浙江省杉木林生產(chǎn)力地理分異特性

王蘭芳，韋新良,2，湯孟平,2

（1.浙江農(nóng)林大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院，浙江 杭州311300；2.浙江農(nóng)林大學(xué) 省部共建亞熱帶森林培育國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 311300）

森林生產(chǎn)力是指單位林地面積上單位時間內(nèi)所生產(chǎn)的生物量，反映了森林生長的水平和質(zhì)量。森林生產(chǎn)力的研究一般從2個方面來考慮：一是生產(chǎn)力數(shù)值測定或估算，主要為森林生產(chǎn)力的測定區(qū)域性生產(chǎn)力的實(shí)測研究［1-2］。二是生產(chǎn)力形成機(jī)理研究，主要揭示生物、環(huán)境等因子對生產(chǎn)力形成的影響［3-4］。森林生產(chǎn)力的地理分異特性由太陽輻射、海陸位置和海拔高度等因素的空間差異而引起，因自然生態(tài)環(huán)境條件與森林植物群落在空間地域上發(fā)生分化而產(chǎn)生，是自然界的一種普遍現(xiàn)象。掌握森林生產(chǎn)力的地理分異特性及規(guī)律，是科學(xué)合理地開展森林經(jīng)營管理、提高森林生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量和效益的重要基礎(chǔ)。杉木Cunninghamia lanceolata是中國南方亞熱帶地區(qū)特有的優(yōu)良速生鄉(xiāng)土樹種，較喜光，喜溫暖濕潤，不耐嚴(yán)寒及濕熱；適應(yīng)年平均溫度為15～23℃，年降水量為800～2000 mm的氣候條件；樹形整齊，冠幅較小，干形通直圓滿，木材產(chǎn)量高，用途廣，在生態(tài)環(huán)境建設(shè)中發(fā)揮著重要的作用。杉木林是浙江省主要的森林類型之一，占全省森林面積的21.43%，占全省森林蓄積量的28.76%；除了浙江省北部平原地區(qū)外，其他地區(qū)均有大面積分布。對杉木林的研究，目前主要集中在杉木林生長過程和生產(chǎn)力［5-6］，杉木林生長模型［7-8］、 杉木實(shí)生林地位指數(shù)［9-10］、 杉木林立地［11］和杉木林效益［12-16］等方面， 關(guān)于浙江省杉木林生產(chǎn)力在經(jīng)度、緯度和海拔方向上的分異特性還未見報(bào)道。本研究揭示浙江省杉木林生產(chǎn)力的地理分異特性及規(guī)律，對于精準(zhǔn)經(jīng)營管理杉木林、提高杉木林生產(chǎn)力水平具有重要的意義。

1 研究區(qū)概況

浙江省（27.10°～31.18°N， 118.02°～123.17°E）位于中國東南部沿海， 東臨東海， 與福建、 安徽、 江西、江蘇、上海接壤，陸地面積約1018萬hm2；海拔最高達(dá)1929 m，總體地勢西南高東北低，呈階梯下降。浙江省屬亞熱帶季風(fēng)氣候，光照較多，雨量豐沛，年平均氣溫為15～18℃，年平均降水量為980～2000 mm，雨熱季節(jié)變化同步；全省土壤以丘陵山地紅壤、黃壤等地帶性土壤和海島飽和紅壤為主；植被類型有常綠闊葉林、常綠落葉闊葉混交林、常綠落葉針葉混交林、山地矮林和山地草叢灌叢。全省常水位水面面積為5316.66 km2，河流以鄱陽湖水系（信江）、太湖水系（苕溪、京杭運(yùn)河）、錢塘江（曹娥江）、閩江、甬江、椒江、甌江、飛云江、鰲江等水系為主。杉木林主要分布在浙江省西部，以麗水市和杭州市分布最多，在嘉興市和舟山市基本無分布，其余地級市較少；呈現(xiàn)西多東少，由北向南減少的趨勢。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與處理

以浙江省1994，1999，2004和2009年等4次森林資源連續(xù)清查數(shù)據(jù)（包含樣地?cái)?shù)據(jù)和樣木數(shù)據(jù)）作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。浙江省森林資源連續(xù)清查采用28.28 m×28.28 m的正方形樣地，樣地間距為4.00 km×6.00 km，樣地面積0.08 hm2，各次調(diào)查的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)基本統(tǒng)一。樣地?cái)?shù)據(jù)記錄了樣地號、橫縱坐標(biāo)、海拔、坡度、優(yōu)勢樹種、活立蓄積等樣地因子。樣地優(yōu)勢樹種、樹種組劃分與樹種、樹種組劃分標(biāo)準(zhǔn)相同。樣木數(shù)據(jù)記錄了立木類型、檢尺類型、樹種和胸徑等因子。

利用MATLAB軟件對樣地?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行處理。以優(yōu)勢樹種代碼為依據(jù)篩選杉木樹種，通過橫縱坐標(biāo)篩選復(fù)位樣地，利用樣地號篩選復(fù)位樣地的樣木數(shù)據(jù)，以檢尺類型為依據(jù)計(jì)算復(fù)位樣地的損耗蓄積，以活立木蓄積為基礎(chǔ)計(jì)算杉木林生產(chǎn)力。結(jié)合樣地?cái)?shù)據(jù)和樣木數(shù)據(jù)，對樣地?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行檢查，剔除異常值。

4次調(diào)查的樣地?cái)?shù)分別為4223，4251，4253和4252個，其中杉木林樣地?cái)?shù)分別為554，516，415和350個。為探索樣地長期固定可能帶來的影響，國家林業(yè)局在浙江省進(jìn)行了固定樣地的分期移位替換試點(diǎn)工作；1994-1999年間浙江省復(fù)位的杉木林樣地有256個，1999-2004年間復(fù)位239個，2004-2009年間復(fù)位305個。

2.2 生產(chǎn)力估算

目前，森林生產(chǎn)力的估計(jì)主要有基于森林資源清查數(shù)據(jù)的估計(jì)和基于遙感信息技術(shù)的估計(jì)方法［17-21］。基于森林資源清查數(shù)據(jù)的方法包括平均生物量法［22-23］、生物量轉(zhuǎn)換因子法［24-26］和生物量換算因子連續(xù)函數(shù)法［27-29］；其中平均生物量法需要對樣地中的部分或全部樹木進(jìn)行采伐后測定各部位的質(zhì)量，生物量轉(zhuǎn)換因子法將換算因子取作常數(shù)只能粗略估算大尺度范圍的森林生物量。根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)，本研究采用方精云等［28］提出的生物量換算因子連續(xù)函數(shù)法對研究期內(nèi)浙江省杉木林生產(chǎn)力進(jìn)行估算，每相鄰2次調(diào)查為1期數(shù)據(jù)，共3期；計(jì)算各期杉木林每年每公頃生物量，作為生產(chǎn)力估測值；以復(fù)位樣地的活立木蓄積為基礎(chǔ)，計(jì)算各樣地2次調(diào)查的單位面積蓄積之差作為各期的單位面積蓄積增長量；通過換算因子將蓄積量轉(zhuǎn)換為生物量，以此作為生產(chǎn)力。

在已知森林蓄積的情況下［27］， 單位面積生物量B（t·hm-2）=αV+β。 其中：V為單位面積蓄積量（m3·hm-2）， α和β為參數(shù)。本研究中杉木林換算因子 α=0.40， β=22.54； 采用修正式［29］： ΔB=α［V2+（Vc+Vd）（1+p）Δm-V1］/Δn。 其中：V1為前 1 期調(diào)查樣地單位面積蓄積量（m3·hm-2），V2為后 1 期調(diào)查樣地單位面積蓄積量（m3·hm-2）， Δn為 2 期數(shù)據(jù)調(diào)查的間隔期（a）， （Vc+Vd）（1+p）Δm為 Δn年內(nèi)的未測生長量（按 Δm年計(jì)算）的單位面積消耗量，其中Δm為采伐木和枯損木從最后1次調(diào)查到被采伐或枯損時所經(jīng)歷的時間（a），取Δm=Δn/2。Vc和Vd分別為間隔期Δn年內(nèi)單位面積采伐和枯損蓄積，p為年平均生長率。

2.3 地理空間梯度劃分

2.3.1 經(jīng)度梯度劃分 浙江省經(jīng)度范圍為118.02°～123.16°E，包含了2條6度帶中央經(jīng)線（117.00°E和123.00°E），即6度帶的第20號和第21號帶。樣地?cái)?shù)據(jù)記錄的國家統(tǒng)一坐標(biāo)橫坐標(biāo)范圍為20609000～21415000 m，對應(yīng)的經(jīng)度為118.12°～122.12°E。按經(jīng)度將浙江省劃分為11個半度帶，依次標(biāo)為Ⅰ～Ⅺ帶。浙江省杉木林樣地在Ⅶ～Ⅸ帶分布數(shù)量較少，Ⅹ～Ⅺ帶沒有分布。因此選?、瘛鰩нM(jìn)行分析。

2.3.2 緯度梯度劃分 浙江省緯度范圍為27.10°～31.18°N。杉木林復(fù)位樣地?cái)?shù)據(jù)記錄的國家統(tǒng)一坐標(biāo)的縱坐標(biāo)范圍為3036000～3436000 m，對應(yīng)的緯度為27.42°～31.03°N。按緯度將浙江省劃分為9個半度帶，依次標(biāo)為Ⅰ～Ⅸ帶。浙江省杉木林樣地在Ⅰ，Ⅷ和Ⅸ帶分布較少，因此選?、颉鲙нM(jìn)行分析。

2.3.3 海拔梯度劃分 根據(jù)《國家森林資源連續(xù)清查操作細(xì)則》，不同地貌的海拔小于500 m的劃為低海拔，500～1000 m的劃為中海拔，≥1000 m劃為高海拔。結(jié)合研究區(qū)的實(shí)際情況，浙江省可劃分為5個海拔梯度帶，采用上限排外法，分別為250 m以下，250～500，500～750， 750～1000和1000 m及以上，依次標(biāo)為Ⅰ～Ⅴ梯度帶。

2.4 生產(chǎn)力差異性統(tǒng)計(jì)分析

通過SPSS 20對3個不同維度下不同梯度帶上的生產(chǎn)力進(jìn)行差異顯著性分析。選擇單因素方差分析下常用的最小顯著差法在0.05的顯著性水平下進(jìn)行多重比較分析。

3 結(jié)果與分析

分析杉木林生產(chǎn)力（表1）的最大值可知：第1期杉木林生產(chǎn)力明顯高于第2期和第3期；3期數(shù)據(jù)中杉木林生產(chǎn)力的最小值都為0，原因是樣地內(nèi)樣進(jìn)行了皆伐，新生木未達(dá)到起測條件。1999-2009年間，浙江省杉木林生產(chǎn)力均值有所波動，第1期與第2期的均值之差明顯高于第2期和第3期，可見第1期生產(chǎn)力明顯低于后2期。

表1 1994-2009年間浙江省杉木林生產(chǎn)力總體特征Table 1 Population characteristic of productivity of C.lanceolata forest in Zhejiang Province in 1994-2009

3.1 杉木林生產(chǎn)力在經(jīng)度梯度帶上的分異特性

從圖1可知：浙江省杉木林分布在118.00°～122.00°E范圍內(nèi)，以120.0°E為分界，樣地?cái)?shù)量西面多東面少，且樣地生產(chǎn)力的最大值都位于西面。

圖1 浙江省杉木林生產(chǎn)力在經(jīng)度梯度上的分布Figure 1 Distribution of C.lanceolata forest productivity in longitude gradient in Zhejiang Province

對1994-2009年的各梯度帶杉木林生產(chǎn)力的分析（圖2）可知：各梯度帶上生產(chǎn)力存在波動，從第1期（1994-1999年）到第2期（1999-2004年），在各梯度帶上浙江省杉木林生產(chǎn)力呈增大趨勢，平均增幅49%；除第Ⅲ梯度帶外，第2期到第3期（2004-2009年）各梯度帶上的浙江省杉木林生產(chǎn)力均有所下降但不明顯。具體來看：第1期浙江省杉木林生產(chǎn)力沿經(jīng)度梯度帶總體呈下降趨勢，第2和第3期浙江省杉木林生產(chǎn)力以第Ⅳ梯度帶為界，呈先下降趨勢后微上升趨勢。從第Ⅰ至第Ⅳ梯度，第2期的生產(chǎn)力下降了1.20 t·hm-2·a-1， 第3期下降了1.30 t·hm-2·a-1； 從第Ⅳ至Ⅵ梯度帶， 第2期的生產(chǎn)力上升了0.17 t·hm-2·a-1， 第 3 期的生產(chǎn)力上升 0.44 t·hm-2·a-1。

沿經(jīng)度梯度方向，第Ⅱ梯度帶上的第1期生產(chǎn)力與除第Ⅰ梯度帶外的其他梯度帶上的均存在顯著差異（P＜0.05）；第Ⅰ梯度帶上的第2期生產(chǎn)力與除第Ⅱ梯度帶外的其他梯度帶上的存在顯著差異；第Ⅰ梯度帶上的第3期生產(chǎn)力與其他梯度帶上的都存在顯著差異（P＜0.05）?？傮w可見，沿經(jīng)度方向第Ⅰ，Ⅱ梯度帶上的生產(chǎn)力明顯高于其余梯度帶上的生產(chǎn)力，且隨著時間推移第Ⅰ梯度帶上的生產(chǎn)力與其他梯度帶上的生產(chǎn)力差異越加顯著。

圖2 1994-2009年浙江省杉木林生產(chǎn)力在經(jīng)度梯度帶上的變化Figure 2 Statistics of productivity of C.lanceolata forests in Zhejiang Province in longitude gradient zone in 1994-2009

3.2 杉木林生產(chǎn)力在緯度梯度帶上的分異特性

從圖3可以看出：浙江省杉木林分布在27.50°～30.50°N范圍內(nèi)，以28.00°～29.50°N間分布較為集中。生產(chǎn)力主要為 0～5.00 t·hm-2·a-1。

由圖4可知：1994-2009年間各梯度帶上杉木林生產(chǎn)力均值存在波動。從第1期到第2期，浙江省杉木林生產(chǎn)力在第Ⅳ，Ⅵ，Ⅶ梯度帶上均略微上升，在第Ⅱ，Ⅲ，Ⅴ梯度帶上有不同程度下降，在Ⅱ梯度帶上下降明顯，達(dá)47.0%。從第2期到第3期，浙江省杉木林生產(chǎn)力除第Ⅱ梯度帶外在各梯度帶上都略微下降，在第Ⅱ梯度帶上略上升。相比而言，第1期和第3期浙江省杉木林生產(chǎn)力在緯度方向波動規(guī)律一致，在第Ⅳ和第Ⅵ梯度帶出現(xiàn)谷值，在第Ⅴ梯度帶出現(xiàn)峰值但最大值出現(xiàn)在第Ⅱ梯度帶上。不同梯度帶上第2期杉木林生產(chǎn)力約為2.00 t·hm-2·a-1，除第Ⅱ梯度帶上的生產(chǎn)力偏小外第2期杉木林生產(chǎn)力的波動規(guī)律與第1期和第3期基本一致，但波動不明顯。第Ⅱ梯度帶的生產(chǎn)力較小，第Ⅲ梯度帶上也出現(xiàn)了峰值。

圖3 浙江省杉木林生產(chǎn)力在緯度梯度上的分布Figure 3 Distribution of C.lanceolata forest productivity in latitude gradient in Zhejiang Province

沿緯度梯度方向，第1期和第2期生產(chǎn)力在各梯度帶上均無顯著差異（P＞0.05）；第Ⅱ梯度帶上的第3期生產(chǎn)力與第Ⅲ，Ⅳ，Ⅵ梯度帶上的生產(chǎn)力存在顯著差異（P＜0.05），第Ⅵ梯度帶上的生產(chǎn)力又與第Ⅴ梯度帶上的生產(chǎn)力存在顯著差異（P＜0.05），而第Ⅶ梯度帶上的生產(chǎn)力與所有梯度帶上的均無顯著差異（P＞0.05）?？傮w可見，沿緯度方向各梯度帶上的生產(chǎn)力無顯著差異，但沿緯度方向各梯度帶上的生產(chǎn)力波動規(guī)律一致，且隨著時間推移生產(chǎn)力有向著差異顯著的梯度帶分化的趨勢。

圖4 1994-2009年浙江省杉木林生產(chǎn)力在緯度梯度帶上的變化Figure 4 Statistics of productivity of C.lanceolata forests in Zhejiang Province in latitude gradient zone in 1994-2009

3.3 杉木林生產(chǎn)力在海拔梯度帶上的分異特性

從圖5可知：浙江省杉木林樣地在海拔0～1200 m內(nèi)均有分布，以250～500 m最為集中。

圖5 浙江省杉木林生產(chǎn)力在海拔梯度上的分布Figure 5 Distribution of C.lanceolata forest productivity in altitude gradient in Zhejiang Province

由圖6可知：從第1期到第2期，浙江省杉木林生產(chǎn)力在各梯度帶上均有所上升，上升17.0%～54.0%不等；從第2期到第3期，浙江省杉木林生產(chǎn)力除第Ⅴ梯度帶外，其他各梯度帶上均下降。具體地說，第1期時隨海拔升高，杉木林生產(chǎn)力呈上升趨勢；第2期除第Ⅴ梯度帶外，其余各帶上浙江省杉木林生產(chǎn)力都約2.00 t·hm-2·a-1；第3期除第Ⅴ梯度帶外，其余各帶上的值都小于2.00 t·hm-2·a-1。

沿海拔梯度方向，第1期生產(chǎn)力僅在第Ⅴ梯度帶與第Ⅱ梯度帶間存在顯著差異，其他梯度帶差異不顯著；第2期生產(chǎn)力在各梯度帶間均無顯著差異；第Ⅴ梯度帶上的第3期生產(chǎn)力與各梯度帶上的生產(chǎn)力均存在顯著差異，第Ⅰ梯度帶上的生產(chǎn)力與第Ⅱ梯度帶上的生產(chǎn)力也存在顯著差異?？傮w可見，沿海拔方向各梯度帶間無顯著差異，但隨著時間推移第Ⅴ梯度帶與其他梯度帶間的差異逐漸顯著，且第Ⅴ梯度帶上的生產(chǎn)力高于其余梯度帶上的生產(chǎn)力。

圖6 1994-2009年浙江省杉木林生產(chǎn)力在海拔梯度帶上的變化Figure 6 Statistics of productivity of C.lanceolata forests in Zhejiang Province in altitude gradient zone in 1994-2009

4 結(jié)論與討論

本研究利用1994-2009年浙江省森林資源連續(xù)清查數(shù)據(jù)，采用換算因子連續(xù)函數(shù)法計(jì)算了各樣地的生產(chǎn)力，分析了杉木林樣地生產(chǎn)力在研究區(qū)的地理分異特性，得出以下主要結(jié)論：浙江省杉木林生產(chǎn)力在沿經(jīng)度方向上存在顯著分異現(xiàn)象，在第Ⅰ和Ⅱ梯度帶上的生產(chǎn)力明顯高于其他梯度帶，其他梯度帶間差異不明顯。整體上表現(xiàn)為西高東低，自西向東呈先降再升的態(tài)勢。浙江省杉木林生產(chǎn)力在沿緯度方向上波動明顯且規(guī)律一致，第Ⅱ梯度帶上的生產(chǎn)力相對高于其他梯度帶上的生產(chǎn)力，各梯度帶間的差異不顯著。第1期和第2期時浙江省杉木林生產(chǎn)力在海拔方向上差異不顯著，但隨著時間推移到第3期時，第Ⅴ梯度帶的生產(chǎn)力顯著高于其他梯度帶的?？傮w上，浙江省杉木林生產(chǎn)力在經(jīng)度方向上存在明顯分異現(xiàn)象，在緯度和海拔2個地理維度上無明顯分異現(xiàn)象，但隨時間推移有分異趨勢，分異現(xiàn)象逐漸明顯。

換算因子連續(xù)函數(shù)法對大尺度范圍的估算比較精確，對單個樣地的生產(chǎn)力估算則存在一定誤差。本研究以每半度為一帶，平均劃分了浙江省經(jīng)度和緯度梯度帶；結(jié)果顯示：帶與帶之間的差異部分顯著，部分不顯著。今后可以考慮將差異不顯著的相鄰梯度帶合并為同一帶，形成經(jīng)緯差不相等的梯度帶。

可圍繞不同的樣地因林分年齡、立地條件、經(jīng)營措施等因素所造成的差異展開進(jìn)一步研究，分析不同經(jīng)度、緯度和海拔梯度上杉木林生產(chǎn)力差異原因，探討不同時間段杉木林生產(chǎn)力差異規(guī)律及與生產(chǎn)力評價(jià)方式的關(guān)系。

就生產(chǎn)實(shí)踐而言，浙江西南部杉木林生產(chǎn)力最高且與其他區(qū)域差異明顯。今后可將該區(qū)域作為杉木林經(jīng)營發(fā)展的重點(diǎn)區(qū)域，并通過提質(zhì)來提高浙江省的杉木林生產(chǎn)力總體水平。