森林作为陆地生态系统的主体，是陆地生态系统安全的主要贡献者，为人类生存和环境健康提供多种服务功能。由于森林在吸收CO2等温室气体、缓解全球气温升高等方面发挥着突出作用，在全球变化背景下保持森林生态系统的可持续和高质量发展具有十分重要的现实意义。受人类开发利用的影响，世界范围内原有的天然林面积正持续减少，人工林在维持陆地生态系统安全方面发挥越来越重要的作用。我国把大力发展人工林作为恢复森林增长、改善生态环境的关键措施。第九次全国森林资源清查（2014—2018）结果显示，中国人工林面积已达8003.10万h㎡，蓄积34.52亿m³。人工林面积的增长，一定程度上缓解了我国森林资源供给压力，同时在生态修复、景观重建和环境改善等方面也发挥了重要作用。
西北地区大部分处于干旱、半干旱地区，涵盖了全国最干旱的地区，生态环境脆弱。但是，截至20世纪90年代末，用材采伐和开荒种田一直没有停止，天然林面积和蓄积持续减少，不仅生态系统质量整体下降，也威胁了当地的生态安全和社会经济可持续发展。西部地区大规模的人工林建设始于1978年开始的三北防护林工程，进入21世纪以来，退耕还林还草工程等生态工程加速了西部地区林业发展，人工林面积和蓄积量呈现增长趋势，生态系统质量得到一定的恢复和发展。
根据2018年发布的《三北防护林体系建设40年综合评价报告》，三北防护林退化的速度和数量在不断增长，退化林分的改造修复是未来一个时期的重大战略任务。西北地区大面积的农田防护林、防风固沙林、水土保持林是在三北防护林建设工程初期甚至更早时期营造的，多数人工林已进入近成熟或成过熟阶段。由于缺乏有计划的更新改造，这些人工林生态系统质量整体较低并趋于下降趋势，老化衰退现象日益严重，自然死亡个体十分普遍，已成为西北地区人工林经营管理工作中亟需解决的问题之一。本文针对西北地区主要人工林类型，就成过熟人工林质量衰退状况进行简要梳理，分析成过熟人工林质量衰退的原因，提出相应的对策，旨在为完善西北地区人工林生态系统经营管理体系、提升人工林生态系统质量提供理论依据，以期实现西北地区森林生态功能提升和生态系统的可持续健康发展。
1 西北地区成过熟人工林质量衰退状况
1.1西北地区成过熟人工林概况
据第九次全国森林资源清查（2014—2018）结果，西北地区森林面积为2684.15万h㎡，总蓄积量为117976.42万m³，森林覆盖率为8.73%。西北地区人工乔木林面积共计302.66万h㎡，蓄积量为17881.02万m³，其中成过熟人工林面积共27.91万h㎡，占人工乔木林面积的9.22%，蓄积量为3464.40万m³，占人工乔木林蓄积量的19.37%（表1）。近熟林单位蓄积最高，达147.79 m³/ h㎡。西北地区人工乔木林进入成熟期后，单位蓄积量呈下降趋势。
西北地区成过熟人工林的林种结构以防护林为主（表2），成过熟防护林面积共21.65万h㎡，防护林中近熟林面积也达13.61万h㎡，近熟和成过熟防护林蓄积量占全部林种的87.28%。
按优势树种（组）划分，西北地区近熟和成过熟人工林主要为杨树（Populus spp.）林和刺槐（Robinia pseudoacacia）林，杨树人工林的面积和蓄积量最高，广泛分布于西北各省区；其次为刺槐人工林，主要分布于陕西和甘肃2省（表3）。杨树、刺槐人工林面积共计30.94万h㎡，占比65.07%，蓄积量共计4607.80万m³，占比72.37%。
1.2西北地区成过熟杨树人工林质量衰退状况
三北防护林工程实施以来，以杨树为主要树种的防风固沙林、农田防护林、护路护岸林在西北地区迅速发展，杨树人工林面积逐年扩大。但杨树生命周期较短，特别是人工林的生长十分迅速，20年生人工林开始进入成熟阶段，30年以上进入过熟阶段。西北地区杨树人工林大多栽植于水分条件相对较好的地段，局部区域还有灌溉条件，加之杨树喜光、速生等生物学特性，初期生长良好，可迅速发挥防护效益。杨树人工林达到近成熟阶段后，树体高大，对水分养分的需求量也大，极易发生水资源需求与供给的矛盾，存在质量衰退的客观风险。
甘肃河西走廊是西北地区防护林建设的重点地区之一，多年来持续营造了大面积杨树人工林，20世纪60、70年代的人工林营造以小叶杨（P.simonii）为主，70年代后期更改为二白杨（P.×xiaoheivar.gansuensis）和新疆杨（P.albavar.pyramidalis）。河西走廊人工林老化衰退现象极为严重，截至2020年已有成过熟林、残次林共5.61万h㎡。王雄红等（2020）以高台县为例，对河西走廊退化防护林进行研究，该县于20世纪80年代栽植的大面积杨树防护林目前均已进入成过熟林阶段，成过熟退化乔木林面积共计528.26 h㎡，近熟林退化面积也达98.54 h㎡，杨树病虫害现象严重，特别是青杨天牛（Saperda populnea）、春尺蠖（Apocheima cinerarius）等虫害频繁发生，表明退化防护林的更新改造已成为河西走廊面临的严峻任务。
青海省西宁市大通县的青杨（P.cathayana）人工林为20世纪80年代开始营造，目前已进入成熟阶段，该地多数青杨纯林已有病虫害发生，并伴有雪压等自然灾害。该区域平均气温较低，年生长周期较短，加之立地条件限制，存在水分供求矛盾，青杨林的年净生长量极低，“小老树”现象十分普遍。曹志（2020）基于林分结构、林分生产力、立地条件和林分抵抗力等指标构建森林健康评价体系进行了健康评价，表明青杨成熟林处于亚健康状态。朱柱（2019）基于林分结构、林分生产力、立地条件、林分抵抗力和服务功能5个方面构建森林健康评价体系对其进行健康评价，表明青杨成熟林的健康指数位于0.35～0.53之间，处于亚健康或不健康状态，服务功能较差。
1.3西北地区成过熟刺槐人工林质量衰退状况
刺槐是黄土高原地区主要造林树种之一，从20世纪50年代起开始在陕西省中部、北部和甘肃省东部大面积营造人工林，至2007年，陕西省刺槐人工林总面积已达7万h㎡。刺槐也是速生树种，耐干旱贫瘠，对各类逆境因子抵抗力强，生态位宽泛。刺槐喜光喜湿润，在水分较好的地段生长迅速，可快速发挥水土保持功能，但人工林进入成熟期较早，在西北地区40年生以上的水土保持林十分普遍，生长速率明显减缓，生态系统出现衰退迹象。
刘恩田（2010）对渭北黄土高原刺槐人工林研究发现，部分成过熟林出现枯梢现象，病虫害也较为严重；过熟林的不健康状态占比达10.13%，林分质量较差。刘金良（2014）对黄土高原南部地区刺槐人工林进行健康评价分析，基于活力指标、结构指标和抗逆指标的评价指标体系研究表明，成熟林中的不健康林分和亚健康林分占比达69.3%，成过熟刺槐人工林的健康状况远低于中幼龄林分，总体健康状况不容乐观。高建等（2021）比较了陕西省永寿县不同林龄刺槐人工林的健康状况，也证实了刺槐林健康程度随林龄明显下降的趋势。上述几个研究实例均在半湿润区，在黄土高原半干旱区分布的大面积刺槐水土保持林衰退状况更为明显，成过熟林中的枯梢、枯死现象十分普遍。
1.4西北地区其他成过熟人工林质量衰退状况
申小娟（2022）对甘肃省主要人工林类型的林龄构成情况进行统计分析，除刺槐和杨树人工林的近熟和成过熟林占比较高之外，落叶松（Larix gmelinii）、云杉（Picea asperata）和油松（Pinus tabuliformis）人工林的近成熟林占比也分别高达40%、60%和80%，采用主成分分析法构建森林健康评价指标体系，多数近熟和成过熟人工林处于中健康或亚健康状态。刘金良（2014）对黄土高原南部地区油松人工林进行调查研究发现，近、成熟油松人工林枯梢比达17%～44%，健康指数位于0.45～0.57之间，均处于亚健康或不健康状态。石梦婷（2022）对陕西省洛南县油松人工林研究也发现，由于采用了飞播造林，后期林分密度过大，油松人工林的高林龄林分比低林龄的生长状况较差，林分直径生长量较正常天然林偏低。谭继旭（2020）选用森林土壤质量、森林结构、森林稳定性和森林群落生产力4个方面构建人工林评价指标体系，评价了青海高寒黄土区的成熟人工林健康状况，结果显示华北落叶松（L.gmelinii var.principis-rupprechtii）林的健康指数为0.53～0.66，处于亚健康或健康状态，祁连圆柏（Juniperus przewalskii）林健康指数为0.46～0.52，处于亚健康状态；而白桦（Betula platyphylla）/青海云杉（Picea crassifolia）、落叶松/青海云杉、青杨/白桦、青杨/落叶松、青杨/青海云杉、青杨/白桦/青海云杉、白桦/落叶松/青海云杉等不同组合的混交林健康指数则位于0.61～0.87之间，整体优于人工纯林的健康状态。
2 西北地区成过熟人工林质量衰退原因
2.1立地条件差，树种选择不当
适地适树是造林树种选择的基本原则，立地条件与树种生物学特性之间的矛盾是导致林分质量低下的普遍原因。西北地区多为干旱半干旱地区，水分不足是制约西北地区人工林质量的主要因子。西北地区造林地块多存在水土流失问题，保水、保肥能力差，气候恶劣且年降水量较低（普遍低于500mm）。侯庆春等（1991a；1991b）研究表明，土壤水分亏缺、土壤肥力不足和不平衡是西北干旱地区“小老树”形成的重要原因。西北地区造林建设初期普遍存在“重乔木轻灌草”现象，由于杨树、刺槐等速生树种具有成林成材快、木材用途广、经济效益高等特点，在西北地区广泛种植，形成了大面积的人工乔木纯林。然而，水资源短缺的条件下大面积种植杨树、刺槐等速生树种，使林地内水分和养分超负荷运转，更加剧了立地条件退化，树木生长趋于缓慢，多数长成“小老树”而停止生长发育。此外，杨树等乔木还易受到病虫害威胁而造成林分质量的衰退，较早便失去涵养水源、保持水土的能力，成过熟林的生态服务功能明显下降。
2.2林分结构简单，生态系统稳定性差
西北地区现有人工林大多为同龄纯林，且造林密度普遍较大。这些水土保持林、农田防护林、防风固沙林虽然在造林初期起到了快速发挥防护效益的作用，但随着林龄增加，群落结构对个体健康生长的制约作用凸显，个体竞争激烈，自然死亡率高。植被的多层次结构、多种类型组合对维持森林生物生存和生态系统稳定性具有重要作用，合理的林分结构是森林生态效益最优发挥的基础。单一树种组成的人工纯林，结构和功能简单，生物多样性水平低，降低了森林的自我调节能力和生态系统的稳定性，使人工林进入成熟阶段后极易遭受病虫害威胁，林分质量大幅度衰退。选用单一树种营造各类防护林的造林方式，未充分考虑森林植被的合理配置，使得西北地区成过熟人工林应对外界干扰能力低，林分质量严重衰退，多数成过熟人工林处于亚健康或不健康状态，严重影响了生态效益的发挥。
2.3经营措施不合理，缺乏有效管护
西北地区早期营造的人工林普遍存在经营管理粗放的问题。在人工林建设初期，为了提高造林成活率和保存率并尽快发挥防护效益，人工林的初植密度普遍偏大，导致林内透光通风不良，抑制了林下植被生长，物种多样性低下，难以形成良好的乔−灌−草多层的群落结构。由于普遍存在重造林轻管理现象，缺乏抚育间伐等管理，成过熟林中个体的生长空间和营养供给等都存在严重问题，而且也缺乏有计划的更新改造，林木无法更新，林分蓄积增长处于停滞状态。此外，西北地区人工林还存在对病虫害防治不力的问题，林内存在的大量腐朽木和枯死木未能及时处理，增加了病虫害发生的风险和蔓延的概率，更加剧了成过熟人工林的质量衰退。
2.4气候变化加剧人工林质量衰退风险
适宜的生态环境、稳定的生态系统是影响树木寿命和林分健康的主要因素，遵循适地适树原则是实现林木和自然环境和谐统一的科学途径。西北地区成过熟人工林衰退现象普遍，除了病虫害和干旱等导致死亡的直接原因之外，林分蒸散量与当地降水量失衡、地下水位连年下降等因素是造成人工林质量低下、抵抗能力下降的长期性原因。在全球气候变化背景下，气温升高和局部地区降水量下降加剧了西北地区的干旱状况或发生干旱的潜在风险，导致树木代谢和调节过程失调，影响了林木的正常发育。西北地区人工林在气候变化等恶劣自然因素的干扰下，林分质量衰退的风险进一步加剧。
3 应对西北地区成过熟人工林质量衰退的对策
3.1加强抚育管理，优化林分空间结构
针对林分密度大且缺乏抚育管理的普遍性问题，应通过间伐等措施调整林分结构，改善光、热、水资源分配及通风条件，解决群落中资源供求矛盾，促进下层植被的生长发育并提高生物多样性，同时清除林分中的病死木、不良木和枯倒木，调控林分密度，使郁闭度处于合理范围。间伐强度应依据立地条件、林龄和生长状况等合理确定，就目前西部地区人工林特别是成过熟人工林的林分结构和生长状况来看，普遍需要加强间伐措施或加大间伐强度。
3.2合理补植改造，改善林分树种组成
针对西部地区退化人工林大多为同龄纯林的问题，应通过补植改造使林分逐步实现混交化，将生产力低下的同龄纯林逐步改造成近自然状态的异龄混交林。混交化补植措施也应基于立地条件和水资源现状选择和配置树种，可用抗逆性强、病虫害少、适应当地气候的乡土针叶树种替代杨树、刺槐等纯林中的小老树；也可在乔木纯林中引入灌木，形成乔−灌−草结合的立体混交结构，不仅提高群落的生物多样性和稳定性，而且还可增强防风固沙和抗侵蚀等防护能力。
3.3人工促进更新，提高生态系统可持续性
针对西北地区质量衰退严重的成过熟人工林和以单一树种为主的农田防护林、护路护岸林等成过熟林，更新改造是解决人工林质量和防护效益下降的根本途径，应制定合理可行的改造方案，在基本维持防护功能的同时逐步改造老龄林分。更新改造应使林分结构和物种组成有明显改善，实现综合服务功能的提升。针对山地的水源涵养林、防风固沙林等生态公益林，在合理补植改造成异龄混交林的基础上，可采用人工促进天然更新的方式进行近自然化培育，减少或避免对生态系统造成过多的人为干预，充分发挥生态系统的自我调节和更新演替能力，实现森林资源的可持续发展。
3.4针对不同人工林经营目标，完善分类经营管理体系
依据林种结构和土地利用类型对西北成过熟人工林进行分类经营管理，构筑以生态效益为主的多功能兼用林。对成过熟防护林，重点增强水土保持、防风固沙、涵养水源等功能，提高林木生产力，增强森林碳汇功能；对成过熟经济林进行合理规划，因地制宜地培育集约化经济林产业，实现西北人工林的多功能经营管理。此外，还应完善森林生态系统保护修复制度，建立责任追究和奖惩机制，加强对成过熟人工林的监管与监测力度；利用现代信息技术和观测技术，建立森林病虫害防治体系，提高成过熟人工林的病虫害综合防治能力；加强森林资源连续清查体系的建设，增加对森林蒸散量和土壤含水量等生态指标的动态监测，提高森林生态系统应对气候变化的能力，实现对西北地区人工林的科学有效管护。
（刘颖,李国庆,杜盛.西北地区成过熟人工林质量衰退状况、原因与对策[J].陆地生态系统与保护学报,2022,2(05):55-61.）
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