東北重點國有林區(qū)天然林生態(tài)區(qū)劃

王兵，劉祖英，趙雨森，牛香

天然林是我國森林資源最重要的組成之一，其豐富的珍稀物種和珍貴的野生動植物基因是自然給予人類的資源寶庫;同時，天然林在生態(tài)平衡中起到至關(guān)重要的作用［1］。我國天然林資源保護(hù)工程(簡稱“天保工程”)目前已進(jìn)入二期階段，天保工程生態(tài)效益監(jiān)測成為該工程本期的一項重要任務(wù)，是為重大林業(yè)工程生態(tài)效益定量評估提供基礎(chǔ)、科學(xué)數(shù)據(jù)的重要手段。

生態(tài)區(qū)，即展現(xiàn)出生態(tài)系統(tǒng)相對同質(zhì)性的區(qū)域，在環(huán)境評估和管理中成為越來越重要的分析單元，能夠為比較分析復(fù)雜的環(huán)境問題提供一個靈活的整體框架［2-3］，用以改善生態(tài)系統(tǒng)管理，提高生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能［4］。生態(tài)區(qū)劃最早由美國生態(tài)學(xué)家R．G．Bailey［5］提出，按照生態(tài)系統(tǒng)空間關(guān)系來組分自然單元，分別編制了從國家、大洲到各大陸不同尺度的生態(tài)區(qū)域圖。在其理論基礎(chǔ)上，E．M．Wiken等［6］采用生態(tài)地帶、地區(qū)、區(qū)、地段、地點和元素6個等級，對加拿大陸地和海洋的生態(tài)區(qū)進(jìn)行劃分。區(qū)域尺度方面，S．R．Denton等［7］對美國密西根的生態(tài)氣候分區(qū)，G．M．Wickware等［8］對安大略省進(jìn)行生態(tài)分區(qū)，A．L．Gallant等［9］對阿拉斯加的生態(tài)區(qū)域進(jìn)行劃分，J．S．Harding等［10］劃分了新西蘭南部島嶼生態(tài)區(qū)域;但這些分區(qū)主要從氣候、土壤和地形等自然生態(tài)因素出發(fā)，幾乎未考慮人類在生態(tài)系統(tǒng)所起的作用。近年來，結(jié)合人口、資源和環(huán)境等因素的生態(tài)分區(qū)成為主要研究方向［11］。竺可楨［12］的“中國氣候區(qū)域論”是我國現(xiàn)代自然區(qū)劃的開端。隨后，根據(jù)不同的研究目的，不同學(xué)者完成了多種區(qū)劃方案。其中，全國尺度的區(qū)劃方案主要有中國綜合自然區(qū)劃［13］、中國植被區(qū)劃［14］、中國森林區(qū)劃［15］和中國生態(tài)地理區(qū)域系統(tǒng)［16］等。這些典型的區(qū)劃研究中，大多以研究區(qū)域的水熱條件、地形地貌、土壤條件、行政單元以及植被條件為區(qū)劃指標(biāo)［17］。在區(qū)域尺度上，蔡霞等［18］和韓旭［19］從森林生態(tài)環(huán)境敏感性和森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能性著手，選取區(qū)劃指標(biāo)，對浙江省淳安縣、青島市進(jìn)行了區(qū)劃。湯曉華［20］將福建省劃分為2個生態(tài)區(qū)，5個生態(tài)亞區(qū)和107個生態(tài)功能區(qū)，并根據(jù)各功能區(qū)的生態(tài)環(huán)境特點、主要生態(tài)環(huán)境問題和主導(dǎo)生態(tài)功能，提出生態(tài)保育與建設(shè)的重點任務(wù)和具體措施。孫彬淳等［21］主要應(yīng)用土地利用情況，將雙鴨山市劃分為森林涵養(yǎng)水源生態(tài)功能區(qū)、生物多樣性保護(hù)與農(nóng)田生態(tài)功能區(qū)和丘陵漫崗水土保持生態(tài)功能區(qū)。祝志輝等［22］采用定性分區(qū)和定量分區(qū)相結(jié)合的方法，對江西省進(jìn)行了三級生態(tài)功能區(qū)劃分。李貴祥等［23］依據(jù)地形地貌、氣候類型以及植被類型，將云南金沙江流域天然林劃分為3個森林生態(tài)區(qū)、10個森林生態(tài)分區(qū)和16個森林小區(qū)。張超等［24］以太行山東部山地丘陵區(qū)為例，針對水土保持功能，進(jìn)行了三級區(qū)劃，明確具有重要生態(tài)功能的水土保持服務(wù)功能區(qū)。然而，目前還缺少針對天保工程監(jiān)測評估區(qū)的科學(xué)合理區(qū)劃，這就大大降低了人們對天保工程范圍內(nèi)實際地理分域規(guī)律的了解。

筆者旨在運用多級區(qū)劃指標(biāo)，將東北重點國有林區(qū)的天保工程實施區(qū)域，系統(tǒng)、科學(xué)的劃分成生態(tài)功能區(qū)，以生態(tài)監(jiān)測中主要的水分、土壤和氣象要素作為分區(qū)條件，能夠突出研究區(qū)域內(nèi)的各個單元的監(jiān)測重點與環(huán)境特征。為該地區(qū)天保工程生態(tài)效益監(jiān)測提供歸類參考，同時為工程區(qū)的生態(tài)效益評估提供科學(xué)的分析和依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)主要分布于黑龍江省、吉林省和內(nèi)蒙古自治區(qū)東部(E 117°06'～ 135°05'，N41°25'～53°23')，東西跨度約1 300 km，南北距離達(dá)1 400 km。該區(qū)地形地貌、氣候、土壤和植被類型差異明顯，森林廣袤，野生動植物資源豐富。主要地貌類型有山地、丘陵、平原和高原，海拔在30～1 600 m之間。位于亞歐大陸東部，大部分地區(qū)屬中溫帶，只有北部少部分地區(qū)屬寒溫帶，從東南向西北依次由濕潤氣候過渡到半濕潤半干旱氣候再到干旱氣候。降雨量分布季節(jié)、區(qū)域差異較大，東北天保工程區(qū)年平均降雨量在400～600 mm，內(nèi)蒙古東部降水在150～450 mm。由于小興安嶺、完達(dá)山、張廣才嶺縱貫黑龍江省天保工程區(qū)，吉林省天保工程區(qū)內(nèi)密布丘陵漫崗，內(nèi)蒙古天保工程區(qū)分布于大興安嶺地區(qū)，研究區(qū)的土壤類型分布受這些山脈的水、熱分布影響，呈現(xiàn)明顯的地帶性分布規(guī)律。由于地形地貌、氣候和土壤類型的差異，其植物區(qū)系分布復(fù)雜多樣，主要植被類型有落葉松(Larix gmelinii(Rupr．)Kuzen．)、樟子松(Pinus sylvestris L．var．mongolica Litv．)、白 樺 (Betula platyphylla Suk．)、柳樹(Salix babylonica L．)、柞樹(Quercus mongolica Fisch．ex Ledeb．)、針葉林、落葉混交林、針闊混交林和落葉闊葉林等。研究區(qū)自然環(huán)境條件的多樣性，形成多種生態(tài)因子生態(tài)位點的重疊組合，從而構(gòu)成了一定地區(qū)和一定空間范圍內(nèi)，各種生境和不同垂直系列組成的復(fù)合鑲嵌體。這一復(fù)合生境的作用，造成森林植被組合的差異，同時也體現(xiàn)了不同空間氣候與植被類型的組合條件對森林生態(tài)功能需求的差異性。

2 材料與方法

研究區(qū)生態(tài)功能區(qū)區(qū)劃采用區(qū)域等級層次原則［25-26］，結(jié)合該區(qū)域主要生態(tài)環(huán)境問題、生態(tài)危機輕重程度和地域分布特征，擬定以水熱條件為一級區(qū)劃指標(biāo)，植被類型為二級區(qū)劃指標(biāo)，土壤侵蝕類型和強度為三級區(qū)劃指標(biāo)。

中國行政區(qū)劃數(shù)據(jù)來源于國家測繪局;天保工程范圍示意圖來源于國家林業(yè)局;水熱條件參照《中國生態(tài)地理區(qū)域系統(tǒng)研究》，選取氣候帶與干濕程度描述相應(yīng)區(qū)域的水熱條件;植被類型選取《中國植被》植被圖中二級分類單元植被型，即建群種生活型相同或相近，同時對水熱條件生態(tài)關(guān)系一致的植物群落;土壤侵蝕類型和強度選取《中國地理圖集》中的中國土壤侵蝕，以土壤侵蝕類型和強度作為三級區(qū)劃依據(jù)。具體區(qū)劃步驟如下。

1)依據(jù)上述元數(shù)據(jù)，借助ESRI公司(美國)開發(fā)的ArcGIS桌面產(chǎn)品，對圖層屬性中的坐標(biāo)系進(jìn)行編輯，規(guī)范地理坐標(biāo)系為WGS84坐標(biāo)系。

2)對天保工程范圍示意圖，結(jié)合行政區(qū)圖進(jìn)行配準(zhǔn)，矢量化研究區(qū)工程范圍圖。

3)將水熱條件、土壤侵蝕和植被類型圖層，同時與天保工程范圍圖做“相交”處理，用不同色值代表多字段唯一值，用“氣候帶”“土壤侵蝕”“植被類型”代表不同字段。

4)對各生態(tài)功能區(qū)進(jìn)行命名:一級區(qū)劃指標(biāo)水熱條件中，包含氣候帶與干濕度情況，用羅馬字母結(jié)合大寫英文字母表示;二級區(qū)劃指標(biāo)植被類型，用小寫英文字母表示;三級區(qū)劃指標(biāo)土壤侵蝕類型和強度，用阿拉伯?dāng)?shù)字表示。具體命名見表1。

表1 東北重點國有林區(qū)天然林生態(tài)區(qū)分級Tab．1 Levels of ecoregions about natural forest at the key state-owned forest regions of Northeast China

3 結(jié)果與分析

按照上述方法，得到以溫度帶為劃分指標(biāo)的3個一級區(qū)域，分別是寒溫帶濕潤地區(qū)、中溫帶濕潤地區(qū)和中溫帶半濕潤地區(qū);在一級區(qū)域的基礎(chǔ)上，以植被類型為指標(biāo)，劃分得到4個二級區(qū)域:寒溫帶濕潤落葉針葉林地區(qū)、中溫帶濕潤針闊混交林地區(qū)、中溫帶濕潤草原地區(qū)和中溫帶半濕潤草原地區(qū)。在二級區(qū)域上，選取土壤侵蝕類型及強度為指標(biāo)區(qū)劃，共區(qū)劃出12個三級區(qū)域，分別為寒溫帶濕潤落葉針葉林無侵蝕區(qū)(Ⅰ-A-a-1)、寒溫帶濕潤落葉針葉林微度風(fēng)蝕區(qū)(Ⅰ-A-a-2)、寒溫帶濕潤落葉針葉林較強度水蝕區(qū)(Ⅰ-A-a-6)、中溫帶濕潤針闊混交林無侵蝕區(qū)(Ⅱ-A-b-1)、中溫帶濕潤針闊混交林微度水蝕區(qū)(Ⅱ-A-b-3)、中溫帶濕潤針闊混交林輕度水蝕區(qū)(Ⅱ-A-b-4)、中溫帶濕潤針闊混交林中度水蝕區(qū)(Ⅱ-A-b-5)、中溫帶濕潤針闊混交林較強度水蝕區(qū)(Ⅱ-A-b-6)、中溫帶濕潤草原較強度水蝕區(qū)(Ⅱ-A-c-6)、中溫帶半濕潤草原無侵蝕區(qū)(Ⅱ-B-c-1)、中溫帶半濕潤草原微度風(fēng)蝕區(qū)(Ⅱ-B-c-2)、中溫帶半濕潤草原微度水蝕區(qū)(Ⅱ-B-c-3)。按照上述命名原則，將研究區(qū)生態(tài)功能區(qū)劃分結(jié)果見圖1和表2。

圖1 東北重點國有林區(qū)天然林生態(tài)區(qū)劃圖Fig．1 Division map of natural forest ecoregions at the key state-owned forest regions of Northeast China

表2 東北重點國有林區(qū)天然林生態(tài)區(qū)劃分結(jié)果Tab．2 Result of natural forest ecoregions division at the key state-owned forest regions of Northeast China

表2 (續(xù))Continued Tab．2

依據(jù)研究區(qū)域相關(guān)林業(yè)局提供的作業(yè)設(shè)計圖，識別各生態(tài)區(qū)域內(nèi)包含的地區(qū)和森工集團(tuán)下屬林業(yè)局，結(jié)果如表2所示。

3.1 Ⅰ-A-a-1寒溫帶濕潤落葉針葉林無侵蝕區(qū)

該生態(tài)區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)呼倫貝爾市大興安嶺西北麓，呼倫貝爾草原北端，額爾古納河右岸。屬寒溫帶大陸性氣候，年平均氣溫在－2.0～3.0℃之間，年降雨量為200～280 mm，日照時間為2 500～3 000 h。天然林面積1 000.29萬hm2，天保工程實施后，減少森林面積15.66萬hm2，主要樹種有興安落葉松、樟子松、白樺、黑樺(Betula dahurica Pall．)和山楊，森林覆蓋率高達(dá)64.80%。

3.2 Ⅰ-A-a-2寒溫帶濕潤落葉針葉林微度風(fēng)蝕區(qū)

該生態(tài)區(qū)處于大興安嶺原始森林腹地，屬于高寒地區(qū)長年凍土地帶，平均相對濕度70%，年降水量400～500 mm，無霜期為90 d左右，年平均氣溫－5℃。天然林面積78.78萬hm2，天保工程實施后，增加森林面積26.83萬hm2，主要樹種以興安落葉松為主，其次為白樺、山楊(Populus davidiana)等闊葉樹，還有少量的樟子松。

3.3 Ⅰ-A-a-6寒溫帶濕潤落葉針葉林較強度水蝕區(qū)

該生態(tài)區(qū)位于呼倫貝爾的鄂倫春東南部，北依大興安嶺，南瀕松嫩平原。年平均降水量480 mm，主要集中在夏季，平均為336.8 mm，占年降水量的70.7%。年平均氣溫在－1.8～3.2℃，年平均濕度85%。天然林面積為42.19萬hm2，天保工程實施后，增加森林面積2.39萬hm2，樹種主要是柞樹。

3.4 Ⅱ-A-b-1中溫帶濕潤針闊混交林無侵蝕區(qū)

該生態(tài)區(qū)地處黑龍江邊陲，屬寒溫帶大陸性氣候，年平均氣溫為－0.5～3.5℃，主要分布在地勢較平坦地帶，少許低洼地帶有沼澤土種類。天然林面積為121.69萬hm2，天保工程實施后，增加森林面積5.56萬hm2，林分以針葉純林、闊葉混交林和針闊混交林為主。

3.5 Ⅱ-A-b-3中溫帶濕潤針闊混交林微度水蝕區(qū)

該生態(tài)區(qū)屬于季風(fēng)控制下的大陸性氣候。河流眾多，主要有松花江、綏芬河等，年降水量500～700 mm。天然林面積為49.82萬hm2，天保工程實施后，增加森林面積4.43萬hm2，主要樹種有松類、樺類、椴樹(Tilia tuan Szyszyl．)、柞樹、榆樹(Ulmus pumila L．)、胡桃楸(Juglans mandshurica)和水曲柳(Fraxinus mandschurica Rupr．)等。

3.6 Ⅱ-A-b-4中溫帶濕潤針闊混交林輕度水蝕區(qū)

該生態(tài)區(qū)屬于溫帶大陸性氣候區(qū)。年平均氣溫為3.8℃，年平均降雨量為720 mm。屬于松花江、牡丹江兩大水系。天然林面積為197.91萬hm2，天保工程實施后增加森林面積5.59萬hm2，森林構(gòu)成的主要類型為溫帶針葉林、針闊混交林和各種類型闊葉林。

3.7 Ⅱ-A-b-5中溫帶濕潤針闊混交林中度水蝕區(qū)

該生態(tài)區(qū)屬大陸性季風(fēng)氣候。流經(jīng)河流眾多，多年平均降水量超過500 mm。天然林面積為110.04萬 hm2，天保工程實施后，減少森林面積0.95萬hm2，主要樹種有紅松(Pinus koraiensis Sieb．et Zucc．)、華山松(Pinus armandii Franch．)、樟子松、云杉(Picea asperata Mast．)、冷杉(Abies fabri(Mast．)Craib)、胡桃楸、水曲柳、榆樹、椴樹、柞樹和桑樹(Morus alba L．)等許多品種。

3.8 Ⅱ-A-b-6中溫帶濕潤針闊混交林較強度水蝕區(qū)

該生態(tài)區(qū)地處小興安嶺南端西麓綏化市東北部，北溫帶大陸性氣候。年平均氣溫2.5℃，降水量600 mm左右。天然林面積為16.41萬hm2，天保工程實施后，減少森林面積0.04萬hm2，主要植被類型為紅松、華山松、落葉松、柞樹和椴樹等。

3.9 II-A-c-6中溫帶濕潤草原較強度水蝕區(qū)

該生態(tài)區(qū)內(nèi)縱橫30余條大小河川，水資源充沛，年降雨量在500～700 mm，降雨較為集中，空氣濕潤。天然林面積為45.20萬hm2，天保工程實施后，減少森林面積0.40萬hm2，主要樹種有落葉松和柞樹等。

3.1 0 Ⅱ-B-c-1中溫帶半濕潤草原無侵蝕區(qū)

該生態(tài)功能區(qū)地處中溫帶氣候區(qū)，屬大陸性半濕潤季風(fēng)氣候。年均氣溫1.0℃，年平均降水532.1 mm。天然林面積為121.69萬hm2，天保工程實施后，增加森林面積5.56萬hm2，主要樹種有落葉松、紅松和樟子松等。

3.1 1 Ⅱ-B-c-2中溫帶半濕潤草原微度風(fēng)蝕區(qū)

該生態(tài)功能區(qū)屬大陸性季風(fēng)氣候，天然林面積為105.01萬hm2，天保工程實施后，增加森林面積17.76萬hm2，沙地樟子松、白樺、山楊、落葉松、筐柳(Salix linearistipularis)和山荊子(Malus baccata(L．)Borkh．)為主要樹種。

3.1 2 Ⅱ-B-c-3中溫帶半濕潤草原微度水蝕區(qū)

該生態(tài)功能區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)的東北部、大興安嶺的東南麓，雅魯河中上游段，屬中溫帶大陸性季風(fēng)氣候。天然林面積為49.82萬hm2，天保工程實施后，增加森林面積4.43萬hm2，主要樹種有落葉松、云杉、樟子松、榆樹、柞樹、山楊和水曲柳等。

寒溫帶濕潤落葉針葉林無侵蝕區(qū)(Ⅰ-A-a-1)和中溫帶濕潤針闊混交林中度水蝕區(qū)(Ⅱ-A-b-5)、中溫帶濕潤針闊混交林較強度水蝕區(qū)(Ⅱ-A-b-6)、中溫帶濕潤草原較強度水蝕區(qū)(II-A-c-6)4個生態(tài)區(qū)，由于早期的亂砍亂伐，缺乏及時的管制約束，導(dǎo)致大面積植被砍伐，目前以上地區(qū)多以幼齡林、中齡林為主，急需維護(hù)和恢復(fù)生態(tài)環(huán)境，改善森林結(jié)構(gòu)，提高生物多樣性功能，對遭到嚴(yán)重破壞的殘次天然林，采取人工重建和階梯演進(jìn)的方式，逐步恢復(fù)和重建，提高以上區(qū)域的森林面積與質(zhì)量。

寒溫帶濕潤落葉針葉林微度風(fēng)蝕區(qū)(Ⅰ-A-a-2)、中溫帶半濕潤草原微度風(fēng)蝕區(qū)(Ⅱ-B-c-2)2個生態(tài)區(qū)森林面積增加較為顯著，以上2個區(qū)域位于內(nèi)蒙古自治區(qū)和黑龍江省的交界，復(fù)雜多樣的地勢以及較少的人為破壞，是以上2個區(qū)域森林保存完好的主要原因之一。該區(qū)域的生態(tài)建設(shè)重點，應(yīng)側(cè)重于對需要撫育經(jīng)營的林分實施撫育補植，對重要水源地、重點生態(tài)功能區(qū)等特別重要的人工純林，實行近自然化經(jīng)營。

寒溫帶濕潤落葉針葉林較強度水蝕區(qū)(Ⅰ-A-a-6)、中溫帶濕潤針闊混交林無侵蝕區(qū)(Ⅱ-A-b-1)和中溫帶濕潤針闊混交林微度水蝕區(qū)(Ⅱ-A-b-3)、中溫帶濕潤針闊混交林輕度水蝕區(qū)(Ⅱ-A-b-4)、中溫帶濕潤針闊混交林中度水蝕區(qū)(Ⅱ-A-b-5)、中溫帶濕潤針闊混交林較強度水蝕區(qū)(Ⅱ-A-b-6)、中溫帶半濕潤草原無侵蝕區(qū)(Ⅱ-B-c-1)、中溫帶半濕潤草原微度水蝕區(qū)(Ⅱ-B-c-3)8個生態(tài)區(qū)，森林面積較工程實施前有小幅增長，應(yīng)側(cè)重于對保存完好的原始林和受干擾程度較輕的天然林，實行嚴(yán)格的管護(hù)措施，對退化的天然次生林，采取自然作用輔以人為干預(yù)方式進(jìn)行修復(fù)，對疏林地和具備封山育林條件的無林地，實施封山育林，對林間空地和郁閉度較低的林分實施補植補造。

4 結(jié)論與討論

1)筆者對東北重點國有林區(qū)天保工程，按照水熱條件、植被類型、土壤侵蝕類型及強度劃分成3個一級區(qū)域，4個二級區(qū)域，12個三級區(qū)域。

2)研究可為前一期天保工程生態(tài)效益評估提供科學(xué)的依據(jù)，并為新一輪的天保工程生態(tài)監(jiān)測，提出具體的指導(dǎo)意見;同時，作為天保工程生態(tài)功能區(qū)劃分的初探，對覆蓋全國范圍內(nèi)的天保工程生態(tài)功能區(qū)劃，具有參考價值。

另外，研究尚存在不足之處，東北地區(qū)地形主要以山地、丘陵為主，選取生態(tài)功能區(qū)劃指標(biāo)，地形地貌也是十分重要的要素之一，在以后的相關(guān)研究中，應(yīng)加入地形地貌或海拔、高程作為一項區(qū)劃指標(biāo)加以分析。

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