[论文总结] 森林管理和造林业中复杂观念的转变

森林管理和造林业中复杂观念的转变

[参考论文] Shifting conceptions of complexity in forest management and silviculture

长期以来，操纵森林生态系统的复杂性一直是森林管理和造林的考虑因素。然而，在林业的许多历史中，管理方法降低了复杂性，从而创建了以农业系统为模型的更具可预测性的生产系统。以生产为重点的造林系统通常旨在降低结构和生物的复杂性，结果还可能降低适应性和适应力。最近，促进森林生态系统的复杂性已成为注重生态的造林和森林管理的目标。这种过渡及其对造林和林业的影响已在其他地方进行了全面审查。但是，关于森林生态系统复杂性的操作和生态定义尚未得到统一定义，并且可能根据所涉及的研究或管理小组的治疗目标和专业知识而有很大差异。随着时间的流逝，尤其是在过去的几十年中，随着新概念进入森林生态学和造林学的讨论，关于什么构成复杂性和哪种复杂性与实现森林管理目标最相关的概念可能已经发生了变化。此外，已经出现了新的测量和分析工具，这使得对复杂性的新颖描述成为可能。如今，培育林分或生态系统复杂性的想法已广泛地融入到造林计划和实践中，尤其重要的是，有一个共同的基础，科学家和从业者可以从中讨论解决方案和结果。

用ICO方法恢复森林结构复杂性的空间方面

在干燥，频繁生火的松树和针叶树混合生态系统中，细密的单个树木，密集的树木丛和开阔的空间马赛克是复杂性的重要组成部分。过去的土地使用，木材采伐和历史火灾制度的破坏改变了林分结构和组成，并损害了其中许多森林的生态系统功能和适应能力。要恢复这类容易生火的森林景观，需要采用造林方法，以恢复并维持具有完整干扰制度的森林中存在的多尺度空间复杂性。丘吉尔等人开发的单个，丛集和开口（ICO）造林和监测方法。通过提供一种操作框架来满足这一需求，该框架包括在方法，标记指南和监测协议中包括有关支架内空间模式的信息。 ICO方法旨在通过恢复森林结构复杂性的空间方面来恢复模式与过程的联系以及干扰林的发展周期。 ICO非常适合以前需要采伐和防火的地方进行处理，这些地方需要使林分结构，组成和样式更好地与当前和未来的生物物理条件和干扰机制保持一致。因此，ICO是减少燃料和恢复燃料以及适应气候变化的有用框架。 ICO方法提供了一种以易于理解，有效的方式表达复杂空间信息的方法，树木标记人员和设备操作员可以在地面处理中实施。管理人员可以利用火灾频繁发生地点的现场的历史或当代参考数据作为空间模式信息的来源。此类参考数据可用于整个西部的广泛的松林和针叶林，也可以根据所需的功能结果和栖息地目标设定空间格局目标，例如，创建中小冠层开口以促进积雪或保留树木丛以为野生动植物提供栖息地，或为审美目的提供视觉上的突破。
ICO根据间隔较大的单个树木的总数以及处理后整个单元中要保留的小块，中块和大块的数量来表达所需的后处理条件。故意不以平均数或每公顷树木或丛集密度来描述处方目标。这使打标人员或机器操作员可以自由调整打标和实施方式，以适应树木状况和生物物理状况的微小差异。例如，土壤较浅或树势较低的区域可以减薄或重做开口，而高密度和较大的团块可留在潮湿的微地点上。还需要关于保留和清除树木的优先顺序的明确指南，在大多数恢复和适应气候变化的处理中，耐火和抗旱的树木通常被优先保留。通过关注树木和生物物理条件以及树木邻里尺度，ICO标记有助于恢复植被的精细尺度异质性，这与地形，土壤和植被状况相符。

利用变密度间伐恢复沿海道格拉斯冷杉林的复杂性:对适应性的影响

太平洋西北部（PNW）的老生长沿海道格拉斯冷杉（Douglas fir）可能是解决复杂造林问题的范例。树木达到巨大比例的能力，加上严重程度不同的历史干扰机制，导致森林的垂直和水平异质性很高。自1980年代开始在联邦土地上砍伐旧有森林的争论引发了管理范式的转变，如今这种管理方式被称为“生态林业”。随着这一转变，第二生长的均匀年龄森林的稀疏化成为在西北太平洋地区在联邦林地上实施的主要造林实践。在20世纪90年代早期，一些大规模的造林试验被设计用来评估变密度间伐的能力，以加速结构复杂性的发展和相关的生态系统服务(如斑点猫头鹰栖息地)相对于标准的商业间伐。
在DMS上进行的研究有效地解决了原始问题与恢复复杂的森林结构有关的问题相关的生态系统服务。此外，随着研究人员开始研究与在全球变化的背景下将森林作为复杂的适应系统进行管理有关的问题，该实验具有了新的意义。结果表明，可变密度的稀疏化通过加速大直径超高层树木和多层冠层的发展而增加了结构的复杂性，同时中止了树冠抬升的过程。然而，这些处理也降低了密度依赖性死亡率（即，自稀化），并因此降低了被砍伐的木材的数量。过度林地的反应还与林下植物群落的组成和多样性紧密相关，导致生态系统服务，特定碳与多样性之间的功能权衡。此外，对DMS的研究突出了稀疏化如何使用基于特征的方法在复杂的自适应系统框架内调节扰动和气候变化之间的功能关系。在这里，可变密度间伐中更开放的条件促进了早期耐干旱植物的招募，增强了野生生物栖息地对与气候变化相关的干旱频率和严重性增加的适应性。但是，考虑到跨尺度相互作用的调查强调了复杂的因素，包括相互作用和反馈回路，如何在多个尺度上驱动植被的发展。正在进行的研究基于这些努力，通过开发新的基于特征的模型来预测替代性造林和气候变化情景之间的相互作用对一系列生态系统服务的影响。

使用响应效应特征方法将森林群落建模为复杂的适应性系统。可以使用基于特征的方法来模拟外部因素（气候变化）和相互作用的成分（即造林对结构复杂性的影响）之间相互作用对植物群落提供的生态系统服务的影响。植物性状，包括叶片（SLA =比叶面积），茎（SSD =干比密度），根和整个植物性状，影响物种的生理和人口学性能，影响其对森林带来的结构复杂性变化的反应方式管理和气候变化等外部因素。因此，基于特征而不是基于物种的模型提供了一种机械方法来预测外部因素（即气候）和相互作用的成分（即，造林或干扰对结构复杂性的影响）变化的影响。这些过程可能会影响林下层对生态系统服务的提供。
我们对林学文献的分析认为随着时间的推移，森林研究中以复杂性为中心的思想变得越来越突出。以复杂性为中心的术语的使用一直在增加，与复杂性相关的概念也被更广泛地应用文献和造林试验。然而，分析的重点通常保留了诸如属性和定量的度量与传统的非空间结构复杂性相似在造林规划中使用的数据，对通过造林处理直接操作。这种趋势这当然是有道理的，因为治疗设计通常需要一些对有形目标的关注程度与对直接结果的关注程度不同课程的行动。然而，尽管结构和属性集中概念被最广泛的采用，许多基础研究是否也包括了对功能性或适应性复杂性的关注以略微不同的方式装裱。

随着时间的推移和跨学科采用复杂性概念的模式

我们详细的回顾表明，尽管以复杂性为重点的术语的使用一直在增加，但实际情况是在森林培育的分析/设计中融入复杂概念研究可能在过去十年或更长的时间内停滞不前。这结果可能反映了周围讨论程度的不匹配造林的复杂性和实际实施的复杂性重点研究或处理。具体来说，就是功能性的讨论适应性复杂性的概念可能还没有被直接纳入造林研究。

将复杂性纳入造林规划的框架和战略

一些综合复杂概念的一般轨迹进入管理设计和数据分析中都有明显的分析造林试验和案例研究。通常有一个首字母20世纪90年代重点研究空间异质性和自然干扰模拟也包括在此期间维持生物遗产治疗。后续在2000年早期到中期的努力，无论是新的治疗方法还是重新构建/对现有实验的分析，扩展到直接操作
空间模式和复杂性(Keeton, 2006)，更多关注于灌木的生物复杂性包括功能特性和多样性和底层植物群落。生物活性资源和多样性的增强在欧洲变得更加普遍。2000年后期，旨在影响生态系统功能的明确行动也起到了同样的作用。最后，在2010年的s设计和实现对现有造林试验及新情况进行分析实验集中在适应力和适应能力上。

对造林实践的影响

我们已经说明了将复杂概念和术语纳入森林管理和造林文献的模式，包括造林处理设计和实施的文献。我们的研究结果表明，随着时间的推移，这些想法在文献和造林试验设计中得到了越来越广泛的采纳。然而，尽管我们认为这里所说明的时间模式表明了通过学术造林界传播思想，但我们认识到，在学术造林研究和实验性造林研究与经营性造林和森林管理之间往往存在着巨大的差距。
一个重要的下一步是评估将以复杂为重点的概念和处理纳入森林管理的情况计划和其他文件，详细说明目前的不同的森林类型和地区造林方法。此外，更好地理解复杂性的结构形式和属性形式之间的关系，以及功能性和适应性复杂性的度量，将允许管理者更直接地操纵和预测后一种长期、间接的反应。但是，在任何管理的森林系统中，适应性复杂性的一个重要组成部分来自该系统的人的因素。因此，森林管理界提高对功能和适应复杂性概念的认识本身就可能广泛的促进森林生态系统的复原力和适应能力。