甘肅省灌木林生物質資源分布特征分析

奚存娃，鞏金萍

（甘肅林業職業技術學院，甘肅天水 741020）

灌木林是森林資源的重要組成部分，據甘肅省2011 年森林資源清查，全省有灌木林360.79 萬hm2，占森林面積的71.10%，是有林地面積的1.33倍。在干旱半干旱地區，灌木林具有耗水量小、適應性強，耐干旱、耐鹽堿、耐風蝕、耐高寒，且具有很強的復壯更新和自然修復能力，成林年限短、成效快、成活率和保存率高等優于喬木林的特點，在生態環境脆弱地帶，其生態功能具有喬木林不可替代的作用。

甘肅省49.50%的地區屬于干旱半干旱地區，年降雨量在400 mm 以下的地區占全省土地面積的77.40%，灌木林資源在該區域的森林植被中占有十分重要的地位。充分認識和了解灌木林生物質資源現狀及分布特征值，對保護、發展、開發、利用具有十分重要的意義。

長期以來，人們對灌木林的認識、研究等都滯后于喬木林。灌木林生物量的研究大多數集中在個體及小區域內[1-15]，少有學者系統地研究大區域灌木林生物質資源的分布和儲存量。方精云等在1981—2000年中國陸地植被碳匯的估算中，取森林碳封存估算CSE（0.057）和草地CSE（0.015）的平均值（0.036）作為中國灌叢的CSE[16]；鞏文等用文獻統計方法對甘肅省灌木林資源進行了估測分析，但未能對全省灌木林種生物質區域分布進行探討[17-18]。本文利用2012 年完成的甘肅省森林二類資源清查灌木林資料，以及第8次森林資源連續清查數據，對其灌木林生物質資源分布特征進行分析，以便對灌木林生物質資源的開發利用提供基礎數據。

1 研究區概況

甘肅省位居長江、黃河上游，地處青藏、黃土、內蒙古3 大高原交匯地帶，也是西北干旱區、青藏高原區和東部季風區等3 大自然區域的交匯部位，介于北緯32°31'～42°57'、東經92°13'～108°46'之間，面積約44.97 萬km2。地勢自西南向東北傾斜，地形狹長，全省地貌可分為6 個區域：隴南山地、隴中黃土高原、甘南高原、河西走廊、祁連山地和北山山地，海拔大多在1 000 m以上,相對海拔高度4 600 m，地形相當復雜。氣候垂直帶分布變化明顯，包括亞熱帶濕潤區、暖溫帶濕潤區、溫帶半濕潤區、溫帶半干旱區、溫帶干旱區、暖溫帶干旱區、高寒半干旱區、高寒濕潤區。從南部白龍江河谷的亞熱帶，到北部祁連山海拔4 800 m 以上的寒帶，涵蓋了除熱帶以外地球上所有的氣候帶，從而造就了豐富的植物資源。據第8次森林資源清查，全省林業用地面積1 042.65萬hm2，森林面積271.91 萬hm2，灌木林面積360.79 萬hm2，森林蓄積量為24 054.88萬m3，森林覆蓋率為11.289%；有白龍江、洮河、祁連山、小隴山、子午嶺、大夏河等地的天然森林植被，又有廣布非林區的灌木林植被，森林資源種類豐富，但總量不足、分布不均是其森林分布的主要特點。

2 數據來源

數據取自甘肅省第8 次森林資源連續清查及其2012 年全省二類森林資源調查成果。二類森林資源調查，也稱森林資源規劃設計調查，是以國有林場、自然保護區、森林公園等森林經營單位或縣級行政區域為調查單位，以滿足森林經營方案、總體設計、林業區劃與規劃設計需要而進行的森林資源調查。其成果是建立或更新森林資源檔案，制定森林采伐限額，進行林業工程規劃設計和森林資源管理的基礎，也是制定區域國民經濟發展規劃和林業發展規劃，實行森林生態效益補償和森林資源資產化管理，指導和規范森林科學經營的重要依據。由于調查數據落實到每個山頭地塊，從而為分析研究提供了翔實的基礎資料。

為保證基礎數據的一致性，對二類調查的灌木林資源面積，利用2011 年第8 次森林資源連續清查成果，進行歸一化處理。

3 研究方法

單位生物量是研究各灌木林種生物質資源儲量的基礎，鑒于目前同一區域多種灌木林生物量綜合研究極少這一實情，充分利用近年來甘肅省各類灌木林生物量研究數據及同一灌木樹種分布范圍內相關研究成果[1-15，17]，并假設同一灌木林單位生物量的各研究數據是從同一總體中隨機抽取的一個獨立樣本，用隨機抽樣估計方法計算出各類灌木林平均單位面積生物量（表1），作為計算各類灌木林生物量的標準。

表1 甘肅省灌木林生物量分布

灌木林種生產力的計算采用3 種方式進行：一是對研究過地上地下生物量的40種灌木直接使用已有研究成果，如沙棘（Hippohgae rhamnoides）、梭梭（Chenopodiaceae）、檉柳（Tamarix）、檸條（Caragana korshinskii）、白 刺（Nitraria tangutorum）、山毛桃（Prunus davidiana）、沙冬青（Ammopiptanthus nanus）、秀線菊（Spiraea salicifolia）、金露梅（Potentilla fruticosa）、紅砂（Reaumuria soongorica）、鹽爪爪（Kalidium foliatum）等；二是對缺乏整體生物量研究成果的13種灌木如杜鵑、柳類、馬桑等，按甘肅林業生態區劃分，參照植物分形結構與生物量的自相似性[19]原則確定根枝生物量比；三是櫟灌木林結構、密度、高度等更趨近于闊葉林，用榛子生物量和櫟類闊葉林生物量的平均值作為其生物量。根據這3 種方法計算各灌木林種的生產力，用公式（1）對全省（或市州）灌木林生物質儲量進行估算。

式中，TB為灌木林生物質總儲量，ABi為第i類灌木林種的地上生物量，Brbi為第i類灌木林種的地下生物量與地上生物量的比，ABi×(1+Brbi)為第i類灌木林種的單位面積生產力，Ai為第i類灌木林種面積。

4 結果與分析

4.1 甘肅省灌木林生物質資源總儲量

表1列出了全省主要灌木林種的生物質資源儲量。由此可知，2011 年，全省灌木林生物質資源總量為3 315.48 萬t，較2006 年估算的2 866.00 萬t,增加了449.48 萬t，年增長率達3.14%。從灌木林種類型看，沙棘、金露梅、檉柳、紅砂、檸條、柳灌、櫟灌、薔薇等的生物質資源儲量分別為825.75 萬、424.35 萬、343.16萬、220.18萬、205.45萬、129.57萬、119.30萬和108.91萬t，位處54種灌木林種的前8名，其生物質資源儲量達2 376.67萬t，占總儲量的71.68%。

從54 個灌木林種生物質資源儲量的統計（表2）來看，生物質資源儲量在50 萬t 以上的灌木林種只有12 個，占灌木林林種的22.22%，儲量2 673.23 萬t，占總儲量的80.63%；而77.78%的灌木林種，僅占生物質儲量的19.37%。由此可以看出，甘肅省灌木林生物質資源儲量相對集中，特別是在造林中占有重要位置的沙棘、檉柳、檸條3 種灌木林的生物質儲量達1 374.36萬t，占總儲量的41.45%。特別是分布廣泛的沙棘，生物質資源總量占到了總儲量的24.91%。

表2 甘肅省灌木林生物質資源儲量統計資源儲量

4.2 灌木林生物質資源地理空間分布

由表3 可以看出，甘肅省灌木林生物質資源量的分布特征是西部多于東部。河西的嘉峪關、酒泉、張掖、武威和金昌5 市的灌木林生物質資源總量為1 730.27萬t，占全省總量的52.19%；森林資源豐富的甘南州，灌木林生物質資源總量仍有很高的比重，占全省總量的11.11%，達到368.30 萬t；以干旱聞名的定西，灌木林生物質資源總量也達到了245.67 萬t，占全省總量的7.41%。與2011年相比，河東隴南、慶陽、甘南、天水、平涼等5個市（州）的有林地227.75萬hm2，占全省有林地面積271.91 萬hm2的83.76%，而這5 個市（州）的灌木林面積為111.65 萬hm2，占全省灌木林資源面積的30.95%，生物質資源儲量占29.97%。由此可以看出，河西的灌木林資源與河東的喬木林資源構成了甘肅省森林資源的互補效應，也形成了特有的森林生物質資源的分布特征。

表3 甘肅省灌木林生物質資源地理分布

4.3 灌木林種生物質資源分布

通過對全省86個縣（市、區）的灌木林優勢樹種的統計，得出全省灌木林生物質資源種類的豐富度為1.655 6，均勻度為0.413 1，優勢度為0.974 4。由此可知，甘肅省灌木林生物質資源種類豐富，分布廣泛，優勢明顯。全省分布最廣、面積最大、造林廣譜樹種的沙棘在灌木林生物質資源中占居首位，具有明顯的資源優勢；金露梅、檉柳、紅砂、檸條、柳灌、櫟灌、薔薇、忍冬、合頭草、胡枝子、細葉鹽爪爪等構成了甘肅省灌木林生物質資源的主體，總量達1 847.47萬t，占總儲量的55.72%。

按《甘肅森林》灌木林的劃分，櫟灌是近年來資源調查新列灌木林種，面積達7.1 萬hm2，占灌木林面積的1.97%，生物質資源量達119.30 萬t，占生物質資源總量的3.60%。這一特點，一方面說明新調查技術細則更加科學細化，另一方面也反映了櫟類喬木林的退化或更新滯后。

馬桑、山毛桃雖資源面積不大，分別為3.02萬hm2、0.62 萬hm2，但分布高度集中，主要分布在隴南和平涼，且栽培時間長，生產力高，分別為9.265 t·hm-2和24.162 t·hm-2。人工栽培馬桑的生產力可達20 t·hm-2以上，資源開發潛力很大。

檉柳、梭梭、花棒、白剌、沙拐棗、紅砂、合頭草、細葉鹽爪爪、木本豬毛菜、珍珠、霸王、麻黃、泡泡刺等構成河西地區主要沙生灌木林優勢樹種，面積達167.54 萬hm2，占全省灌木林面積的46.44%，生物質資源總量約876 萬t,占生物質資源總儲量的26.42%，但總體生產力較低，平均只有5.228 6 t·hm-2。這些灌木林主要分布在疏勒河、黑河、石洋河流域。科學調配好3 大內陸河流生態水資源供給，確保流域沙生灌木林用水，不僅對恢復發展灌木林資源面積，提高其生產力，增加未來沙生灌木林綜合開發應用資源基礎有利，而且對控制沙塵暴沙源具有更為重要的生態作用。

4.4 灌木林生物質資源垂直空間分布

灌木林生物質的地上與地下分布有很大差異。從緯度看，甘肅橫跨10°26'緯度帶，南北長1 655 km，從低緯度的亞熱帶濕潤區到暖溫帶干旱區等6 個氣候帶，灌木樹種的根枝生物量比隨地氣候帶呈明顯增長走勢。為充分利用水分，適應生存環境，干旱荒漠地帶的灌木樹種將更多有機物貯存于地下，形成荒漠地帶的沙生灌木樹種，其地下生物質往往高于地上，根枝比較大，如檉柳、沙冬青、白剌、梭梭、沙拐棗等的根枝生物量比分別為4.088 2、1.021 4、2.405 1、3.023 7、0.937 2，平均值在2 以上。據此估算，河西地區沙生灌木林地下生物質儲量約565萬t；地上生物質儲量約283萬t。

從低海拔到高海拔，灌木林根枝生物量比呈降低趨勢，如低海拔的白花刺，根枝生物量比為0.692，而高海拔的杜鵑則只有0.282。由此判斷，灌木林生物質地上部分隨海拔升高而增長，地下部分則降低。

從灌木林起源看，天然灌木林占88%，人工灌木林只有12%。按平均生產力估算，天然灌木林生物資源儲量約2 917.98萬t，人工灌木林生物質資源儲量約397.50萬t，天然灌木林生物質資源處于主導地位。

4.5 灌木林生物質資源時空分布

由甘肅省8 次森林資源調查資料估算的灌木林生物質資源儲量可知，1975 年甘肅省灌木林生物質資源儲量為1 121.00萬t，到2011年時，增長到3 315.48萬t,凈增長1.96 倍，變化呈“S”型趨勢（圖1）。圖1 顯示，其總體仍呈上升趨勢，2001—2006年間快速上升，這與實施國家特別規定的灌木直接相關；2006—2011年灌木林生物質資源增速放緩，趨于正常增長階段，年均增長率為0.51%。按照“十二五”林業發展規劃和人們對森林資源多功能服務的需要，以及未來林業發展走向，灌木林生物質資源仍呈良好的上升態勢。結果可能取決于4個方面：1）天然次生林退化成灌木林如櫟灌，加大了灌木林資源；2）河西地區幾個自然保護區的設立，加大了該地區天然灌木林的恢復增長；3）非林區積極營造灌木林；4）人工灌木經濟林如葡萄、花椒、枸杞等被列入灌木林資源。

圖1 甘肅省灌木林生物質儲量變化曲線

5 結論與討論

5.1 甘肅省灌木林生物質資源種類豐富，儲量較高

2011年全省灌木林生物質儲量達3 315.48萬t，較2006 年灌木林生物質估算量2 866.00 萬t 提高了15.68%，年均提高3.14%，其直接原因與新增櫟灌及葡萄、花椒、枸杞等生產力較高的灌木林種有關。

5.2 甘肅省灌木林生物質資源面積大，生產力較低，單位面積只有9.19 t·hm-2

加強天然灌木林資源的封育、保護及輔助人工更新等措施，是快捷、有效、低成本提高灌木林生物質資源儲量的方法。在天然灌木林資源占主導地位的甘肅省，加大保護力度，積極實施科學撫育措施，不僅能在短期內提高灌木林生物質資源儲量，增大未來開發利用的資源基礎，還能提高灌木林自我更新修復能力，加速資源的自身擴張空間，實現資源質量提高和面積增長的良性格局。

5.3 甘肅省14 個市（州）灌木林生物質資源儲量在5.70萬～585.8萬t之間，變化巨大

張掖、酒泉、武威3市都在500萬t以上，而嘉峪關市只有5.70萬t；河西5市的灌木林生物質資源儲量占全省儲量的52.19%，其儲量和分布對甘肅省森林資源配置起到了良好的互補作用。特別是年降雨量僅約300 mm 的中部干旱地區的安定，20 世紀80 年代，植被幾乎怠盡，到2011 年灌木林面積已發展到33 629.39 hm2，有林地達到11 706.93 hm2，森林覆蓋率達到12.59%。因此，在森林資源面積少、分布不均且干旱半干旱面積占省土面積49.50%的甘肅省[19]，大力發展非林區灌木林，對擴大森林資源面積、增加灌木林生物質資源儲量、改善生態環境等都十分有利。

5.4 甘肅省灌木林生物質資源變化具有明顯的時空特征，在未來仍有很大的發展空間

保護好現有灌木林資源（特別是非林區），是恢復提高灌木林蓋度、提高灌木林生產力、增加灌木林生物質資源儲量的關鍵；規模化、集約化營造適應性強、生產力高的鄉土灌木林是儲備未來灌木林生物質開發利用的資源基礎。