基于ArcGis的河北省柞樹面積和蓄積量空間分布規(guī)律

楊文姬，劉啟國 ，呂發(fā)，鄭家銀 ，李繡宏 ，楊新兵

(1.山合林(北京)水土保持技術(shù)有限公司，北京 100038；2.張家口市龐家堡林場；河北 張家口 076500；3.河北省木蘭圍場國有林場，河北 承德 068450；4.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，河北 保定 071000)

森林蓄積量是指一定森林面積上存在著的林木樹干部分的總材積。森林的蓄積量是森林生態(tài)系統(tǒng)的基本數(shù)量特征和重要指標(biāo)，研究樹種的蓄積量對了解森林資源總量、林分生產(chǎn)力和人工造林具有重要意義[1]。在自然界存在許多影響樹木分布的環(huán)境因子，例如水分、積溫、光照、地形、土壤等，各因子直接或間接影響植物生長、發(fā)育及生理代謝等，進(jìn)而影響樹木蓄積量的積累。付夢瑤等[2]發(fā)現(xiàn)分布在黃棕壤土、坡向西南、海拔700～1 300 m范圍內(nèi)的栓皮櫟(Quercusvariabilis)林分生長良好、生物量大。雷利平等[3]探明遼東櫟(Q.wutaishansea)幼苗和幼樹在林下陰坡生態(tài)位寬度大于陽坡。姜倩倩等[4]研究表明在海拔600～800 m范圍內(nèi)麻櫟(Q.acutissima)對降水和氣溫的響應(yīng)程度是陽坡大于陰坡。樊瑩等[5]發(fā)現(xiàn)長白山蒙古櫟(Q.mongolica)幼樹在海拔750～1 050 m內(nèi)年生長量會(huì)隨海拔上升而下降。眾多研究表明，柞樹分布和生長狀況受降水、氣溫、地形等因子影響，不同地區(qū)形成不同的分布規(guī)律。

柞樹，又名櫟樹、菜樹，是殼斗科櫟屬植物的一種通稱，在河北省內(nèi)廣泛分布，通常指蒙古櫟(Q.mongolica)、栓皮櫟、槲櫟(Q.aliena)、槲樹(Q.dentata)、遼東櫟等。柞樹根系發(fā)達(dá)，耐干旱、耐瘠薄、適應(yīng)性強(qiáng)，有很好的抗蝕保土作用[6]，柞樹樹干奇特蒼勁，樹形優(yōu)美多姿，枝繁葉茂，材質(zhì)堅(jiān)實(shí)，紋理細(xì)密，具有重要的生態(tài)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。本文基于ArcGis軟件，分析河北省11個(gè)地級(jí)市、不同林種、齡組、土壤類型等條件下柞樹蓄積量空間分布規(guī)律及其與地形因子的關(guān)系。

1 研究區(qū)概況

河北省位于113°27′—119°50′ E，36°05′—42°40′ N，地處華北，漳河以北，東臨渤海、內(nèi)環(huán)京津，西為太行山，北為燕山，燕山以北為張北高原，其余為華北平原，面積為18.88萬km2。有高原、山地、丘陵、平原、湖泊和海濱等地貌類型。屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，年均降水量484.5 mm，1月平均氣溫在3 ℃以下，7月平均氣溫18～27 ℃。截至2019年底，河北省森林面積達(dá)657萬hm2，森林覆蓋率35%。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本研究數(shù)據(jù)來源于河北省森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查數(shù)據(jù)(2016年)。柞樹蓄積量的計(jì)算公式采用河北省承德市林業(yè)局編寫的《山區(qū)柞樹一元立木材積表》。根據(jù)要求只選用胸徑≥5 cm的柞樹小班(共計(jì)21.60萬個(gè))。因衡水、滄州、廊坊3市柞樹林面積為零，所以在結(jié)果分析中沒有提及。

2.2 因子劃分

通過Arcgis10.5 提取坡向、坡度和海拔等地形因子，采用西安80坐標(biāo)系配準(zhǔn)相關(guān)數(shù)據(jù)。根據(jù)《森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查技術(shù)規(guī)程》(GB/T 26424-2010)，將齡組劃分為幼齡林、中齡林、近熟林、成熟林、過熟林；將坡向劃分為北坡(338～360°、0～22°)、東北坡(方位角23～67°)、東坡(68～112°)、東南坡(113～157°)、南坡(158～202°)、西南坡(203～247°)、西坡(248～292°)、西北坡(293～337°)、無坡向(<5°)；將坡度劃分為平坡(0～5°)、緩坡(6～15°)、斜坡(16～25°)、陡坡(26～35°)、急坡(36～45°)、險(xiǎn)坡(≥46°)；將海拔劃分為≤200、>200～400、>400～600、>600～800、>800～1 000、>1 000～1 200、>1 200～1 400和>1 400 m。

3 結(jié)果與分析

3.1 河北省不同地級(jí)市柞樹林分布規(guī)律

河北省柞樹林總面積為82.706 1萬hm2，總蓄積量2 349.103 7萬m3，單位蓄積量28.403 0 m3hm-2(見表1)。承德地區(qū)斑塊數(shù)量最多，柞樹林面積(55.227 6萬hm2)和蓄積量(1 474.317 1萬m3)均最大。由圖1可以看出，柞樹在河北省主要分布于東北部(秦皇島市)、北部(承德市)山地。8個(gè)地級(jí)市柞樹林單位蓄積量大小排序?yàn)椋盒吓_(tái)>石家莊>張家口>唐山>承德>邯鄲>保定>秦皇島。

表1 河北省不同地區(qū)柞樹林分布現(xiàn)狀

圖1 河北省柞樹林分布圖

3.2 不同土壤類型柞樹林分布規(guī)律

由表2可知，棕壤土分布的柞樹面積最大(49.398 2萬hm2)，占總面積的59.73%；褐土次之(28.190 8萬hm2)，水稻土最小(0.023 7萬hm2)。各土壤類型柞樹林單位蓄積量排序?yàn)椋豪踱}土>森林土>風(fēng)沙土>草甸土>棕壤土>褐土>粗骨土>潮土>水稻土。

表2 不同土壤類型柞樹林分布現(xiàn)狀

3.3不同齡組柞樹林分布規(guī)律

由表3可知，柞樹幼齡林面積最大(78.113 5萬hm2，占94.45%)，其次是中齡林、近熟林、過熟林，成熟林面積最小。柞樹各齡組單位面積蓄積量排序?yàn)椋航炝?中齡林>過熟林>成熟林>幼齡林。幼齡林單位蓄積量最小，但是分布面積最大，說明近年來新造或更新造林柞樹越來越多。

表3 不同齡組柞樹林分布現(xiàn)狀

3.4 柞樹林蓄積量與地形因子的關(guān)系

3.4.1 柞樹林蓄積量與坡向關(guān)系 將單位蓄積量與坡向進(jìn)行空間疊加，得到不同等級(jí)單位蓄積量在不同坡向的分布狀況(見表4)。不同坡向上柞樹面積大小排序?yàn)椋何鞅?東北>北>東>西>東南>西南>南>無坡向。柞樹集中分布在陰坡和半陰坡，由北坡向南坡面積呈遞減的趨勢。

表4 不同坡向不同等級(jí)單位面積蓄積量柞樹林面積 單位：hm2

3.4.2 柞樹林蓄積量與坡度的關(guān)系 將單位蓄積量與坡度進(jìn)行空間疊加，得到不同等級(jí)單位蓄積量沿不同坡度的分布狀況(見表5)。陡坡(26～35°)上柞樹分布面積最大(44.682 9萬hm2，占54.03%)，其次是斜坡(16～25°)。不同坡度上柞樹面積大小排序?yàn)椋?26～35°)>(16～25°)>(36～45°)>(6～15°)>(≥46°)>(0～5°)。

表5 不同坡度不同等級(jí)單位面積蓄積量柞樹林面積 單位：hm2

3.4.3 柞樹林蓄積量與海拔關(guān)系 將單位蓄積量與海拔進(jìn)行空間疊加，得到不同等級(jí)單位蓄積量沿不同海拔的分布狀況(見表6)。柞樹主要分布在海拔400～1 200 m山地，分布面積隨著海拔的升高快速增加，在海拔600～800 m達(dá)到峰值，后隨著海拔增加，柞樹分布面積緩慢減少。不同海拔柞樹面積由大到小依次為>600～800 m、>800～1 000 m、>1 000～1 200 m、>400～600 m、>1 200～1 400 m、>1 400 m、>200～400 m和≤200 m。

表6 不同海拔不同等級(jí)單位面積蓄積量柞樹林面積 單位：hm2

4 討論

齡級(jí)能反映林分的價(jià)值和生長潛力[7]。本研究發(fā)現(xiàn)柞樹幼齡林面積和蓄積量最大，其次是中齡林。原因可能是：一是人們過去沒有清楚地認(rèn)識(shí)到柞樹對環(huán)境保護(hù)、生態(tài)維持及修復(fù)的重要性，導(dǎo)致在過去的森林經(jīng)營中一直將柞樹作為改造對象，直到近些年情況才有所改善；二是缺少經(jīng)營管理，大部分柞樹林分生長不良，林下的天然更新過程受阻，林下幼苗處于不斷死亡和補(bǔ)充的動(dòng)態(tài)變化之中；三是部分柞樹林經(jīng)過經(jīng)營采伐后，在原址上出現(xiàn)了萌生林和次生林。這些與孟超[7]、許中旗[8]等發(fā)現(xiàn)柞樹在森林價(jià)值所占比重低的原因相似。河北省柞樹林整體年齡偏小，具有巨大的生長潛力和生態(tài)價(jià)值。

河北省柞樹多分布在土壤濕潤肥沃的陰坡、半陰坡區(qū)域，即西北、北、東北、東4個(gè)坡向相對較多，這與雷利平等[3]、徐鳳玲等[9]、王林等[10]發(fā)現(xiàn)陰坡更適合柞樹生長的結(jié)果一致。但是也有不同的結(jié)論，付夢瑤等[2]發(fā)現(xiàn)西南坡向栓皮櫟林分生物量大。孫耀清等[11]發(fā)現(xiàn)陽坡較適宜信陽地區(qū)麻櫟的生長，祝旭加等[12]發(fā)現(xiàn)牡丹江地區(qū)陽坡的蒙古櫟生長狀況最佳。造成這種現(xiàn)象主要原因是不同研究地域水熱條件不同。柞樹的生存所需的環(huán)境因素是恒定的，對環(huán)境因子耐受程度是有一定范圍的，而不同區(qū)域的水熱條件不同，故不同區(qū)域的柞樹生長環(huán)境存在差異。

河北省柞樹蓄積量隨著坡度增大先增后減，這與萬小亮等[13]對遼東地區(qū)蒙古櫟適生立地調(diào)查結(jié)果相似。在海拔600～1 000 m之后，柞樹(各等級(jí)單位蓄積量)面積會(huì)隨著海拔的升高呈不斷減少的趨勢，這與樊瑩等[14]研究結(jié)果一致。在適宜生境內(nèi)，隨著坡度和海拔的增大，柞樹單位蓄積量增大，主要是柞樹在低海拔、小坡度地區(qū)，受人類活動(dòng)(砍伐、整改、經(jīng)營管理)影響較大而致；在坡度、海拔越大的地區(qū)受種間競爭的影響大于人為干擾，同時(shí)在柞樹的長時(shí)間演化中，適應(yīng)了高海拔、大坡度的自然生境[15]，生長環(huán)境穩(wěn)定，林分生長良好，所以柞樹與坡度、海拔在一定范圍內(nèi)呈現(xiàn)出正相關(guān)的關(guān)系。

5 結(jié)論

河北省柞樹林總面積為82.706 2萬hm2，總蓄積量2 349.103 7萬m3，單位面積蓄積量28.4030 m3hm-2，幼齡林分布面積最大。分布最大的生長環(huán)境條件是棕壤土、陰坡和半陰坡上、陡坡(26～35°)、海拔400～1 200 m的山地。