全 文 ：2003年 3月 甘 肃 农 业 大 学 学 报 第 38卷
第 1期 89～97 JOURNAL OF GANSU AGRICULTURAL UNIVERSITY 季 刊

洮河林区云冷杉林分类型多样性
及稳定性研究

巩 文
（甘肃林业职业技术学院，甘肃天水 741020）

摘要：利用洮河林区云冷杉林择伐周期研究和森林资源二类清查样地资料，对该林区云冷杉
林分类型多样性和林分的稳定性进行了研究。结果表明：该林区的林分类型多样性随郁闭度的降
低而增加，林分的稳定性随多样性的增加而降低，林分处于逆向演替过程中，林分的稳定性处于
最低限。云冷杉林与环境因子－海拔之间呈明显的负相关。在高海拔区云冷杉林十分脆弱，一旦
原有种群的郁闭度低于 0.3，森林的稳定性将被破坏，既使在完全封禁的条件下，25 年生的疏林
要恢复到有林地状态将需要 40年的时间。
关键词：林分类型；多样性；稳定性
中图分类号：S 791.140.18 文献标识码：A 文章编号：1003-4315(2003)01-0089-09

洮河林区的云冷杉林实行择伐作业已有八十多年的历史，林分类型、森林的面积、质
量等发生了很大的变化。随着“天保工程”的实施，该林区进入休养生息时期。认真研究
该林区林分类型的多样性特征，充分认识云冷杉林的脆弱性，对有效地恢复森林植被十分
重要。
洮河林区云冷杉林在其分布区内是一个稳定的群系[1]，在生态演替系列中，云冷杉林是
最后的稳定的群落，属于气候顶极群落（climatic climax），它是与物理环境取得平衡的自我
维持的系统[2]。顶极生物群落对外来因素的可能性破坏，具有最大的自卫能力。如果当地的
地形、土壤、水、火灾和其他干扰，使气候顶极群不能形成，演替就以不同数目的土壤顶
极群落（edaphic climaxes）为终点[3]。周重光在 1946年撰写的“洮河流域森林类型及其嬗
变”一文中指出：“如果受到外力的影响，这种冷杉林的相型就会很快地改变。冷杉林经过
强度的砍伐或其他较重的摧残，就会渐渐为紫桦（Betula albo-sinensis var. septentrionalis）
或红桦（Betula albo-sinensis）所替代，若再遭受摧残，常形成稠密的杜鹃矮林[4]。
在林业生产实践和科研中，对洮河林区云冷杉林的稳定性研究很少。本文将应用生物
多样性研究基本理论，对该林区森林类型多样性进行初步研究，以便揭示该区林分类型多
样性与林分稳定之间的关系，为科学合理经营保护森林提供指导和借鉴。

作者简介：巩 文(1955-), 男, 副教授，主要从事森林调查规划的教学和研究工作。
收稿日期：2002－10－28
DOI:10.13432/j.cnki.jgsau.2003.01.017
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1 研究区基本概况
洮河林区位于东径 102°02¢～104°07¢，北纬 34°10¢～35°10¢之间。林区地质构造属秦岭
西复杂构造带，主要是古生代到三迭系在地质结构。地面岩石属海相沉积变质岩，以板岩
石和页岩为主。土壤主要为褐色森林土和棕色森林土两类。
林区山脉分为两支。南支为叠山则洮河与白龙江的分水岭，山势高达 4 663 m，其北坡
河流切割不深，形成中山高原地貌；北支为积石山和莲花山，主峰分别高达 3 908 m 和
3 578 m，形成峡谷连绵，沟坡陡峭的中山地貌。林区坡度一般在 20～35°之间，相对高差
300～800 m。全区概属高寒半湿润气候。具有长冬无夏、春秋期短、冬季干燥、春秋湿润
的特点。年平均气温 3.1℃，年平均降水量 568 mm，相对湿度 63 %～74 %，无霜期只有 80～
100 d，气候条件比较严酷，严重影响较多森林树种的生长。
林区主要森林树种有岷江冷杉（Abies faxoniana）、巴山冷杉（Abies fargesii）、云杉（Picea
asperata）、细叶云杉（Picea wilsonii）、紫果云杉（Picea purpurea）。
2 研究方法
2.1 资料来源
这里使用了两类资料，第一类是 1984年洮河林区云冷林择伐周期调查研究中的 155块
样地（典型样地），其中 0.25公顷的样地 25块，0.08公顷样地 130块；另一类是 1986年洮
河林区二类森林资源清查时的角控样地（机械样地），89 块，共 244 块样地（表 1）。资料
覆盖了整个林区的有林地和森林类型。
2.2 数据处理
为利用数学方法处理，对环境因子进行量化，坡向：北坡 4，西北（南）坡 3，东北（南）
2；坡位：上 1，中 2，下 3；林分类型多样性测度：
多样性指数采用 Shannon-Wiener指数： piLnpiH S-=¢

oNNiPi /=
这里 N代表样地总数，Ni为第 i种林分类型样地数。
对林分类型与环境变量、林分类型多样性与稳定值、郁闭度与林分稳定值、树冠与每
公顷林木株数等之间的关系采用回归法进行分析。
3 结果分析
3.1 林分类型与环境变量的关系
为分析上的方便，把云杉和冷杉的各林分类型归为两大类，云杉林 122 个样地，冷杉
林 122个样地。
对坡向（X1）、坡位（X2）、坡度（X3）、海拔（X4）与稳定值（每公顷林木株数与蓄积
量、郁闭度的乘积再除以 1 000的值）之间的关系：
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云杉林：Y云
4321 4887217.079366046.0136928.578564.141048.808 XXXX -++-=
回归复相关系数： 6726.0yxR
偏相关系数分别为： 1414.0;9072.0;6099.0;9031.0 4321 -===-= RRRR
冷杉林：Y冷=
4321 9699557.0829462.1892792.316865.39618.0233 XXXX -++-=
回归复相关系数： 1817.0=yxR
偏相关系数分别为： 662.0;5016.0;4064.0;2048.0 4321 -===-= RRRR
坡向、海拔与林分稳定值之间呈负相关，即坡向从阴坡向半阴、半阳坡过渡时小气候
环境因子、土壤肥力、植被类型等对云冷杉的生长呈负向影响；随着海拔的升高，水热气
候因子重新分配，特别是热量降低，不利于林木生长。
从几个环境因子的偏相关系数看，海拔对林分的影响最大。这与云冷杉对高寒生态环
境适应相吻合。坡度与林分稳定值之间呈现正相关，这表明随着坡度的增加，人们对林分
的干扰越小，林分的完整度越好。
在高海拔尺度上，云冷杉林作为气候环境条件下稳定的顶极植物群落，林下苔藓是重
要的指示性植物，苔藓云、冷杉林是占有绝对优势的森林类型。这种林分类型的变化，是
云冷杉林这种顶极植物群落变化的体现，林分类型的增多，说明森林类型演替的加速。
表 1 样地资料统计
林分类型
苔藓冷杉林 箭竹冷杉林 灌木冷杉林 杜鹃云杉林 苔草冷杉林 苔藓冷杉混交林
样地数
37 3 29 6 17 22
% 15.2 1.2 11.9 2.5 7 9
林分类型
苔草云杉混交林 灌木云杉林 箭竹云杉林 苔草云杉林 苔藓云杉林
样地数
24 13 10 49 34
% 9.8 5.3 4.1 20.1 13.9

从表 1 可以看出，在洮河林区以苔藓云冷杉林为代表的顶极植物群落的比例已不占绝
对优势。灌木、苔草、箭竹等阳性植物为代表的森林类型样地有 121块，占样地总数的 49.6 %；
在冷杉林中，灌木冷杉的样地数占样地总数的 11.9 %，已接近苔藓冷杉林 15.2 %的水平；
云杉林苔草云杉占样地总数的 20.1 %，已超过苔藓云杉林的比例，林分的阳性化程度已很
高。
表 2统计结果正好说明林分阳性化特征。该表中疏林地上样地占 22.9 %；0.3（含 0.3）
以下的样地占样地总数的 42.6 %。林分的稀疏度很高，即密度很低，森林的演替不利于向
稳定的顶极群落进行。在稀疏度很高的情况下，人为干扰度将更大，特别是放牧的影响，
这会加速森林的逆向演替。
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表 2 样地分郁闭度统计
郁闭度
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 合计
样地数
15 41 48 42 46 35 12 2 3 244
比率（%） 6.1 16.8 19.7 17 18.9 14 4.9 0.8 1.2 100

从灌木冷杉林坡度与稳定值之间的关系
（见图 1）可以看出，林分的稳定性随坡度的
增加而增强，这种现象也与森林择伐作业时有
计划地保护陡坡森林直接相关。
3.2 林分类型多样性与树种组成式的关系
将林分类型按树种组成系数差异可以划分
为 54个类型。云冷杉纯林 87块（如表 3所示），
占样地总数的 35.7 %；各种混交林 157块，占
样地总数的 54.3 %；云杉林中有桦树的样地 47
块，冷杉林中有 51块，有桦树的样地共 98块
占样地总数的 40.2 %；桦树蓄积占调查林分蓄
积二成以上的样地有 15块，占 6.2 %；在云杉林中，含有桦树的样地占 34.6 %，组成占一
成以上的有 26.5 %，三成以上的 11 %；在冷杉林中，含有桦树的样地占 47.2 %，比冷杉纯
林高出 6.9 %；含有二成桦树的样地占 29.6 %，已达到三分之一的比例。
表 3 云冷杉纯、混交林统计
冷 杉 云 杉 类型
样地数 % 样地数 %
纯林 37 34.3 50 36.8
含有桦树的样地 51 47.2 47 34.6
含有一成以上桦树的样地 32 29.6 36 26.5
含有二成以上桦树的样地数 5 4.6 15 11.0
含有三成以上桦树的样地数 5 4.6 7 5.1

这种现象表明，随着云冷林分郁闭度的降低，阳性树种桦树侵入的比率已很大，原来
占绝对优势的云冷杉纯林在向与桦树混交的方向演进。
3.3 林分类型多样性与稳定值的关系
多样性的计算：以林分组成式进行物种多样性的计算。将只有一个种的纯林，由于多
样性为 0，在分类统计中给予剔除。
将多样性指数分组后，计算出各组的稳定值的平均数，以稳定值为横坐标，以多样性
指数为纵坐标作图（见图 2），可以看出，多样性指数与稳定值之间呈明显的指数关系。即
0.0
50.0
100.0
150.0
200.0
250.0
300.0
350.0
400.0
450.0
500.0
0 10 20 30

图 1 灌木冷杉林坡度与稳定值的关系
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对 50年树龄的林分来说，树冠平均值云杉为 2.3 m，冷杉为 2.2 m，要维持 0.4水平的
郁闭度，至少要保证云杉林每公顷林木 1 000株，冷杉林至少要保证 1 400株。
3.6 云冷林分的更新与林分的恢复能力
根据对洮河林区云冷杉天然更新调查研究表明，郁闭度在 0.4～0.5 的范围内，天然更
新最好[5]；就林分类型而言，苔藓云、冷杉更新最好，其次是箭竹云、冷杉，苔草云、冷杉
林，灌木云冷杉，最差的是杜鹃冷杉林。
结合表 2的数据，综合看洮河林区的云冷杉林天然更新有 42 % 的处于不良状态，这对
林分的稳定和有效恢复带来不利。
4 结论
1）洮河云冷杉林经过近 80 年的采伐，林分类型已发生很大变化，以苔藓云冷杉林为
绝对优势的高山暗针叶森林群落已演化成阳性程度较高的森林种群。树种组成结构中桦树、
灌木、箭竹、苔草等阳性植物的比重的加大和频度的增加，提高了森林物种的多样性，但
也加速了云冷杉林的不稳定性程度。
2）云冷杉林分类型多样性的增加，是长期多次择伐后林分密度降低的结果。在低密度
下，阳性植物大量侵入，放牧频度加强，耐阴树种云冷杉的天然更新受阻，林分的脆弱性
加大，稳定性降低。另外，林分类型多样性的增加，打破了该气候条件下云冷杉林顶极群
落分布，森林群落处于逆向演替进程，封禁保护是促进云冷杉林恢复的基本措施。
3）云冷杉林与环境因子－海拔之间呈明显负相关，在高拔区云冷杉林十分脆弱，一旦
原有种群结构的郁闭度低于 0.3，森林的稳定性将被破坏。从上述研究结果看，该林区云冷
杉林已处于稳定性的低限状态。
4）林分郁闭度与林分稳定值之间的关系密切，两者呈显著的正相关关系，是一种反映
林分稳定性的简单有效的评价指标。
5）对云冷杉林年龄、树冠、每公顷林木株数和林分郁闭度之间的综合关系研究表明，
在不同的年龄阶段，林分的稳定性简单地可通过每公顷林木株数的多少来确定。在完全天
然更新状态下，郁闭度低于 0.3的 25年生云杉疏林（每公顷 500株林木），要恢复到郁闭度
0.3的水平需要 40 年的时间；树冠直径 1 m，树龄 25 年的云杉林，要维持 0.3 的郁闭度水
平，林地至少要有 2 900株的林木。这种结果显示，在低郁闭度条件下云冷林的自恢复能力
很弱，这是诱发云冷杉林不稳定的直接原因。

参考文献

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[7] 巩 文. 洮河林区森林资源二类调查角控样地资料[M]. 1986



Study on diversity and stability of stand types of
Picea-abies forests in Taohe forest region

GONG Wen
（Gansu Forestry Professional Technology College, Gansu Tianshui 741020, China）

Abstract：The stability and diversity of stand types of Picea-abies forests in Taohe forest
region were analyzed based on the research of cutting cycle and the data of sample plots of the
2dr forest property inventory in the forest region .The results showed as follows: The diversity of
stand types increased with the declaration of degree of closing, and the stability of stand types
decreased with the increasing of the diversity; Secondly, stand type kept the lowest stability, when
it was be on the degenerated succession. There are obvious negative relationship between the
stability of stand types and the environmental factor–elevation. Thirdly, Picea-abies forests on the
high elevation are very fragile, and the stability would be destroyed as soon as the degree of
closing of original populations is less than 0.3. Even if it is in the entirely enclosed environment,
it would take 40 years to restore one of open forest lands aged 25 years to forest land.
Key words：stand type; diversity; stability; Taohe forest region; Picea-abies forests