基于碳密度的西藏人工林分类区划

刘金山，张 蓓

(国家林业和草原局中南调查规划设计院，长沙 410014)

人工林综合分区是林地资源可持续利用和分析研究林地利用动态变化的基础和依据，可以反映林地利用的地域差异特征[1]，揭示各分区的人工林类型以及结构、特点与利用方向，指明各分区合理开发利用林地资源的对策和措施，有助于充分发挥各分区的优势，强化各分区之间的协作与分工，以适应区域、资源、产业的协调发展。基于碳密度的人工林分区，旨在通过对碳密度及影响碳密度的人工林种植结构、生长状况、固碳状况进行综合分析，掌握碳密度区域分布规律及不同区域的碳增长潜力。

综合分区分析方法有多种，主要有叠置法、聚类分析法和判别分析法、主成分法等。本研究选择相关人工林分布与生长指标，运用系统聚类分析法[2]，尝试对西藏人工林资源分布情况进行分类，在分类的基础上考虑自然条件差异、流域分布、森林资源分布等情况，对人工林进行空间分区，进而探讨人工林分类分区管理对策，以期对西藏人工林资源宏观管理提供思路和借鉴。

1 数据与方法

1.1 基础数据

基础数据为2012—2013年西藏自治区森林资源规划设计调查数据，包括地类、树种、单位蓄积、林龄等。

1.2 研究方法

1)人工林平均年龄计算[3]。

(1)

2)平均碳密度计算。碳密度是指单位面积植被储存的有机碳的数量，是反映生态系统碳存储能力的重要指标之一，作为估算生态系统碳储量和研究生态系统与大气碳交换的重要参数，其准确估算是判定碳汇、制定缓解气候变化合理政策措施的重要依据[4]。

(2)

3)指标选择。聚类分析的基本思路是对各县(区)选取多个观测指标，具体找出一些能够度量区域之间相似程度的统计量，并依据这些统计量将样本合并成小类并逐步合并，直至将其聚合完毕。综合分区指标的选取是否合理直接影响到聚类分析的结果。因此，在选取碳密度相关指标时，既要与碳密度、碳汇息息相关，又要坚持各单元在资源条件和环境条件上具有区域内最大相似性和区域外最小相似性的原则。人工林碳密度与温度、降水、光照等气候条件及林分的生长发育阶段息息相关[5]。综合分析西藏植被生长状况，水热条件充足的地区，植被覆盖度较高，乔木林、灌木林等所占比例和乔木林蓄积量较大；而水热条件不足的地区，无立木林地、宜林地、牧地、未利用地等地类所占比例相对较高。以针对性、层次性、全面性及可操作性作为指标选择的出发点，选定了人工乔木林、人工灌木林、未成林造林地、无立木林地、宜林地面积比例、人工林平均年龄、人工林平均碳密度作为分类指标。详见表1。

4)数据标准化处理。为了消除不同量纲对评价结果的影响，需进行指标的标准化处理。本文将7个指标的原始数据采取标准差标准化方法在SPSS 21.0 中进行数据标准化处理。

5)聚类过程和方法。应用软件SPSS 21.0，利用标准化后数据，以欧式距离平方作为距离测度方法，以

表1 聚类分析指标一览表指标类型具体指标说明资源数量X1: 人工乔木林比例X2: 人工灌木林比例人工林资源数量及植被类型情况后备资源X3: 未成林造林地比例后备资源情况可发展资源X4: 宜林地比例X5: 无立木林地比例可用于造林用地的数量资源质量X6: 人工林平均年龄X7: 人工林平均碳密度人工林生长阶段及质量状况

离差平方和法(Ward 法)进行聚类(Q 型聚类)，采用聚类分析法对西藏60个有人工林分布的县(区)进行分析。

2 结果与分析

2.1 聚类结果

从聚类图谱(图1)看出，可以将60个人工林分布县分为5大类。

2.2 类型特征

从表2、表3 可知：

第Ⅰ类地区是人工林的重点发展区及重要分布区，人工乔木林面积比例达2.26%，人工林平均年龄与碳密度分别达13.01 a与21.23 t/hm2，人工林数量与质量指标均为西藏主要分布区域；此外，还有占国土面积2.45%的宜林地可发展造林，造林后备土地资源充足。

第Ⅱ类地区水热条件较好，但区域内人工林比例及生长状况、宜林地比例存在一定差异；人工林生长相对良好，人工林平均年龄与碳密度分别为11.79 a和14.43 t/hm2，略低于第Ⅰ类地区；宜林地面积相对较少，会在一定程度上制约人工林的发展，可在水热条件较好区域实施封山育林、人工促进天然更新等措施，增加森林碳储量。

第Ⅲ类地区人工乔木林面积比例、人工林平均年龄与碳密度均处于中等水平，宜林地面积比例为2.14%，表明有充足的发展人工林的土地后备资源，但需发展营造林技术，挖掘水热利用潜力，以提高碳密度。

第Ⅳ类地区人工乔木林数量较少，生长较慢，生物质碳累积速度缓慢；人工灌木林种植比例较高，是西藏种植灌木林的集中区域。

图1 人工林分布县聚类图

表2 人工林综合分区范围分区类型分区范围Ⅰ城关区、曲水县、达孜区、乃东区、扎囊县、贡嘎县、桑珠孜区Ⅱ林周县、堆龙德庆区、桑日县、曲松县、洛扎县、加查县、隆子县、康马县、亚东县、巴宜区、墨脱县、米林县Ⅲ卡若区、贡觉县、类乌齐县、察雅县、芒康县、琼结县、拉孜县、白朗县、聂拉木县、朗县Ⅳ尼木县、墨竹工卡县、江孜县、定结县Ⅴ当雄县、江达县、丁青县、八宿县、左贡县、洛隆县、边坝县、措美县、错那县、浪卡子县、南木林县、定日县、萨迦县、昂仁县、谢通门县、仁布县、嘉黎县、比如县、索县、巴青县、普兰县、札达县、噶尔县、日土县、工布江达县、波密县、察隅县

表3 不同区域各评价指标的平均值分区类型数量X1/%X2/%X3/%X4/%X5/%X6/ aX7/ (t/hm2)Ⅰ72.260.130.401.422.4513.0121.23Ⅱ120.310.020.180.130.5811.7914.43Ⅲ100.270.020.180.212.149.9010.73Ⅳ40.330.290.030.080.427.906.38Ⅴ270.070.010.040.050.496.293.76

第Ⅴ类地区人工林分布面积最少，人工林平均年龄与碳密度也处于最低水平，碳密度仅相当于第Ⅰ类地区的1/6。

3 讨论与结论

由前述分析可以看出，人工林碳密度大的区域，

平均林龄大，且人工乔木林所占比例高，这与我们之前的研究结果相一致[6-7]。以县(区)为单位，分析林分碳密度的影响因素，包括人工乔木林、天然乔木林、灌木林、无立木林地、宜林地、牧地、未利用地、未成林造林地等面积比例，天然林公顷蓄积量，人工林平均年龄。以碳密度为因变量，通过不同因子的组合进行多元线性逐步回归，结果表明，影响碳密度的主要因素为人工林平均年龄、人工乔木林面积比例、天然乔木林面积比例，碳密度与三个自变量均存在正相关关系，即随着自变量的增加而增加，数学关系式为：

6.360

西藏营造人工林的92.97%为防护林及特种用途林[8]，以生态防护功能为主要目的的人工林多为财政资金安排种植，因此西藏人工林的种植面积、种植结构多以行政单位统一规划。通过聚类分析对西藏人工林碳密度情况进行分类，并在此基础上提出的分类分区管理对策，不仅对现阶段西藏人工林的宏观管理有一定的指导作用，而且也可以在一定程度上为人工林碳汇的分类分区管理提供思路。但是，西藏广袤的土地上植被生长存在水平和海拔方向上的差异，用县级单位的人工林平均水平无法反映该县(区)的全部情况，在具体造林布局时应结合经度、纬度、海拔等自然地理情况及水热条件等气候条件进行综合分析。