第 三 章天然林保护的理论基础.doc

第三章 天然林资源保护的理论基础现代森林经营就是对森林生态系统的调控管理。它涉及森林发生、发展和变化，以及人为培育的全部过程。所以森林生态系统的理论是天然林保护的理论基础，也是森林可持续经营、林业可持续发展的理论依据。因此，本章将作为重点进行论述。第一节 森林生态系统的基本理论森林是陆地生态系统的主体，在地球生物圈中担当着重要角色，与人类有着密切不可分的关系，一方面它是人类生存发展的重要自然资源；另一方面它对改善环境、维护生态平衡起着决定性作用。这两方面都是当今人类社会可持续发展的重要条件。一、森林生态系统的概念（一）生态系统的概念在自然界中，生物（植物、动物、微生物）的生存与环境（阳光、温度、水分、空气、土壤、生物）发生着密切的关系。因为生物在其生活的过程中，必须从环境中获取必须的能量和物质，用来建造自身和维持生命活动，与此同时又要将新陈代谢过程中产生的某些物质归还给环境。例如，绿色植物利用阳光把二氧化碳、水和矿质养分制造成有机物质。食草动物取食绿色植物，食肉动物又以食草动物为食物来源。微生物是依靠分解动植物或粪便而生存。各种生物通过代谢作用又将二氧化碳、水和矿质营养元素归还到环境中去。环境因子之间也是密切关联的，一个因子的变化会引起其它一系列因子的相应变化。例如，光照增强，气温便随之升高，大气相对湿度减小，土壤水分蒸发随之加快等等。环境因子不是单独作用于生物的，它们总是综合在一起作用于生物的。因此，生物与生物、生物与环境，总是不可分割的联系在一起的，它们通过能量转换、物质转移和信息传递等联系从而结合成为一个统一的整体，这种统一整体就是生态系统。由于这种统一整体都是在一定时间和空间中形成并不断发展变化着，所以生态系统的定义可以概括为：在一定时间和空间（或地域）内，生物与生物之间，生物与物理环境之间相互作用，通过能量转换、物质循环和信息传递，所形成的具有特定营养结构的相对稳定的功能单位（图31）。生态系统一词是一个广泛的概念，而不是指一个具体的实体。例如，一片农田、一片草地、一片林分、一架山、一条河的流域都是生态系统。地球上各种各样的生态系统联合在一起，就形成了最大的生态系统生物圈。可见生态系统这一词，适用于任何等级（指生态系统的大小及复杂程度）和类别的生态系统。自然生态系统表非生命环境生物群落岩石、土壤（营养元素）水动物（消费者）微生物（分解者）大气（包括太阳能等）绿色植物（生产者） 图31 一个自然生态系统的示意图 图31 一个自然生态系统的示意图 每个实体生态系统既然都是一个功能单位，那么它就是有边界、有范围的，自然也有相对的独立性。其边界、范围显然都是根据所要研究的问题人为划分的。这种划分有利于人们从不同角度认识和了解一个系统内部各组成成分之间的相互关系，及其与相邻各系统之间的联系，以便有效地对该系统进行管理和调控。 （二）森林生态系统的概念 森林生态系统是生态系统的一种类别。它与其它各类生态系统的最基本区别在于它的主要生物成分是由乔木树种的群体构成。树木群体是系统中的主要生产者，并支配、制约和影响着其它生物成分的生存和物理环境的变化。因此，森林生态系统是以乔木为主体，具有一定面积、空间和密度，在林木之间、林木与各种生物以及非生物环境之间，相互依存、相互制约，通过能量流、物质流和信息流组织起来的功能单位。简而言之，以乔木树种群体占支配地位的生态系统，就是森林生态系统。 森林生态系统也是一个较为广泛的概念，它是各种等级和不同类别的森林生态系统的总称。例如，就全球而言，森林生态系统有北方针叶林、温带针叶林、半常绿热带林、常绿热带林等生态系统，而最小的森林生态系统可以是某一树种或某几个树种组成的一片林分。 二、森林生态系统的组成成分 森林生态系统是以乔木为主体的生物群落与环境密切联系构成的统一整体。这一定义，表明森林生态系统由有生命部分（生物）和非生命部分（物理环境）两大部分构成。（一）有生命部分（生物组成部分） 在森林生态系统中，根据各类生物在能量转换、物质循环中的作用和营养方式不同，可以将它们划分为生产者、消费者和分解者三个类群。 1、生产者 生产者指绿色植物，亦称自养生物。主要成分是乔木树种，其次是灌木和草本植物。森林土壤中某些能进行光合作用的微生物，具有化能合成的细菌也属于生产者。绿色植物通过光合作用生产碳水化合物，把太阳能转化为化学能贮存起来，为系统内其它生物提供生活所必须的物质和能量。乔木群体的生长发育，对系统的形成发展发挥着主导作用。 2、消费者 消费者亦称异养生物。是指直接或间接利用绿色植物有机体作为食物来源的各种动物，以及某些腐生和寄生的菌类。根据食性不同和取食的先后，将它们划分为5个类群：（1）草食动物。指以植物的枝、叶、果实、种子和凋落物为食获得营养和能量的动物。例如：兔、鹿、熊猫、牛等，以及大多数昆虫、某些鱼类和浮游动物等。由于植物制造的有机物质首先被它们取食，故这类消费者也叫初级消费者。（2）消费者。指以草食动物或弱小动物为食物来源的动物类群。例如：虎、豹、狼、猫头鹰等。由于它们的营养间接来源于植物，故又叫次级消费者。（3）寄生动物。指寄生于动物体或植物体，靠吸取宿主营养为生的动物类群。例如：赤眼蜂寄生在松毛虫或螟虫的卵中，从卵中吸取营养而生长发育。天牛寄在杨、栎等树干中取食而发育成成虫。这类动物主要是一些有害的昆虫。（4）腐食动物。指以腐烂的动物和植物残体为食的动物类群。例如：蝇蛆、秃膺等。这类动物在生态系统中可以起到一定还原者的作用。（5）杂食动物。指既取食动物又取食植物的动物类群。例如：麻雀、鲤鱼、熊等。 3、分解者 分解者又称还原者。也属于异养生物，主要指微生物，也包括某些以有机碎屑为食的动物和腐食性动物。例如：甲虫、白蚁、蚯引等。它们以动物和植物的残体或排泄物作为维持生命活动的能源，并把有机物质分解为无机物归还到环境中去，供给生产者再度吸收利用。因而分解者在生态系统中起着非常重要的作用。（二）非生物环境部分（物理环境部分） 非生物环境部分是生态系统中生物生命活动的场所，更是其生存所必须的物质和能量的源泉。其主要构成是： 1、太阳辐射能 太阳辐射能是自然界的主要能量来源。它为自养生物进行光合作用制造有机物质提供了必须的能量，并为地球所有生物的生存提供了温热环境。2、无机物质 无机物质一部分存在于大气中，如氧、二氧化碳、氮、水及其它物质；另一部分在存在于土壤、岩石中，如氮、磷、钾、硫、钙、水、氧和二氧化碳等。 3、有机化合物 有机化合物是联接生物和非生物部分的物质，如蛋白质、糖类、脂类和腐殖质等。 总之，一个完整的生态系统是由环境、生产者、消费者和分解者四部分构成。各组成部分都有其独特的作用，并以营养关系联系在一起。由于各组成成份职能在生态系统中的地位和作用不同，又可将它们分为基本成分和非基本部分。绿色植物进行的是初级生产，是其他生物赖以生活的物质基础。分解者是物质循环的推动者，没有它的还原作用，生态系统就无法运转。因之，这二者都是基本成分。然而，没有各类动物消费者的存在生态系统仍然可以正常运转，故而是非基本成分。 三、森林生态系统中的能量转换与物质循环 研究森林生态系统中的能量转换及物质循环的过程和规律，在于阐明生态系统中能量输入、贮存，以及林生物之间、生物与环境之间的物质交换机制，以便正确处理它们之间的相互关系，实现对系统合理调控，从而提高能量和物质的利用率，消少损耗，保证优质高产。（一）森林生态系统中的能量转换 能量在系统中转换的过程亦称能量流动。能量流动是指能量由物理环境经生物有机体，再到环境的一系列转移过程。它始于绿色植物对太阳能的捕获和转化，结束于有机化合物的完全分解，其主要途径可以用下列图式表达。热能 热能、机械能 热能、机械能太阳能 绿色植物 化学能 草食植物 化学能 肉食动物 微生物 热能 热能 热能、机械能 热能、机械能 太阳能绿色植物草食动物肉食动物 微生物 热能 能量流动的第一条途径是沿草牧链进行转化的过程。从太阳能被绿植物固定开始，通过各营养级将上一级转化来的能量分为固定（构成各级动物有机体组织）、损耗（各级动物在生命活动中呼吸所消耗的能量）和还原（各级动物残体、排泄物等由分解者分解而释放的能量）三部分，在这个过程中能量逐级损失，产量逐级下降，最终将绿色植物固定的能量全部归还于非生物环境。 能量流动的第二条途径是沿腐解链进行的腐化过程。即各种死亡的生物有机体、排泄物和其它遗弃部分，经腐解生物分解，将植物和动物固定的能量，最终完全以热的形式归还于非生物环境的过程。 能量在生态系统中由各生物有机体贮存起来的过程，可称为第三能流。例如，森林中大量的木材蓄积、其它植物的纤维都贮存着巨额的能量。但这种以生物有机体形式贮存起来的能量，不论经历多么长久的时间，最终总是都要被腐解归还到物理环境中去。这个过程与第二条途径没有本质区别，故常不单独提出。 2、能量转换的基本规律（1）生态系统中的能量转换遵循于热力学第一、第二定律 太阳辐射能进入生态系统后，一部分被各种不同类型的生物直接或间接利用，转化为热能和动能，归还于环境。还有一部分被地面、水面和动植物体表面接收，成为热能使其增温，引起水分蒸散和空气运动，热能转换为动能。太阳的辐射能在生态系统中其形态的不断变化，它的输入量总是等于现存量和归还量。因此，能量在生态系统中流动的过程中，既没有被创生，也没有被消灭，其数量始终是守恒的，即服从于热力学第一定律。 太阳光能是沿着食物链各营养级逐级传递的，是个有固定方向的流动，并从集中的形式递降为分散的形式。能量在逐级传递过程中，总有一部分作为不可利用的热能被耗散，因此能量的转化效率不可能是百分之百。太阳能转化为植物、动物体内的化学能，通常仅只有千分之几，甚或万分之几，而绝大部分难以被利用，以热能的形式耗散于环境。可见进入生态系统中的能量总是在不断地衰变，即能量流动服从热力学第二定律。 （2）百分之十定律 在研究绿色植物固定的能量在各营级之间的定量分配关系时，Lindeman发现在草牧链中后一个营养级仅只能从前一个营养级中获得其生产量的十分之一左右，这就是十分之一定律。此后的许多研究表明，这种能量转换效率的变化幅度在520%之间。所以一个稳定的森林生态系统一般只能支持34个营养级的动物群体。换句话说，食物链一般都不能超过5个营养级。（二）森林生态系统中的物质循环 在生态系统中，物质是生命活动的基础，又是能量的载体。能量和物质是同时沿着食物链流动、传递的。自然界中生物生命活动所必须的化学元素，在环境和生物体之间的往复运动，称为物质循环。这种循环的范围和过程相当复杂，有些化学养分元素主要在生物与大气之间循环；有些则是在生物和土壤之间循环；也有这两种兼而有之的循环。同时，生物体内的养分，还可在体内不同组织中循环。因此可将养分元素的循环划分为：地球化学循环、生物地球化学循环和生物化学循环三个类型。 1、地球化学循环 地球化学循环是指不同生态系统之间的化学元素交换过程。这种循环的特点是循环的空间范围广，甚至是全球性的大循环。一般不会重复同一路线。某些元素一旦离开某个系统可能长期不再返回，循环历时一般都很长，甚至可达数百万年以上。 （1）气态循环 参与气态循环的元素较少。生物生命活动所必需的碳、氮、氢、氧和硫均能以气态、固态和水溶液的形式出入于生态系统。其中碳、氮、氧主要以气态形式进出系统，而硫则是一小部分以气态形式，绝大部分是岩石风化后以硫酸盐溶液的形式进出于系统。气态循环既有不断供应生物生命活动所必需的基本元素的作用，同时也能运载空气中的污染物质，使污染范围扩大。（2）沉积循环 在地球化学循环中，地球上所有的大部分元素都不断参与着沉积循环。此外参与气态循环的有些元素，有时又参与沉积循环。例如碳和硫，在干旱地区以气态形式从系统输出，而在多雨地区则是气态碳和硫的氧化物溶于水后，随水流从系统输出。沉积循环有四种形式：气象途径。是指干沉降物（尘埃、烟尘等）和湿沉降物（雨雪中溶解的化学元素）的沉降对系统的输入和风蚀及风搬运输出。生物途径。是指生态系统之间由于动物的迁移、徒迁引起的营养元素的转移和再分配。人为途径。指由人类进行的各种经营活动（如采伐、收获、施肥、灌溉等）引起的养分物质的输入及输出。地质水文途径。指岩石、土壤矿物风化提供的化学元素，或溶于水的养分随水分运动对生态系统的输入或输出。 2、生物地球化学循环 生物地球化学循环是指生态系统内部化学元素的交换。即植物在系统内部吸收养分元素，又通过凋落物和淋洗作用归还到土壤中的物质循环过程。因此，其循环范围不广、路径和周期均较短。这类物质循环一般包括三个过程（图32）：图32 生态系统室模型及养分循环的主要图径（引自Ricklets,1982）（1）植物对养分的吸收 植物主要是通过根系和叶片等体表从环境中摄取养分物质。植物所需的大部分养分依靠根系从土壤溶液中吸取，也能从岩石、土壤矿物中吸取少量养分。但碳素养分几乎全部靠叶片吸收。（2）植物体内养分的再分配（养分存留） 植物把吸收来的养分用于新陈代谢和贮存在体内，成为各种器官的组成成份。各种植物对养分的吸收（有选择性）和积累的速度有很大差异。植物在不同年龄发育阶段，养分在各器官中的分配比例也有明显差别。如火炬松在幼龄时期叶部集中吸收来的大部分氮素，而到60年生时干部的含量较叶部高4倍以上。一般叶部的养分元素含量可以作为诊断植物营养状况和确定施肥种类和数量的重要依据。（3）植物的养分损失（养分的归还） 植物在生命活动中，要不断吸收养分，同时也不断地损失养分，只有一少部分被固定在新建组内，而较长期的保留下来。养分损失的途径主要有3种： 雨水淋失。化学元素、氨基酸、葡萄糖、维生素、激素都可从植物体表被雨水溶解而淋失。以K、Ca、Mg、Mn、Na等元素淋失量最多。淋失的养分随降雨渗入（归还给）土壤。它有利于贫瘠土壤上的植物生长，和某些植物种子的发芽、成活。植物激素、酚和其它化合物随降雨渗入土壤，对地表凋落物的分解，土壤理化性质的改善都有一定促进作用。 草食动物摄食。在生态系统中，动物取食植物引起的养分损失量变化很大。在森林中，损失量一般仅占净初级生产量的1.52.5%。但在食叶害虫大发生时，就会造成很大的养分损失。 凋落物损失。植物地上部分的器官和组织在其生命活动中不断凋落，凋落物所含养分由分解者分解后归还给土壤。一般而言，生长在优越生境上的植物生产力高，凋落物大、养分损失也多，反之亦然。 3、生物化学循环（植物体内的养分循环） 生物化学循环是指植物体内的养分再分配。即养分在植物体内有动态变化，发生着贮存、转移和再分配的过程。如落叶植物在秋季落叶之前把养分转移到枝条中去，减少养分损失。其转移量可达叶中总量的3070%。这对它们来年的生长有很大作用。当植物养分吸收量不足时，通过再分配可以将一部分组织中的养分转移到新的组织中去，以维持继续生长。植物叶子在脱落前转移到枝中的养分与土壤肥沃和贫瘠程度有关，肥沃土壤上的植物转移较多，贫瘠土壤条件下转移较少。另外，叶子寿命短的转移较多，寿命长的转移较少。这种循环作用对植物体内养分的协调和有效利用太阳能等方面都有重要意义。 四、森林生态系统的结构 生态系统的结构主要是指系统中的组成分和各组成分之间的配置关系。各组成分之间相互作用的结果形成了生态系统的空间结构和营养结构。（一）森林生态系统的空间结构 森林生态系统在空间上具有明显的垂直和水平分化，这种空间结构可以保证不同生物类群各得其所，使环境资源得到充分利用。 1、垂直结构 森林生态系统的垂直结构，主要是指系统内生物类群的空间配置，即分布上的变化。在森林生态系统中，地上不同高度处和地下不同深度处的生物种群和生态要素的数量和质量都是变化的，具有明显的层次分化特征。系统生境条件越优越，生物种类越多，层次结构就越复杂，反之亦然。森林植物是成层分布的，一般可划分出乔木层、灌木层、草本层。不同动物种群也各有其觅食和栖息的空间范围。例如鸟类主要生活在乔、灌木层中，大中型鸟类居于上层，小型鸟类多居于下层及灌木层。兽类生活在林中草地上。昆虫在幼龄阶段多生活在树冠层，成虫阶段多生活在灌木层和草本层中。而细菌、真菌、藻类、各种小动物、昆虫多生活在地表凋落物层和土壤中的植物根系分布层中。垂直分布的成层现象保证了各种生物对空间和环境资源的充分利用。它也是各种生物共同生活在一起，参与能量转换、物质循环和信息传递，相互耦合、适应的必然结果。 2、水平结构森林生态系统的水平结构主要是指植物个体、种群、或群落的水平配置格局。一般可分为下列三种情况。（1）均匀分布（规则分布） 这种配置格局主要是指乔木个体间距近乎相等的分布形式。在生长密度适宜的情况下，能够使环境资源得到充分的利用，从而使林地生产力充分发挥，单位面积的产量一般较高。（2）群团状分布 这种配置格局是指乔木种群成群的或呈团块状的分布。多由系统内部小生境的差异引起，也与树种的繁殖特性和种子传播方式等因素有关。如由根蘖萌生起源的山杨林多是群团分布；采伐迹地利用保留母树更新，更新起来的幼林种群也多呈团块状分布。许多天然混交林中的各树种也多是群团状分布。（3）随机分布 这种配置格局是指树木个体分布完全和机率相符合。当系统内某个主导生境因素呈随机分布时，或生境对绝大多数个体的作用都相似的情况下，就会出现随机分布。例如：油松种子侵入衰败的山杨林进入新的定居地后，油松幼树在林地上常表现为随机分布。（二）森林生态系统的营养结构 在森林生态系统中，各种生物之间存在着极为复杂的营养关系。不同的森林生态系统均有其特定的营养结构。营养结构一般采用食物链（网）、生态金字塔和能流图进行描述。 1、食物链 在生态系统中，能量转换和物质移动都是沿着食物链进行的。食物链是指生物界取食和捕食关系形成的有序能流和物流链。生物的食物来源如果取自食物链中同一个环节，这些生物即属于同一营养级。营养级是生物之间营养关系的分类。如绿色植物是第一营养级，草食动物是第二营养级，肉食动物是第三营养级，依此类推。食物链主要有两种类型。（1）草牧食物链（捕食链） 它是以绿色植物为基础，以草食动物为开端的食物链。例如：草鹿虎。（2）腐生食物链（分解食物链） 它是以死的有机体为基础，从腐生生物开始的食物链。这种食物链中的成员主要是细菌、真菌、原生动物，也包括取食机有体残屑和以微生物为食的某些小动物。 除上述两种基本类型的食物链外，有时还把包括有寄生动植物的食物链单独划分出来，称为寄生食物链。例如：树叶尺蠖寄生蝇寄生蜂。紫貂野猪花蜜蜂狗熊草蚱蜢蛇松籽松鼠黄鼠狼虎树叶鹿鸟图33 针阔叶林的简化食物网 在森林生态系统中，生物种类繁多，营养关系非常复杂，不能简单的用食物链描述，食物链也不能全面真实的反映系统中能量转换的复杂关系。因为同一种植物可以被多种草食动物取食，同时多种草食动物常取食于同一种植物。同一种草食动物又是多种肉食动物的食料。这种复杂的摄食关系就构成了一个网状结构的能量转换关系，即是所谓的食物网（图33）。 2、生态金字塔在生态系统中，初级生产者绿色植物营养级是现存物质和能量最多的营养级，它还要依次直接或间接供应各次级生产者（草食动物营养级、一级肉食动营养级、二级肉食动物营养级）生存所需的物质和能量，故称为基础营养级。在营养级序列上，物质生产和能量逐级递减，从而形成了形似金字塔的营养结构，故称为生态金字塔。通常采用柱状框图表示。生态金字塔有下列三种类型（图34）： （1）数目金字塔 是以各营养级中生物的个体数量为比较单位，按取食关系的顺序排列构成的图形。通常用它来说明各营养级的相对多度。因为生物的体形差异极大，数目的多少无法表达各营养级之间的生物量和能量的对关系，所以数目金字塔的实用意义不大。 （2）生物量金字塔 它表达的是在观测时，生态系统内部各营养级现存重量的对比关系。能够较确切的反应出生态系统内能量在各营养级中的分配状况，但由于各营养级中的12,000150,00040,0003,36820,810 2A数量金字塔（个数/m2） 203夏季温带森林B生物量金字塔 （干重g/ m2） 1 4热带雨林C能量金字塔 （J/ m2·yr） 21 383矿 泉图34 生态金字塔的三种类型（据Odum, 1971） 所含能量不同，所以不能表达系统中的能量动态变化和生产力的高低。 （3）能量流金字塔 它表达的是一定时期内生态系统中各营养级所同化来的能量。可以说明各营养级之间的依存关系，在生态系统研究中有较大的实用意义。 研究生态金字塔，对于提高生态系统中各级生产者转化效率和改善食物链的营养结构，从而获得更多的生物产品具有一定指导意义。 五、森林生态系统的基本特征 森林生态系统的基本特征，可概括为以下几个方面：（一）结构特征 森林的绿色植物生产者是由占主导支配地位的乔木树种群体构成，并在系统内垂直方向上形成明显的成层结构。各类消费者由于食性和可达到的层次不同，也具有成层分布的特征。微生物分解者主要集中生存在凋落物层中，这些生物都共同生活在非生命环境中。因此，森林生态系统由以树木群体为主体的有生命部分和物理环境两种亚成份构成。 （二）功能特征 在森林中生产者、消费者、分解者之间，它们与环境之间，都不断发生能量转换、物质转移和信息传递，这是生态系统的基本功能特征。这些功能在一起共同构成了森林的整体功能。系统的功能与结构是联系在一起的，只有最优的结构才能发挥最佳的功能，功能的发挥又可以影响结构的变化。能量和物质的流动是生态系统最基本的功能。 （三）动态特征 森林生态系统是不断运动变化着的系统，随着时间的变化能量和物质不断流动和变化，同时整个系统的功能、外貌特征、内部的生物种群都会发生变化。任何森林生态系统都是长期演变的结果，并且还在继续演变之中。稳定的系统只是演变过程的一个相对稳定的阶段。森林的发生、发展和衰亡过程中的变化称为演替。演替是森生态系统的重要动态特征，它在森林经营中具有重要实践指导意义。 （四）稳定平衡的特性 生态系统在发展变化中，总是要趋向于使各成分之间处于相互协调稳定的状态，使内部各成分保持平衡关系。失去平衡系统就失去了稳定。当系统受到外力干扰时，系统可通过自我调节机能保持稳定和平衡。外力过大超出了自我调节的能力范围，系统失去稳定，甚至被破坏。当系统不受外力干扰或作用力较小时，系统可通过自我调节机制保持稳定和平衡。说明生态系统具有自我调节的特性。这是系统内部各组分之间能够相互协调维持整体结构和功能稳定的表现，它反映了系统自身对外来胁迫或压力的适应、吸收和抵抗的能力。自我调节是通过组成分变化及相互作用关系的变化实现的。（五）自我维持特性 生态系统可通过本身的吸收和转换机制，从系统内外获取能量和物质，支持系统的生存和发展，这种能力是生态系统生存发展的基础。在自我维持过程中，不断的改变着内部，和一定范围的外部环境。通常变化是良性的，朝着有利于系统健康、稳定、平衡的方向发展。有时也会出现不良的变化，从而能加速系统衰亡的过程。 （六）自我组织特性 森林生态系统是一个高度组织化的生命系统，它具有改进、重建和发展本身组分、结构和功能的能力，这种自我组织能力是系统进化发展的内在动力。它可决定自身需要形成的组织结构；怎样充分物理环境提供的物质、能量，以及如何耗散所获得的能量；如何蓄积自身发展所需要的物质和能量。（七）对外开放的特征 生态系统的生存和运转的过程中，都要不断从外界获得能量和物质，能量是单向传递的，最终都要耗散到外界环境中去，物质虽可循环行用，但生态系统内外也免不了进行物质交换。这种能量、物质的输入和输出，说明生态系统是一个开放的系统。具有开放性是生态系统生存、动转和发展的重要条件。第二节 森林分类的理论和方法 实施林业可持续发展战略，核心问题是对林业分类经营和森林分类经营。林业分类经营是发展林业的重要手段，森林分类经营是林业分类经营的基础。森林分类又是林业局场分类经营的前提条件。 一、林业分类经营的概念及意义 （一）林业分类经营的概念 林业分类经营是在市场经济条件下，根据社会对改善生态环境和经济增长的需求，按照对森林资源多种功能主导利用的不同，将五大林种区分为生态公益林和商品林两大类别，依据各自的特点和建设要求运行的新型林业经营管理体制和发展模式。 （二）林业分类经营的意义 在市场经济条件下，旧的林业经营管理体制已不适应时代发展的要求，严重束缚了林业的发展。为此必须进行改革和创新，而实行林业分类经营就是对林业经营管理体制的重大改革和创新，也是实现我国林业可持续发展的战略选择。 实行林业分类经营标志着我国林业建设进入了一个新时期。分类经营明确了不同森林资源在社会与经济发展中各自的作用和应作的贡献，这不仅有利于林场（局）工作任务目标的调整和确定，更有利于林业总体经济效益的提高。同时，也有利于调动社会各方面的力量参与和支持林业建设，还能使林业受到人民群众前所未有的关注，这一切都为我国的林业建设和林业经济高效快速发展铺平了道路。 二、森林分类经营的概念和意义（一）森林分类经营的概念 森林分类是对森林资源进行经营管理的一项基础工作。分类的方法有二大类：一是自然分类（即森林的自然类型），它是根据森林的自然特征（如林分因子、立地条件等）进行的森林类别划分。如林型划分，森林生态系统类型划分。目的是针对自然特点和林况制定具体的经营技术措施。二是人为分类，它是依据森林的某一种特点或用途属性进行的类型划分。如人工林、天然林；原始林、次生林；公益林、商品林等，目的是为区分森林某种特点的差别或经营目的不同，是对林种的区别。用来作为制定森林经营目标、经营强度、经营策略、经营方向等的依据。这两大类分类的目的和作用是不同的。 按照森林主导利用功能分类属于人为分类，它将森林划分为生态公益林和商品林二大类型：生态公益林的定义是：生长于生态脆弱性和生态重要性地区或地点，向社会提供环境保护、维持生态平衡，以追求生态效益为目标，需要保护性经营的森林。 商品林的定义是：以市场需求为导向，向社会提供木材或其它林产品，追求最大经济效益为主要目的的集约和规模经营的森林。 （二）森林分类经营的意义 森林分类的目的是为了科学合理的组织森林经营管理。然而分类的目的不同，分类的结果，及其在经营管理中的作用，自然也是不同的。 按照森林主导利用功能划分类型，是林业主动适应市场经济和社会发展要求，建立新的森林经营管理体制的重大举措，它可为林业分类经营、森林分类经营和林场分类经营奠定基础，对实现我国林业可持续发展有重大意义。 按照森林自然特征划分类型，是为了充分认识林分的林学特性，根据林分的不同特点，采取相应的技术措施开展森林经营活动。因此，划分森林自然类型是确定经营技术措施基础。也就是说没有正确的森林自然类型划分，就不可能进行科学合理的森林经营。 三、森林分类（林种分类）的系统及指标体系 （一）森林分类系统 根据森林提供的主导产品属性不同，按照国家林业局制定的“公益林和商品林分类技术指标”，可将森林分为公益林和商品林两大类3个层次（等级）21种森林类型。第一层是按森林主导利用功能分类，第二层是按森林用途属性分类，第三层是按森林具体用途（目的产品）分类（表31）。（二）公益林分类及其划定指标体系 公益林分类主要依据生态脆弱性和生态重要性二类指标综合平衡确定。生态脆弱性是指森林遭受破坏后难以恢复良性生态环境，或极易发生突发性自然灾害的程度。生态重要性是指具有重要生态价值和需要保护的森林、各类濒危动植物、各类社会设施的重要程度（表32）。 公益林分类的方法是：首先将公益林区分为2大类，即防护林及特种用途林。再将防护林划分为：水土保持林、水源涵养林、护路（岸）林、农田牧场防护林、防风固沙林、表31 森林主导功能分类系统一级二级三级主导功能公益林防护林水土保持林水源涵养林护路（岸）林防风固沙林农田牧场防护林防火林减缓地表径流、减少雨水冲刷、防止水土流失、保持土壤肥力涵养水源、调节流域径流和水文状况、保护饮水源保护道路、堤防、海岸、沟渠、铁路等基础设施在风沙、海岸沿线降低风速、防止风蚀、固定沙地改善农区牧场自然环境、保障农牧业生产条件防止并阻隔林火蔓延特种用途林科教实验林自然保存林种质资源林文化纪念林游憩景观林环境保护林国防林提供科研、科普教育和定位观测场所保护典型森林生态系统、地带性顶级群落、珍贵动植物繁殖区和有特殊价值森林保护种质资源与遗传基因、繁育良种、培育新品种保护自然与人类文化遗产、历史及人文纪念维护自然风光和游憩娱乐场所净化空气、防污抗污、减尘降噪保护国界、掩护和屏障军事设施商品林用材林一般用材林工业纤维林培育工业及生活用材、生产不同规格材种的木材培育造纸及人造板工业等所需纤维材薪炭林薪炭林生产木质热能原料和生活燃料经济林果品林油料林化工原料林药料林香料调料林生产干、鲜果品生产工业与民用油加工原料生产松脂、橡胶、生漆、白蜡、紫胶等林化原料生产中药材原料生产香料、调料及加工原料 注：引自国家林业局编“公益林和商品林分类技术指标”。表32 公益林类型划定指标及其域值表指标因 子等 级1234生态脆弱性坡度/(°)海拔高度/m侵蚀模数/(t·km-2·a-1)植被盖度/%基岩结构特点土壤质地土壤表层厚度/cm沙丘类型农田牧场分布特点25050050060基岩坚硬，结构紧密壤质20固定面积小，零星分布2635500100050010004060基岩较坚硬，结构较紧密沙壤质1220半固定面积较大，但农林交错364510002000100025002540节理发育，结构疏松壤沙质812半流动面积较大，相对连片452000250025基岩破脆沙质8流动面积很大，集中连片生态重要性河流流程/km水库蓄积/万m3水体主要用途公路、铁路等级自然保护区等级森林公园等级风景名胜区级别10010未利用县级县级县级及以下级县级及以下级10050010100航运或工业用水地（市）级地（市）级地（市）级地（市）级50010001001000灌溉用水省级省级省级省级10001000饮用水国家级国家级国家级国家级动植物种类和森林生态系统类型保护级别县级及以下级地（市）级省级国家一级、二级防火林等6类。将特种用途林划分为：科教实验林、自然保护林、种质资源林、文化纪念林、游憩景观林、环境保护林、国防林等7类（表31）。这些类型分别可按照公益林划定指标的域值，确定它们分属的相应等级（共分4级）。（三）商品林分类及其划定指标体系商品林分类的过程：先将其划分为3大类，即用材林、薪炭林、经济林。然后再将用材林区分为一般用材林和工业纤维林2类；经济林区分为果品林、油料林、化工原料林、药料林、香料调林5类（表31）。在商品林分类指标中，除考虑森林经营的技术、经济效果和林地条件外，还需考虑生态和法律的约束条件。技术经济效果可用二项指标表示：投资利润率（经营周期内的利润总额与投资总额的比率）；净现值（NPV）（一个经济周期所有收益贴现与所有成本贴现之差）。林地条件主要指林地质量（立地指数或地位级）和集约化经营森林的便利程度。可用二项指标表示：林分蓄积生长量（单位面积年平均蓄积生长量）；地利等级（根据林业机械化作业和集约经营的便利程度分为3个等级（表33）。林分生长选用林分蓄积生长量指标（表34）。生态约束条件可选用生态系统多样性指标。法律约束条件可选用采伐限额和主伐年龄等指标。（四）森林分类经营的技术标准公益林和商品林经营技术标准，国家林业局已编制完成，请参阅“公益林和商品林分表33 林地地利等级分级表地利等级一级二级三级山体坡度/（°）潜在路网密度/（m·hm-2）林地规模/hm2102.55102522.5352523注：引自国家林业局编“公益林和商品林分类技术指标”。表34 用材林蓄积生长量标准表树种组基准年龄平均直径/cm生长量/（m3·a-1·hm-2）可选树种针叶树杨树其他阔叶树20151513.224.051.08.8514.4016.43落叶松杨树、侧柏油松注：引自国家林业局编“公益林和商品林分类技术指标”。类技术指标”中的技术标准一览表（表35），这里不再赘述。四、森林的自然类型划分由于世界各国的自然、社会、经济和科学发展水平不同，森林的