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森林生产力是指单位林地面积上单位时间内所生产的生物量,反映了森林生长的水平和质量。森林生产力的研究一般从2个方面来考虑:一是生产力数值测定或估算,主要为森林生产力的测定区域性生产力的实测研究[1-2]。二是生产力形成机理研究,主要揭示生物、环境等因子对生产力形成的影响[3-4]。森林生产力的地理分异特性由太阳辐射、海陆位置和海拔高度等因素的空间差异而引起,因自然生态环境条件与森林植物群落在空间地域上发生分化而产生,是自然界的一种普遍现象。掌握森林生产力的地理分异特性及规律,是科学合理地开展森林经营管理、提高森林生态系统质量和效益的重要基础。杉木Cunninghamia lanceolata是中国南方亚热带地区特有的优良速生乡土树种,较喜光,喜温暖湿润,不耐严寒及湿热;适应年平均温度为15~23 ℃,年降水量为800~2 000 mm的气候条件;树形整齐,冠幅较小,干形通直圆满,木材产量高,用途广,在生态环境建设中发挥着重要的作用。杉木林是浙江省主要的森林类型之一,占全省森林面积的21.43%,占全省森林蓄积量的28.76%;除了浙江省北部平原地区外,其他地区均有大面积分布。对杉木林的研究,目前主要集中在杉木林生长过程和生产力[5-6],杉木林生长模型[7-8]、杉木实生林地位指数[9-10]、杉木林立地[11]和杉木林效益[12-16]等方面,关于浙江省杉木林生产力在经度、纬度和海拔方向上的分异特性还未见报道。本研究揭示浙江省杉木林生产力的地理分异特性及规律,对于精准经营管理杉木林、提高杉木林生产力水平具有重要的意义。
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分析杉木林生产力(表 1)的最大值可知:第1期杉木林生产力明显高于第2期和第3期;3期数据中杉木林生产力的最小值都为0,原因是样地内样进行了皆伐,新生木未达到起测条件。1999-2009年间,浙江省杉木林生产力均值有所波动,第1期与第2期的均值之差明显高于第2期和第3期,可见第1期生产力明显低于后2期。
表 1 1994-2009年间浙江省杉木林生产力总体特征
Table 1. Population characteristic of productivity of C. lanceolata forest in Zhejiang Province in 1994-2009
时间 样地数/个 生产力/(t·hm-2·a-1) 均值 最大值 最小值 标准差 第1期(1994-1999年) 255 1.43 11.37 0 1.43 第2期(1999-2004年) 238 2.11 8.88 0 1.50 第3期(2004-2009年) 310 1.86 6.25 0 1.27 -
从图 1可知:浙江省杉木林分布在118.00°~122.00°E范围内,以120.0°E为分界,样地数量西面多东面少,且样地生产力的最大值都位于西面。
图 1 浙江省杉木林生产力在经度梯度上的分布
Figure 1. Distribution of C. lanceolata forest productivity in longitude gradient in Zhejiang Province
对1994-2009年的各梯度带杉木林生产力的分析(图 2)可知:各梯度带上生产力存在波动,从第1期(1994-1999年)到第2期(1999-2004年),在各梯度带上浙江省杉木林生产力呈增大趋势,平均增幅49%;除第Ⅲ梯度带外,第2期到第3期(2004-2009年)各梯度带上的浙江省杉木林生产力均有所下降但不明显。具体来看:第1期浙江省杉木林生产力沿经度梯度带总体呈下降趋势,第2和第3期浙江省杉木林生产力以第Ⅳ梯度带为界,呈先下降趋势后微上升趋势。从第Ⅰ至第Ⅳ梯度,第2期的生产力下降了1.20 t·hm-2·a-1,第3期下降了1.30 t·hm-2·a-1;从第Ⅳ至Ⅵ梯度带,第2期的生产力上升了0.17 t·hm-2·a-1,第3期的生产力上升0.44 t·hm-2·a-1。
图 2 1994-2009年浙江省杉木林生产力在经度梯度带上的变化
Figure 2. Statistics of productivity of C. lanceolata forests in Zhejiang Province in longitude gradient zone in 1994-2009
沿经度梯度方向,第Ⅱ梯度带上的第1期生产力与除第Ⅰ梯度带外的其他梯度带上的均存在显著差异(P<0.05);第Ⅰ梯度带上的第2期生产力与除第Ⅱ梯度带外的其他梯度带上的存在显著差异;第Ⅰ梯度带上的第3期生产力与其他梯度带上的都存在显著差异(P<0.05)。总体可见,沿经度方向第Ⅰ,Ⅱ梯度带上的生产力明显高于其余梯度带上的生产力,且随着时间推移第Ⅰ梯度带上的生产力与其他梯度带上的生产力差异越加显著。
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从图 3可以看出:浙江省杉木林分布在27.50°~30.50°N范围内,以28.00°~29.50°N间分布较为集中。生产力主要为0~5.00 t·hm-2·a-1。
图 3 浙江省杉木林生产力在纬度梯度上的分布
Figure 3. Distribution of C. lanceolata forest productivity in latitude gradient in Zhejiang Province
由图 4可知:1994-2009年间各梯度带上杉木林生产力均值存在波动。从第1期到第2期,浙江省杉木林生产力在第Ⅳ,Ⅵ,Ⅶ梯度带上均略微上升,在第Ⅱ,Ⅲ,Ⅴ梯度带上有不同程度下降,在Ⅱ梯度带上下降明显,达47.0%。从第2期到第3期,浙江省杉木林生产力除第Ⅱ梯度带外在各梯度带上都略微下降,在第Ⅱ梯度带上略上升。相比而言,第1期和第3期浙江省杉木林生产力在纬度方向波动规律一致,在第Ⅳ和第Ⅵ梯度带出现谷值,在第Ⅴ梯度带出现峰值但最大值出现在第Ⅱ梯度带上。不同梯度带上第2期杉木林生产力约为2.00 t·hm-2·a-1,除第Ⅱ梯度带上的生产力偏小外第2期杉木林生产力的波动规律与第1期和第3期基本一致,但波动不明显。第Ⅱ梯度带的生产力较小,第Ⅲ梯度带上也出现了峰值。
图 4 1994-2009年浙江省杉木林生产力在纬度梯度带上的变化
Figure 4. Statistics of productivity of C. lanceolata forests in Zhejiang Province in latitude gradient zone in 1994-2009
沿纬度梯度方向,第1期和第2期生产力在各梯度带上均无显著差异(P>0.05);第Ⅱ梯度带上的第3期生产力与第Ⅲ,Ⅳ,Ⅵ梯度带上的生产力存在显著差异(P<0.05),第Ⅵ梯度带上的生产力又与第Ⅴ梯度带上的生产力存在显著差异(P<0.05),而第Ⅶ梯度带上的生产力与所有梯度带上的均无显著差异(P>0.05)。总体可见,沿纬度方向各梯度带上的生产力无显著差异,但沿纬度方向各梯度带上的生产力波动规律一致,且随着时间推移生产力有向着差异显著的梯度带分化的趋势。
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从图 5可知:浙江省杉木林样地在海拔0~1 200 m内均有分布,以250~500 m最为集中。
图 5 浙江省杉木林生产力在海拔梯度上的分布
Figure 5. Distribution of C. lanceolata forest productivity in altitude gradient in Zhejiang Province
由图 6可知:从第1期到第2期,浙江省杉木林生产力在各梯度带上均有所上升,上升17.0%~54.0%不等;从第2期到第3期,浙江省杉木林生产力除第Ⅴ梯度带外,其他各梯度带上均下降。具体地说,第1期时随海拔升高,杉木林生产力呈上升趋势;第2期除第Ⅴ梯度带外,其余各带上浙江省杉木林生产力都约2.00 t·hm-2·a-1;第3期除第Ⅴ梯度带外,其余各带上的值都小于2.00 t·hm-2·a-1。
图 6 1994-2009年浙江省杉木林生产力在海拔梯度带上的变化
Figure 6. Statistics of productivity of C. lanceolata forests in Zhejiang Province in altitude gradient zone in 1994-2009
沿海拔梯度方向,第1期生产力仅在第Ⅴ梯度带与第Ⅱ梯度带间存在显著差异,其他梯度带差异不显著;第2期生产力在各梯度带间均无显著差异;第Ⅴ梯度带上的第3期生产力与各梯度带上的生产力均存在显著差异,第Ⅰ梯度带上的生产力与第Ⅱ梯度带上的生产力也存在显著差异。总体可见,沿海拔方向各梯度带间无显著差异,但随着时间推移第Ⅴ梯度带与其他梯度带间的差异逐渐显著,且第Ⅴ梯度带上的生产力高于其余梯度带上的生产力。
Geographical differentiation characteristics influencing productivity of Cunninghamia lanceolata forests in Zhejiang Province
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摘要: 杉木Cunninghamia lanceolata林是浙江省主要的森林类型之一。为科学合理地开展杉木经营管理,提高森林生态系统质量和效益,以1994-2009年浙江省森林资源连续清查数据为基础,采用生物量换算因子连续函数法计算森林生产力,以平均划分的原则将经度、纬度和海拔3个维度分别划分成几个半度带称之为梯度带,用最小显著差法分别计算差异显著性,分析杉木林生产力的地理分异特性及规律。结果表明:浙江省杉木林生产力在经度方向上差异显著(P < 0.05),第Ⅰ和第Ⅱ梯度带上的生产力明显高于其他梯度带上的生产力且其他梯度带间的生产力差异不显著(P>0.05);在沿纬度方向上差异不显著,但各梯度带上的生产力波动规律一致;在海拔方向上差异不显著(P>0.05),但随时间推移第Ⅴ梯度带的生产力明显高于其他梯度带上的生产力。总体上,浙江省杉木林生产力在经度方向上存在明显分异现象,在纬度和海拔2个地理维度上无明显分异现象,但随时间推移有分异趋势,分异现象逐渐明显。浙江省杉木林在118°~119°E之间培育可能会具有更高的生产力。Abstract: To scientifically and reasonably carry out forest management and to improve quality and benefits of the forest ecosystem for a Cunninghamia lanceolata forest, one of the main forest types in Zhejiang Province, this research was conducted based on data from the national forest inventory of Zhejiang Province from 1994 to 2009. The method of variable biomass expansion factor function (BEFF) was used to estimate productivity. According to the principle of average division, longitude, latitude and altitude were divided into several half-degree zones respectively called Gradient Zones. Least-Significant Difference (LSD) was used to estimate significant differences and then analyse geographic differentiation characteristics and rules of productivity for C. lanceolata forests in three dimensions:longitude, latitude, and altitude. Results showed that productivity of C. lanceolata forests in Zhejiang Province along the longitudinal direction had significant differences (P < 0.05). Productivity in Gradient Zones Ⅰ and Ⅱ were obviously higher than productivity in other gradient zones, and differences among other gradient zones were not significant (P>0.05). Along the latitudinal direction, there were no significant differences (P>0.05) for productivity in zones, but the law of productivity fluctuation in gradient zones was consistent. In the altitudinal direction there were no significant differences (P>0.05) for productivity in Zones. As time went on, productivity of Gradient Zone Ⅴ was higher than productivity in Gradient Zones Ⅰ-Ⅳ. Generally speaking, then, productivity of C. lanceolata forests in Zhejiang Province had differentiation in the longitudinal direction but not in latitudinal and altitudinal directions; however, over time, differentiation was noticeable. C. lanceolata forests in Zhejiang Province cultivated in longitude 118°-119°E would have higher productivity.
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表 1 1994-2009年间浙江省杉木林生产力总体特征
Table 1. Population characteristic of productivity of C. lanceolata forest in Zhejiang Province in 1994-2009
时间 样地数/个 生产力/(t·hm-2·a-1) 均值 最大值 最小值 标准差 第1期(1994-1999年) 255 1.43 11.37 0 1.43 第2期(1999-2004年) 238 2.11 8.88 0 1.50 第3期(2004-2009年) 310 1.86 6.25 0 1.27 -
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链接本文:
https://zlxb.zafu.edu.cn/article/doi/10.11833/j.issn.2095-0756.2019.06.007