甘肃省灌木林生物质资源分布特征分析

奚存娃，巩金萍

（甘肃林业职业技术学院，甘肃天水 741020）

灌木林是森林资源的重要组成部分，据甘肃省2011 年森林资源清查，全省有灌木林360.79 万hm2，占森林面积的71.10%，是有林地面积的1.33倍。在干旱半干旱地区，灌木林具有耗水量小、适应性强，耐干旱、耐盐碱、耐风蚀、耐高寒，且具有很强的复壮更新和自然修复能力，成林年限短、成效快、成活率和保存率高等优于乔木林的特点，在生态环境脆弱地带，其生态功能具有乔木林不可替代的作用。

甘肃省49.50%的地区属于干旱半干旱地区，年降雨量在400 mm 以下的地区占全省土地面积的77.40%，灌木林资源在该区域的森林植被中占有十分重要的地位。充分认识和了解灌木林生物质资源现状及分布特征值，对保护、发展、开发、利用具有十分重要的意义。

长期以来，人们对灌木林的认识、研究等都滞后于乔木林。灌木林生物量的研究大多数集中在个体及小区域内[1-15]，少有学者系统地研究大区域灌木林生物质资源的分布和储存量。方精云等在1981—2000年中国陆地植被碳汇的估算中，取森林碳封存估算CSE（0.057）和草地CSE（0.015）的平均值（0.036）作为中国灌丛的CSE[16]；巩文等用文献统计方法对甘肃省灌木林资源进行了估测分析，但未能对全省灌木林种生物质区域分布进行探讨[17-18]。本文利用2012 年完成的甘肃省森林二类资源清查灌木林资料，以及第8次森林资源连续清查数据，对其灌木林生物质资源分布特征进行分析，以便对灌木林生物质资源的开发利用提供基础数据。

1 研究区概况

甘肃省位居长江、黄河上游，地处青藏、黄土、内蒙古3 大高原交汇地带，也是西北干旱区、青藏高原区和东部季风区等3 大自然区域的交汇部位，介于北纬32°31'～42°57'、东经92°13'～108°46'之间，面积约44.97 万km2。地势自西南向东北倾斜，地形狭长，全省地貌可分为6 个区域：陇南山地、陇中黄土高原、甘南高原、河西走廊、祁连山地和北山山地，海拔大多在1 000 m以上,相对海拔高度4 600 m，地形相当复杂。气候垂直带分布变化明显，包括亚热带湿润区、暖温带湿润区、温带半湿润区、温带半干旱区、温带干旱区、暖温带干旱区、高寒半干旱区、高寒湿润区。从南部白龙江河谷的亚热带，到北部祁连山海拔4 800 m 以上的寒带，涵盖了除热带以外地球上所有的气候带，从而造就了丰富的植物资源。据第8次森林资源清查，全省林业用地面积1 042.65万hm2，森林面积271.91 万hm2，灌木林面积360.79 万hm2，森林蓄积量为24 054.88万m3，森林覆盖率为11.289%；有白龙江、洮河、祁连山、小陇山、子午岭、大夏河等地的天然森林植被，又有广布非林区的灌木林植被，森林资源种类丰富，但总量不足、分布不均是其森林分布的主要特点。

2 数据来源

数据取自甘肃省第8 次森林资源连续清查及其2012 年全省二类森林资源调查成果。二类森林资源调查，也称森林资源规划设计调查，是以国有林场、自然保护区、森林公园等森林经营单位或县级行政区域为调查单位，以满足森林经营方案、总体设计、林业区划与规划设计需要而进行的森林资源调查。其成果是建立或更新森林资源档案，制定森林采伐限额，进行林业工程规划设计和森林资源管理的基础，也是制定区域国民经济发展规划和林业发展规划，实行森林生态效益补偿和森林资源资产化管理，指导和规范森林科学经营的重要依据。由于调查数据落实到每个山头地块，从而为分析研究提供了翔实的基础资料。

为保证基础数据的一致性，对二类调查的灌木林资源面积，利用2011 年第8 次森林资源连续清查成果，进行归一化处理。

3 研究方法

单位生物量是研究各灌木林种生物质资源储量的基础，鉴于目前同一区域多种灌木林生物量综合研究极少这一实情，充分利用近年来甘肃省各类灌木林生物量研究数据及同一灌木树种分布范围内相关研究成果[1-15，17]，并假设同一灌木林单位生物量的各研究数据是从同一总体中随机抽取的一个独立样本，用随机抽样估计方法计算出各类灌木林平均单位面积生物量（表1），作为计算各类灌木林生物量的标准。

表1 甘肃省灌木林生物量分布

灌木林种生产力的计算采用3 种方式进行：一是对研究过地上地下生物量的40种灌木直接使用已有研究成果，如沙棘（Hippohgae rhamnoides）、梭梭（Chenopodiaceae）、柽柳（Tamarix）、柠条（Caragana korshinskii）、白 刺（Nitraria tangutorum）、山毛桃（Prunus davidiana）、沙冬青（Ammopiptanthus nanus）、秀线菊（Spiraea salicifolia）、金露梅（Potentilla fruticosa）、红砂（Reaumuria soongorica）、盐爪爪（Kalidium foliatum）等；二是对缺乏整体生物量研究成果的13种灌木如杜鹃、柳类、马桑等，按甘肃林业生态区划分，参照植物分形结构与生物量的自相似性[19]原则确定根枝生物量比；三是栎灌木林结构、密度、高度等更趋近于阔叶林，用榛子生物量和栎类阔叶林生物量的平均值作为其生物量。根据这3 种方法计算各灌木林种的生产力，用公式（1）对全省（或市州）灌木林生物质储量进行估算。

式中，TB为灌木林生物质总储量，ABi为第i类灌木林种的地上生物量，Brbi为第i类灌木林种的地下生物量与地上生物量的比，ABi×(1+Brbi)为第i类灌木林种的单位面积生产力，Ai为第i类灌木林种面积。

4 结果与分析

4.1 甘肃省灌木林生物质资源总储量

表1列出了全省主要灌木林种的生物质资源储量。由此可知，2011 年，全省灌木林生物质资源总量为3 315.48 万t，较2006 年估算的2 866.00 万t,增加了449.48 万t，年增长率达3.14%。从灌木林种类型看，沙棘、金露梅、柽柳、红砂、柠条、柳灌、栎灌、蔷薇等的生物质资源储量分别为825.75 万、424.35 万、343.16万、220.18万、205.45万、129.57万、119.30万和108.91万t，位处54种灌木林种的前8名，其生物质资源储量达2 376.67万t，占总储量的71.68%。

从54 个灌木林种生物质资源储量的统计（表2）来看，生物质资源储量在50 万t 以上的灌木林种只有12 个，占灌木林林种的22.22%，储量2 673.23 万t，占总储量的80.63%；而77.78%的灌木林种，仅占生物质储量的19.37%。由此可以看出，甘肃省灌木林生物质资源储量相对集中，特别是在造林中占有重要位置的沙棘、柽柳、柠条3 种灌木林的生物质储量达1 374.36万t，占总储量的41.45%。特别是分布广泛的沙棘，生物质资源总量占到了总储量的24.91%。

表2 甘肃省灌木林生物质资源储量统计资源储量

4.2 灌木林生物质资源地理空间分布

由表3 可以看出，甘肃省灌木林生物质资源量的分布特征是西部多于东部。河西的嘉峪关、酒泉、张掖、武威和金昌5 市的灌木林生物质资源总量为1 730.27万t，占全省总量的52.19%；森林资源丰富的甘南州，灌木林生物质资源总量仍有很高的比重，占全省总量的11.11%，达到368.30 万t；以干旱闻名的定西，灌木林生物质资源总量也达到了245.67 万t，占全省总量的7.41%。与2011年相比，河东陇南、庆阳、甘南、天水、平凉等5个市（州）的有林地227.75万hm2，占全省有林地面积271.91 万hm2的83.76%，而这5 个市（州）的灌木林面积为111.65 万hm2，占全省灌木林资源面积的30.95%，生物质资源储量占29.97%。由此可以看出，河西的灌木林资源与河东的乔木林资源构成了甘肃省森林资源的互补效应，也形成了特有的森林生物质资源的分布特征。

表3 甘肃省灌木林生物质资源地理分布

4.3 灌木林种生物质资源分布

通过对全省86个县（市、区）的灌木林优势树种的统计，得出全省灌木林生物质资源种类的丰富度为1.655 6，均匀度为0.413 1，优势度为0.974 4。由此可知，甘肃省灌木林生物质资源种类丰富，分布广泛，优势明显。全省分布最广、面积最大、造林广谱树种的沙棘在灌木林生物质资源中占居首位，具有明显的资源优势；金露梅、柽柳、红砂、柠条、柳灌、栎灌、蔷薇、忍冬、合头草、胡枝子、细叶盐爪爪等构成了甘肃省灌木林生物质资源的主体，总量达1 847.47万t，占总储量的55.72%。

按《甘肃森林》灌木林的划分，栎灌是近年来资源调查新列灌木林种，面积达7.1 万hm2，占灌木林面积的1.97%，生物质资源量达119.30 万t，占生物质资源总量的3.60%。这一特点，一方面说明新调查技术细则更加科学细化，另一方面也反映了栎类乔木林的退化或更新滞后。

马桑、山毛桃虽资源面积不大，分别为3.02万hm2、0.62 万hm2，但分布高度集中，主要分布在陇南和平凉，且栽培时间长，生产力高，分别为9.265 t·hm-2和24.162 t·hm-2。人工栽培马桑的生产力可达20 t·hm-2以上，资源开发潜力很大。

柽柳、梭梭、花棒、白剌、沙拐枣、红砂、合头草、细叶盐爪爪、木本猪毛菜、珍珠、霸王、麻黄、泡泡刺等构成河西地区主要沙生灌木林优势树种，面积达167.54 万hm2，占全省灌木林面积的46.44%，生物质资源总量约876 万t,占生物质资源总储量的26.42%，但总体生产力较低，平均只有5.228 6 t·hm-2。这些灌木林主要分布在疏勒河、黑河、石洋河流域。科学调配好3 大内陆河流生态水资源供给，确保流域沙生灌木林用水，不仅对恢复发展灌木林资源面积，提高其生产力，增加未来沙生灌木林综合开发应用资源基础有利，而且对控制沙尘暴沙源具有更为重要的生态作用。

4.4 灌木林生物质资源垂直空间分布

灌木林生物质的地上与地下分布有很大差异。从纬度看，甘肃横跨10°26'纬度带，南北长1 655 km，从低纬度的亚热带湿润区到暖温带干旱区等6 个气候带，灌木树种的根枝生物量比随地气候带呈明显增长走势。为充分利用水分，适应生存环境，干旱荒漠地带的灌木树种将更多有机物贮存于地下，形成荒漠地带的沙生灌木树种，其地下生物质往往高于地上，根枝比较大，如柽柳、沙冬青、白剌、梭梭、沙拐枣等的根枝生物量比分别为4.088 2、1.021 4、2.405 1、3.023 7、0.937 2，平均值在2 以上。据此估算，河西地区沙生灌木林地下生物质储量约565万t；地上生物质储量约283万t。

从低海拔到高海拔，灌木林根枝生物量比呈降低趋势，如低海拔的白花刺，根枝生物量比为0.692，而高海拔的杜鹃则只有0.282。由此判断，灌木林生物质地上部分随海拔升高而增长，地下部分则降低。

从灌木林起源看，天然灌木林占88%，人工灌木林只有12%。按平均生产力估算，天然灌木林生物资源储量约2 917.98万t，人工灌木林生物质资源储量约397.50万t，天然灌木林生物质资源处于主导地位。

4.5 灌木林生物质资源时空分布

由甘肃省8 次森林资源调查资料估算的灌木林生物质资源储量可知，1975 年甘肃省灌木林生物质资源储量为1 121.00万t，到2011年时，增长到3 315.48万t,净增长1.96 倍，变化呈“S”型趋势（图1）。图1 显示，其总体仍呈上升趋势，2001—2006年间快速上升，这与实施国家特别规定的灌木直接相关；2006—2011年灌木林生物质资源增速放缓，趋于正常增长阶段，年均增长率为0.51%。按照“十二五”林业发展规划和人们对森林资源多功能服务的需要，以及未来林业发展走向，灌木林生物质资源仍呈良好的上升态势。结果可能取决于4个方面：1）天然次生林退化成灌木林如栎灌，加大了灌木林资源；2）河西地区几个自然保护区的设立，加大了该地区天然灌木林的恢复增长；3）非林区积极营造灌木林；4）人工灌木经济林如葡萄、花椒、枸杞等被列入灌木林资源。

图1 甘肃省灌木林生物质储量变化曲线

5 结论与讨论

5.1 甘肃省灌木林生物质资源种类丰富，储量较高

2011年全省灌木林生物质储量达3 315.48万t，较2006 年灌木林生物质估算量2 866.00 万t 提高了15.68%，年均提高3.14%，其直接原因与新增栎灌及葡萄、花椒、枸杞等生产力较高的灌木林种有关。

5.2 甘肃省灌木林生物质资源面积大，生产力较低，单位面积只有9.19 t·hm-2

加强天然灌木林资源的封育、保护及辅助人工更新等措施，是快捷、有效、低成本提高灌木林生物质资源储量的方法。在天然灌木林资源占主导地位的甘肃省，加大保护力度，积极实施科学抚育措施，不仅能在短期内提高灌木林生物质资源储量，增大未来开发利用的资源基础，还能提高灌木林自我更新修复能力，加速资源的自身扩张空间，实现资源质量提高和面积增长的良性格局。

5.3 甘肃省14 个市（州）灌木林生物质资源储量在5.70万～585.8万t之间，变化巨大

张掖、酒泉、武威3市都在500万t以上，而嘉峪关市只有5.70万t；河西5市的灌木林生物质资源储量占全省储量的52.19%，其储量和分布对甘肃省森林资源配置起到了良好的互补作用。特别是年降雨量仅约300 mm 的中部干旱地区的安定，20 世纪80 年代，植被几乎怠尽，到2011 年灌木林面积已发展到33 629.39 hm2，有林地达到11 706.93 hm2，森林覆盖率达到12.59%。因此，在森林资源面积少、分布不均且干旱半干旱面积占省土面积49.50%的甘肃省[19]，大力发展非林区灌木林，对扩大森林资源面积、增加灌木林生物质资源储量、改善生态环境等都十分有利。

5.4 甘肃省灌木林生物质资源变化具有明显的时空特征，在未来仍有很大的发展空间

保护好现有灌木林资源（特别是非林区），是恢复提高灌木林盖度、提高灌木林生产力、增加灌木林生物质资源储量的关键；规模化、集约化营造适应性强、生产力高的乡土灌木林是储备未来灌木林生物质开发利用的资源基础。