全 文 ：林 带 的 防 护 成 熟 与 更 新3
姜凤岐　朱教君　周新华　林鹤鸣　
(中国科学院沈阳应用生态研究所, 沈阳 110015)
【摘要】　在详细探讨林带防护成熟概念的基础上, 依据林带树木生长规律, 建立了林带防
护成熟龄与更新龄的确定方法, 具体确定了北京杨、小钻杨等 5 个杨树品种林带的初始防
护成熟龄、更新龄和更新期, 并对林带不同更新方式进行了效益评价.
关键词　林带　防护成熟　更新
Protective matur ity (PM ) and regeneration of shelterbelts. J iang Fengqi, Zhu J iao jun,
Zhou X inhua and L in H em ing ( Institu te of A pp lied E cology , A cad em ia S in ica , S heny ang
110015). 2Ch in. J. A pp l. E col. , 1994, 5 (4) : 337- 341.
Based and on a detail app roach to the PM of shelterbelt on the grow th pattern of it, the
m ethods fo r determ in ing PM and regenerat ion ages (RA ) are estab lished. In it ia l p ro tec2
t ive m aturity age ( IPM A ) and RA of 5 pop lar species shelterbelts such as P op u lus beij in2
g ensis, P. x iaoz huan ica ect. are determ ined as the examp les. M eanw h ile, benefit evalua2
t ion in differen t regenerat ion patterns is a lso m ade in th is paper.
Key words　Shelterbelt, P ro tective m aturity, R egeneration.
1　引　　言
更新是农田防护林 (林带) 经营活动的
重要一环, 它直接关系到林带总体效益的
永续性, 森林更新的理论基础是森林成熟.
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和任务的状态,
由于森林功能的多样性, 导致人们对森林
有益性能经营利用的专一与分化, 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. 自然, 林带更新的理论基
础应当是林带的防护成熟. 可惜到目前为
止, 国内外对包括农田防护林在内的不同
种类防护林的防护成熟问题研究得还很不
够[1 ]. 要很好地解决林带成熟与更新问题,
必须首先解决以下 3 个关键: ①深化林带
防护成熟概念, ②建立确定林带防护成熟
(龄) 和更新龄的方法, ③对林带的不同更
新方式进行评价. 这也正是本文要探讨的
主要内容.
　　3 国家自然科学基金资助项目.
　　1994 年 2 月 25 日收到, 6 月 4 日改回.
2　林带的防护成熟
在迄今为止有限的关于防护成熟的论
述中, 我们选取以下两个有代表性的定义
作为依据, 其一, 原苏联学者 В. В. 巴姆菲
洛夫 (1957) 给出的“第一类森林 (水源涵养
林、保土林、护田林、卫生保健林等) 发挥防
护效益最大时 (的年龄) 即为防护成熟
(龄) [6 ]; 其二, 北京林学院主编 (1984) 的森
林经理学对防护成熟作了这样的描述:“确
定防护成熟, 不仅以木材的数量和质量作
为判断的指标, 更重要的是从森林的有效
性能发挥的程度上去分析, 当树木或林分
发挥的防护作用最大时的年龄就是防护成
熟龄, 超过这个年龄防护性能就可能逐渐
下降”[1 ]. 比较这两个定义并无实质的差
别, 即都认为防护成熟是森林处于防护效
应 用 生 态 学 报　1994 年 10 月　第 5 卷　第 4 期　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CH IN ESE JOU RNAL O F A PPL IED ECOLO GY,O ct. 1994, 5 (4)∶337—341
益 (作用) 最大时的状态, 所对应的时间即
为防护成熟龄. 定义的核心是“效益最大”,
作为树木或林分其防护效益最大, 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短暂的时间,
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、持续的防护目的. 显然, 效益
最大包括在全面、有效、持续的目标之中,
对照前述森林成熟的定义, 单纯用效益最
大的表达则不免引起歧意. 研究防护林成
熟与以收获为目的的用材林成熟的不同在
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, 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更新的依
据, 恰恰相反, 人们追求的是有效防护的延
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.
农田防护林一般是以带状林分为主
体, 按一定格局分布在农田中, 故简称为林
带或林网. 营造林带或林网的根本目的是
防御或改变风沙、干旱、害风、低温冷害等
灾害性气象要素, 为农业的高产稳产创造
有利的农田生态环境, 简言之, 改变小气
候, 保田增产. 按着森林成熟的基本定义,
试对林带的防护成熟作如下表述: 林带在
生长发育过程中达到全面有效的防护状态
为防护成熟, 其所对应的时间为防护成熟
期, 防护成熟持续的这段时期的两个端点
分别为初始防护成熟龄和终止防护成熟龄
(图 1).
　　初始防护成熟指林带开始进入防护成
熟的状态, 即林带开始将应保护的农田全
部有效地防护起来的状态, 所对应的时间
称为初始防护成熟龄 ( IPM A ). 研究初始防
护成熟更有意义, 它不仅为林带的经营提
供理论依据, 同时, 也是林带规划设计的重
要基础.
图 1　林带防护成熟示意图
F ig. 1 Sketch of p ro tective m atu rity.
PB: 防护效益 P ro tective benefit, M pb: 最大防护效益
M axim um p ro tective benefit, S: 防扩成熟标准线 Stan2
dard of p ro tective m atu rity.
　　终止防护成熟指林带的防护功能及其
它功能明显下降时的状态, 即林带开始衰
弱进入不能完全保护农田的状态, 所对应
的时间称为终止防护成熟龄 (TM PA ). 从
其特征看, 大体与自然成熟龄是相近的.
初始防护成熟龄到终止防护成熟龄这
段时期称为防护成熟期, 防护成熟期表明
林带进入防护成熟状态所能持续的时间.
3　林带防护成熟龄的确定
国内外关于林带的防护效益研究, 尤
其是林带与小气候的研究资料甚丰, 基本
认为, 林带削弱风速改变气流运动形式的
空气动力效应是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
业生产的主导因子, 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
833 应　用　生　态　学　报 5 卷
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远近的关键, 树木
高生长是由其生物学特性决定的, 是不以
人为意志而转移的自然属性, 因此, 树木的
高生长是确定防护成熟 (龄) 的最重要因
子.
3. 1　初始防护成熟 (龄)的确定
初始防护成熟 (龄) 的确定关键是树高
生长, 树木高生长的规律表明, 当树高生长
加速度达到极小值点时, 树高生长基本进
入稳定状态[7 ] , 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.
下面以处于东北西部内蒙东部的赤
峰、昌图和长春地区杨树林带为例, 1988
至 1989 年先后调查了北京杨 (P op u lus×
beij ing ensis)、双阳快杨 (P. ×x iaoz huan2
ica)、加拿大杨 (P. canad ensis)、小青杨 (P.
p seud osim on ii) 和小叶杨 (P. sim on ii) 林带
140 条, 除一般的生长与林况调查外, 还重
点作了树干解析及相应的木材材性分析.
以树干解析及实测树高值为依据, 应用
L ogist ic 生长模型, 模拟建立了杨树林带高
生长模型[3, 4 ]
H (A ) = K ö(1 + m e2rA ) (1)
式中, H (A ) 为林带树高 (m ) , A 为年龄
(a) , K 为表征树木高生长的特征参数, m
为反映立地条件的参数, r 为树木高生长
的内禀增长率.
模型反映了树高与年龄的关系; 其连
年生长量为:
C (A ) = H ′(A ) = Km re2rA ö
(1 + m e2rA ) 2 (2)
由此可得出树高生长加速度:
A (A ) = H ″(A ) = KM r2e2rA
(m e2rA - 1) ö
(1 + m e2rA ) 3 (3)
再依树高生长加速度A (A ) 极小值点确定
林带的初始防护成熟龄, 其表达式为:
IPM A = [ ln (m ) + 1. 317 ]ör (4)
　　计算式 (4) , 则可以分别得出几种主要
杨树品种林带的初始防护成熟龄及其对应
的林带高: 北京杨 15. 5 年, 17. 45m ; 双阳
快杨 15. 0 年, 18. 86m ; 加拿大杨 15. 0 年,
20. 26m ; 小叶杨 24. 0 年, 13. 35m ; 小青杨
23. 5 年, 15. 58m.
木材材性分析结果表明, 当林带树木
高生长加速度达到极小值时, 木材纤维长
度已基本稳定 (表 1) , 其稳定的年龄与长
度分别为: 北京杨 15- 16 年, 1. 010mm ; 小
钻杨 16- 18 年, 0. 992mm ; 加拿大杨 14-
16 年, 1. 240mm ; 小叶杨 19- 25 年, 1. 041
mm ; 小青杨 23- 25 年, 1. 020mm. 这说明
林带木材的成熟度与林带的防护成熟是同
步的.
表 1　不同年龄杨树木材纤维长度 (0. 1mm )
Table 1 F ibre lenght of each spec ies in differen t ages
(0. 1mm )
年龄
A ge
北京杨
P.
beij ing 2
ensis
加拿大杨
P. cana2
d esis
小钻杨
P. x iao2
z huan ica
小叶杨
P.
sim on ii
小青杨
P.
p seud o
sim on ii
1 5. 20 5. 94 5. 65 5. 58 5. 99
3 7. 13 7. 62 6. 61 7. 19 8. 21
5 7. 99 8. 73 7. 74 9. 50 8. 83
7 8. 44 9. 73 8. 28 9. 75 9. 21
9 9. 46 10. 87 8. 58 9. 48 9. 97
11 9. 84 11. 69 9. 20 9. 73 9. 62
13 10. 49 12. 12 9. 84 10. 73 9. 83
15 9. 99 12. 36 9. 97 9. 86 10. 50
17 12. 57 9. 77 9. 93 10. 43
19 12. 67 10. 23 10. 28 10. 46
21 12. 69 10. 94 10. 93
23 12. 55 9. 83 11. 64
25 9. 75 11. 31
27 10. 23 9. 88
3. 2　终止防护成熟 (龄)的确定
终止防护成熟系指一代农田防护林能
满足防护目的所持续的时期. 在自然成熟
前, 林带基本能满足防护需要, 因此, 林带
的终止防护成熟 (龄) 应以林带的自然成熟
为标准, 即林带树木或整个林带过渡到开
9334 期　　　　　　　　　　　　　姜凤岐等: 林带的防护成熟与更新　　　　　　　　
始衰落阶段的状态. 虽然树木的自然成熟
是一长期而缓慢的变化过程, 很难确切判
定它的到来期, 但对于特定的林带树种仍
可以根据林带或树木的外表特征及林带结
构加以判断.
3. 3　林带更新龄的确定
从经营林带的目的出发, 我们期望防
护成熟期持续的时间愈长愈好. 但人们很
难接受林带更新时采伐下来的木材因质量
低劣而不能利用的事实. 因此, 对于林带的
更新龄, 除了主要依据防护成熟龄外, 还要
兼顾数量和工艺成熟而综合予以确定.
从工艺成熟看, 林带木材达到一般用
材需要 (纤维长度基本稳定) 即可利用[9 ];
但树木此时材积正处于旺盛的生长期, 尤
其是林带的防护效益正处在高峰发挥时
期, 显然此时是不宜主伐利用的.
数量成熟通常出现在初始防护成熟之
后, 它是由平均生长量来表征的, 其变化具
有缓慢的特点, 最高值能维持相当长的时
间 (10 - 20 年, 针叶树 20 年, 阔叶树 10
年) , 在此期间, 林带不仅在木材数量上有
所增加, 其质量也有所提高[1, 7 ]. 因此, 确定
杨树林带的更新龄时以其数量成熟龄再加
上 10 年, 使更新龄尽量接近自然成熟龄
(亦即终止防护成熟龄). 据此, 对调查地区
主要杨树林带的数量成熟龄和更新龄确定
如下: 北京杨 23. 5 年和 33. 5 年, 双阳快杨
21. 9 年和 31. 9 年, 加拿大杨 20. 1 年和
30. 1 年, 小叶杨 25. 2 年和 35. 2 年, 小青杨
27. 5 年和 37. 5 年.
4　不同更新方式的效益评价及更新期
4. 1　 林带不同更新方式效益评价
就不同更新方式对林带防护效益连续
性的贡献而言, 借鉴以往的研究成果[2, 5, 8 ]
以及对试验林带防风状况观测结果, 作出
如下评价: 侧方附加林带更新 (即滚带更
新)是在原林带一侧 (阳侧) 栽植新林带, 待
成林后将原林带伐除并更新; 由于不必采
伐原有林带而后更新造林, 因此, 原林网的
布局及其防护效益不受任何损失, 其防护
效益的永续性可以得到保障, 无疑, 这是最
佳的更新方式. 尤其是对自然灾害严重的
地区更为必要. 这种方式除多占土地外, 还
要考虑新、老林带的隔离问题, 以便减弱老
林带对新林带幼树的影响. 调查结果表明,
这种隔离带不应小于 10m , 如果在其间挖
沟断根, 可以缩短这个距离.
半带更新指将原林带伐除一半 (阳侧)
并更新, 待更新的半带达到初始防护成熟
后再更新保留的半带, 是适于宽林带的一
种更新方式. 通过防风效应观测表明, 6 行
林带去掉 3 行后, 伐前与伐后林带对风的
作用差异不大. 可见对于宽林带, 该更新方
式也是保持防护效益永续的较好方式. 其
更新造林同样也要考虑与保留行的隔离问
题. [2 ]
隔带更新是指采伐一带保留一带呈相
间去留的更新方式. 当林网体系处于防护
成熟状态, 每条林带恰好担负着全面防护
其所在一个网格的作用, 如伐去一带, 保留
带相当于担负保护两个网格的“任务”, 一
般情况下, 这是作不到的. 对林带防风作用
的大量观测表明, 当风越过林带后, 在林带
背风面大约 30 倍树高处就已经恢复到旷
野风速, 而网格的大小通常是按有效防护
距离设计的, 常常小于 30 倍树高. 但考虑
到采伐时的林带树高要大于“成林树高”
(即初始防护成熟状态下的树高) , 因此, 这
种更新方式的保留带至少能保护扩大后网
眼面积的 70%. 对于一般防护林地区, 甚
至包括风沙灾害较重的地区, 考虑到这种
方式的易操作性, 应该说仍具有普遍适用
的价值.
全面更新系指一个地区林网体系一次
043 应　用　生　态　学　报 5 卷
性伐除一次性造林的更新方式. 不言而喻,
全面伐除林带后农田将全部退回到“裸露”
状态, 并造成农田景观的骤然变化, 总体效
益降到零点, 防护作用发生断裂, 如果营造
速度快, 立地条件好, 也要经过 10 年左右
的时间重新恢复到全面有效防护的状态.
所以, 这种方式不宜提倡. 如果将一个地区
的林带 (网) 分割成若干自然小区, 按小区
所属林带或一个网格, 或 2- 3 条林带一次
伐除, 然后一次造林, 虽然也是全面更新,
但对于整体而言, 它仍属于局部, 可以把防
护效益失控的范围尽量缩小. 因此, 这种局
部的全面更新还是有应用前景的, 特别是
对那些自然灾害较轻, 立地条件较好的地
区尤其适用. 以上 4 种更新方式均采用植
苗更新.
4. 2　 林带更新期的确定
林带更新期主要受更新龄与更新方式
而制约. 为了确定林带更新期, 我们引入实
际防护成熟期的概念, 其值等于更新龄与
初始防护成熟龄之差. 对于附加林带、半带
和隔带 3 种更新方式, 第 1 次进行采伐更
新的时间应当是林带达到同实际防护成熟
期相当的年龄, 待更新后的林带达到初始
防护成熟龄时, 保留带刚好达到更新龄, 实
施采伐更新作业, 从而完成一个更新周期,
自此以后, 林带每到更新龄即可实施采伐
更新. 如此循环, 防护效益基本可以达到永
续. 如以北京杨林带为例, 实际防护成熟期
为 18 年, 其第 1 次更新的时间为 18 年, 以
后的更新时间为更新龄, 即 34 年. 这种时
间上的安排非常适用于同一树种组成同龄
农防林. 对于全面更新方式的时间安排则
主要依据该树种的更新龄来确定.
5　结　　论
5. 1　林带在生长发育过程中达到全面有
效的防护状态为防护成熟, 其所对应的时
间为防护成熟期, 防护成熟持续的这段时
期的两个端点分别为初始防护成熟龄和终
止防护成熟龄.
5. 2　 林带初始防护成熟龄的主要依据是
林带树高生长加速度的极小值点: IPM A
= [ ln (m ) + 1. 317 ]ör.
5. 3　 林带的木材纤维长度稳定的年龄即
为木材成熟年龄, 与树高生长加速度极小
值点 (初始防护成熟龄)基本吻合.
5. 4　 东北西部内蒙东部地区主要林带树
种——杨树类的初始防护成熟龄和更新龄
为: 北京杨 15. 5 年和 33. 5 年; 双阳快杨
15. 0 年和 31. 9 年; 加拿大杨 15. 0 年和
30. 1 年; 小叶杨 24. 0 年和 35. 2 年; 小青
杨 23. 5 年和 37. 5 年.
5. 5　不同更新方式效益评价结果表明, 附
加林带更新、半带更新和隔带更新 3 种更
新方式基本能保障林带防护效益的持续发
挥; 这 3 种更新方式的更新期为: 第 1 次进
行采伐更新的时间是林带达到同实际防护
成熟期相当的年龄, 以后林带每到更新龄
即可实施采伐更新.
参考文献
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