国家科技支撑计划、国家自然科学基金等项目6项、行业部门课题19项,发表论文80余篇,主编和参编著作8部,培养指导研究生26人。获省部级科技进步奖一等奖和二等奖各1项。