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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。
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 Table 1. Population characteristic of productivity of C. lanceolata forest in Zhejiang Province in 1994-2009
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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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。