盧金寶，邵華亮，金鑫，王紹平，王劍武，謝秉樓，吳偉志

（1.臺州市黃巖區(qū)林業(yè)局，浙江 臺州 318020；2.江山市林業(yè)局，浙江 江山 324100；3.浙江省森林資源監(jiān)測中心，浙江 杭州 310020）

森林穩(wěn)定性是指森林資源受干擾后保持原有狀態(tài)的能力，包括森林生態(tài)系統(tǒng)的抵抗力、恢復(fù)力、持久性和變異性，是衡量森林生態(tài)系統(tǒng)功能動態(tài)平衡的綜合指標(biāo)[1,2]。森林穩(wěn)定性不僅影響著林木之間的競爭及能量、物質(zhì)交互，對森林中的物種多樣性起著重要的作用，更是森林發(fā)揮生態(tài)效益的前提[3-5]。研究森林穩(wěn)定性對于森林生態(tài)保護(hù)、森林經(jīng)營管理工作具有重要意義[6-7]。

目前，針對穩(wěn)定性的研究對象主要集中在濕地[8]、森林[9]等具有自然和人工復(fù)合特征的生態(tài)系統(tǒng)，且研究內(nèi)容主要是關(guān)于群落的穩(wěn)定性[10-11]、景觀結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[7,12-13]、生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性[14]，這些研究在區(qū)域尺度的生態(tài)系統(tǒng)整體穩(wěn)定性評價上作出了貢獻(xiàn)，但是對于局部地區(qū)的林分穩(wěn)定性定性評價仍然具有一定的局限性。同時，森林穩(wěn)定性受到多種因素的干擾，包括生物多樣性導(dǎo)致的物種之間的競爭關(guān)系和生存關(guān)系[15-17]以及自然生長環(huán)境和人為經(jīng)營措施等[18-19]，多重因子作用使森林穩(wěn)定性在時間和空間上產(chǎn)生較大差異，分析森林穩(wěn)定性時空間異質(zhì)性規(guī)律及其影響機制能為區(qū)域森林資源管理提供一定的科學(xué)依據(jù)[20-23]。

持久性是森林穩(wěn)定性的重要表現(xiàn)特征之一，森林具有良好的持久性是其發(fā)揮森林生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會效益的前提[23]。應(yīng)寶根等[24]提出的林分存續(xù)期數(shù)學(xué)期望和林木存續(xù)期數(shù)學(xué)期望兩個指標(biāo)從林分和林木兩個層面上對森林持久性進(jìn)行定量評估，從一個新的角度對森林穩(wěn)定性進(jìn)行了衡量，研究結(jié)果符合實際情況和經(jīng)營預(yù)期，對于評價森林穩(wěn)定性具有一定的意義。

林木存續(xù)期指林木自進(jìn)界后到死亡（采伐）的年數(shù)。所謂林分存續(xù)期，是指一個林分達(dá)到林分標(biāo)準(zhǔn)后，作為一個生態(tài)系統(tǒng)能夠持續(xù)存在的年數(shù)，即林分從形成到終止的年數(shù)，其中不考慮樹種結(jié)構(gòu)的變化，例如一個以馬尾松Pinus m assoniana為優(yōu)勢的林分逐步演替成以闊葉樹種為優(yōu)勢的林分，就不視為終止，因為作為一個森林生態(tài)系統(tǒng)它始終存在。盧金寶等[25]討論了浙江省東西部林木的持久性及樹種結(jié)構(gòu)的變化問題，得出了一些符合實際的結(jié)論。林木持久性和林分持久性雖然都和森林的穩(wěn)定性密切相關(guān)，但兩者并不完全具有一致性。林木持久性低，但只要林木更新足夠快，林分還是能夠持續(xù)的。林木持久性討論的是林木個體，林分持久性討論的是林分整體。本研究基于林分存續(xù)期數(shù)學(xué)期望（MESD）這一指標(biāo)對浙江省東西部25 年間的喬木林持久性進(jìn)行時空分異對比研究，分析不同優(yōu)勢樹種組的喬木林持久性在時間和空間上的演變規(guī)律及差異，并與盧金寶等的林木持久性研究結(jié)果進(jìn)行對比。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)概況

浙江省位于中國大陸東南沿海，陸域面積有10.55 萬km2，其中山地丘陵占70.4%，地形起伏較大。屬亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候區(qū)，降水充沛，空氣濕潤。自然植被以常綠闊葉林為典型植被，但由于人類的長期活動，自然植被除常綠闊葉林外，還有針葉林、針闊混交林、常綠-落葉闊葉混交林、落葉闊葉林、竹林等。根據(jù)2019 年的浙江省森林資源與生態(tài)狀況年度監(jiān)測結(jié)果，全省森林覆蓋率為61.15%，森林面積為607.88 萬hm2，其中喬木林為432.15 萬hm2，占森林面積的71.1%。喬木林中針葉林為142.26 萬hm2、闊葉林為215.97 萬hm2、針闊混交林為73.92 萬hm2，分別占32.9%、50.0%和17.1%。全省喬木林單位面積蓄積量為83.51 m3·hm-2。

臺州市和衢州市分別位于浙江省的東部和西部，面積分別為10 050.43 km2和8 844.79 km2，森林覆蓋率分別為61.37%和69.62%，戶籍總?cè)丝诜謩e為606.64 萬人和257.63 萬人。2019 年，臺州市實現(xiàn)GDP 為5 134.05億元，衢州市為1 573.51 億元，人均GDP 分別為84 630 元和61 066 元。兩地都以丘陵山地為主，森林資源都比較豐富，樹種林相等森林特征也大體相似。兩地除臺州市受海洋性氣候影響更大以外，自然條件比較接近。但兩地經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平有一定差異，東部的臺州市相對發(fā)達(dá)，西部的衢州市相對欠發(fā)達(dá)，在經(jīng)濟(jì)上能較好地代表浙江省的東部和西部。

1.2 數(shù)據(jù)來源

研究數(shù)據(jù)來自浙江省森林資源連續(xù)清查喬木林固定樣地復(fù)位調(diào)查數(shù)據(jù)，調(diào)查年度分別為1994、1999、2004、2009、2014 和2019 年。每相鄰兩次調(diào)查（復(fù)查）組成一個“階段”，共5 個階段，分別為1994—1999 年、1999—2004 年、2004—2009 年、2009—2014 年和2014—2019 年，每一個階段中前面的年份為該階段的前期，后面的為該階段的后期。

樣地以全省為總體，以機械抽樣方式統(tǒng)一布點，每個樣地面積為3 km（南北向）×4 km（東西向）。1994、1999 和2004 年，為了檢驗樣地是否受到人為因素影響，每次調(diào)查進(jìn)行了1/3 樣地的移動（造成相鄰兩次調(diào)查只有2/3 的樣地復(fù)位），2004 年以后保持不變。所以1994—1999 年、1999—2004 年兩個階段的總復(fù)位樣地數(shù)量（包括非林地等）相當(dāng)于后面三個階段的2/3。表1 中從第3 階段開始樣地數(shù)量和樣木數(shù)量突然增加主要就是這個原因。每個樣地均為正方形，邊長為28.28 m，面積為800 m2，遵循國家森林資源連續(xù)清查技術(shù)規(guī)定，對樣地內(nèi)胸徑≥5.0 cm 的林木進(jìn)行每木檢尺，記錄立木類型（林木、散生木、四旁樹等）、檢尺類型（保留木、采伐木、進(jìn)界木等）、樹種和胸徑等內(nèi)容。根據(jù)每個階段前期的樣地優(yōu)勢樹種將樣地分為松林（包括馬尾松Pinus massoniana、濕地松P.elliotti、火炬松P.taeda、黑松P.thunbergii、黃山松P.taiwanensis等）、杉木Cunninghamia lanceolate林、闊葉林（木荷Schima s uperba、栲Castanopsis f argesii、樟Cinnamomum c amphora、青岡Cyclobalanopsis gl auca、苦櫧Castanopsis s clerophylla、甜櫧C.eyrei、槭屬樹種Acersp.、楓香樹Liquidambar formosana、檫木Sassafras tzumu等）3 個優(yōu)勢樹種組（以下簡稱樹種組），在此基礎(chǔ)上進(jìn)行喬木林持久性研究。一個樣地在一個階段的前期屬于某個樹種組，在下一階段有可能屬于另一個樹種組。具體樣地數(shù)據(jù)見表1。

表1 各階段樣地數(shù)統(tǒng)計Table 1 Numbers of permanent sample plots at each stage

1.3 喬木林持久性定量分析方法

本研究用林分存續(xù)期數(shù)學(xué)期望來衡量喬木林的持久性，數(shù)學(xué)期望越大持久性越強。林分存續(xù)期表示林分形成（達(dá)到喬木林的標(biāo)準(zhǔn)）以后作為一個森林生態(tài)系統(tǒng)不中斷存在的年數(shù)[24]。一個林分因為被采伐或遭受嚴(yán)重自然災(zāi)害，使得森林生態(tài)系統(tǒng)功能完全喪失或遭到重大破壞，就被認(rèn)為是“中斷”。林分存續(xù)期在現(xiàn)實中不容易調(diào)查，尤其是天然林。一個林分要是能保持同一類型（同一樹種組成）不變，或者其林木能夠穩(wěn)定地進(jìn)行自然生長、自然枯死，進(jìn)行正常的森林演替，可以認(rèn)為這個林分是持續(xù)的。本文利用喬木林固定樣地復(fù)位調(diào)查數(shù)據(jù)通過理論計算獲得林分存續(xù)期的數(shù)學(xué)期望。樣地前后期調(diào)查之間“中斷”的界定為：地類改變了的樣地（即從喬木林改變?yōu)椴煞ホE地、非林地等）、采伐或枯死強度大的樣地。對于采伐或枯死強度大的樣地又分兩種情況：（1）樣地中從前期到后期被采伐或枯死了的林木蓄積量大于50%視為中斷（以下簡稱情況1）；（2）從前期到后期被采伐或枯死的林木蓄積量在50%以上，但仍達(dá)到國家森林資源連續(xù)清查技術(shù)規(guī)定的喬木林標(biāo)準(zhǔn)的，不視為中斷，即認(rèn)為這樣的森林生態(tài)系統(tǒng)雖遭到了嚴(yán)重的破壞，但在較短時間內(nèi)仍可能恢復(fù)（以下簡稱情況2）。

林分存續(xù)期數(shù)學(xué)期望的計算方法和過程如下[24-25]：

（1）復(fù)查間隔期林分保存率的計算。設(shè)前期有n1L個喬木林樣地，后期依然為喬木林（沒有中斷）的有n2L個，則復(fù)查間隔期喬木林保存率（pΔAL）為：

式中，ΔA為復(fù)查間隔期，本研究為5 a。

（2）林分年度保存率的計算。將復(fù)查間隔期林分保存率轉(zhuǎn)化為年度保存率（PL）：

2 結(jié)果與分析

根據(jù)公式（1）至公式（3）計算林分存續(xù)期數(shù)學(xué)期望。各階段的復(fù)查間隔期均為5 a，5 個階段的林分存續(xù)期數(shù)學(xué)期望反映了浙江省東西部喬木林持久性在1994—2019 年這25 年間的變化情況。浙江省東部25 年來的林分存續(xù)期數(shù)學(xué)期望計算結(jié)果見表2，西部的計算結(jié)果見表3。

2.1 浙江省東部25 年喬木林持久性變化

由表2 可知，情況1 有2 處數(shù)學(xué)期望不存在，情況2 則有3 處數(shù)學(xué)期望不存在。以下數(shù)學(xué)期望不存在的喬木林不參與討論。25 年來，對于情況1，東部松林的林分存續(xù)期數(shù)學(xué)期望為20.23～ 31.83 a，杉木林的為29.18～ 162.99 a，闊葉林的為15.37～ 202.99 a；對于情況2，松林的林分存續(xù)期數(shù)學(xué)期望為38.50～ 302.99 a，杉木林的為47.96～ 162.99 a，闊葉林的為32.94～ 408.00 a。因為情況2 的限制比情況1 的要寬，所以情況2 的數(shù)學(xué)期望要大于（或等于）情況1 的。無論哪種情況，松林都呈現(xiàn)出隨著時間的推移，持久性越來越強的趨勢。杉木林的持久性表現(xiàn)較為復(fù)雜，在3 個樹種組中，有時較高有時較低。闊葉林的持久性總體較強，尤其在最近1 個階段（2014—2019 年）。對于情況1 而言，浙江省東部喬木林持久性在25 年間的平均水平大致是闊葉林 >杉木林 >松林；對于情況2 而言，大致是闊葉林 >松林 >杉木林。

2.2 浙江省西部25 年喬木林持久性變化

由表3 可知，情況1 有1 處數(shù)學(xué)期望不存在，情況2 則有2 處數(shù)學(xué)期望不存在，均發(fā)生在闊葉林。從情況1來看，西部松林的林分存續(xù)期數(shù)學(xué)期望為11.25～ 27.09 a，杉木林的為13.40～ 34.37 a，闊葉林的為22.91～ 120.48 a；從情況2 來看，松林的林分存續(xù)期數(shù)學(xué)期望為15.79～ 56.30 a，杉木林的為21.24～ 72.97 a，闊葉林的為22.91～ 155.49 a。松林的持久性在前3 個階段都不高，在后2 個階段才有升高的趨勢。杉木林的持久性在第4 階段時最差，而在第5 階段時最強，在5 個階段中表現(xiàn)出升高降低再升高的趨勢。闊葉林的持久性在第1 階段時最差，在后面幾個階段表現(xiàn)出先升高后降低再升高的趨勢，這個規(guī)律與浙江省東部闊葉林的持久性大致相同。

2.3 浙江省東西部25 年喬木林持久性變化對比

浙江省東西部25 年來3 個樹種組的持久性變化情況見表2 和表3。從表2 和表3 中可以看出，不管是松林、杉木林還是闊葉林，東部的喬木林分持久性總體上強于西部喬木林分的，且差距明顯，而且25 年來，差距并沒有縮小。原因可能是西部以山區(qū)為主，人為活動頻繁，對森林的干擾強度大，而東部大多處于沿海地區(qū)，人為活動相比西部較少，對森林的干擾不大。

未區(qū)分樹種組的計算結(jié)果見圖1 和表4。從總體上反映了浙江省東、西部森林25 年間喬木林持久性的變化情況。從圖1、表4 可以看出，25 年來，對于情況1，東部喬木林林分存續(xù)期數(shù)學(xué)期望在24.03～ 64.04 a，西部喬木林林分存續(xù)期數(shù)學(xué)期望在17.89～ 40.01 a；對情況2，東部喬木林林分存續(xù)期數(shù)學(xué)期望在44.96～ 229.24 a，西部喬木林林分存續(xù)期數(shù)學(xué)期望在27.93～ 62.97 a。東部喬木林的持久性在25 年間均強于西部，并且在25 年中，隨著時間推移，東、西部喬木林的持久性差距在逐漸變大。從圖1 還可以看出，東、西部的喬木林持久性均呈現(xiàn)出從第1 階段到第2 階段升高，第2 到第3 階段降低，第3 階段開始持續(xù)升高的趨勢。

表4 浙江省東、西部25 年林分存續(xù)期數(shù)學(xué)期望變化情況（未區(qū)分樹種組）Table 4 MESD changes in the eastern and western of Zhejiang Province in 25 years (no distinction of dominant species groups)

圖1 浙江省東西部喬木林25 年林分存續(xù)期數(shù)學(xué)期望變化Figure 1 Changes in MESD in the east and the west of Zhejiang Province in 25 years

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

本文從林分存續(xù)期數(shù)學(xué)期望角度入手，定量分析了浙江省東、西部兩個設(shè)區(qū)市臺州市和衢州市喬木林分25年（1994—2019 年）間的持久性變化情況，得到如下結(jié)論：

（1）25 年間，對于情況1，東部松林的林分存續(xù)期數(shù)學(xué)期望為20.71～ 31.83 a，杉木林的為29.18～ 162.99 a，闊葉林的為15.37～ 202.99 a。對于情況2，松林的林分存續(xù)期數(shù)學(xué)期望為38.50～ 302.99 a，杉木林的為47.96～ 162.99 a，闊葉林的為32.94～ 408.00 a。無論哪種情況，松林的持久性整體最差，但松林呈現(xiàn)出隨著時間的推移，持久性增強的趨勢。闊葉林的持久性總體最強，尤其最近1 個階段（2014—2019 年）。

（2）25 年間，對于情況1，西部松林的林分存續(xù)期數(shù)學(xué)期望為11.25～ 27.09 a，杉木林的為13.40～ 34.37 a，闊葉林的為22.91～ 120.48 a；對于情況2，松林的林分存續(xù)期數(shù)學(xué)期望為15.79～ 56.30 a，杉木林的為21.24～ 72.97 a，闊葉林的為22.91～ 155.49 a。松林的持久性整體最差，但也有隨著時間推移增強的趨勢，雖沒有東部明顯。闊葉林的持久性相對最強，尤其近年，這個規(guī)律與東部大致相同。

（3）25 年間，不論哪種情況，不管是松林、杉木林還是闊葉林，東部的喬木林持久性總體上強于西部的，差距明顯。如果不分樹種組，對于情況1，東部森林的林分存續(xù)期數(shù)學(xué)期望在24.03～ 64.04 a 之間，西部的在17.89～ 40.01 a之間；對于情況2，東部森林的林分存續(xù)期數(shù)學(xué)期望在44.96～ 229.24 a之間，西部的在27.93～ 62.97 a 之間。

（4）無論東部還是西部，不分樹種組，喬木林持久性總體都在隨著時間推移而增強。

（5）本文的結(jié)論大體上與盧金寶等[25]的類似。但也有不同的地方，例如最近一個階段的松林，盧金寶的結(jié)果是東部的林木持久性明顯低于西部，而前一個階段只是略高于西部，而本文的結(jié)果正好相反，兩種情況都是東部明顯高于西部，前一個階段也是。還有，所有樹種持久性的絕對數(shù)值，林分的要明顯高于林木的。

3.2 討論

無論浙江東部還是西部，闊葉林的持久性都是3 個樹種組中最強的。這體現(xiàn)了浙江省多年來強調(diào)闊葉林保護(hù)以及推行“針改闊”措施的成效，也與松材線蟲病對松林的危害有關(guān)。

在東部，松林的持久性明顯隨著時間推移在增強，西部雖然沒有那么明顯，但也有這個趨勢。松林易受松材線蟲病的危害，而且近年來危害還在持續(xù)，直觀上看，松林的持久性應(yīng)該隨著時間推移而降低，但事實正好相反。究其原因可能有三個：第一個原因是本研究在每個階段劃分樹種組時，依據(jù)的是前期優(yōu)勢樹種，一個樣地前期優(yōu)勢樹種是松類，后期可能不是了，有可能變成了闊葉類。由于松材線蟲病的危害，或者針葉林改為闊葉林的影響，導(dǎo)致松類林木減少，在林分中騰出了空間，為闊葉林木的生長提供了條件，闊葉樹種逐漸占據(jù)優(yōu)勢。雖然出現(xiàn)了較多林木的替換，但林分作為生態(tài)系統(tǒng)并未中斷，這種變化還是屬于演替，而不是中斷。松材線蟲病和“針改闊”促進(jìn)了森林的演替。所以松林的持久性雖然在增強，但并不能說明松林的林分也在增加。從表1 中可以看出，無論東部還是西部，后3 個階段松林的樣地數(shù)量明顯下降（前2 個階段因為1/3 樣地移動造成總樣地數(shù)與后面3 個階段不同，不具可比性），而闊葉林樣地在后3 個階段快速增加，這說明部分松林樣地演替成了闊葉林；第二個原因可能是由于松材線蟲病的蔓延，劃為疫區(qū)的范圍在擴大，劃為疫區(qū)后，松類的商業(yè)性采伐被禁止；第三個原因可能是松材線蟲病的防治取得了越來越好的成果。松林的持久性雖然在增強，但相比闊葉林，持久性差很多，因為部分松林尤其松林純林，在嚴(yán)重遭受松材線蟲病危害后可能中斷了。本文沒有就以上三種情況進(jìn)行實地查證，下一步研究可以對比理論計算結(jié)果實地調(diào)查情況，更準(zhǔn)確地進(jìn)行分析研究。

東部的喬木林持久性整體強于西部，原因可能是東部的經(jīng)濟(jì)強于西部，西部經(jīng)濟(jì)對木材的依賴程度高于東部，對森林的干擾相對較大。不分樹種組，東、西部喬木林持久性總體都在隨著時間推移而增強，體現(xiàn)了浙江省越來越重視森林生態(tài)保護(hù)和建設(shè)。

林木的持久性與林分的持久性在多數(shù)情況下具有類似的趨勢，但兩者并不完全一致，林木持久性差的如果更新快，林分的持久性依然可能高，反過來林木持久性高，但如果更新能力很差，則林分的持久性也有可能不是很高。所以從不同角度進(jìn)行分析是有意義的。