全 文 ：防护林阶段定向经营研究Ⅰ. 理论基础 3
姜凤岐 3 3 　朱教君 3 3 3 (中国科学院沈阳应用生态研究所 , 沈阳 110016)
【摘要】　基于多年防护林经营研究与实践 ,在分析防护林经营目的的基础上 ,提出了防护林阶段定向经营
理论基础. 以防护林的防护成熟为核心 ,将防护林经营阶段划分为成熟前期 , 即从栽植后形成相对稳定的
幼林到初始防护成熟龄 ;防护成熟期 ,防护成熟状态持续的时期 ,即从初始防护成熟龄到终止防护成熟龄 ;
更新期 ,林木接近自然成熟开始更新直到更新结束并形成相对稳定的幼林. 防护林经营的定向是指在任何
经营阶段内 ,一切经营技术与措施都是为了使防护林向着成熟的状态发展 ,即防护成熟是防护林经营的方
向 ,是最终目的. 为尽量维持防护林的成熟状态并使防护效益不间断 ,针对发育正常与低质衰退的林分 ,在
各个经营阶段内采取相应的系列经营管理与改造措施.
关键词 　阶段定向经营 　防护林 　防护成熟
文章编号 　1001 - 9332 (2002) 10 - 1352 - 04 　中图分类号 　S727. 2 　文献标识码 　A
Phase2directional management of protective plantations Ⅰ. Fundamentals. J IAN G Fengqi , ZHU Jiaojun ( In2
stitute of A pplied Ecology , Chinese Academy of Sciences , S henyang 110016) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2002 ,13
(10) :1352～1355.
In order to ensure the higher effectiveness , more stability and sustainability of Protective plantations , the defini2
tion of phase2directional management ( PDM) of protective plantations was brought forward on the basis of man2
agement researches and practices for protective plantations. The basics of PDM is protective maturity , which is
defined as the time when the protective plantations attain to the state that the protective plantations can provide
effective and complete protection to the objects needed to be protected. Protective maturity has two points ,initial
protective maturity age ( IPMA) , the age of protective maturity started , and terminal protective maturity age
( TPMA) , the age of protective maturity ended. Three management phases of protective plantation , i. e. , pre2
maturity phase , the period from sapling or establishment to initial protective maturity , protective maturity
phase , the period of protective maturity lasting , and regeneration phase , the period during regeneration and be2
fore the establishment , are divided based on the fundamental of protective maturity. Directional management of
protective plantation means that all of the management techniques in each phase are directed at the aim of protec2
tive maturity , i. e. , protective maturity is the direction of management of protective forests , and protective ma2
turity is the final objective for the management of protective forests. In order to sustain the protective maturity
state , corresponding measures should be conducted in each phase ,according to the classification of protective
plantations. In pre2maturity phase , the purpose of managing is to accelerate the protective maturity , therefore ,
the measures such as weed clearing , soil cultivation , irrigation , fertilization , intercropping and branch cutting
etc. should be conducted in protective plantations. In maturity phase , the aim of managing is to sustain the pro2
tective maturity , i. e. , the techniques (tending and thinning) of controlling the structure of protective planta2
tions should be paid emphases. In the period of regeneration , the objective of managing is to recover the protec2
tive maturity , accordingly , the regeneration patterns and ways should be determined reasonably. Additionally ,
the methods of determining protective maturity , i. e. , the core of the phase2directional management , are also
given corresponding to farmland shelterbelt , sand2fixation forest and water and soil conservation forest . For
farmland shelterbelt , IPMA can be determined according to the growth pattern of tree height under the suitable
structure (porosity) . For sand2fixation forest , it can be determined by the cover degree of the forest , i. e. , the
age when cover degree gets toπ/ 4 can be considered as IPMA. In the case of water and soil conservation forest ,
IPMA is determined by the canopy closure at the height of 1m above forest ground , which can be obtained from
the hemispherical silhouettes in vertical direction. As for the TPMA , it can be described by the natural age of
trees for all of above2mentioned three kinds of protective plantations , but the concrete methods for estimating the
natural age of trees in each kind of forests are different .
Key words 　Phase2directional management ( PDM) , Protective plantations , Protective maturity.3 国家“七五”、“八五”、“九五”科技攻关项目、国家自然科学基金项
目 (39170632、39370578)和中国科学院沈阳应用生态研究所知识创
新工程资助项目.3 3 通讯联系人. 3 3 3 执笔人.
2002 - 05 - 23 收稿 ,2002 - 07 - 08 接受.
1 　引 　　言
面对 21 世纪森林退化进而引发严峻的资源环境危机的
困扰[8 ] ,我国政府已经把森林经营方向由过去以木材利用为
主转向以发挥森林生态效益为主 ,以整合后的六大林业重点
工程建设为标志的这一转变 ,表明防护性林业在我国林业建
设中的重要地位 ,从而为防护性森林经营提出了新的要
求[11 ] .作为一个森林资源贫乏的国家 ,生态安全建设的巨大
需求 ,决定了我国必须发展高效、稳定、可持续的防护林生态
系统. 20 世纪 50 年代以来 ,我国在发展防护林方面做出了
应 用 生 态 学 报 　2002 年 10 月 　第 13 卷 　第 10 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Oct . 2002 ,13 (10)∶1352～1355
巨大的努力 ,仅横跨我国西北、华北北部、东北西部的三北防
护林体系建设 ,自 1978 年启动以来 ,已完成造林保存面积达
2. 2 ×107 hm2 ,相当于世界人工林面积的 1/ 7 ;如果把沿海、
太行山、长江中上游等地区防护林加在一起 ,将使这一数字
更加扩大. 目前 ,这些防护林工程已形成一定规模 ,其生态、
经济和社会效益与日俱增 ,为控制风沙干旱、水土流失等自
然灾害 ,改善生态环境 ,提高农牧业生产水平 ,缓解粮食、饲
料、燃料、木材的供需矛盾 ,建立新的生态平衡 ,服务国家生
态安全建设 ,发展区域性国民经济等方面发挥着愈来愈显著
的作用[4 ] . 但是 ,现有防护林的质量、结构与功能仍很低 [18 ] ,
如何通过科学经营保证如此巨量的防护林在其生长发育过
程中高效、稳定、可持续地发挥防护作用 ,已成为当前防护林
研究与实践中的焦点.
因此 ,面对现实存在的关键问题和未来国家重点地区防
护林体系建设工程发展的需求 ,从实现防护林高效、稳定、可
持续的总目标出发 ,研究适合防护林经营的新理论及相应的
管理技术 ,是保证我国防护林体系能够提供最佳生态服务功
能及相应林产品 ,进而达到可持续经营的科学基础 ,对满足
国家生态安全建设需求、保障社会经济的健康发展具有十分
重要的科学和现实意义. 通过总结国家“七五”、“八五”、“九
五”科技攻关和国家自然科学基金多项有关防护林经营研究
项目成果 ,提出了适合防护林经营的阶段定向经营理论与技
术体系. 本文重点阐述防护林阶段定向经营的理论基础.
2 　防护林经营基础
211 　防护林防护成熟内涵与界定
防护林是为改善区域环境条件 ,防治或减轻自然灾害 ,
形成有利于人类与动植物生存的生态环境 ,根据不同地域的
自然、社会与经济条件以及林木群体的多种防护功能 ,规划、
营建的各种森林 [1 , 2 , 4 , 12 ] ;即防护林是一类以提供多样化生
态 ,满足人类社会对保护生态环境、减免自然灾害需求的森
林的总称. 依据保护对象和防护目的的不同 ,又将防护林细
分为若干个二级林种 ,如水源涵养林、水土保持林、农田防护
林、防风固沙林、草牧场防护林、海岸防护林、护路林、护岸林
等.经营防护林的主要目的是使其最大限度地提供多样化生
态服务功能 ,即生态公益及木材利用等.
一般意义上的森林经营理论与技术 ,国内外已有研
究[10 ] ,并成为指导森林经营的主要依据 ,如森林生长发育 6
个时期的划分、克拉夫特林木分级法、株数和径级分布规律、
最大密度线和 3/ 2 定则、数量成熟、工艺成熟与经济成熟的
内涵与界定等[9 ] . 其主要特点是针对以获得最大的木材效益
为经营目标而建立的理论与技术 ,因此仅适用于用材林. 而
对于防护林 ,由于经典森林经营理论没有把森林的防护特
性 ,即防护林经营的主要目标 ,作为理论与技术的重要因素
加以考虑 ,因此现行的森林经营的理论与技术远不能满足防
护林经营的需要 [3 , 5 , 12 ] . 我们认为 ,森林成熟是森林经营的
核心 ,防护林经营的核心应是防护成熟. 而经典森林经营的
目标却瞄准了为木材利用服务的数量成熟与工艺成熟.
森林成熟一般被定义为森林在生长发育过程中达到最
符合经营目的的状态 [10 ] ;由于森林的种类繁多和森林功能
的多样性 ,导致人们对森林有益性能经营利用的专一与分
化 ,各种森林所发挥相应功能的年龄也各不相同. 因此 ,森林
成熟也相应地有着多种表现形式 ;以发挥防护效益为经营目
的的各种防护林的成熟称为防护成熟. 然而 ,到目前为止 ,国
内外对不同种类防护林的防护成熟问题研究得很不
够[13 ,16 ] ,多数研究仍认为防护成熟是森林处于防护效益 (作
用)最大时的状态 ,所对应的时间为防护成熟龄 ,即 ,定义的
核心是“效益最大”. 这种“效益最大”很容易被理解为这是效
益的峰值 ,其所对应的时间只能是防护林生命周期中的一
点 ,而经营防护林的总体目标应是通过最大限度地发挥树木
与林分的防护作用 ,使之达到全面、有效、持续. 因此 ,对照前
述森林成熟的定义 ,单纯用效益最大的表达则不免容易引起
歧意. 研究防护林防护成熟与以收获为目的的用材林成熟 ,
其不同在于后者以最大数量指标作为成熟的标准 ,目的在于
集中收获利用 (采伐更新) ,所以 ,“最大”的特征是表达成熟
的关键 ;而经营防护林决不能把最大效益状态的林分作为采
伐更新的依据 ,恰恰相反 ,人们追求的是这种最大防护的有
效延续 ,因此 ,从森林经营角度 ,应尽量延长林分全面、有效
防护的时间 ,而确定这段时间的起点与终点比之寻找最高点
更有实际意义[3 , 4 , 6 , 12 ] .
按着森林成熟的基本定义 ,试对防护林防护成熟作如下
表述 :防护林在生长发育过程中对其所保护的对象达到全面
有效防护的状态为防护成熟 ,其所对应的时间为防护成熟
期 ,防护成熟持续时期的两个端点分别为初始防护成熟龄和
终止防护成熟龄[3 , 4 , 12 ] . 初始防护成熟指一代林分开始进
入防护成熟的状态 ,即林分开始将所保护的对象全面有效地
防护起来的状态 ,所对应的时间为初始防护成熟龄 ( IPMA) .
终止防护成熟指一代林分的防护功能及其它功能明显下降
时的状态 ,即林分开始衰弱进入不能为其保护的对象提供全
面、有效防护时的状态 ,所对应的时间为终止防护成熟龄
( TMPA) . 初始防护成熟龄到终止防护成熟龄这段时期称为
防护林的防护成熟期 ,防护成熟期表明防护林进入防护成熟
状态所能持续的最长时间.
212 　防护林阶段定向经营的内涵
21211 防护林经营阶段的划分 　无论天然林还是人工林 ,生
长发育阶段的划分都是林分经营的重要基础 [14 ,15 ] ,只有科
学地分清林分的生长发育阶段 ,才能明确各阶段中应实施的
经营措施. 防护林的经营阶段也是指防护林的生长发育阶
段 ,毫无疑问 ,准确科学地划分防护林的经营阶段对防护林
经营至关重要.
　　国内外对森林树木生长发育时期的划分做了很多研究 ,
而每种划分均有其特点和适用范围. 通常对用材林的经营是
依据经营目的的要求 ,在明确林分生长发育规律的基础上进
行的. 以往对森林树木生长发育时期的研究可概括归纳为 :
以树木之间、林木与环境之间相互关系的变化特点为依据 ,
将森林树木划分为幼龄林、壮龄林、中龄林、近熟林、成熟林
353110 期 　　　　　　　　　　　　　姜凤岐等 :防护林阶段定向经营研究 Ⅰ. 理论基础 　　　　　　
和过熟林等 6 个时期 ,并粗略地按龄级进行了划分 [10 ] . 近年
来 ,人工林日益增多 ,速生树种 ,如杂交杨类的引种与大量推
广 ,以及其他林种经营的特殊要求等 ,使森林的培育期大为
缩短 ,已无繁琐分期的必要. 防护林以尽快提供多样化生态
功能服务 ,满足人类社会对保护生态环境、改善区域环境条
件 ,防治或减轻自然灾害的需求为目的 ,其经营目标则要求
防护林的林木尽快达到全面、有效防护这一状态 ,即防护成
熟状态 ,并能在该状态下持续相当长时间. 因此 ,对于防护林
中的林分 ,无论从林种特殊性考虑 ,还是从树种速生性考虑
都应围绕防护成熟对防护林经营阶段进行划分 [14 ] .
　　为满足经营防护林使其尽快达到防护成熟状态的特殊
需要 ,将防护林的生长发育过程划分为 3 个经营阶段 (图
1) :第一阶段为成熟前期 ( Ⅰ) ,从幼林到防护成熟到来之前 ,
即自栽植后形成相对稳定的幼林 ( Establishment) (A1 ) 开始
到初始防护成熟龄 ( IPMA) 所持续的时间 ;第二阶段为防护
成熟期 ( Ⅱ) ,防护成熟状态持续的时期 ,即由初始防护成熟
龄 ( IPMA)到终止防护成熟龄 ( TPMA) 所持续的时间 ;第三
阶段为更新期 ( Ⅲ) ,从林木达到终止防护成熟龄或更新龄时
开始更新直到更新结束 ,即相对稳定的幼林形成的时期.
图 1 　防护林定向经营阶段划分示意图
Fig. 1 Phase division for protective plantations in phase2directional man2
agement .
阴影填充部分表示防护效益 Area filled with lines represents shelter
benefits. A0 :防护林初植时间 ,一般为 0 (年) Planting time of protec2
tive forest , A1 :形成相对稳定的幼林 Establishment time of protective
forest , IPMA :初始防护成熟龄 Initial protective maturity age ,Ar :更新
龄 Regeneration age , TPMA :终止防护成熟龄 Terminal protective ma2
turity age ,NMA :自然成熟龄 NMA = Natural maturity age. Ⅰ. 第一阶
段 ,成熟前期 First phase , pre2maturity period , Ⅱ:第二阶段 ,防护成
熟期 Second phase , maturity period , Ⅲ: 第三阶段 , 更新期 Third
phase , regeneration period.
21212 防护林定向经营的内涵/ 目标 　防护林定向经营的核
心是使防护林向着防护成熟状态发展 ,即在任何经营阶段
内 ,一切经营技术与措施都使防护林向着成熟状态发展. 防
护成熟是防护林经营的方向 ,是最终目的. 在成熟前期阶段 ,
定向的目标是 :促进防护成熟 ,即促进林木生长使之尽早达
到全面、有效的防护成熟状态. 该阶段所有的经营措施都应
紧紧围绕加速林木生长、尽可能提前实现防护成熟状态为中
心进行 ;如现行的以除草、松土、灌溉、施肥、间作、定株、修枝
为基本内容的幼林抚育技术 ,以及其它有利于林分正常生
长、发育或尽速进入防护成熟状态的技术措施等. 这一阶段
的核心经营技术是林地抚育管理技术. 在成熟期阶段 ,定向
的目标是 :维持防护成熟 ,即维持防护林达到防护成熟时的
结构状态 ,使全面、有效的防护能够稳定发挥. 这一阶段所有
措施应保证林分处在最佳防护状态 ;如修枝、间伐、病虫害防
治等为基本内容的林木抚育技术. 该阶段的核心经营技术是
密度调控技术. 在更新期阶段 ,定向的目标是 :尽早恢复防护
成熟 ,即根据不同防护林种的特点 ,通过选择适当的更新方
式 (天然更新、人工促进/ 诱导天然更新、人工更新) 、方法 ,尽
早恢复由于一代防护林的自然成熟或采伐利用而间断或降
低的防护效益 ,使下一代防护林尽早形成. 该阶段经营的核
心问题是更新方式、方法与更新种类的选择与确定.
3 　典型防护林种防护成熟的确定方法
311 　农田防护林防护成熟的确定方法
　　农田防护林 (林带)经营的主要目的是 :使其最大可能全
面有效保护农田、发挥防护效益. 其效应发生的机制是 :通过
削弱风速、改变气流运动形式 ,从而引起一系列小气候因素
得以改善并明显减少自然灾害发生 ,保障农业生产. 因此 ,判
断林带是否处于防护成熟状态 ,实际上要看林带在所控制的
空间内是否把害风 (或其它灾害因子) 降低到临界值以下或
最低程度 ,从而实现全面有效的防护. 林带对风 (或其它灾害
因子)的防护作用主要取决于林带本身的结构和林带的高
度.结构由树种组成、配置方式、密度等因子决定 ,一般设计
合理的林带一旦郁闭即可进入最佳结构状态 ,不甚合理者也
可通过调整实现最佳林带结构 ,从而保证林带最大限度的防
护效益. 而林带高度是决定有效防护距离的关键 ,树木高生
长是由其生物学特性决定的 ,因此 ,树木的高生长成为确定
防护成熟龄的最重要因子 [6 , 12 ] .
　　初始防护成熟龄的确定是以树高生长加速度达到极小
值点时为主要依据 [12 ] ,此时林木的高度正是最理想的防护
成熟高度 ,其所对应的年龄为初始防护成熟龄. 终止防护成
熟龄的确定则以自然成熟龄作为主要依据 ,这主要是因为在
自然成熟前林带基本能满足防护需要.
312 　水土保持林防护成熟的确定方法
　　水土保持林保持水土效益的机理是控制降水对地表的
直接作用 ,使降水在落入林地前有一个再分配的过程 ,这一
过程则是引起一系列水土保持林防护效益得以发挥的主导
因子. 因此 ,判断水土保持林是否处于防护成熟状态 ,则主要
看其所控制的空间内能否把降水对地表的冲击降低到相对
最大程度 ,从而实现水土保持林的有效防护. 林木开始进入
该种状态时的年龄为水土保持林的初始防护成熟龄. 确定水
土保持林初始防护成熟龄的关键因子为树冠的生长发育情
况 ,即林木树冠生长发育到什么程度才能满足保持水土的需
要. 因此 ,林分的透光分层疏透度 (林分透光分层疏透度是用
来描述林分内空隙的垂直分布 ,与林带的透光疏透度的本质
区别在于 :林带的透光疏透度是基于林带垂直方向的影象轮
廓来定义的. 而透光分层疏透度则是基于林分在从林地开始
到林冠顶部这一垂直方向上任意一个水平薄层的影象轮廓
4531 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　13 卷
来定义的. 关于透光分层疏透度的测定方法与应用参见文
献[17 ] ,可作为确定水土保持林的初始防护成熟龄的主要依
据.当林分内一定高度 (例如距地面 1m) 透光分层疏透度值
大于或等于 0. 75 时 ,其所对应的年龄为初始防护成熟龄. 如
仅从防护效益考虑 ,水土保持林的终止防护成熟龄确定为自
然成熟龄 ,因为即使林木达到自然成熟 ,仍能实现对水土流
失的有效防护.
313 　防风固沙林防护成熟的确定方法
　　防风固沙林的主要经营方向应该是防风固沙. 因此 ,固
沙林的防护成熟可简述为 :当固沙林的生长发育达到全面有
效控制沙地风蚀时的状态 ,其所对应期间的两个端点 ,分别
称为初始防护成熟龄和终止防护成熟龄. 由于风蚀要素的所
有防治措施 ,不管是物理的、化学的还是生物的 ,其作用机制
不外是覆盖 (隔离风与沙) 、阻挡 (降低风速) 、增湿 (提高沙地
含水率)和改性 (提高沙粒的粘结力) . 为此 ,把郁闭度 (乔木)
和盖度 (灌木)作为固沙林防护成熟界定的指标. 按定义“全
面有效控制风蚀”的要求 ,林分最佳状态是株间、行间或水平
和垂直两个方向上均达到郁闭 ,即当林分郁闭度 ≥π/ 4 时 ,
作为确定初始防护成熟龄的主要依据 [5 ] . 终止防护成熟龄确
定为固沙林达到总体郁闭无法维持π/ 4 的时间 ,此时林木通
常进入过熟状态 ,因此 ,终止防护成熟龄确定为自然成熟龄.
4 　结 　　语
　　防护林经营指对培育防护林各项技术措施和人工作业
的统称 ;包括从幼林直至采伐更新的全部生长发育过程所采
取的系列定向培育技术 ,旨在实现防护林的高效、稳定和可
持续. 防护林经营的核心理论是防护林阶段定向经营 ,其中 ,
防护林的防护成熟是关键. 防护成熟是防护林达到防护目的
时的状态 ,以此为依据 ,可将防护林的生长发育过程划分为
3 个经营阶段 ,即成熟前期、防护成熟期和更新期. 相应于 3
个经营阶段实施培育措施. 成熟前期的林地抚育管理技术 ,
防护成熟期的密度调控技术 ,更新期的更新方式、方法与更
新种类的选择与确定等都是为了维持防护林的成熟状态.
　　防护林是以森林的服务功能即防护效益为基本目标的
森林类型 ,依据保护对象和防护目的的不同 ,又可将防护林
细分为若干个 2 级林种. 目前 ,我国的防护林主要为人工林.
随着天然林保护工程的实施 ,将有大量的天然林逐渐按着防
护林进行培育和经营. 因此 ,防护林经营技术的选择还必须
注意 2 级林种种类、起源、树种组成的差异. 如在成熟前期的
幼林抚育技术 ,对于天然起源的防护林幼林很难实施除草、
松土、施肥、灌水的措施 ,但可以选择割灌、修枝、定株的措
施 ;在防护成熟期 ,对造林密度较小的林分无需抚育间伐 ,只
进行卫生伐即可 ,而对农田防护林则可利用最适疏透度控制
合理密度实行适度的抚育间伐 ;在更新期 ,无论是天然林还
是人工林都不宜采用皆伐方式 ,但对于人工营造的窄带式农
田防护林完全避免皆伐方式是非常困难的 ,而常见的更新方
式有 :全带皆伐更新、半带皆伐更新、隔带皆伐更新和侧方附
加林带更新 (滚带更新) . 另外 ,低价值防护林 (低效林) 改造
也是防护林经营的重要内容. 通常依据林木生长发育状况、
保存密度、郁闭度和林木分布的均匀程度 ,将低效林分为抚
育型、改造型、重造型和封禁培育型 ,并施以相应的改造措
施.此外 ,防护林病虫害防治、防火、林地保护与管理、林产品
加工利用亦在广义的防护林经营范畴之内.
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作者简介 　姜凤岐 ,男 ,1937 年生 ,研究员 ,博导. 主要从事
防护林生态和经营、林业生态工程、荒漠化治理研究 ,发表论
文 90 余篇. E2mail : fqjiang2002 @yahoo. com. cn
553110 期 　　　　　　　　　　　　　姜凤岐等 :防护林阶段定向经营研究 Ⅰ. 理论基础