王蘭芳，韋新良,2，湯孟平,2

（1.浙江農林大學 環(huán)境與資源學院，浙江 杭州311300；2.浙江農林大學 省部共建亞熱帶森林培育國家重點實驗室，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所生產(chǎn)的生物量，反映了森林生長的水平和質量。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)力的實測研究［1-2］。二是生產(chǎn)力形成機理研究，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，是科學合理地開展森林經(jīng)營管理、提高森林生態(tài)系統(tǒng)質量和效益的重要基礎。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，不耐嚴寒及濕熱；適應年平均溫度為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)（包含樣地數(shù)據(jù)和樣木數(shù)據(jù)）作為基礎數(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，各次調查的主要技術標準基本統(tǒng)一。樣地數(shù)據(jù)記錄了樣地號、橫縱坐標、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、樹種組劃分標準相同。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軟件對樣地數(shù)據(jù)進行處理。以優(yōu)勢樹種代碼為依據(jù)篩選杉木樹種，通過橫縱坐標篩選復位樣地，利用樣地號篩選復位樣地的樣木數(shù)據(jù)，以檢尺類型為依據(jù)計算復位樣地的損耗蓄積，以活立木蓄積為基礎計算杉木林生產(chǎn)力。結合樣地數(shù)據(jù)和樣木數(shù)據(jù)，對樣地數(shù)據(jù)進行檢查，剔除異常值。

4次調查的樣地數(shù)分別為4223，4251，4253和4252個，其中杉木林樣地數(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)局在浙江省進行了固定樣地的分期移位替換試點工作；1994-1999年間浙江省復位的杉木林樣地有256個，1999-2004年間復位239個，2004-2009年間復位305個。

2.2 生產(chǎn)力估算

目前，森林生產(chǎn)力的估計主要有基于森林資源清查數(shù)據(jù)的估計和基于遙感信息技術的估計方法［17-21］?；谏仲Y源清查數(shù)據(jù)的方法包括平均生物量法［22-23］、生物量轉換因子法［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行采伐后測定各部位的質量，生物量轉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)法對研究期內浙江省杉木林生產(chǎn)力進行估算，每相鄰2次調查為1期數(shù)據(jù)，共3期；計算各期杉木林每年每公頃生物量，作為生產(chǎn)力估測值；以復位樣地的活立木蓄積為基礎，計算各樣地2次調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 期調查樣地單位面積蓄積量（m3·hm-2），V2為后 1 期調查樣地單位面積蓄積量（m3·hm-2）， Δn為 2 期數(shù)據(jù)調查的間隔期（a）， （Vc+Vd）（1+p）Δm為 Δn年內的未測生長量（按 Δm年計算）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。樣地數(shù)據(jù)記錄的國家統(tǒng)一坐標橫坐標范圍為20609000～21415000 m，對應的經(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。杉木林復位樣地數(shù)據(jù)記錄的國家統(tǒng)一坐標的縱坐標范圍為3036000～3436000 m，對應的緯度為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，因此選取Ⅱ～Ⅶ帶進行分析。

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。結合研究區(qū)的實際情況，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，依次標為Ⅰ～Ⅴ梯度帶。

2.4 生產(chǎn)力差異性統(tǒng)計分析

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的顯著性水平下進行多重比較分析。

3 結果與分析

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，原因是樣地內樣進行了皆伐，新生木未達到起測條件。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，以120.0°E為分界，樣地數(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，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)力評價方式的關系。

就生產(chǎn)實踐而言，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)展的重點區(qū)域，并通過提質來提高浙江省的杉木林生產(chǎn)力總體水平。