[论文总结] 美国造林业过去30年的惊人变化

Silviculture in the United States: An Amazing Period of Change over the Past 30 Years

• • 前言
  • 管理环境的变化
  • 研究承诺的变化
  • 森林状况的变化
  • 科技的发展
  • 造林系统
  • 结论

论文. Anthony et al.,Journal of Forestry, Volume 116, Issue 1, January 2018, Pages 55–67.

前言

• 1986年，《林业杂志》上发表了关于美国造林实践的系列六篇论文。 “概述：未来30年，过去30年”是该系列的第一篇概述性文章，其中包括另外五篇针对美国主要森林地区的论文。每篇文章都包括对造林实践变化的思考从1950年代开始，它的地位在1980年代中期，并且作者认为在以后的30年中每个地区都可能发生这种变化。总而言之，本系列文章提供了有关美国造林实践的成熟以及将来有望影响造林应用性质的各种经济，社会和生态驱动因素的重要知识。该系列中有关造林未来的许多预测都反映了社会和生态的变化条件和技术在1980年代得到体现。例如，公众参与和森林法规的影响越来越大。森林管理和非木材利益日益增长的重要性被确定为包括太平洋西北地区在内的一些地区的明确体系转变未来驱动力。东北地区森林条件的持续成熟预计美国将增加对未来再生收成和幼林抚育措施的需求。西部将更加重视密度管理，以减少相关的森林健康问题。还预计通过树木育种以及南部和南部地区植被管理的更多应用，人工林造林将进一步提高生产力。森林和林分模型的进步有望增强我们评估不同造林方式结果的能力。在过去30年中发生的管理环境，研究投资，森林状况和技术，以及对当前应用的造林系统的影响。我们通过确定最有可能在未来30年内响应当前和新出现的威胁及管理目标的方式影响造林方式的因素来得出结论。

管理环境的变化

• 针对一系列土地所有权的当代造林处方也可能包括入侵物种管理的内容； 保护古老的森林生态系统和河岸保护区； 提高水量和水质； 娱乐; 美学; 增强生物多样性； 以及恢复濒危，受威胁和敏感的物种和生态系统。

• 造林在历史上任何时候的应用都反映了那个时期的生态，经济和社会状况的各个方面。我们对过去30年中发生的管理环境，研究投资，森林状况和技术的变化及其对目前开展造林方式的影响进行了回顾。在这个高度动态的时期内变化的摘要及其对美国不同地区造林的影响，对于森林经营者和政策制定者预测所有权的变化，野火的规模和严重性的增加以及入侵物种的扩散将很有帮助。将会影响将来的营林方式。在过去30年中，工业所有权性质的变化可能会继续降低生产力水平太低而无法产生短期收益的地区的造林治疗投资水平，而对集约化文化实践的投资，例如基因改造的应用在东南部等高产地区，竞争控制和施肥的影响可能会继续。对不断变化的环境条件，干扰和入侵的关注日益增加，这可能导致越来越多地致力于营林系统的应用，这些系统的重点是赋予所有人所有权以抵抗力和复原力。在过去30年中，研究投资的急剧下降将挑战我们产生解决这些变化所必需的应用知识的能力。

• 在一些地区,如东南亚、房地产投资信托基金和timo倾向于使用类似的营林治疗和处方开发森林工业的早些时候,专注于针叶树和高收益管理制度(如网站准备、部署树种提高幼苗竞争力、竞争控制、土壤养分管理、变薄)。

• 直到1990年代，BMP，第三方森林认证和保护地役权的概念才真正实现，这主要是因为社会和环境问题日益加剧，涉及在公共和私人土地上对森林进行管理和可持续管理。随之而来的变化是稳定的，有目的的，并且在许多方面都是历史性的。在80-90年代颁布了很多森林的立法，是后面营建森林的基础。在1990年代和2000年代通过在被剥离的工业林地上布置地役权而增加了大型保护所有权，这在大型工作景观中创造了一种新的所有权类型，该类型的造林应用造林技术来实现从生物多样性保护到碳储存的各种目的。

研究承诺的变化

• 在过去30年中，运用在造林实践中积累的科学知识，可以使人工林的健康和生产力得到巨大的提高。在这段时间，施肥得到了广泛的应用。但是由于行业的变化以及州和联邦研究预算的减少，在未来30年将变得越来越少。进行和支持研究的成员减少，研究资金的消耗减少，土地使用的减少以及对安装和监视长期实验的实物支持，包含长期实验的土地被出售的可能性更大，并且减少了林业公司的博士级科学家人数。在实验性森林和山脉及其他地区建立的长期造林研究的能力也在不断下降。同样，应用研究型大学的研究能力也在下降。研究投资是修改旧的和制定新的管理准则的基础。这对于我们开发针对特定地点的造林处方的目标也至关重要。

森林状况的变化

• 过去30年森林和环境条件的变化增加了造林者在实现当代管理目标方面所面临的挑战的数量和程度。其中一些变化，包括全美国蓄积量的增加(美国农业部2014年)，可以根据1986年的森林状况和收获率来预测;然而，其他变化，包括入侵物种的流行以及影响美国森林的干扰的程度和严重性，在很大程度上是出乎意料的。
• 30年前，西部森林高密度条件的日益流行以及相关的森林健康和火灾风险被确定为未来造林活动的一个重要推动因素;但是，这些情况对目前森林动态的严重影响是没有预料到的。在“30年”系列出版两年后，黄石国家公园经历了现在被统称为“大火灾”的事件。这些大规模事件现在每年影响超过49万- 140万ac森林。同样，山地松甲虫和其他树皮甲虫已经成为景观的主要干扰因子，因为低活力、高密度的林分条件和温暖的冬季温度导致每年超过24万ac ac的树木爆发死亡。美国西部和其他地区自然干扰的程度和严重程度的增加，使人们更加重视通过鼓励发展抗病和有弹性的林分结构条件来预测干扰影响的林分制度。然而，在扭转几十年来区域火灾对野火行为的影响的规模上应用这些治疗方法所面临的挑战，导致人们同时强调将骚乱后遗产的管理纳入救助中。此外，野火发生的频率和严重程度的增加可能会消除特定地区的森林覆盖状况，这就增加了对重新造林的需求，以应对随之而来的新情况。
• 非本地侵入性植物物种已成为该国大多数森林地区的普遍组成部分，极大地影响了多样性和生产力，并增加了森林再生有关的成本。尽管许多物种已经在美国的农业和观赏环境中存在了一个多世纪，但影响程度已经大大增加。考虑到广泛控制的成本以及物种引入和广泛入侵之间的显著滞后，非本地植物物种在未来仍将是一个重大挑战，特别是在气候和土地利用的变化增加了未来入侵的可能性的情况下。
• 寄主种群结构和环境条件的变化还导致美国各地区的本地植物，昆虫和病原体对森林健康的影响增加。在过去30年中，解决本地森林健康威胁影响的一个成功案例是在美国东南部开发和部署了梭形抗锈病大火松，大大减少了该问题在整个地区的发生率，尤其是在人工林中造林。同样，美国东南部广泛的间伐处理也已成功地减少了在林分和景观尺度上对南方松树人工林对南方松树甲虫侵扰的危害。但是，在SPB的急性暴发病例中，当地市场条件（例如区域木材供应，可操作的立木量和质量）可能会影响造林干预的及时性，从而导致意想不到的后果。在减少东南部SPB危害方面取得普遍成功的同时，在过去的20年中，SPB向美国东北扩展了前所未有的范围，这对该地区的松树贫瘠群落的保护提出了重大挑战。
• 30年前，人们对未来森林状况提出的关注是大气沉降对森林健康和生产力的长期影响。氮和硫的沉积增加继续影响某些地区（例如东北）的土壤和森林健康状况。但是，由于1971年的《清洁空气法案》，过去15年中的沉积物水平已大幅下降，从而使许多地区的森林和水生生物更加健康。现在，最广泛影响森林状况近期变化的主要非生物因素是气候条件向美国许多地区的气温升高和极端极端降雨转变。大气中二氧化碳浓度的增加有望增加未来森林的生产力。然而，温度升高和长期干旱与寄主适应性，森林燃料和放养的增加所产生的交互作用，扩大了当代景观中干扰的规模和严重性。这些相互作用的不确定性以及外来入侵物种对许多森林的影响日益增加，导致对我们对未来森林状况的预期存在高度不确定性，而1986年对未来趋势的预测大体上是这种不确定性。造林处理，包括通过控制林分密度来减少未来的干旱影响，以及通过种植和再生收获来增加可能适应未来环境条件的物种的代表，已被建议作为解决这一不确定性的方法;然而，对它们对未来森林环境条件的大规模变化产生影响的效力的了解仍然有限。

科技的发展

• 上述管理背景和森林条件方面的许多变化对现代森林培育提出了意想不到的挑战;然而，在过去30年里，研究和技术发展取得了非凡的进展，极大地促进了造林实践。林业家工具箱中的变化包括:林分和景观数据的捕获和分析方法的突破，施肥反应的近地点特异性描述，几种重要商业物种的遗传改良种植存量的可用性，以及改进的收获和处理设备的发展。另一个重要的变化是通过互联网和其他数字媒体迅速分享和交流关于造林实践的想法和研究的能力。
• 造林实践中遥感应用的性质已经发生根本变化，并继续迅速发展。在植被分类和林分划分中，依靠传统的照片判读已经在很大程度上被以卫星为主要来源的数字图像所取代。这一演变反映在这样一个事实上:虽然林业学生通常接受了极好的遥感训练，但他们接触摄影测量的机会有限，如果有的话。光探测和测距(LiDAR)是一项突破性的遥感技术，在森林清查、规划和造林方面具有巨大的应用潜力。在不久的将来，激光雷达和类似的发展中技术，例如无人飞行器，很可能会被森林管理员作为标准的森林盘查和监测工具，并用于规划道路布局和收获作业的其他方面。
• 在过去十年中，随着对全球变化的关注的增加，在未来环境条件和压力源的背景下指导造林规划的交互式、基于网络的决策支持系统的可用性已经大大扩展。例如，PINEMAP(松树综合网络和适应项目;http://pinemap.org研究项目都集中在森林管理方法适应增加的森林恢复和可持续性火炬松(松果体taeda)变量下气候和气候和森林生产力产生了直接的网络工具旨在提供区域性信息可能未来气候风险,机会,和影响在流域范围内(图2)。在美国的中西部和东北部,气候变化应对框架开发了一系列森林适应资源**(http://forestadaptation.org/)**，以协助土地所有者制定应对这些地区预计的气候变化影响的处方。诸如此类的决策支持工具将继续在将研究结果转化为允许自然资源专业人员和客户做出知情的土地管理决策方面发挥效用。
• 除了现在大大促进造林规划的技术进步之外，过去30年还看到了用于执行不同造林活动的收获和搬运设备的发展方面的巨大进步。特别是，采伐系统的机械化程度越来越高，在地形平缓到中等陡峭的地区，伐木工人集束器和CTL处理器现在是最常用的系统。这种机械化提高了收割作业的生产率和安全性，并降低了对场地的影响。此外，CTL对采伐方向的更大控制和不打滑限制了间伐和精选收获的残余损害程度，从而提高了这些做法的整体有效性。尽管如此，这些处理器的尺寸上限(~ 22-24英寸);限制了它们对某些林分条件和造林处理的适用性。
• 30年前，人们就已经预见到森林培育的技术进步和相关转变，这就是基因改良种植材料的发展和广泛部署。用第一代种子园的种料建立的南松人工林的轮末产量比用野生种子建立的种料增加约10%。第二代果园的额外收益可能在20%左右。与树木改良相关的收益不仅仅是产量的增加;它们包括茎直度、木材质量和抗病性。在使用改良种群建立人工林过程中，一个林学挑战是不必要的自然再生会稀释潜在收益的风险——30年前就认识到了这个问题。此外，火炬松种植园在美国东南部大部分地区的成功建立，导致了与其他物种杂交的更高水平，包括短叶松，为维持这些不太常见的物种在景观上带来了挑战。

造林系统

• 密度管理，有时与修剪结合，导致了密集管理制度，种植密度、间伐制度和收获处理可以非常精确地规划，以高度可预测的方式最大限度地提高产量。这些制度采用了“精确林业”。
• 在公共土地上，造林学家越来越多地关注自然过程，特别是干扰，以指导造林。普遍认为，火灾是美国几乎所有森林生态系统的自然组成部分。但是，模拟火灾仅限于现场准备，燃料处理或林下植被控制等用途，这是因为人们对烟雾，火灾控制，责任问题以及投资可能造成的损失等方面的关注最为突出。
• 干扰模拟是当代基于生态的造林的共同特征，而干扰模拟的实际实施受到现代社会现实的限制，特别是在依赖火的生态系统中。此外，在许多土地上，包括基于砍伐的均匀年龄管理仍然是一种占主导地位的方法，包括东南部和太平洋西北部的私人土地，在这些土地上，人工林造林占主导地位。
• 当干扰机制改变时，现代林业也关注干扰的影响。燃料的积累以及可能的气候变化导致了大​​火，大火的程度和强度经常在历史规范之外（Adams 2013）。昆虫和病原体（无论是本地的还是非本地的）也对森林管理构成越来越大的威胁，并且常常由于气候变化而加剧。确实，某些森林（如东北地区）中存在许多侵入性威胁，威胁着这些系统的物种组成全面变化和生态系统功能的相应变化，从而导致人们越来越重视造林系统，这些系统创造了混合物种和多年龄条件，分散风险。

结论

• 北美森林管理历史上的每个时期都见证了森林状况及其影响因素的巨大变化。反思过去30年中所有权，目标，技术和威胁的变化，很难想象另一个时期，影响造林实践的因素以如此巨大和迅速的速度变化。尽管经济在三十年前是造林活动的主要重点，但人们越来越重视森林的生态和非经济社会价值，特别是公共土地。这种强调既反映了联邦和州一级政策的变化，也反映了公众对受管理林地的期望。同样，随着管理人员越来越多地面对新的生态系统条件，以侵入性植物，昆虫和疾病以及对自然干扰机制的改变来应对对森林的威胁日益增加，已成为许多造林系统的中心目标。这些变化和挑战都发生在基础造林研究经费下降和森林产品市场下降的背景下；这将妨碍我们在未来30年中在过去30年观察到的造林实践中取得巨大成就的能力。这几乎肯定也将限制我们应对可持续森林管理面临的日益增长的挑战的能力。
• 在未来的30年中，很可能会继续更加重视造林系统，这些系统整合了生态目标的规定，并解决并最大程度地减少了入侵物种的影响，环境条件的变化以及与气候变化有关的干扰。这些系统以及其他着重于灾后恢复的系统在西方尤为重要，因为随着这些地区管理水平的低下，这些地区的积压状况，相关的大火和严重的昆虫爆发的流行趋势在未来30年内可能会恶化。与过去30年一样，未来几十年中可能会出现许多不可预见的变化，这些变化将影响美国的造林方式。但是，我们希望当前对适应性方法和技术的重视能够为决策提供信息，这将提供一个框架来巧妙地应对未来30年森林经营将带来的挑战和机遇。