基于ArcGis的河北省柞树面积和蓄积量空间分布规律

杨文姬，刘启国 ，吕发，郑家银 ，李绣宏 ，杨新兵

(1.山合林(北京)水土保持技术有限公司，北京 100038；2.张家口市庞家堡林场；河北 张家口 076500；3.河北省木兰围场国有林场，河北 承德 068450；4.河北农业大学林学院，河北 保定 071000)

森林蓄积量是指一定森林面积上存在着的林木树干部分的总材积。森林的蓄积量是森林生态系统的基本数量特征和重要指标，研究树种的蓄积量对了解森林资源总量、林分生产力和人工造林具有重要意义[1]。在自然界存在许多影响树木分布的环境因子，例如水分、积温、光照、地形、土壤等，各因子直接或间接影响植物生长、发育及生理代谢等，进而影响树木蓄积量的积累。付梦瑶等[2]发现分布在黄棕壤土、坡向西南、海拔700～1 300 m范围内的栓皮栎(Quercusvariabilis)林分生长良好、生物量大。雷利平等[3]探明辽东栎(Q.wutaishansea)幼苗和幼树在林下阴坡生态位宽度大于阳坡。姜倩倩等[4]研究表明在海拔600～800 m范围内麻栎(Q.acutissima)对降水和气温的响应程度是阳坡大于阴坡。樊莹等[5]发现长白山蒙古栎(Q.mongolica)幼树在海拔750～1 050 m内年生长量会随海拔上升而下降。众多研究表明，柞树分布和生长状况受降水、气温、地形等因子影响，不同地区形成不同的分布规律。

柞树，又名栎树、菜树，是壳斗科栎属植物的一种通称，在河北省内广泛分布，通常指蒙古栎(Q.mongolica)、栓皮栎、槲栎(Q.aliena)、槲树(Q.dentata)、辽东栎等。柞树根系发达，耐干旱、耐瘠薄、适应性强，有很好的抗蚀保土作用[6]，柞树树干奇特苍劲，树形优美多姿，枝繁叶茂，材质坚实，纹理细密，具有重要的生态价值和经济价值。本文基于ArcGis软件，分析河北省11个地级市、不同林种、龄组、土壤类型等条件下柞树蓄积量空间分布规律及其与地形因子的关系。

1 研究区概况

河北省位于113°27′—119°50′ E，36°05′—42°40′ N，地处华北，漳河以北，东临渤海、内环京津，西为太行山，北为燕山，燕山以北为张北高原，其余为华北平原，面积为18.88万km2。有高原、山地、丘陵、平原、湖泊和海滨等地貌类型。属温带大陆性季风气候，四季分明，年均降水量484.5 mm，1月平均气温在3 ℃以下，7月平均气温18～27 ℃。截至2019年底，河北省森林面积达657万hm2，森林覆盖率35%。

2 研究方法

2.1 数据来源

本研究数据来源于河北省森林资源规划设计调查数据(2016年)。柞树蓄积量的计算公式采用河北省承德市林业局编写的《山区柞树一元立木材积表》。根据要求只选用胸径≥5 cm的柞树小班(共计21.60万个)。因衡水、沧州、廊坊3市柞树林面积为零，所以在结果分析中没有提及。

2.2 因子划分

通过Arcgis10.5 提取坡向、坡度和海拔等地形因子，采用西安80坐标系配准相关数据。根据《森林资源规划设计调查技术规程》(GB/T 26424-2010)，将龄组划分为幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林、过熟林；将坡向划分为北坡(338～360°、0～22°)、东北坡(方位角23～67°)、东坡(68～112°)、东南坡(113～157°)、南坡(158～202°)、西南坡(203～247°)、西坡(248～292°)、西北坡(293～337°)、无坡向(<5°)；将坡度划分为平坡(0～5°)、缓坡(6～15°)、斜坡(16～25°)、陡坡(26～35°)、急坡(36～45°)、险坡(≥46°)；将海拔划分为≤200、>200～400、>400～600、>600～800、>800～1 000、>1 000～1 200、>1 200～1 400和>1 400 m。

3 结果与分析

3.1 河北省不同地级市柞树林分布规律

河北省柞树林总面积为82.706 1万hm2，总蓄积量2 349.103 7万m3，单位蓄积量28.403 0 m3hm-2(见表1)。承德地区斑块数量最多，柞树林面积(55.227 6万hm2)和蓄积量(1 474.317 1万m3)均最大。由图1可以看出，柞树在河北省主要分布于东北部(秦皇岛市)、北部(承德市)山地。8个地级市柞树林单位蓄积量大小排序为：邢台>石家庄>张家口>唐山>承德>邯郸>保定>秦皇岛。

表1 河北省不同地区柞树林分布现状

图1 河北省柞树林分布图

3.2 不同土壤类型柞树林分布规律

由表2可知，棕壤土分布的柞树面积最大(49.398 2万hm2)，占总面积的59.73%；褐土次之(28.190 8万hm2)，水稻土最小(0.023 7万hm2)。各土壤类型柞树林单位蓄积量排序为：栗钙土>森林土>风沙土>草甸土>棕壤土>褐土>粗骨土>潮土>水稻土。

表2 不同土壤类型柞树林分布现状

3.3不同龄组柞树林分布规律

由表3可知，柞树幼龄林面积最大(78.113 5万hm2，占94.45%)，其次是中龄林、近熟林、过熟林，成熟林面积最小。柞树各龄组单位面积蓄积量排序为：近熟林>中龄林>过熟林>成熟林>幼龄林。幼龄林单位蓄积量最小，但是分布面积最大，说明近年来新造或更新造林柞树越来越多。

表3 不同龄组柞树林分布现状

3.4 柞树林蓄积量与地形因子的关系

3.4.1 柞树林蓄积量与坡向关系 将单位蓄积量与坡向进行空间叠加，得到不同等级单位蓄积量在不同坡向的分布状况(见表4)。不同坡向上柞树面积大小排序为：西北>东北>北>东>西>东南>西南>南>无坡向。柞树集中分布在阴坡和半阴坡，由北坡向南坡面积呈递减的趋势。

表4 不同坡向不同等级单位面积蓄积量柞树林面积 单位：hm2

3.4.2 柞树林蓄积量与坡度的关系 将单位蓄积量与坡度进行空间叠加，得到不同等级单位蓄积量沿不同坡度的分布状况(见表5)。陡坡(26～35°)上柞树分布面积最大(44.682 9万hm2，占54.03%)，其次是斜坡(16～25°)。不同坡度上柞树面积大小排序为：(26～35°)>(16～25°)>(36～45°)>(6～15°)>(≥46°)>(0～5°)。

表5 不同坡度不同等级单位面积蓄积量柞树林面积 单位：hm2

3.4.3 柞树林蓄积量与海拔关系 将单位蓄积量与海拔进行空间叠加，得到不同等级单位蓄积量沿不同海拔的分布状况(见表6)。柞树主要分布在海拔400～1 200 m山地，分布面积随着海拔的升高快速增加，在海拔600～800 m达到峰值，后随着海拔增加，柞树分布面积缓慢减少。不同海拔柞树面积由大到小依次为>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 不同海拔不同等级单位面积蓄积量柞树林面积 单位：hm2

4 讨论

龄级能反映林分的价值和生长潜力[7]。本研究发现柞树幼龄林面积和蓄积量最大，其次是中龄林。原因可能是：一是人们过去没有清楚地认识到柞树对环境保护、生态维持及修复的重要性，导致在过去的森林经营中一直将柞树作为改造对象，直到近些年情况才有所改善；二是缺少经营管理，大部分柞树林分生长不良，林下的天然更新过程受阻，林下幼苗处于不断死亡和补充的动态变化之中；三是部分柞树林经过经营采伐后，在原址上出现了萌生林和次生林。这些与孟超[7]、许中旗[8]等发现柞树在森林价值所占比重低的原因相似。河北省柞树林整体年龄偏小，具有巨大的生长潜力和生态价值。

河北省柞树多分布在土壤湿润肥沃的阴坡、半阴坡区域，即西北、北、东北、东4个坡向相对较多，这与雷利平等[3]、徐凤玲等[9]、王林等[10]发现阴坡更适合柞树生长的结果一致。但是也有不同的结论，付梦瑶等[2]发现西南坡向栓皮栎林分生物量大。孙耀清等[11]发现阳坡较适宜信阳地区麻栎的生长，祝旭加等[12]发现牡丹江地区阳坡的蒙古栎生长状况最佳。造成这种现象主要原因是不同研究地域水热条件不同。柞树的生存所需的环境因素是恒定的，对环境因子耐受程度是有一定范围的，而不同区域的水热条件不同，故不同区域的柞树生长环境存在差异。

河北省柞树蓄积量随着坡度增大先增后减，这与万小亮等[13]对辽东地区蒙古栎适生立地调查结果相似。在海拔600～1 000 m之后，柞树(各等级单位蓄积量)面积会随着海拔的升高呈不断减少的趋势，这与樊莹等[14]研究结果一致。在适宜生境内，随着坡度和海拔的增大，柞树单位蓄积量增大，主要是柞树在低海拔、小坡度地区，受人类活动(砍伐、整改、经营管理)影响较大而致；在坡度、海拔越大的地区受种间竞争的影响大于人为干扰，同时在柞树的长时间演化中，适应了高海拔、大坡度的自然生境[15]，生长环境稳定，林分生长良好，所以柞树与坡度、海拔在一定范围内呈现出正相关的关系。

5 结论

河北省柞树林总面积为82.706 2万hm2，总蓄积量2 349.103 7万m3，单位面积蓄积量28.4030 m3hm-2，幼龄林分布面积最大。分布最大的生长环境条件是棕壤土、阴坡和半阴坡上、陡坡(26～35°)、海拔400～1 200 m的山地。