大兴安岭林区森林抚育工程系统输出特性和转化特性的研究

杨雪峰　樊冬温　李应珍　李湃

摘要：为提高大兴安岭林区森林抚育工程作业质量和工程成效，采用系统工程的分析方法，根据大兴安岭林区生态环境、功能和林木的结构特点，对大兴安岭林区最主要的三种抚育类型（透光抚育、生长伐抚育、生态疏伐抚育）的直接输出特性、长效输出特性和转化特性进行了详细分析。在此基础上，利用运行控制和统计学理论，通过调整输出特性偏移量、输出特性标准偏差和输出特性公差要求，提高工程能力，进而优化输出特性，最终实现提高工程作业质量和工程成效的目的。对输出特性和转化特性的分析研究，为大兴安岭林区森林抚育工程技术要求标准的产出提供基础和支撑。

关键词：大兴安岭林区；森林抚育；输出特性；转化特性

中图分类号：S 753.5文献标识码：A文章编号：1001-005X（2015）01-0034-04

Research on Output Characteristics and Conversion Characteristics

of Forest Tending Engineering System in Daxinganling area

Yang Xuefeng1，2，Fan 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

基金项目：国家标准委“农业标准化重要标准体系专项研究项目”〔2012（6）〕

第一作者简介：杨雪峰，硕士，工程师。研究方向：森林工程标准化以及林业机械标准化的研究。Email：yangxuefeng126@126.com

引文格式：杨雪峰，樊冬温，李应珍，等.大兴安岭林区森林抚育工程系统输出特性和转化特性的研究[J].森林工程，2015，31（1）：34-37.研究森林抚育工程特性对提高工程设计水平和作业质量、规范森林抚育目标管理均有现实意义。文中对大兴安岭山地区森林抚育工程系统的输入特性进行了分析研究[1]。輸入特性一旦输入森林工程系统（设计系统、运行系统）中，将通过转化（技术系统）产生输出。从时间概念上分，输出特性可分为直接输出特性和长效输出特性[2]。

本文将根据大兴安岭林区生态环境、功能和林木的结构特点，着重对大兴安岭林区最主要的三种抚育类型（透光抚育、生长伐抚育、生态疏伐抚育[3-4]）的直接输出特性、长效输出特性、转化特性[5-6]进行研究，在此基础上对输出特性的优化进行分析。

1直接输出特性

直接输出特性是在工程运行控制获得的信息的基础上通过工程后的验证而获得的。直接输出特性可分为定量指标特性和定性指标特性，定量指标特性主要体现在郁闭度、抚育强度、保留株数（密度）等方面，定性指标特性主要体现在木材结构、林木的生长环境、林木的分布要求等方面。以下是大兴安岭林区透光抚育、生长伐抚育、生态疏伐抚育等三种主要抚育类型的直接输出特性。

1.1透光抚育

透光抚育是幼龄林阶段进行的一种抚育类型（方式），其目的是解决目标树与非目标树、草本灌藤植物之间的矛盾，保证目标树不受任何压制而加速其生长[4]。根据大兴安岭林区生态环境、林木生长特性以及目标树生长环境的需要，提出透光抚育直接输出特性，见表1。

表1大兴安岭林区透光抚育直接输出特性[4]

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

抚育类型直接输出特性透光抚育（1）纯林：伐除质量低劣、无培育前途的有害树和过密的辅助树清除影响林木生长的藤蔓灌草后达到间密留匀、去劣存优和改善林木生长环境的程度

（2）混交林：伐去生长不良和影响目标树生长的林木后达到调整林分组成的程度

（3）天然林、人工林中伐后保留株数、林分郁闭度符合要求的程度

（4）伐后林分的林木平均胸径符合要求的程度

（5）抚育后是否造成了林间空地

第1期杨雪峰等：大兴安岭林区森林抚育工程系统输出特性和转化特性的研究

森林工程第31卷

1.2生长伐抚育

生长伐抚育的目的是在用材林的中龄林中伐除过密和生长不良的林木，合理调整立木密度，使保留木具有较好的营养空间，促进保留木生长，培养出良好干形的目标树[4]。根据大兴安岭林区生态环境、林木生长特性及其林木生长营养空间的需要，提出生长伐抚育直接输出特性，见表2。

表2大兴安岭林区生长伐抚育直接输出特性[4]

Tab.2 The direct output characteristics of the

accretion cutting tending in Daxinganling

抚育类型直接输出特性生长伐抚育（1）采伐强度、抚育后郁闭度达到技术要求的程度

（2）抚育后公顷株数达到技术要求的程度

（3）抚育后林分林木的平均胸径符合要求的程度

（4）易引起林分林木风倒、风折的抚育后郁闭度一次降低值是否低于要求的数值

（5）抚育后是否造成林中空地，抚育后林间是否能通行中小型林间作业机械；人工林行间距达到作业要求的程度

1.3生态疏伐抚育

生态疏伐抚育适用于郁闭度0.7以上的人工起源的水源涵养林和水土保持林，以及郁闭度0.8以上的天然起源的水源涵养林和水土保持林、下层木或植被受光困难的中龄林。按照有利于林冠形成梯度郁闭、主林层和次林层立木都直受光的要求，生态疏伐抚育时需伐除干扰树，保留目标树、辅助树和适量的草本、灌木和藤蔓[3，7-8]。根据大兴安岭林区水源涵养林和水土保持林的生态环境、林木生长环境及其服务功能的需要，提出生态疏伐抚育直接输出特性，见表3。

表3大兴安岭林区生态疏伐抚育直接输出特性[4]

Tab.3 The direct output characteristics of the

ecological thinning tending in Daxinganling

抚育类型直接作用效应输出特性生长伐抚育（1）保持原林分总体结构要求的程度

（2）抚育强度、抚育后郁闭度符合要求的程度

（3）抚育后的公顷株数（密度）符合要求的程度

（4）保留的灌、藤、草符合要求的程度

2长效输出特性

长效输出特性是森林抚育的目标和目的，直接输出特性是实现这个目标的措施或手段，直接输出特性可依据输入特性的工程设计要求进行验证，是可定量和定性的，而长效输出特性是不可定性和定量的，仅可以进行评价（评估）。大兴安岭林区透光抚育、生长伐抚育、生态疏伐抚育等3种主要抚育类型的长效输出特性见表4。

表4大兴安岭林区森林抚育长效输出特性

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

抚育类型长效作用效应输出特性透光伐抚育（1）改善林木生存环境促进林木生长速度

（2）调整林分组成促进幼龄林林分稳定健康的演变

（3）改善水循环的特性促进林分涵养水源能力的程度

（4）林分组成的调整对水土流失土壤保育功能改善的程度

（5）抚育作业（透光伐）对野生珍稀动植物保护的作用效应生长伐抚育（1）扩大和改善中龄林林木营养空间促进林木径级的生长速度

（2）间伐强度郁闭度的改变促进或降低水循环功能涵养水源功能的程度

（3）间伐强度郁閉度降低林分组成的改变对水土流失和土壤的保育能力的影响程度

（4）间伐强度郁闭度降低林分组成的改变等对林分生态系统的完整性稳定健康演变和森林可持续经营的影响程度生态疏伐抚育（1）抚育后对促进林分群落结构的完整稳定和健康对林分生态系统的生态过程的作用效果

（2）抚育后对林分群落结构的演替效果

（3）抚育后郁闭度植被盖度的降低对水源涵养土壤保育等生态服务功能的影响

（4）抚育后对野生动植物生存环境和生物多样性的影响

3转化特性

转化特性是指森林抚育工程作业所采用的技术措施的特性，如抚育对象、抚育方式、抚育时间、抚育采用工艺及装备等的特性[9-10]。大兴安岭林区透光抚育、生长伐抚育、生态疏伐抚育等3种主要抚育类型的转化特性见表5。

表5大兴安岭林区森林抚育转化特性

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

抚育类型转化特性透光伐抚育（1）抚育方式特性：全面抚育局部抚育（团状或带状）

（2）标记及其标记方式特性

（3）伐木（灌草）工艺特性

（4）归堆、集材、造材工艺特性

（5）清林工艺特性

（6）装备特性生长伐抚育（1）抚育方式特性：上层抚育下层抚育综合抚育、机械抚育等

（2）标记及其标记方式特性

（3）伐木工艺特性

（4）归集工艺特性

（5）清林工艺特性

（6）装备特性生态疏伐

抚育（1）抚育方式特性（划为植生组每组将林木分为干扰树辅助树和目标树伐去干扰树保留目标树和辅助树适当保留灌草藤蔓）

（2）标记及其标记方式特性

（3）伐木工艺特性

（4）归集工艺特性

（5）清林工艺特性

（6）装备特性4输出特性和转化特性的优化

输出特性的优化是对工程能力进行分析后，通过对转化特性进行优化来实现的。所谓工程能力是指森林抚育工程运行处于稳定受控状态时完成工程要求的能力，属于质量指标要求。工程能力越强，输出特性达到工程设计要求的程度就越高；反之，如果工程能力较弱，则需通过优化转化特性来提高输出特性来达到工程设计要求的程度。

为了科学地分析研究森林抚育工程输出特性，本文引用了3个参数：输出特性偏移量ε、输出特性标准偏差S（输出特性值离散的程度）和输出特性公差要求T，通过对这3个参数的探讨寻求改进提高工程能力的途径，进而优化森林抚育工程的输出特性。这3个参数均通过工程作业后对样地的验证评价获取，增大或缩小其中任何一参数，都将会引起工程能力的改变，因此，提高工程能力的唯一途径是在保证两个基本条件（一是有足够的工程能力，二是要保证工程运行在稳定受控状态下进行）的前提下调整ε、S、T。调整这3个参数，首先要保证定性指标的需要，如目标树同非目标树、草本、藤和灌等植物之间的矛盾，保护林木的营养空间，加速生长环境，有利于林冠形成梯度郁闭等。

（1）输出特性偏移量ε

ε=|X-M|。（1）

式中：X为样地输出特性平均值；M为输出特性的目标值。

对于直接输出特性的定量指标，如抚育后林木平均胸径、郁闭度和公顷株数（密度）等输出特性均为正态分布，在国家林业局印发的《森林抚育检查验收办法》中规定抚育后林木的平均胸径误差在±15%，郁闭度误差为±0.1，如果抚育后郁闭度要求为0.6，则输出特性目标值为0.6，上偏差为0.7，下偏差为0.5，抚育后可能出现3种情况（如图1所示）。

（a）X< M，即实测值小于目标值，这种状况是最不希望出现的，因为这种状况不仅降低了工程能力指数，出现不合格率加大，而且是不可修复的。

（b）X> M，即实测值大于目标值，这种状况虽然不合格率会加大，却是可以修复的。

（c）X= M，即实测值等于目标值，这是理想状况，在实际工程作业中很少出现，但可通过运行控制，调整其转化特性，使样地平均输出特性值尽可能的靠近输出特性目标值。

通过调整转化特性减小森林抚育工程输出特性偏移量，可提高工程能力，进而优化输出特性。

（2）输出特性标准偏差S

输出特性标准偏差S表征森林抚育直接输出特性的离散程度，标准偏差S和样地测得的平均输出特性X不同，样地测得的平均输出特性值X相同，不等于标准偏差S相同，有可能相差很大，如林分抚育后郁闭度、公顷株数（密度）的標准偏差过大，说明林分的林木结构离散程度大，将不利于森林的稳定健康，直接影响了林木的营养空间，影响林木的生长。

如果抚育后林木平均胸径标准偏差过大，则会出现林木高矮不齐、大小不均的现象，降低了林分林木质量，对林木的营养空间和生长环境都会产生不利的因素。因此通过调整转化特性减小森林抚育直接作用效应输出特性的标准偏差，可提高工程能力，进而优化输出特性。

对标准偏差的控制可通过如下措施进行：

（a）通过运行控制，优化转化特性，不同的林分分而治之，缩小标准偏差S。

（b）对局部林木稀少或空地采用补植抚育措施，缩小标准偏差S。

（c）利用边界效应，适当采用人工促进更新，缩小标准偏差S。

（3）输出特性公差要求T

T=TU-TL。（2）

式中：TU为上偏差；TL为下偏差。

森林抚育工程输出特性公差要求T是森林抚育工程设计过程输出的，所以在工程运行中改变工程输出特性要求要特别慎重，一般在工程进行后在验证评价的基础上，通过工程成效监测，将获得的信息经分析研究后，在有充分的依据的情况下，才能对工程输出特性要求作出增大或缩小的决定。在能满足工程要求的范围内，通过放宽输出特性公差要求T，可提高工程能力，进而优化输出特性。

5结束语

森林抚育工程的直接输出特性可通过工程后的验证评价获得，但直接输出特性不是目的，而是为长效输出特性提供条件；长效输出特性是在直接输出特性的基础上评估实现森林抚育目标的可能性，在分析长效输出特性的基础上通过成效监测，对输出特性偏移量、输出特性标准偏差和输出特性公差要求这三个参数进行优化，提高工程能力，进而优化输出特性，掌握林分的演替趋势，为森林抚育工程的持续改进提供支持。

通过对输出特性和转化特性的研究，可极大地提高工程作业质量，提高工程设计水平，为大兴安岭林区森林抚育工程技术要求标准的产出提供基础和支撑，为森林抚育工程的持续改进提供依据。

大兴安岭林区森林抚育工程系统输出特性和转化特性的研究是大兴安岭林区森林抚育工程系统（输入、转化、输出、运行控制、验证评价、工程成效监测）的有机组成部分，本文建议在今后的研究中除了要加强对森林抚育工程能力的研究外，还应逐步完善对运行控制、验证评价、成效监测特性的研究，以此完善整个大兴安岭林区森林抚育工程系统的研究。

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[责任编辑：胡建伟]