研究，是特别节目的一部分欧洲森林管理替代方案的可持续性影响评估

森林经营方法分类:一个新的概念框架及其对欧洲林业的适用性

• 摘要
• 简介
• 森林经营的基本决策与原则
• 森林管理方法
  • 被动无管理森林自然保护区
  • Low-Close-to-nature林业
  • Medium-Combined客观林业
  • 高强度同龄林分森林
  • Intensive-Short-rotation林业
• 运用森林经营方法对欧洲不同地区森林经营进行分类
• 讨论
• 结论
• 对本文的回应
• 致谢
• 文献引用

介绍

可持续森林管理(SFM)是支撑现代林业实践的一个关键概念，它认识到平衡森林的社会、生态和经济产出的必要性，正如欧洲通过欧洲森林保护部长级会议(MCPFE 2003a)商定的原则所概述的那样。但是，由于森林资源的性质和不同管理措施在空间和时间上的影响各不相同，对不同类型林业做法的总体可持续性的评估是复杂的(Kimmins 1992)。例如，欧洲森林覆盖了广泛的气候带和森林类型，从斯堪的纳维亚北部的云杉松林到欧洲地中海的橡树和松林混交林(欧洲环境署(EEA)， 2006年)。此外，在大西洋欧洲有大量的针叶林，在匈牙利和其他中欧国家有阔叶林。在每一种森林类型中，都可以采用一系列的造林作业，从基于清伐和人工更新的集约系统到基于自然更新的不规则林分结构的培育。应用于给定森林的每一套连贯的造林作业形成了一个造林系统，该系统可以被定义为“组成森林的作物被照料、移除，并被新作物取代，从而产生独特形式的林分的过程”(Matthews 1989)。

因此，明智地选择造林系统是森林规划的一个关键步骤，可对可持续性产生重大影响。选择必须在更广泛的背景下进行，这只能部分地受到森林管理者的影响。有些条件是预先确定的或森林管理无法控制的，例如由生物地理决定的立地条件、目前的树种组成、气候，但也包括经济和市场情况以及整个社会的正式和非正式需求。其他情况则通过在林分一级的造林作业，如场地准备、树种选择、种植、抚育、间伐和最终收获制度，由森林管理直接控制。由于森林种类繁多，加上各种各样的造林系统，因此很难在区域或大陆范围内对不同的森林管理方法进行可持续性比较分析。

各种研究试图对造林系统进行分类，通常沿着两个主要轴之一:经济轴，根据生产要素利用和经济回报对系统进行分类(Speidel等人1969年，Dummel 1970年，Arano和Munn 2006年)，或生态轴，分类取决于自然条件的改变程度(Pro Silva 1999, Seymour和Hunter 1999, Gamborg和Larsen 2003, MCPFE 2003c)。这种类型的大多数分类倾向于采用三种分类系统，将不干预的保护区与集约化管理的种植园进行对比，并与一种更广泛的管理形式进行对比，这种管理形式可能试图模仿自然干扰或实践接近自然的林业(Montigny和MacLean, 2006年，Gamborg和Larsen, 2003年)。这种结构的一个问题是，它忽略了可用于人工林管理的各种造林系统;这可能会对生物多样性和其他可持续性标准产生影响(Carnus et al. 2006)。欧洲目前评估森林管理实践可持续性的尝试，无论是作为一套土地利用的一部分(Helming et al. 2008)，还是作为林业木材链的第一部分(Paivinen et al. 2010)，都需要一个标准分类，该分类可以与地方或国家层面的可持续性标准和指标相联系，但必须足够灵活，能够在广泛的森林类型中应用。

在本文中，我们提出了一个新的框架来分类造林系统和实践的管理强度。与现有的分类不同，现有的分类通常以可持续性的两个维度为中心，该框架旨在与反映可持续性的全面经济、生态和社会组成部分的标准和指标一起使用。不论森林管理的具体目标如何，所采取的行动(包括决定不采取行动)将对森林生态系统状况和进程产生影响。这种行动将在某种程度上影响从森林获得的商品和服务。因此，商品和生态系统服务的提供可以被认为既是森林管理的结果，也是森林管理的驱动力。因此，我们的框架可以作为任何分析的基础，希望探索不断变化的政策和造林操作对可持续性标准和指标的影响，以及对生态系统服务提供的影响。

提出了一套森林管理方法(FMAs)，定义为造林操作实践和人为操作的强度自然森林发展过程。FMAs的特点是一套连贯的目标和支持做法，这导致了一个框架，应该能够对不同的造林系统进行跨国、跨区域和区域内的比较。该框架包括当地的技术、经济和生态状况的细节，同时仍然在区域和跨区域层面上具有深刻的政策见解。我们通过将其应用于五个不同树种和不同造林制度的欧洲地区来说明FMAs框架的潜在效用。

森林管理的基本决策和原则

造林系统的实施涉及到在一个林分或一组树木的发展的不同阶段采用的作业类型的若干决定。这些操作会影响一个或多个关键的林分变量，如树种组成、林分密度和年龄结构、林分边缘或立地条件，这些变量反过来又会影响一系列生态系统服务的提供。此外，在任何特定的FMA中，可持续性的特定标准(例如，生物多样性的各个方面、公众对森林景观的偏好)可能因树木生长的不同阶段而不同。因此，我们根据树木的高度和直径，将一个林分或一组树木的发育分为四个“发育阶段”:再生阶段(I)、幼龄阶段(II)、中期阶段(III)和成龄阶段(IV)。这些阶段在空间和时间上并不相互排斥，因为在某些条件下，它们可能在同一林分中同时发生，例如在“接近自然”林业的复杂林分结构中。然而，定义这些阶段是按照管理周期安排造林操作和决策的一种方法(表1)。Edwards等人(2012)和Jactel等人(2012)展示了将fma与其组成阶段结合的价值。

第一阶段是指从自然或人工建立幼树开始到林分高度达到2 - 3米的时期(Helms 1998)。第二阶段持续到树木达到极点大小，即胸径7厘米(DBH)。第三阶段包括树木从胸径等于7厘米到达到最大潜在高度生长的年龄。第四阶段是当高度的增长基本停止，但直径的增长可能会继续;这个阶段包括树木开始衰老和最终死亡。虽然阶段是由树的大小/健康状况来定义的，但它们与感官Oliver和Larson(1996)的发育阶段略有不同。“再生”对应于“立木起始”阶段，而“茎排除”阶段在这里被分为“幼龄”和“中龄”阶段，这两个阶段的典型特征分别是预商业化操作和疏化操作。虽然“成虫”阶段的开始与“下层植物重新开始”阶段十分相似，但在我们的分类中并没有区分出单独的“老虫”阶段。

表1总结了用于定义FMAs的12个关键决策，它们主要涉及的林分或树种群发展阶段，以及它们影响的关键变量，以及一些相关的造林操作。该摘要部分反映了Winkel等人(2005)以前开发和讨论的标准。在确定了框架中要考虑的这些基本决策后，必须为每个决策定义明确的差异，这将使人们能够区分fma。我们称这些限制为FMA的“基本原则”，它反映了特定FMA的目标，并确定了适合于每个决定的一套造林操作。

森林管理方法

利用这12个决策及其相关的基本原则，我们能够描述沿着资源操纵强度梯度(从“被动”到“密集”)排列的5个fma。与特定FMA相关的操纵强度源于通过使用生产要素对关键林分变量的有意改变。因此，森林生态系统的自然程度反映了人类干预的强度。不同程度的强度不仅可以通过改变林分结构来表征，还可以通过不同的物种群落来表征，从而影响一个地区的生物多样性(MCPFE 2003b)。表2显示了这些决定及其基本原则如何与拟议的五个金融市场管理机制相关联，这些机制按照干预力度的大小排列。我们还展示了不同的FMAs与欧洲森林中使用的传统造林系统之间的关系(例如，Matthews 1989)。在接下来的章节中，表2中列出的五个fma的管理目标和基本原则将被描述。

被动无管理森林自然保护区

管理目标

:无管理森林自然保护区是指在不需要管理干预的情况下可以发展自然过程和自然干扰制度，并以生态和社会目标为首要目标的地区。其目的是维持有生态价值的生境及其所依赖的生物多样性，同时也为发展接近自然的造林提供参考(见下文)。根据FMA中主要的林分或树群的发展阶段，该区域可能对这些目标有更多或更少的价值。此外，作为一个重要的景观特征，该保护区可作为森林休闲的背景，并可用于基础和应用研究(Parviainen et al. 2000)。这些地区可能受到法令或林法的保护(国际森林研究组织联盟，2007年)。

基本原则

当前位置在森林保护区，任何可能改变该地区性质的行动都是不允许的。stand有一段没有直接管理或开发的发展历史，导致了各种各样的自然特性(Sprugel 1991, Peterken 1996)。允许的操作(有限制)可以是修建一条小径，这样人们就可以参观这些具有高生态价值的地方。如果该地区的未来受到鹿或其他动物大量进食等外部因素的影响，则可以采用其他处理方法。这种控制措施必须是有限的，它们的唯一目的是保护保护区不受破坏，因为在欧洲，这些栖息地的面积通常非常有限，因此不像更大的地区那样具有抵御重大干扰的能力。采取控制措施的另一个原因是防止采用其他四种方法中的一种对邻近林分造成重大威胁(Michalski等人2004年，Popiel和Karczewski 2006年)。

Low-Close-to-Nature林业

管理目标

接近自然是“根据林分或森林与自然的相似程度进行分类”。这一分类是基于人的影响，自然性被定义为人的影响不存在或隐藏的程度”(IUFRO 2007)。近自然林业的目标是以模拟自然过程为指导原则来管理林分。经济产出是重要的，但必须在这一原则的框架内发生。对森林的任何管理干预都必须加强或保护森林的生态功能。在这些活动中可以砍伐和提取木材，但一些站立和倒下的枯木必须留在森林中，这可能会降低生产力(粮食及农业组织(粮农组织)，2007)。

基本原则

:只选择本地或适应生境的树种。再生的首选方法是自然再生。种植可以用来将本地物种重新引入被破坏的森林，但不能使用基因改良的种植材料。树种混合遵循林分类型的典型组成。对模拟的自然过程和各种干扰机制产生的模式的指导通常基于来自被视为“未管理的森林自然保护区”地区的发现(例如，Brang 2005)。土壤耕作或施肥只能用于恢复森林的“自然性”，例如，如果这些地点在过去被集中管理，这些处理是必要的，以启动任何潜在的自然植被。化学害虫防治只能在从周围的摊位传播的重大事件期间实施。不应对小规模疫情进行治疗，以促进自然控制过程。诸如轮作长度等概念的价值是有限的，关于采收哪棵树(s)的决定通常是基于目标直径和茎质量而不是年龄。应在林分内推广生物遗产和自然生物群落。 The final harvesting system should simulate the natural disturbance mechanisms, and therefore, clearcuts are not allowed unless stand-replacing natural disturbances are characteristic of this forest type. Extraction of biomass is limited to removal of the stems. Machine operations should be limited to a minimum, with an emphasis on the protection of the natural structures during the activities. The use of appropriate machines, which suit the structure and features of the forest (ProSilva 1999), is restricted to a strip road system (with an extensive rack system).

Medium-Combined客观林业

管理目标

FMA是一种方法，它假设不同的管理目标可以以一种比分区更好的方式组合在一起，以满足不同的需求，分区是在不同的区域最大化单个目标。一般来说，经济和生态问题在这一FMA中发挥着重要作用。除了木材生产，其他目标还包括:栖息地、水和土壤保护;蘑菇生产;野生动物管理和自然保护;预防雪崩和火灾;和娱乐。由于联合目标林业内部变化很大，因此确定联合目标林业办法的限制往往比确定战略本身更容易。这允许对当地情况进行最佳适应。

基本原则

:可选择适合本地环境的本地或引进的树种。更新的首选方法是自然更新，但可以通过种植或播种来引入原本不会出现的本地或所需物种。树木育种的产品可以种植，但转基因种植材料不能使用。树种混合是典型的森林类型。可以进行场地栽培和/或施肥，以促进森林的发展，只要这些处理对恢复植被覆盖是必要的。在从周围林分引入或危及周围林分的重大病虫害爆发时，可采用化学防治措施。小规模的疫情不应使用杀虫剂处理，防治虫害和增强复原力的自然措施是首选(例如，更多地使用混合种林分)。如果财务准则不作其他规定，轮调长度往往比最大年平均业务量增量(MMAI)的年龄长。应在林分内推广生物遗产和自然栖息地。最终的采收系统应该与所选择的再生方法相兼容。 The intensity of harvesting is generally limited to solid wood volume, i.e., stems and branches with a diameter larger than 7 cm. Vehicle movement is restricted to a strip road system (with an intensive rack system), so that machine operations protect the residual stand and soil.

高强度同龄林分森林

管理目标

:密集的均匀树龄分类的特点是在单株树木之间没有或相对较小的树龄差异的林分或森林类型(IUFRO, 2007)。年龄差异一般小于轮转长度的20%。典型的林分由甚至年龄的单一栽培组成(有时有一小部分混合种)。精耕细作的主要目的是生产木材。如果生态目标可以在不损失太多收入的情况下实现，它们通常会被纳入。在许多欧洲国家，国家准则概述了确保这种方法的操作符合可持续性和环境保护的最佳做法。

基本原则

:任何适合本区的非侵入性树种均可选择。种植、灌木化、播种和自然再生都是可能的再生方法。经济因素被用来决定备选方法。种植/播种材料可以进行基因改良，但不能进行基因改良。通常情况下，只有少量混合树种的单一栽培(混合树种最好也能生产可销售的木材)被用来实施这一战略。混合树种通常只在林分的某些部分失效和/或使用它们没有经济损失的情况下使用。立地准备通常用于提高建树成功率，补救施肥用于提高生长率。对害虫和杂草的化学控制保持在必要的最低限度。轮作长度主要取决于经济收益，通常与MMAI年龄相近或较短。只要经济回报不大幅度降低，可以利用生物遗产来提高林分的生态价值。 Biomass extraction is commonly limited to solid wood volume but might include whole-tree extraction, e.g., for bioenergy. Machine operations are not limited, as long as they do not harm the environment. The final harvest system is preferably clearcut or a combination of shelterwood and clearcut if natural regeneration is preferred to reduce the costs of establishment.

Intensive-Short-Rotation林业

管理目标

:短期轮作林业的主要目标是生产最多数量的可销售木材或木质生物量。经济目标是优先的，生态问题在这种方法中起次要作用。

基本原则

:树种的选择主要取决于经济回报。种植材料可经基因改良及/或基因改良。如果其他树种的自然定居减少了所选树种的生长，则不允许。场地是机械栽培的，如果需要也可以进行排水或灌溉。林分施施肥和石灰以促进生长。化学药品用于治疗害虫和疾病，也用于杂草控制。轮作的长度只取决于经济回报，通常为20年或更短，不包括生物遗产。在这个林分内没有其他栖息地。与其他方法相比，机器操作的强度是最大的，并且仅受国家环境法的限制。最后的收获系统是在有合适市场的情况下清除所有木本残留物。

运用森林经营方法对欧洲不同地区的森林经营进行分类

为了说明表2中提出的框架的潜在效用，对欧洲不同案例研究(见附录1)中五种森林类型的当前森林管理做法进行了描述和分类。这些做法摘自有关国家或区域的最佳做法准则。分类过程的基础是根据FMA的基本原则，对每种森林类型的森林管理周期中的每个决策进行评估。这对12个基本决策进行了评级，并对每个案例研究中描述的造林实践的强度进行了快速概述(图1)。

波兰Białowieża国家公园保护区是无管理森林自然保护区FMA的范例，其主要目标是在没有人为干预的情况下允许自然过程和自然干扰机制的发展(附录1.a)。强度标度的下一个FMA“接近自然”是欧洲山毛榉(水青冈属sp.)在Baden-Württemberg，德国实施的管理(附录1.b)，其重点是使用本地物种，自然再生，有限的场地干扰，没有化学物质输入，所有这些都是FMA的特点。然而，这种方法的木材砍伐强度更具有“联合目标林业”的特点，这在以挪威云杉(挪威云杉(l)喀斯特。)瑞典森林(附录1.c)。在后一种情况下，场地准备、机器操作和最终收获比预期要密集，而施肥则不那么密集。在苏格兰，锡特卡云杉(云杉sitchensis(锣)。Carr.)森林通常是集约化的均匀龄森林的代表，但也有一些成分，如接受演替元素和提供自然保护，表明fma的集约化程度较低(附录1.d)。最后,桉树(桉树sp.)在葡萄牙短轮生长的林分，代表了欧洲森林中最密集的管理水平之一(附录1.e)。

讨论

本文提出了一个根据所采用的造林系统对自然过程的干扰程度对森林经营进行分类的框架。在此基础上，按照经营强度梯度确定了五种森林经营方式。我们的框架将森林管理强度定义为对自然过程的操纵(即沿着生态轴)，但同时在分类方案中包括成本和产量目标(即沿着经济轴)。这样就可以对区域之间和区域内具有不同目标的各类森林管理进行分级和比较。我们的框架覆盖的管理强度梯度通过对五个案例研究的应用进行了说明(图1)。

通常用经济或生态考虑来描述森林管理的强度。在管理经济学中，强度指的是生产要素，如土壤、劳动力、能源和资本的使用程度(Martin 1991)。强度的设定与管理目标有关，以确定生产要素的最佳投入。在此基础上，根据净回报标准定义了森林经营强度的等级(Speidel et al. 1969)，生产成本被用作评估经营强度的一种措施(Arano and Munn 2006)。这些建议表明，管理强度主要反映森林的生产功能，而其他非市场商品和服务只能证明维持不包括在木材销售中的管理费用是合理的(Kroth等人1969年)。这引发了关于该方法是否可用于长期森林规划的讨论(Möhring 1969, Speidel 1969, Dummel 1970)。此外，由于生产成本是生产要素价格和利用要素数量的产物，如果要在更广泛的操作维度上定义强度，它们的用途是有限的(Sagl 1990)。森林管理意味着有目的地操纵林分和立地，这可能导致生态系统的变化。越是通过业务过程来控制和修改自然条件，就越可以考虑采用更密集的管理方法。各种因素，如可控性、使用量(即生物量的提取量)和实现管理目标所需的自然条件的改变程度，在林业方面有不同的方法(Seymour和Hunter 1999, Pro Silva 1999, Gamborg和Larsen 2003)或对森林地区进行分组(MCPFE 2003c)。 Where the classifications along the economic axis focus on the productive function, the classifications along the ecological axis tend to focus on the protective functions of forests and are usually policy driven. Our framework combines both considerations through the formulation of critical decisions (Table 1) and basic principles (Table 2) and thus allows grading and comparison of various types of forest management with different objectives, as illustrated with five case studies.

所选的案例研究(图1)描述了基于与每个基本原则相关的操作强度的管理。因此，根据管理强度梯度上基本原则的分布情况，将造林系统划分为特定的FMA类别。此外，基本原理在强度梯度上的分布表明了fma之间的分离，也表明了fma之间转换的可能性。如果森林的管理目标发生变化，那么用于确定某一森林中盛行何种FMA的各种决策和要素(表1)的平衡也可能受到影响。因此，随着时间的推移，森林的分类可能会从一个FMA转变为另一个FMA，例如，如果出于生态考虑，按照FMA 4管理的挪威云杉森林转变为接近自然的森林(例如，Kulhavý et al. 2004)。在这种情况下，应确定过渡时期，这种过渡所需的时间长短将因森林类型和区域而异。在强度尺度上相距较远(表2)的fma之间移动时，这一时期的持续时间可能比在强度尺度上相距较近的fma之间移动时更长。例如，即使在有利的条件下，将现有森林转变为接近自然的森林也需要几十年的时间(Spiecker et al. 2004)。较不灵活的情况(例如火灾或风害风险高的地区的森林)往往限制了旧林分的转换，在下一代林分再生阶段之前不能发展更自然的林分结构。通常，实施更密集的FMA比相反更快，因为通过栽培和种植实现的小树建立等方面比通过自然再生实现的更快。

在评估森林管理对可持续性指标的影响时，确定五种不同的FMAs比使用三合一分区方法(Seymour和Hunter 1999)提供了更大的灵活性，三合一分区方法将森林分为保护区(相当于我们的FMA 1)、生态系统管理下的多功能区域(FMA 2和3)、以及集约种植(FMAs 4和5)(见表3)。通过比较欧洲林农联合会(Pro Silva)提出的林业原则，强调了该框架的价值，该原则主张在自然过程中进行森林管理(Pro Silva 1999)，与我们的决策标准相比较。根据我们的框架，他们对“遵循自然过程的负责任的森林管理”的偏好将被评为“低”干预森林管理方法，尽管有些操作的强度为“中等”。

也可以将我们的FMAs与欧洲保护和环境机构开发的其他森林分类系统联系起来。例如，FMAs可以与欧洲的五类保护林和防护林及其他林地(MCPFE 2003c)进行比较(见表3)。MCPFE 1类涵盖了以“生物多样性”为主要管理目标的区域，并根据干预限制有三个子类。前两个没有主动和最小干预的子类1.1和1.2与我们的被动“无管理森林自然保护区”FMA相匹配。MCPFE第1.3类具有实现特定保护目标的积极干预措施，但不包括不利于管理目标的造林措施，这可能被指定为我们的低强度“接近自然”方法。为了将mcpfe第2级“景观和特定自然元素的保护”和第3级“保护功能”正确分配给FMAs，需要知道保护区的具体保护目标。然而，从定义来看，MCPFE等级2仍然与我们的“接近自然”的方法有关，而“联合目标”FMA可能通过在一个整体的、综合的概念中结合保护和木材生产，很好地保持了MCPFE等级3的保护功能特点(Parviainen和Frank 2003)。虽然不涉及MCPFE系统中子类的细节，但我们的FMAs与主要的MCPFE类兼容，并具有超越该分类系统的优势，包括生产林业。

由于FMA是由其目标和基本原则定义的，因此在一个FMA中有一些灵活性，允许适应当地情况。由于fma是按顺序尺度排列的，因此可以对森林管理强度进行合理的分类，但不能提供绝对量化对自然过程的干扰程度或对生态服务的影响的措施。不可避免地，FMAs之间存在一些重叠，如图1中用于评估案例研究的框架所示。如果，在一个假设的例子中，决策标准的分配似乎在一个FMA和另一个FMA之间平均分配，那么我们建议对表1中列出的附属元素进行更详细的检查，将允许分配到最合适的FMA。然而，根据目前森林资源和生态建模的现状，这种灵活的框架可以在单一林分或景观水平上比较不同的森林管理方法，或在不同森林类型或区域的同一FMA，并评估随着时间的推移可能产生的影响。这种比较不仅包括经济生产，还可以考虑生态标准，如生物多样性、水质和碳储量(Duncker et al. 2012)，森林的娱乐用途(Edwards et al. 2012)，或来自危险的风险，如生物害虫、火灾或大风(Jactel et al. 2012)。此外，该方法可以为全欧洲森林资源模型的森林管理量化提供统一的框架(Hengeveld et al. 2012)。通过在一个FMA内使用一种管理目标和一套基本原则，以及根据当地情况和传统灵活应用造林操作，本文提出的FMA框架有望为促进林业政策与实践之间的沟通提供有用的工具。例如，Mason等人(2009)使用这种方法探讨了英国当前森林政策对英国森林未来碳封存和碳储量的影响。Pizzirani等人(2010)利用该框架探讨了四种不同情景对苏格兰松木管理的影响(抗旱性L.)苏格兰北部的森林及其对一系列可持续性指标的影响。

结论

森林管理办法的特点可以根据一项目标和一套基本原则来确定，这些原则反映了在林分发展的各个阶段对业务作出的决定。FMAs形成了一个反映自然过程和结构操纵强度的梯度，因此可以灵活地应用该方法对一系列区域示例进行分类，如这里所示的欧洲各种森林管理方法。本文定义的五个FMAs通过包含更密集的森林管理策略，提供了MCPFE森林类别的扩展。它们可用于评价现有的森林管理战略，比较不同造林方案对林分或景观水平的影响，或促进林业政策与实践之间的交流。

所选案例研究说明了FMA框架在区分不同造林系统时的价值。然而，为了证明这种方法的更广泛的适用性，应该对FMA分类进行进一步的测试。这种分类的广泛相关性只有在更广泛的欧洲国家和造林系统中进行追踪并用于区域内比较之后才能得到证实。

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