浙江省东西部25 年乔木林持久性对比研究

卢金宝，邵华亮，金鑫，王绍平，王剑武，谢秉楼，吴伟志

（1.台州市黄岩区林业局，浙江 台州 318020；2.江山市林业局，浙江 江山 324100；3.浙江省森林资源监测中心，浙江 杭州 310020）

森林稳定性是指森林资源受干扰后保持原有状态的能力，包括森林生态系统的抵抗力、恢复力、持久性和变异性，是衡量森林生态系统功能动态平衡的综合指标[1,2]。森林稳定性不仅影响着林木之间的竞争及能量、物质交互，对森林中的物种多样性起着重要的作用，更是森林发挥生态效益的前提[3-5]。研究森林稳定性对于森林生态保护、森林经营管理工作具有重要意义[6-7]。

目前，针对稳定性的研究对象主要集中在湿地[8]、森林[9]等具有自然和人工复合特征的生态系统，且研究内容主要是关于群落的稳定性[10-11]、景观结构的稳定性[7,12-13]、生态系统的稳定性[14]，这些研究在区域尺度的生态系统整体稳定性评价上作出了贡献，但是对于局部地区的林分稳定性定性评价仍然具有一定的局限性。同时，森林稳定性受到多种因素的干扰，包括生物多样性导致的物种之间的竞争关系和生存关系[15-17]以及自然生长环境和人为经营措施等[18-19]，多重因子作用使森林稳定性在时间和空间上产生较大差异，分析森林稳定性时空间异质性规律及其影响机制能为区域森林资源管理提供一定的科学依据[20-23]。

持久性是森林稳定性的重要表现特征之一，森林具有良好的持久性是其发挥森林生态、经济和社会效益的前提[23]。应宝根等[24]提出的林分存续期数学期望和林木存续期数学期望两个指标从林分和林木两个层面上对森林持久性进行定量评估，从一个新的角度对森林稳定性进行了衡量，研究结果符合实际情况和经营预期，对于评价森林稳定性具有一定的意义。

林木存续期指林木自进界后到死亡（采伐）的年数。所谓林分存续期，是指一个林分达到林分标准后，作为一个生态系统能够持续存在的年数，即林分从形成到终止的年数，其中不考虑树种结构的变化，例如一个以马尾松Pinus m assoniana为优势的林分逐步演替成以阔叶树种为优势的林分，就不视为终止，因为作为一个森林生态系统它始终存在。卢金宝等[25]讨论了浙江省东西部林木的持久性及树种结构的变化问题，得出了一些符合实际的结论。林木持久性和林分持久性虽然都和森林的稳定性密切相关，但两者并不完全具有一致性。林木持久性低，但只要林木更新足够快，林分还是能够持续的。林木持久性讨论的是林木个体，林分持久性讨论的是林分整体。本研究基于林分存续期数学期望（MESD）这一指标对浙江省东西部25 年间的乔木林持久性进行时空分异对比研究，分析不同优势树种组的乔木林持久性在时间和空间上的演变规律及差异，并与卢金宝等的林木持久性研究结果进行对比。

1 研究方法

1.1 研究区概况

浙江省位于中国大陆东南沿海，陆域面积有10.55 万km2，其中山地丘陵占70.4%，地形起伏较大。属亚热带季风湿润气候区，降水充沛，空气湿润。自然植被以常绿阔叶林为典型植被，但由于人类的长期活动，自然植被除常绿阔叶林外，还有针叶林、针阔混交林、常绿-落叶阔叶混交林、落叶阔叶林、竹林等。根据2019 年的浙江省森林资源与生态状况年度监测结果，全省森林覆盖率为61.15%，森林面积为607.88 万hm2，其中乔木林为432.15 万hm2，占森林面积的71.1%。乔木林中针叶林为142.26 万hm2、阔叶林为215.97 万hm2、针阔混交林为73.92 万hm2，分别占32.9%、50.0%和17.1%。全省乔木林单位面积蓄积量为83.51 m3·hm-2。

台州市和衢州市分别位于浙江省的东部和西部，面积分别为10 050.43 km2和8 844.79 km2，森林覆盖率分别为61.37%和69.62%，户籍总人口分别为606.64 万人和257.63 万人。2019 年，台州市实现GDP 为5 134.05亿元，衢州市为1 573.51 亿元，人均GDP 分别为84 630 元和61 066 元。两地都以丘陵山地为主，森林资源都比较丰富，树种林相等森林特征也大体相似。两地除台州市受海洋性气候影响更大以外，自然条件比较接近。但两地经济发展水平有一定差异，东部的台州市相对发达，西部的衢州市相对欠发达，在经济上能较好地代表浙江省的东部和西部。

1.2 数据来源

研究数据来自浙江省森林资源连续清查乔木林固定样地复位调查数据，调查年度分别为1994、1999、2004、2009、2014 和2019 年。每相邻两次调查（复查）组成一个“阶段”，共5 个阶段，分别为1994—1999 年、1999—2004 年、2004—2009 年、2009—2014 年和2014—2019 年，每一个阶段中前面的年份为该阶段的前期，后面的为该阶段的后期。

样地以全省为总体，以机械抽样方式统一布点，每个样地面积为3 km（南北向）×4 km（东西向）。1994、1999 和2004 年，为了检验样地是否受到人为因素影响，每次调查进行了1/3 样地的移动（造成相邻两次调查只有2/3 的样地复位），2004 年以后保持不变。所以1994—1999 年、1999—2004 年两个阶段的总复位样地数量（包括非林地等）相当于后面三个阶段的2/3。表1 中从第3 阶段开始样地数量和样木数量突然增加主要就是这个原因。每个样地均为正方形，边长为28.28 m，面积为800 m2，遵循国家森林资源连续清查技术规定，对样地内胸径≥5.0 cm 的林木进行每木检尺，记录立木类型（林木、散生木、四旁树等）、检尺类型（保留木、采伐木、进界木等）、树种和胸径等内容。根据每个阶段前期的样地优势树种将样地分为松林（包括马尾松Pinus massoniana、湿地松P.elliotti、火炬松P.taeda、黑松P.thunbergii、黄山松P.taiwanensis等）、杉木Cunninghamia lanceolate林、阔叶林（木荷Schima s uperba、栲Castanopsis f argesii、樟Cinnamomum c amphora、青冈Cyclobalanopsis gl auca、苦槠Castanopsis s clerophylla、甜槠C.eyrei、槭属树种Acersp.、枫香树Liquidambar formosana、檫木Sassafras tzumu等）3 个优势树种组（以下简称树种组），在此基础上进行乔木林持久性研究。一个样地在一个阶段的前期属于某个树种组，在下一阶段有可能属于另一个树种组。具体样地数据见表1。

表1 各阶段样地数统计Table 1 Numbers of permanent sample plots at each stage

1.3 乔木林持久性定量分析方法

本研究用林分存续期数学期望来衡量乔木林的持久性，数学期望越大持久性越强。林分存续期表示林分形成（达到乔木林的标准）以后作为一个森林生态系统不中断存在的年数[24]。一个林分因为被采伐或遭受严重自然灾害，使得森林生态系统功能完全丧失或遭到重大破坏，就被认为是“中断”。林分存续期在现实中不容易调查，尤其是天然林。一个林分要是能保持同一类型（同一树种组成）不变，或者其林木能够稳定地进行自然生长、自然枯死，进行正常的森林演替，可以认为这个林分是持续的。本文利用乔木林固定样地复位调查数据通过理论计算获得林分存续期的数学期望。样地前后期调查之间“中断”的界定为：地类改变了的样地（即从乔木林改变为采伐迹地、非林地等）、采伐或枯死强度大的样地。对于采伐或枯死强度大的样地又分两种情况：（1）样地中从前期到后期被采伐或枯死了的林木蓄积量大于50%视为中断（以下简称情况1）；（2）从前期到后期被采伐或枯死的林木蓄积量在50%以上，但仍达到国家森林资源连续清查技术规定的乔木林标准的，不视为中断，即认为这样的森林生态系统虽遭到了严重的破坏，但在较短时间内仍可能恢复（以下简称情况2）。

林分存续期数学期望的计算方法和过程如下[24-25]：

（1）复查间隔期林分保存率的计算。设前期有n1L个乔木林样地，后期依然为乔木林（没有中断）的有n2L个，则复查间隔期乔木林保存率（pΔAL）为：

式中，ΔA为复查间隔期，本研究为5 a。

（2）林分年度保存率的计算。将复查间隔期林分保存率转化为年度保存率（PL）：

2 结果与分析

根据公式（1）至公式（3）计算林分存续期数学期望。各阶段的复查间隔期均为5 a，5 个阶段的林分存续期数学期望反映了浙江省东西部乔木林持久性在1994—2019 年这25 年间的变化情况。浙江省东部25 年来的林分存续期数学期望计算结果见表2，西部的计算结果见表3。

2.1 浙江省东部25 年乔木林持久性变化

由表2 可知，情况1 有2 处数学期望不存在，情况2 则有3 处数学期望不存在。以下数学期望不存在的乔木林不参与讨论。25 年来，对于情况1，东部松林的林分存续期数学期望为20.23～ 31.83 a，杉木林的为29.18～ 162.99 a，阔叶林的为15.37～ 202.99 a；对于情况2，松林的林分存续期数学期望为38.50～ 302.99 a，杉木林的为47.96～ 162.99 a，阔叶林的为32.94～ 408.00 a。因为情况2 的限制比情况1 的要宽，所以情况2 的数学期望要大于（或等于）情况1 的。无论哪种情况，松林都呈现出随着时间的推移，持久性越来越强的趋势。杉木林的持久性表现较为复杂，在3 个树种组中，有时较高有时较低。阔叶林的持久性总体较强，尤其在最近1 个阶段（2014—2019 年）。对于情况1 而言，浙江省东部乔木林持久性在25 年间的平均水平大致是阔叶林 >杉木林 >松林；对于情况2 而言，大致是阔叶林 >松林 >杉木林。

2.2 浙江省西部25 年乔木林持久性变化

由表3 可知，情况1 有1 处数学期望不存在，情况2 则有2 处数学期望不存在，均发生在阔叶林。从情况1来看，西部松林的林分存续期数学期望为11.25～ 27.09 a，杉木林的为13.40～ 34.37 a，阔叶林的为22.91～ 120.48 a；从情况2 来看，松林的林分存续期数学期望为15.79～ 56.30 a，杉木林的为21.24～ 72.97 a，阔叶林的为22.91～ 155.49 a。松林的持久性在前3 个阶段都不高，在后2 个阶段才有升高的趋势。杉木林的持久性在第4 阶段时最差，而在第5 阶段时最强，在5 个阶段中表现出升高降低再升高的趋势。阔叶林的持久性在第1 阶段时最差，在后面几个阶段表现出先升高后降低再升高的趋势，这个规律与浙江省东部阔叶林的持久性大致相同。

2.3 浙江省东西部25 年乔木林持久性变化对比

浙江省东西部25 年来3 个树种组的持久性变化情况见表2 和表3。从表2 和表3 中可以看出，不管是松林、杉木林还是阔叶林，东部的乔木林分持久性总体上强于西部乔木林分的，且差距明显，而且25 年来，差距并没有缩小。原因可能是西部以山区为主，人为活动频繁，对森林的干扰强度大，而东部大多处于沿海地区，人为活动相比西部较少，对森林的干扰不大。

未区分树种组的计算结果见图1 和表4。从总体上反映了浙江省东、西部森林25 年间乔木林持久性的变化情况。从图1、表4 可以看出，25 年来，对于情况1，东部乔木林林分存续期数学期望在24.03～ 64.04 a，西部乔木林林分存续期数学期望在17.89～ 40.01 a；对情况2，东部乔木林林分存续期数学期望在44.96～ 229.24 a，西部乔木林林分存续期数学期望在27.93～ 62.97 a。东部乔木林的持久性在25 年间均强于西部，并且在25 年中，随着时间推移，东、西部乔木林的持久性差距在逐渐变大。从图1 还可以看出，东、西部的乔木林持久性均呈现出从第1 阶段到第2 阶段升高，第2 到第3 阶段降低，第3 阶段开始持续升高的趋势。

表4 浙江省东、西部25 年林分存续期数学期望变化情况（未区分树种组）Table 4 MESD changes in the eastern and western of Zhejiang Province in 25 years (no distinction of dominant species groups)

图1 浙江省东西部乔木林25 年林分存续期数学期望变化Figure 1 Changes in MESD in the east and the west of Zhejiang Province in 25 years

3 结论与讨论

3.1 结论

本文从林分存续期数学期望角度入手，定量分析了浙江省东、西部两个设区市台州市和衢州市乔木林分25年（1994—2019 年）间的持久性变化情况，得到如下结论：

（1）25 年间，对于情况1，东部松林的林分存续期数学期望为20.71～ 31.83 a，杉木林的为29.18～ 162.99 a，阔叶林的为15.37～ 202.99 a。对于情况2，松林的林分存续期数学期望为38.50～ 302.99 a，杉木林的为47.96～ 162.99 a，阔叶林的为32.94～ 408.00 a。无论哪种情况，松林的持久性整体最差，但松林呈现出随着时间的推移，持久性增强的趋势。阔叶林的持久性总体最强，尤其最近1 个阶段（2014—2019 年）。

（2）25 年间，对于情况1，西部松林的林分存续期数学期望为11.25～ 27.09 a，杉木林的为13.40～ 34.37 a，阔叶林的为22.91～ 120.48 a；对于情况2，松林的林分存续期数学期望为15.79～ 56.30 a，杉木林的为21.24～ 72.97 a，阔叶林的为22.91～ 155.49 a。松林的持久性整体最差，但也有随着时间推移增强的趋势，虽没有东部明显。阔叶林的持久性相对最强，尤其近年，这个规律与东部大致相同。

（3）25 年间，不论哪种情况，不管是松林、杉木林还是阔叶林，东部的乔木林持久性总体上强于西部的，差距明显。如果不分树种组，对于情况1，东部森林的林分存续期数学期望在24.03～ 64.04 a 之间，西部的在17.89～ 40.01 a之间；对于情况2，东部森林的林分存续期数学期望在44.96～ 229.24 a之间，西部的在27.93～ 62.97 a 之间。

（4）无论东部还是西部，不分树种组，乔木林持久性总体都在随着时间推移而增强。

（5）本文的结论大体上与卢金宝等[25]的类似。但也有不同的地方，例如最近一个阶段的松林，卢金宝的结果是东部的林木持久性明显低于西部，而前一个阶段只是略高于西部，而本文的结果正好相反，两种情况都是东部明显高于西部，前一个阶段也是。还有，所有树种持久性的绝对数值，林分的要明显高于林木的。

3.2 讨论

无论浙江东部还是西部，阔叶林的持久性都是3 个树种组中最强的。这体现了浙江省多年来强调阔叶林保护以及推行“针改阔”措施的成效，也与松材线虫病对松林的危害有关。

在东部，松林的持久性明显随着时间推移在增强，西部虽然没有那么明显，但也有这个趋势。松林易受松材线虫病的危害，而且近年来危害还在持续，直观上看，松林的持久性应该随着时间推移而降低，但事实正好相反。究其原因可能有三个：第一个原因是本研究在每个阶段划分树种组时，依据的是前期优势树种，一个样地前期优势树种是松类，后期可能不是了，有可能变成了阔叶类。由于松材线虫病的危害，或者针叶林改为阔叶林的影响，导致松类林木减少，在林分中腾出了空间，为阔叶林木的生长提供了条件，阔叶树种逐渐占据优势。虽然出现了较多林木的替换，但林分作为生态系统并未中断，这种变化还是属于演替，而不是中断。松材线虫病和“针改阔”促进了森林的演替。所以松林的持久性虽然在增强，但并不能说明松林的林分也在增加。从表1 中可以看出，无论东部还是西部，后3 个阶段松林的样地数量明显下降（前2 个阶段因为1/3 样地移动造成总样地数与后面3 个阶段不同，不具可比性），而阔叶林样地在后3 个阶段快速增加，这说明部分松林样地演替成了阔叶林；第二个原因可能是由于松材线虫病的蔓延，划为疫区的范围在扩大，划为疫区后，松类的商业性采伐被禁止；第三个原因可能是松材线虫病的防治取得了越来越好的成果。松林的持久性虽然在增强，但相比阔叶林，持久性差很多，因为部分松林尤其松林纯林，在严重遭受松材线虫病危害后可能中断了。本文没有就以上三种情况进行实地查证，下一步研究可以对比理论计算结果实地调查情况，更准确地进行分析研究。

东部的乔木林持久性整体强于西部，原因可能是东部的经济强于西部，西部经济对木材的依赖程度高于东部，对森林的干扰相对较大。不分树种组，东、西部乔木林持久性总体都在随着时间推移而增强，体现了浙江省越来越重视森林生态保护和建设。

林木的持久性与林分的持久性在多数情况下具有类似的趋势，但两者并不完全一致，林木持久性差的如果更新快，林分的持久性依然可能高，反过来林木持久性高，但如果更新能力很差，则林分的持久性也有可能不是很高。所以从不同角度进行分析是有意义的。