甘肅省灌木林生物質(zhì)資源分布特征分析

奚存娃，鞏金萍

（甘肅林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅天水 741020）

灌木林是森林資源的重要組成部分，據(jù)甘肅省2011 年森林資源清查，全省有灌木林360.79 萬hm2，占森林面積的71.10%，是有林地面積的1.33倍。在干旱半干旱地區(qū)，灌木林具有耗水量小、適應(yīng)性強(qiáng)，耐干旱、耐鹽堿、耐風(fēng)蝕、耐高寒，且具有很強(qiáng)的復(fù)壯更新和自然修復(fù)能力，成林年限短、成效快、成活率和保存率高等優(yōu)于喬木林的特點(diǎn)，在生態(tài)環(huán)境脆弱地帶，其生態(tài)功能具有喬木林不可替代的作用。

甘肅省49.50%的地區(qū)屬于干旱半干旱地區(qū)，年降雨量在400 mm 以下的地區(qū)占全省土地面積的77.40%，灌木林資源在該區(qū)域的森林植被中占有十分重要的地位。充分認(rèn)識和了解灌木林生物質(zhì)資源現(xiàn)狀及分布特征值，對保護(hù)、發(fā)展、開發(fā)、利用具有十分重要的意義。

長期以來，人們對灌木林的認(rèn)識、研究等都滯后于喬木林。灌木林生物量的研究大多數(shù)集中在個(gè)體及小區(qū)域內(nèi)[1-15]，少有學(xué)者系統(tǒng)地研究大區(qū)域灌木林生物質(zhì)資源的分布和儲存量。方精云等在1981—2000年中國陸地植被碳匯的估算中，取森林碳封存估算CSE（0.057）和草地CSE（0.015）的平均值（0.036）作為中國灌叢的CSE[16]；鞏文等用文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)方法對甘肅省灌木林資源進(jìn)行了估測分析，但未能對全省灌木林種生物質(zhì)區(qū)域分布進(jìn)行探討[17-18]。本文利用2012 年完成的甘肅省森林二類資源清查灌木林資料，以及第8次森林資源連續(xù)清查數(shù)據(jù)，對其灌木林生物質(zhì)資源分布特征進(jìn)行分析，以便對灌木林生物質(zhì)資源的開發(fā)利用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 研究區(qū)概況

甘肅省位居長江、黃河上游，地處青藏、黃土、內(nèi)蒙古3 大高原交匯地帶，也是西北干旱區(qū)、青藏高原區(qū)和東部季風(fēng)區(qū)等3 大自然區(qū)域的交匯部位，介于北緯32°31'～42°57'、東經(jīng)92°13'～108°46'之間，面積約44.97 萬km2。地勢自西南向東北傾斜，地形狹長，全省地貌可分為6 個(gè)區(qū)域：隴南山地、隴中黃土高原、甘南高原、河西走廊、祁連山地和北山山地，海拔大多在1 000 m以上,相對海拔高度4 600 m，地形相當(dāng)復(fù)雜。氣候垂直帶分布變化明顯，包括亞熱帶濕潤區(qū)、暖溫帶濕潤區(qū)、溫帶半濕潤區(qū)、溫帶半干旱區(qū)、溫帶干旱區(qū)、暖溫帶干旱區(qū)、高寒半干旱區(qū)、高寒濕潤區(qū)。從南部白龍江河谷的亞熱帶，到北部祁連山海拔4 800 m 以上的寒帶，涵蓋了除熱帶以外地球上所有的氣候帶，從而造就了豐富的植物資源。據(jù)第8次森林資源清查，全省林業(yè)用地面積1 042.65萬hm2，森林面積271.91 萬hm2，灌木林面積360.79 萬hm2，森林蓄積量為24 054.88萬m3，森林覆蓋率為11.289%；有白龍江、洮河、祁連山、小隴山、子午嶺、大夏河等地的天然森林植被，又有廣布非林區(qū)的灌木林植被，森林資源種類豐富，但總量不足、分布不均是其森林分布的主要特點(diǎn)。

2 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)取自甘肅省第8 次森林資源連續(xù)清查及其2012 年全省二類森林資源調(diào)查成果。二類森林資源調(diào)查，也稱森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查，是以國有林場、自然保護(hù)區(qū)、森林公園等森林經(jīng)營單位或縣級行政區(qū)域?yàn)檎{(diào)查單位，以滿足森林經(jīng)營方案、總體設(shè)計(jì)、林業(yè)區(qū)劃與規(guī)劃設(shè)計(jì)需要而進(jìn)行的森林資源調(diào)查。其成果是建立或更新森林資源檔案，制定森林采伐限額，進(jìn)行林業(yè)工程規(guī)劃設(shè)計(jì)和森林資源管理的基礎(chǔ)，也是制定區(qū)域國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃和林業(yè)發(fā)展規(guī)劃，實(shí)行森林生態(tài)效益補(bǔ)償和森林資源資產(chǎn)化管理，指導(dǎo)和規(guī)范森林科學(xué)經(jīng)營的重要依據(jù)。由于調(diào)查數(shù)據(jù)落實(shí)到每個(gè)山頭地塊，從而為分析研究提供了翔實(shí)的基礎(chǔ)資料。

為保證基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的一致性，對二類調(diào)查的灌木林資源面積，利用2011 年第8 次森林資源連續(xù)清查成果，進(jìn)行歸一化處理。

3 研究方法

單位生物量是研究各灌木林種生物質(zhì)資源儲量的基礎(chǔ)，鑒于目前同一區(qū)域多種灌木林生物量綜合研究極少這一實(shí)情，充分利用近年來甘肅省各類灌木林生物量研究數(shù)據(jù)及同一灌木樹種分布范圍內(nèi)相關(guān)研究成果[1-15，17]，并假設(shè)同一灌木林單位生物量的各研究數(shù)據(jù)是從同一總體中隨機(jī)抽取的一個(gè)獨(dú)立樣本，用隨機(jī)抽樣估計(jì)方法計(jì)算出各類灌木林平均單位面積生物量（表1），作為計(jì)算各類灌木林生物量的標(biāo)準(zhǔn)。

表1 甘肅省灌木林生物量分布

灌木林種生產(chǎn)力的計(jì)算采用3 種方式進(jìn)行：一是對研究過地上地下生物量的40種灌木直接使用已有研究成果，如沙棘（Hippohgae rhamnoides）、梭梭（Chenopodiaceae）、檉柳（Tamarix）、檸條（Caragana korshinskii）、白 刺（Nitraria tangutorum）、山毛桃（Prunus davidiana）、沙冬青（Ammopiptanthus nanus）、秀線菊（Spiraea salicifolia）、金露梅（Potentilla fruticosa）、紅砂（Reaumuria soongorica）、鹽爪爪（Kalidium foliatum）等；二是對缺乏整體生物量研究成果的13種灌木如杜鵑、柳類、馬桑等，按甘肅林業(yè)生態(tài)區(qū)劃分，參照植物分形結(jié)構(gòu)與生物量的自相似性[19]原則確定根枝生物量比；三是櫟灌木林結(jié)構(gòu)、密度、高度等更趨近于闊葉林，用榛子生物量和櫟類闊葉林生物量的平均值作為其生物量。根據(jù)這3 種方法計(jì)算各灌木林種的生產(chǎn)力，用公式（1）對全省（或市州）灌木林生物質(zhì)儲量進(jìn)行估算。

式中，TB為灌木林生物質(zhì)總儲量，ABi為第i類灌木林種的地上生物量，Brbi為第i類灌木林種的地下生物量與地上生物量的比，ABi×(1+Brbi)為第i類灌木林種的單位面積生產(chǎn)力，Ai為第i類灌木林種面積。

4 結(jié)果與分析

4.1 甘肅省灌木林生物質(zhì)資源總儲量

表1列出了全省主要灌木林種的生物質(zhì)資源儲量。由此可知，2011 年，全省灌木林生物質(zhì)資源總量為3 315.48 萬t，較2006 年估算的2 866.00 萬t,增加了449.48 萬t，年增長率達(dá)3.14%。從灌木林種類型看，沙棘、金露梅、檉柳、紅砂、檸條、柳灌、櫟灌、薔薇等的生物質(zhì)資源儲量分別為825.75 萬、424.35 萬、343.16萬、220.18萬、205.45萬、129.57萬、119.30萬和108.91萬t，位處54種灌木林種的前8名，其生物質(zhì)資源儲量達(dá)2 376.67萬t，占總儲量的71.68%。

從54 個(gè)灌木林種生物質(zhì)資源儲量的統(tǒng)計(jì)（表2）來看，生物質(zhì)資源儲量在50 萬t 以上的灌木林種只有12 個(gè)，占灌木林林種的22.22%，儲量2 673.23 萬t，占總儲量的80.63%；而77.78%的灌木林種，僅占生物質(zhì)儲量的19.37%。由此可以看出，甘肅省灌木林生物質(zhì)資源儲量相對集中，特別是在造林中占有重要位置的沙棘、檉柳、檸條3 種灌木林的生物質(zhì)儲量達(dá)1 374.36萬t，占總儲量的41.45%。特別是分布廣泛的沙棘，生物質(zhì)資源總量占到了總儲量的24.91%。

表2 甘肅省灌木林生物質(zhì)資源儲量統(tǒng)計(jì)資源儲量

4.2 灌木林生物質(zhì)資源地理空間分布

由表3 可以看出，甘肅省灌木林生物質(zhì)資源量的分布特征是西部多于東部。河西的嘉峪關(guān)、酒泉、張掖、武威和金昌5 市的灌木林生物質(zhì)資源總量為1 730.27萬t，占全省總量的52.19%；森林資源豐富的甘南州，灌木林生物質(zhì)資源總量仍有很高的比重，占全省總量的11.11%，達(dá)到368.30 萬t；以干旱聞名的定西，灌木林生物質(zhì)資源總量也達(dá)到了245.67 萬t，占全省總量的7.41%。與2011年相比，河?xùn)|隴南、慶陽、甘南、天水、平?jīng)龅?個(gè)市（州）的有林地227.75萬hm2，占全省有林地面積271.91 萬hm2的83.76%，而這5 個(gè)市（州）的灌木林面積為111.65 萬hm2，占全省灌木林資源面積的30.95%，生物質(zhì)資源儲量占29.97%。由此可以看出，河西的灌木林資源與河?xùn)|的喬木林資源構(gòu)成了甘肅省森林資源的互補(bǔ)效應(yīng)，也形成了特有的森林生物質(zhì)資源的分布特征。

表3 甘肅省灌木林生物質(zhì)資源地理分布

4.3 灌木林種生物質(zhì)資源分布

通過對全省86個(gè)縣（市、區(qū)）的灌木林優(yōu)勢樹種的統(tǒng)計(jì)，得出全省灌木林生物質(zhì)資源種類的豐富度為1.655 6，均勻度為0.413 1，優(yōu)勢度為0.974 4。由此可知，甘肅省灌木林生物質(zhì)資源種類豐富，分布廣泛，優(yōu)勢明顯。全省分布最廣、面積最大、造林廣譜樹種的沙棘在灌木林生物質(zhì)資源中占居首位，具有明顯的資源優(yōu)勢；金露梅、檉柳、紅砂、檸條、柳灌、櫟灌、薔薇、忍冬、合頭草、胡枝子、細(xì)葉鹽爪爪等構(gòu)成了甘肅省灌木林生物質(zhì)資源的主體，總量達(dá)1 847.47萬t，占總儲量的55.72%。

按《甘肅森林》灌木林的劃分，櫟灌是近年來資源調(diào)查新列灌木林種，面積達(dá)7.1 萬hm2，占灌木林面積的1.97%，生物質(zhì)資源量達(dá)119.30 萬t，占生物質(zhì)資源總量的3.60%。這一特點(diǎn)，一方面說明新調(diào)查技術(shù)細(xì)則更加科學(xué)細(xì)化，另一方面也反映了櫟類喬木林的退化或更新滯后。

馬桑、山毛桃雖資源面積不大，分別為3.02萬hm2、0.62 萬hm2，但分布高度集中，主要分布在隴南和平?jīng)觯以耘鄷r(shí)間長，生產(chǎn)力高，分別為9.265 t·hm-2和24.162 t·hm-2。人工栽培馬桑的生產(chǎn)力可達(dá)20 t·hm-2以上，資源開發(fā)潛力很大。

檉柳、梭梭、花棒、白剌、沙拐棗、紅砂、合頭草、細(xì)葉鹽爪爪、木本豬毛菜、珍珠、霸王、麻黃、泡泡刺等構(gòu)成河西地區(qū)主要沙生灌木林優(yōu)勢樹種，面積達(dá)167.54 萬hm2，占全省灌木林面積的46.44%，生物質(zhì)資源總量約876 萬t,占生物質(zhì)資源總儲量的26.42%，但總體生產(chǎn)力較低，平均只有5.228 6 t·hm-2。這些灌木林主要分布在疏勒河、黑河、石洋河流域?？茖W(xué)調(diào)配好3 大內(nèi)陸河流生態(tài)水資源供給，確保流域沙生灌木林用水，不僅對恢復(fù)發(fā)展灌木林資源面積，提高其生產(chǎn)力，增加未來沙生灌木林綜合開發(fā)應(yīng)用資源基礎(chǔ)有利，而且對控制沙塵暴沙源具有更為重要的生態(tài)作用。

4.4 灌木林生物質(zhì)資源垂直空間分布

灌木林生物質(zhì)的地上與地下分布有很大差異。從緯度看，甘肅橫跨10°26'緯度帶，南北長1 655 km，從低緯度的亞熱帶濕潤區(qū)到暖溫帶干旱區(qū)等6 個(gè)氣候帶，灌木樹種的根枝生物量比隨地氣候帶呈明顯增長走勢。為充分利用水分，適應(yīng)生存環(huán)境，干旱荒漠地帶的灌木樹種將更多有機(jī)物貯存于地下，形成荒漠地帶的沙生灌木樹種，其地下生物質(zhì)往往高于地上，根枝比較大，如檉柳、沙冬青、白剌、梭梭、沙拐棗等的根枝生物量比分別為4.088 2、1.021 4、2.405 1、3.023 7、0.937 2，平均值在2 以上。據(jù)此估算，河西地區(qū)沙生灌木林地下生物質(zhì)儲量約565萬t；地上生物質(zhì)儲量約283萬t。

從低海拔到高海拔，灌木林根枝生物量比呈降低趨勢，如低海拔的白花刺，根枝生物量比為0.692，而高海拔的杜鵑則只有0.282。由此判斷，灌木林生物質(zhì)地上部分隨海拔升高而增長，地下部分則降低。

從灌木林起源看，天然灌木林占88%，人工灌木林只有12%。按平均生產(chǎn)力估算，天然灌木林生物資源儲量約2 917.98萬t，人工灌木林生物質(zhì)資源儲量約397.50萬t，天然灌木林生物質(zhì)資源處于主導(dǎo)地位。

4.5 灌木林生物質(zhì)資源時(shí)空分布

由甘肅省8 次森林資源調(diào)查資料估算的灌木林生物質(zhì)資源儲量可知，1975 年甘肅省灌木林生物質(zhì)資源儲量為1 121.00萬t，到2011年時(shí)，增長到3 315.48萬t,凈增長1.96 倍，變化呈“S”型趨勢（圖1）。圖1 顯示，其總體仍呈上升趨勢，2001—2006年間快速上升，這與實(shí)施國家特別規(guī)定的灌木直接相關(guān)；2006—2011年灌木林生物質(zhì)資源增速放緩，趨于正常增長階段，年均增長率為0.51%。按照“十二五”林業(yè)發(fā)展規(guī)劃和人們對森林資源多功能服務(wù)的需要，以及未來林業(yè)發(fā)展走向，灌木林生物質(zhì)資源仍呈良好的上升態(tài)勢。結(jié)果可能取決于4個(gè)方面：1）天然次生林退化成灌木林如櫟灌，加大了灌木林資源；2）河西地區(qū)幾個(gè)自然保護(hù)區(qū)的設(shè)立，加大了該地區(qū)天然灌木林的恢復(fù)增長；3）非林區(qū)積極營造灌木林；4）人工灌木經(jīng)濟(jì)林如葡萄、花椒、枸杞等被列入灌木林資源。

圖1 甘肅省灌木林生物質(zhì)儲量變化曲線

5 結(jié)論與討論

5.1 甘肅省灌木林生物質(zhì)資源種類豐富，儲量較高

2011年全省灌木林生物質(zhì)儲量達(dá)3 315.48萬t，較2006 年灌木林生物質(zhì)估算量2 866.00 萬t 提高了15.68%，年均提高3.14%，其直接原因與新增櫟灌及葡萄、花椒、枸杞等生產(chǎn)力較高的灌木林種有關(guān)。

5.2 甘肅省灌木林生物質(zhì)資源面積大，生產(chǎn)力較低，單位面積只有9.19 t·hm-2

加強(qiáng)天然灌木林資源的封育、保護(hù)及輔助人工更新等措施，是快捷、有效、低成本提高灌木林生物質(zhì)資源儲量的方法。在天然灌木林資源占主導(dǎo)地位的甘肅省，加大保護(hù)力度，積極實(shí)施科學(xué)撫育措施，不僅能在短期內(nèi)提高灌木林生物質(zhì)資源儲量，增大未來開發(fā)利用的資源基礎(chǔ)，還能提高灌木林自我更新修復(fù)能力，加速資源的自身擴(kuò)張空間，實(shí)現(xiàn)資源質(zhì)量提高和面積增長的良性格局。

5.3 甘肅省14 個(gè)市（州）灌木林生物質(zhì)資源儲量在5.70萬～585.8萬t之間，變化巨大

張掖、酒泉、武威3市都在500萬t以上，而嘉峪關(guān)市只有5.70萬t；河西5市的灌木林生物質(zhì)資源儲量占全省儲量的52.19%，其儲量和分布對甘肅省森林資源配置起到了良好的互補(bǔ)作用。特別是年降雨量僅約300 mm 的中部干旱地區(qū)的安定，20 世紀(jì)80 年代，植被幾乎怠盡，到2011 年灌木林面積已發(fā)展到33 629.39 hm2，有林地達(dá)到11 706.93 hm2，森林覆蓋率達(dá)到12.59%。因此，在森林資源面積少、分布不均且干旱半干旱面積占省土面積49.50%的甘肅省[19]，大力發(fā)展非林區(qū)灌木林，對擴(kuò)大森林資源面積、增加灌木林生物質(zhì)資源儲量、改善生態(tài)環(huán)境等都十分有利。

5.4 甘肅省灌木林生物質(zhì)資源變化具有明顯的時(shí)空特征，在未來仍有很大的發(fā)展空間

保護(hù)好現(xiàn)有灌木林資源（特別是非林區(qū)），是恢復(fù)提高灌木林蓋度、提高灌木林生產(chǎn)力、增加灌木林生物質(zhì)資源儲量的關(guān)鍵；規(guī)模化、集約化營造適應(yīng)性強(qiáng)、生產(chǎn)力高的鄉(xiāng)土灌木林是儲備未來灌木林生物質(zhì)開發(fā)利用的資源基礎(chǔ)。