洮河林區(qū)主要林分生態(tài)功能指標及其特征分析

摘 要 為了揭示生態(tài)公益林生態(tài)功能指標特征，利用洮河林區(qū)生態(tài)公益林監(jiān)測數據，選取幾種主要林分，分析其主要生態(tài)指標數據特征、離散態(tài)以及主要指標間的相關關系。結果表明：洮河林區(qū)人工云杉林林分生長良好，林下灌木物種豐富，適宜當地發(fā)展；針闊混交林的林分結構分布較為合理，亦是發(fā)展方向；除特殊需要外，喬木樹種的枝下高可不列入生態(tài)公益林監(jiān)測指標。建議今后將喬木樹種林齡是否近似正態(tài)分布以及天然更新能力調查納入生態(tài)公益林監(jiān)測管理的重要指標。關鍵詞 生態(tài)公益林；生態(tài)功能指標；離散態(tài)；相關系數；洮河林區(qū)中圖分類號：S718.56"" 文獻標識碼：A"" doi：10.13601/j.issn.1005-5215.2024.02.011

Analysis of Ecological Function Indicators and Their Characteristics of Main Forest Stands in Taohe Forest Region

Abstract In order to reveal the characteristics of ecological function indicators of ecological public welfare forest，several main forest stands were selected by using the monitoring data of ecological public welfare forest in Taohe forest region，and the data characteristics，discrete state and correlation between main indicators were analyzed. The results showed as follows： the artificial spruce forest in Taohe forest region grew well，and the understory shrub species were abundant，which was suitable for local development;the stand structure distribution of coniferous and broad-leaved mixed forest was more reasonable，and it was also the development direction;in addition to special needs，the under-branch height of tree species could not be included in the monitoring indicators of ecological public welfare forest. It is suggested that whether the age of tree species is approximately normal distribution and the investigation of natural regeneration ability should be included in the important indicators of monitoring and management of ecological public welfare forest in the future.

Key words ecological public welfare forest;ecological function indicators;discrete state;correlation coefficient;Taohe forest region

生態(tài)公益林是以保障國家的生態(tài)需求及其可持續(xù)發(fā)展為目的森林，其目標是維護和改善生態(tài)環(huán)境，維持生態(tài)平衡和保護生物多樣性等。我國于21世紀初開始了生態(tài)公益林的規(guī)劃和建設，目前只有20多年的發(fā)展歷史。

我國的生態(tài)公益林規(guī)劃建設雖然時間不長，但研究內容不少。國內有關生態(tài)公益林的研究主要包括以下幾個方面：（1）生態(tài)公益林的建設及其保護[1，2];（2）生態(tài)公益林效益評價[3]、質量評價[4-7]及其經營管理評價[8]；（3）生態(tài)公益林的空間布局[9]和結構調整[10，11]；（4）生態(tài)公益林的生態(tài)服務功能[12-14]及其生態(tài)補償[15，16]；（5）生態(tài)公益林的生物多樣性[17-18]及碳儲量[19]；（6）生態(tài)公益林的樹種選擇[20]和林下經濟[21]等。

有學者以青海省西寧市大通縣的生態(tài)公益林作為研究對象，以林分健康評價等級為基礎，選取典型樣地進行了結構調控分析，使其由青楊純林調整為健康等級更高的云杉和青楊混交林，同時提出適合大通縣林地采伐及補植等的林分結構調控技術[10]。還有學者以近自然經營管理為目標，就青海東部5種人工生態(tài)公益林林分的近自然狀態(tài)作了評價，并依據評價結果提出更換樹種、調整密度和補植等改造措施，并提出當地應以青海云杉（Picea crassifolia）與白樺（Betula" platyphylla）混交林為生態(tài)公益林發(fā)展目標[11]。也有學者討論了半干旱區(qū)生態(tài)公益林幼林撫育管理，并指出半干旱區(qū)生態(tài)公益林幼林撫育要以促進樹高生長為目標[22]。

生態(tài)公益林的生態(tài)功能具體體現在各生態(tài)功能指標上，然而，國內相關研究更多的是公益林評價和管理的對策、建議[3，22，23]以及生態(tài)補償的探討[15，16]，加之我國的生態(tài)公益林更多的是從原有林分中劃分出來的，發(fā)展歷史不長，因而有關生態(tài)公益林生態(tài)功能指標的研究內容顯得極為匱乏。

洮河林區(qū)位于黃河中上游，現有生態(tài)公益林21.3×104 hm2。鑒于此，本文以洮河林區(qū)的博峪溝生態(tài)公益林為對象，對其主要生態(tài)功能指標及其特征作一探索性分析。

1 樣地選擇與調查方法

1.1 樣地選擇

調查樣地選定在洮河林區(qū)的博峪溝生態(tài)公益林區(qū)，地理位置為103°31′—103°32′E，34°30′—34°33′N。海拔2 400～3 800 m，最高4 920 m（迭山主峰），年平均氣溫4.6 ℃，極端最高氣溫29.5 ℃，極端最低氣溫-33.8 ℃，年降水量581～712 mm，年均蒸發(fā)量1 227 mm。主要建群針葉樹種有冷杉（Abies fabri）、岷江冷杉（Abies fargesii）、云杉（Picea asperata）、青海云杉（Picea crassifolia）等，主要建群闊葉樹種有紅樺（Betula albosinensis）、白樺等，灌木主要有杜鵑（Rhododendron simsii）、山生柳（Salix oritrepha）等。本文設置人工云杉林、天然云杉林、天然冷杉林和針闊混交林共4個林分樣地，樣地規(guī)格為40 m×20 m。

1.2 樣本調查與分析方法

喬木主要測定樹高、冠幅、胸徑、枝下高等。樹高采用傾角測定，胸徑采用圍尺測量，對于較低矮的喬木，采用測量桿測定其樹高。灌木調查植物種數和測定生物量。林下草本也采用樣方測定，樣方規(guī)格為1 m×1 m，每個樣地選擇不少于5個調查樣方。灌木生物量測定方法是先測定灌木地徑、高度和株叢數，然后用公式（1）計算其生物量。凋落物量的測定方法是在1 m×1 m的樣方中采集，然后風干稱質量。調查時間從2019年開始。本文分析除灌木采用2022年數據外，其他均采用2023年調查數據。數據分析用SPSS17.0完成。

灌木生物量的計算公式為：

Bs=a×（DBH2×H）b（1）

式中：Bs為灌木生物量（g），DBH為灌木地徑（m），H為灌木高度（m），a和b為常數。常數a和b由實際調查數據進行統(tǒng)計分析得出。

樣本數據的標準差越小則說明樣本數據越集中，反之則離散度越大。用以下公式計算樣本數據的標準差，并用標準差與均值的比值接近0.5的標準檢驗標準差符合正態(tài)分布的程度。

用以下公式計算生態(tài)功能指標間的相關系數：

2 結果與分析

2.1 主要生態(tài)功能指標及其特征

人工云杉林分基本是云杉純林，天然云杉林分中有個別冷杉，天然冷杉林分有少量的瘤糖茶藨子（Ribes himalense var. verruculosum）和紅樺。針闊混交林分中的針葉樹種主要是云杉，闊葉樹種主要是山楊（Populus davidiana）。

在調查的4個林分中，天然冷杉林喬木的樹高、胸徑、樹冠面積和枝下高最大；針闊混交林分喬木的樹高、胸徑、樹冠面積及枝下高次之；人工云杉林喬木的樹高、胸徑、樹冠面積及枝下高最小（表1）。由表1還可以看出，人工云杉林分中灌木種數最多而生物量次高，天然云杉林分中灌木的生物量最高而種數最少，天然冷杉林分中灌木的種數次高而生物量最小。天然冷杉林下草本植物種數最多且植被蓋度最高，而人工云杉林下草本植物種數最少且植被蓋度最小。針闊混交林草本植物的生物量最大，而天然冷杉林草本層的生物量最小。天然冷杉林的凋落物最多但其中落葉占比最低，人工云杉林凋落物次多而其中落葉占比最高。

人工云杉林、天然云杉林、天然冷杉林和針闊混交林的喬木密度分別為1 962、600、612和112株·hm-2，結合表1可以看出，天然冷杉林的喬木蓄積量最大，其次是人工云杉林，針闊混交林的林分蓄積量最小。

2.2 樣本數據的離散態(tài)

人工云杉林喬木最高15.0 m，最低2.5 m；天然云杉林喬木最高21.7 m，最低2.5 m；天然冷杉林喬木高度最高26.4 m，最低2.5 m；針闊混交林喬木最高26.4 m，最低2.2 m。由4個林分喬木樹高的散點圖（圖1）可以看出，人工云杉林喬木高度分布最為集中，其次是針闊混交林，天然冷杉林喬木高度分布最為分散。

標準差分析結果見表2。4種林分灌木的生物量離散度（標準差與均值的比值）最大，其次是喬木的樹冠面積，而灌木的物種數最小。標準差與均值的比值越接近0.5，則表明其數據的分布越近似正態(tài)分布：

（1）從整體看，在4個林分的草本植物蓋度的標準差和均值的比值與0.5的差值最小，因而最近似正態(tài)分布，其次是草本植物的生物量，再次是喬木胸徑，而灌木生物量偏離正態(tài)分布最大。

（2）從林分看，天然云杉林喬、灌、草各指標的標準差和均值的比值與0.5的差值最小，最近似正態(tài)分布，其次是針闊混交林，而人工云杉林喬、灌、草指標的標準差和均值的比值與0.5的差值最大，即偏離正態(tài)分布最大。

（3）從植物生活型看，天然冷杉的樹高和天然云杉林下草本植物生物量的分布最近似正態(tài)分布，其次是天然冷杉林的樹冠面積和針闊混交林喬木的枝下高近似正態(tài)分布，再次是天然云杉林樹高亦較近似正態(tài)分布。

2.3 主要指標的相關關系

4種林分喬木層主要指標的相關分析及其顯著性檢驗結果表明，除枝下高與其他指標的關系較弱外，其他指標的正相關關系均較強（表3）。如人工云杉林的喬木樹高、胸徑、枝下高和樹冠面積4個指標中，只有枝下高與胸徑和樹冠面積相關不顯著（P＞0.05），其他指標均為極顯著正相關（P＜0.01）。在天然云杉林喬木4個指標中，也只有枝下高與胸徑和枝下高與樹冠面積相關不顯著（P＞0.05），其他指標均為極顯著（P＜0.01）或顯著（P＜0.05）正相關。

天然冷杉林各指標間差異均極顯著（P＜0.01）在針闊混交林喬木4個指標中，枝下高與其他指標相關均不顯著（P＞0.05），其他指標均為極顯著（P＜0.01）或顯著（P＜0.05）正相關。而天然冷杉林喬木各指標間均為極顯著正相關（P＜0.01）。

3 結論與討論

植物高度、植被蓋度、生物量、植物種數及生活型數、天然更新能力等都是生態(tài)公益林的生態(tài)功能指標。分析結果表明，天然冷杉林分喬木的樹高、胸徑和樹冠面積最大，蓄積量亦最大。針闊混交林喬木的樹高、胸徑和樹冠面積次之，但由于其密度小而蓄積量最小。人工云杉林喬木的樹高、胸徑和樹冠面積最小，喬木密度是天然云杉林、天然冷杉林的3倍之多，而其林下灌木種數最多，林分生長良好。生態(tài)公益林的功能主要是保水保土、涵養(yǎng)水源，保護和改善生態(tài)環(huán)境，保護生物多樣性和人文景觀[24，25]，蓄積量則是林分的一個經濟指標。洮河林區(qū)位于黃河中上游生態(tài)功能保護區(qū)，在該林區(qū)營造云杉林的效果良好，以后在空閑地、林窗和疏林地可大量營造或補植人工云杉林。

散點圖只反映直觀狀態(tài)，而其并不具備統(tǒng)計學意義。樹高均一、胸徑均一，尤其是林齡均一并不是一種理想的林分狀態(tài)。是否遵從或近似正態(tài)分布則是反映和檢驗林分結構合理性的一個理想標準[26]，本文標準差及其方差檢驗結果表明，天然云杉林分喬、灌、草各指標分布最近似正態(tài)分布，其次是針闊混交林，而人工云杉林分喬、灌、草各指標分布最偏離正態(tài)分布，這顯然是人工造林樹種單一、林齡均一所致。如何培育林分、林地的天然更新能力和營造混交林則是克服這一問題的有效途徑。

相關分析結果表明，喬木的枝下高與喬木其他特征指標的相關性較弱。鑒于此，除特殊需要外，枝下高一般可不作為反映林分生長狀況和林分生態(tài)公益指標。而林齡結構的正態(tài)分布和林分植物多樣性則是反映林分健康狀況的一個重要指標[25]，也必然是生態(tài)公益林營造和監(jiān)測的一個重要指標。

林下凋落物包含了林分生長狀況的多種信息[27]，但國內研究生態(tài)公益林中凋落物的文獻并不多。本文調查了生態(tài)公益林下的凋落物，但由于觀測的樣本數很少，不便于統(tǒng)計分析。

天然更新能力是反映林分持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)展的又一個重要指標[25]，對于生態(tài)公益林更是如此，尤其是建群種和優(yōu)勢種植物應為喬木樹種。文中未涉及林分天然更新指標的調查及其分析，這是本文研究需要深入之處。建議將喬木樹種的天然更新能力調查納入生態(tài)公益林監(jiān)測指標。

目前，生態(tài)公益林研究文獻主要來自基層技術部門和生產單位，而出自國家科研院所和大專院校的研究文獻相對較少，有人指出，這是由于生態(tài)公益林主要是生產建設性工作，在建設、管理過程中基層生產單位和管理部門參與多，邊建設邊發(fā)現問題邊探討[28]。另一個原因可能是一般認為生態(tài)公益林的理論性不強，或者說目前尚未發(fā)現其中更多的理論問題，這或許也是生態(tài)公益林研究下一步需要努力的方向。

參考文獻：

[1]" 曾勁.九連山生態(tài)公益林建設保護與管理探析[J]. 現代園藝，2021（10）：172-173

[2]" 劉江林.迭部林業(yè)局生態(tài)公益林現狀和保護管理對策[J]. 甘肅林業(yè)高職教育（綜合版），2009（1）：7-9

[3]" 溫偉慶.基于GIS的漳平市生態(tài)公益林建設監(jiān)測與評價[J]. 福建林學院學報，2022（2）：187-192

[4]" 閆西清，馬存世，陳莉.生態(tài)公益林建設的質量管理與控制[J]. 甘肅林業(yè)科技，2004，29（4）：46-50

[5]" 晏姝，鄧厚銀，胡德活，等. 粵北生態(tài)公益林區(qū)杉木純林與混交林的綜合質量評價研究[J]. 林業(yè)資源管理，2022（5）： 69-75

[6]" 楊玉春，謝天燕.生態(tài)公益林的經營管理質量評價研究——以鎮(zhèn)康南捧河省級自然保護區(qū)為例[J]. 綠色科技，2022，24（7）：126-128

[7]" 張志華.生態(tài)公益林效益評價研究綜述[J]. 林業(yè)調查規(guī)劃，2009，34（3）：72-75

[8]" 李健，呂長偉.國家公益林資源動態(tài)變化狀況及經營管理評價[J]. 林業(yè)勘查設計，2023，52（3）：19-24

[9]" 靳云燕，楊吉江.山西省永久性生態(tài)公益林空間分布研究[J]. 林業(yè)勘查設計，2023，52（1）：36-39

[10]" 王文義，曹志，蔣福娟.基于林分健康的生態(tài)公益林結構調控技術[J]. 青海科技，2023，30（2）：69-74

[11]" 王瓊琳，王文義，林莎，等.青海東部人工生態(tài)公益林近自然經營的林分結構調整[J]. 生態(tài)學報，2021，41（12）：5004-5015

[12]" 曾掌權，黃兢，黃忠良，等. 雪峰山脈生態(tài)公益林生態(tài)服務功能評估[J]. 湖南林業(yè)科技，2022，49（1）：1-6

[13]" 李紅振.遼寧省生態(tài)公益林生態(tài)服務功能評價[J] .陜西林業(yè)科技，2022（1）：31-35

[14]" 鄒佳敏，李建中，禹慧琴，等. 生態(tài)公益林生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估研究——以江西省為例[J]. 中國林業(yè)經濟，2022（5）：8-14

[15]" 徐珂，龐潔，尹昌斌.生態(tài)公益林補償標準及其影響因素——基于農戶受償意愿視角[J]. 中國土地科學，2022，36（6）： 76-87

[16]" 楊育安.生態(tài)公益林森林生態(tài)效益補償機制研究[J] .農村科學實驗，2022（6）：28-30

[17]" 葉小萍，盤李軍，許涵，等. 生態(tài)公益林改造后物種組成和多樣性動態(tài)變化研究[J]. 林業(yè)與環(huán)境科學，2022，38（5）：105-112

[18]" 雷斌，胡家銘，駱少華，等. 臨武縣生態(tài)公益林群落結構與林下植被多樣性研究[J]. 綠色科技，2022，24（20）：42-45

[19]" 夏志光.基于分層抽樣法的遼寧省生態(tài)公益林生物量和碳儲量測算研究[J]. 綠色科技，2022（9）：153-156

[20]" 盧衛(wèi)峰，查勇星，丁艷，等. 上海崇明區(qū)生態(tài)公益林優(yōu)良造林樹種選擇研究[J]. 農業(yè)與技術，2022，42（16）：58-61

[21]" 羅創(chuàng)福.生態(tài)公益林林下經濟發(fā)展模式探討[J].南方農業(yè)，2021，15（8）：138-139

[22]" 殷彬嚴.半干旱區(qū)生態(tài)公益林幼林撫育淺析[J]. 甘肅林業(yè)科技，2022（2）：58-59

[23]" 梁文海.生態(tài)公益林的發(fā)展現狀及管理對策——以貴州省施秉縣白垛鄉(xiāng)為例[J]. 農業(yè)科學，2023（4）：75-77

[24]" 羅勇.淺談山區(qū)生態(tài)公益林功能、地位及其效益補償機制[J]. 廣西林業(yè)，2008（5）：9-10

[25]" 白帆，桑衛(wèi)國，劉瑞剛，等. 保護區(qū)對生物多樣性的長期保護效果：長白山自然保護區(qū)北坡森林植物多樣性43年變化分析[J]. 中國科學（C輯），2008，38（6）：573-582

[26]" 張崗崗，劉偉霞，王洋，等. 黃河故道刺槐人工林空間和大小結構特征[J]. 林業(yè)科學研究，2022（3）：185-192

[27]" 徐來仙，姚蘭，艾訓儒，等. 植被和凋落物對水杉天然幼苗萌發(fā)的影響[J]. 森林與環(huán)境學報，2022（5）：454-464

[28]" 戚連忠.生態(tài)公益林研究文獻綜述[J]. 農業(yè)圖書情報學刊，2004，15（7）：96-99