全 文 ：小兴安岭带岭林区红松阔叶林景观多样性
与稳定性研究 3
王立海 3 3 　孟　春
(东北林业大学 ,哈尔滨 150040)
【摘要】　选取具有典型代表性的黑龙江省小兴安岭带岭林业局东方红林场为研究对象 ,在应用地理信息
系统软件对现行森林经营措施进行分析的基础上 ,探讨了该林场景观分类、景观变化动态分析的结果和成
因 ,并应用马尔可夫转移模型进行景观模拟预测. 结果表明 ,研究期间东方红林场一级分类和二级分类的
景观多样性指数较低 ,有林地面积占整个研究区域的 91 %以上 ,构成了景观的基质 ;1985～1993 年间 ,有
林地优势地位加强 ,优势度从 0. 611 增加到 0. 692 ,顶极群落优势度增加 70 % ;在以择伐为主伐更新措施
条件下 ,红松阔叶林在2041～2049年间将达到稳定状态 ,面积为 13 120～13 242 hm2 ,成为当地稳定的顶
极植被群落.
关键词 　景观多样性 　动态模拟 　经营措施 　红松阔叶林
文章编号 　1001 - 9332 (2005) 12 - 2267 - 04 　中图分类号 　S718 　文献标识码 　A
Landscape diversity and stability of Korean pine broad2leaved forest in Xiaoxing’anling forest region. WAN G
Lihai ,MEN G Chun ( Northeast Forest ry U niversity , Harbin 150040 , China) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2005 ,16
(12) :2267～2270.
Taking the Dongfanghong Forestry Farm of Dailing Forestry Bureau in Heilongjiang Province as the study area ,
and based on the GIS information and the analysis of current forest management measures ,a landscape dynamic
model was established ,which indicated that the indexes of landscape classification at the first and second levels
were rather low ,due to the forest covered about 91 % of the whole study area. The dominance index of forest
cover was increased from 0. 611 to 0. 692 during the period from 1985 to 1993 ,and that of climax forest commu2
nity was increased by 70 %. During the years of 2 041～2 049 ,the Korean pine broad2leaved forest would become
the climax forest community in this area ,with an area around 13 120～13 242 hm2 if taking selective cutting as
the prevailing harvesting method.
Key words 　Landscape diversity , Dynamic simulation , Management measures , Korean pine broad2leaved forest .3 国家“十五”科技攻关资助项目 (2001BA51B0702) .3 3 通讯联系人.
2005 - 03 - 28 收稿 ,2005 - 05 - 30 接受.
1 　引 　　言
红松阔叶林是一种很有特色的森林 ,物种丰富 ,
结构复杂 ,生产力高. 这种地带性顶极群落对保持生
态环境起着重大作用 ,同时也构成了中国东北东部
林业产业的物质基础. 随着红松阔叶林的开发利用 ,
林相完整的原始红松阔叶林已寥寥无几 ,取而代之
的是过伐林、次生林和人工林的混合体. 这种状况受
到国内外学者和政府的重视 ,对红松阔叶林的研究
和保护也日渐深入和加强. 这种地带性顶极群落在
未来的森林经营利用中能否存在 ,许多学者进行了
专门的研究. 徐化成等[24 ]对红松阔叶林的特点、分
布规律、动态、经营措施等进行了详细的研究 ,为红
松阔叶林的经营利用提供了理论基础 ;邵国凡等[17 ]
运用生态模拟模型模拟长白山阔叶红松林实施皆伐
后的森林演替过程 ,结果表明 ,皆伐对红松阔叶林是
一种破坏性干扰 ,红松 ( Pi nus koraiensis) 在该地将
成为灭绝种 ,而槭树 ( A cer m i no) 将成为优势度较强
的丰富种. 同时还研究了长白山自然保护区及周边
地区的森林状况 ,运用不同的模拟模型对不同经营
措施下的演替方向进行了预测 ,指出强度为 25 %的
择伐对阔叶红松林的恢复最为有利 ,但对整个红松
阔叶林的存在与否持一种谨慎的乐观. 本文选取对
红松阔叶林具有典型代表意义的黑龙江省带岭林业
局东方红林场进行景观研究 ,讨论了红松阔叶林的
稳定性问题.
2 　研究地区与研究方法
211 　研究地区概况
研究地区选择在黑龙江省带岭林业局东方红林场 . 该林
应 用 生 态 学 报 　2005 年 12 月 　第 16 卷 　第 12 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Dec. 2005 ,16 (12)∶2267～2270
场位于黑龙江省东北部、小兴安岭南坡 (128°57′16″～129°
17′50″E ,46°50′8″～46°59′20″N) ,以低山地为主 ,多为缓坡.
最高海拔 1 050 m ,最低海拔 250 m. 全年平均气温 114 ℃,
平均最低月气温 - 1914 ℃,极端气温 - 40 ℃(1 月上旬) ,
平均最高月气温 2019 ℃(7 月) ,极端气温 37 ℃. 年 ≥10 ℃
积温 2 156 ℃. 年降水量平均为 661 mm. 全年无霜期 115 d.
土壤为暗棕壤森林土 ,剖面特征 :A0 层厚度 2～6 cm ;A1 层
厚度 6～20 cm. A1 层下有较厚的淀积层 (B 层) ,土壤厚度在
6～47 cm.
东方红林场是小兴安岭地区典型的红松阔叶林分布地.
经过数年的开发利用 ,原始红松阔叶林基本消失 ,目前以次
生林为主.
212 　研究方法
21211 资料来源 　采用东方红林场 1985 年、1993 年小班因
子调查数据库和林相图以及 2001 年的实际统计资料.
21212 景观要素划分 　根据研究地区林相图和小班因子调
查数据库对研究地区景观分析 ,然后对景观要素采用二级分
类.一级分类 :根据土地用途和地物特点将研究区域景观分
为有林地、采伐迹地、苗圃、农地、荒山、疏林、未成林造林地、
沼泽、其他. 二级分类 :根据优势树种组成成分 ,将有林地进
一步划分森林群落类型 ,并以亚优势树种为形容词 ,优势树
种为主词命名. 分类结果为 :红松纯林、红松阔叶混交林、阔
叶红松林、阔叶落叶松林、阔叶云冷杉林、落叶松林、云冷杉
林、杨2桦林、柞树林、水 (曲柳)2胡 (桃楸)2黄 (波萝) 阔叶林、
针叶红松林、针叶落叶松林、杂木林和针叶云冷杉林. 本文研
究的红松阔叶林包括红松纯林、红松阔叶混交林、阔叶红松
林、针叶红松林、阔叶云冷杉林、云冷杉林、针叶云冷杉林.
21213 数据处理 　应用 Arcview 软件将林相图矢量化 ,对各
小班依据景观要素划分的方法进行斑块合并后 ,给各斑块赋
予属性值. 根据分析指标及模拟模型的需要 ,获取所需的各
参数.
21214 分 析 指 标 及 模 拟 模 型 　采 用 景 观 多 样 性 指
数[4 ,11～13 ,19 ,22 ,25 ,26 ,28 ,29 ]分析 1985～1993 年间景观变化情
况 ,计算结果见表 1 和表 2. 然后应用马尔可夫状态转移矩
阵[1 ,2 ,5～8 ,14～16 ,18 ,20 ,23 ]分别建立 1985～ 1993 年和 1993～
2001 年间的转移概率矩阵 ,建立模拟模型 1 和模型 2. 以
2001 年的实际面积拟合模型 I ,并分别以 1985 年和 1993 年
的数据为初始状态 ,预测景观达到稳定状态时的景观结构 ,
计算结果见表 3.
表 1 　景观多样性指数表
Table 1 Landscape diversity index
多样性指数
Diversity
index
年度
Year
一级分类
First
level
二级分类
Second
level
Simpson 1985 01317 01678
1993 01163 01819
Shannon2Wiener 1985 21002 21144
1993 01620 21928
表 2 　景观要素优势度表
Table 2 Landscape element dominance index
一级分类
First
level
优势度
Dominance index
1985 1993
二级分类
Second
level
优势度
Dominance index
1985 1993
A 01611 01692 J 01004 01023
B 01043 01052 K 01049 01084
C 01110 01085 L 01016 01059
D 01083 01069 M 01022 01044
E 01106 01031 N 01267 01262
F 01021 01015 O 01009 01035
G 01003 01008 P 01004 01017
H 01019 01033 Q 01414 01239
I 01002 01017 R 01070 01047
S 01002 01001
T 01014 01031
U 01012 01014
V 01042 01044
W 01073 01094
A :有林地 Closed forest ; B :农地 Farmland ; C :未成林造林地 New
plantation ; D :荒山 Mountain desert ; E :疏林 Open forest ; F :采伐迹
地 Cut over land ; G:苗圃 Seeding site ; H :其他 Others ; I :沼泽 ; J :红
松纯林 Korean pine forest ; K: 红松阔叶混交林 Korean pine2broad
leaved forest ; L :阔叶红松林Broad2leaved2Korean pine forest ; M :阔叶
云冷杉林 Broad2leaved2 Picea jezoensis and A bies holophylla forest ; N :
阔叶落叶松林Broad2leaved2L ari x gmelinii forest ; O :落叶松林 L ari x
gmelinii woodland ; P :云冷杉林 Picea jezoensia2A bies holophylla for2
est ; Q :杨桦林 Populus spp .2Bet ula spp . mixed forest ; R :柞树林 Oak
forest ; S :水2胡2黄阔叶林 Fraxinus mandshrica2J uglans mandshurica
and Phellodenron am urense forest ; T :针叶红松林 Coniferous2Korean
pine forest ; U :针叶落叶松林 Coniferous2L ari x gmelinii forest ; V :杂
木 Weed trees ; W :针叶云冷杉林 Coniferous2 Picea jezoensis and A bies
holophylla forest .
表 3 　景观要素面积表
Table 3 Landscape element area( hm2)
景观要素
Landscape
element
2001 年
实际
Actual
拟合
Fitting
拟合差
Fitting
difference ( %)
稳定状态景观结构
Landscape structure
of stable state
模型 1
Model
1
模型 2
Model
2
A 17803 17680 017 17381 17613
B 533 539 1 458 478
C 450 437 3 357 364
D 41 46 12 35 30
E 120 134 11 131 153
F 45 53 18 54 61
G 15 20 33 39 15
H 74 75 1 27 25
I 38 32 15 35 23
J 210 228 8 186 145
K 942 950 1 828 784
L 1200 1188 1 971 942
M 910 913 1 1442 1385
N 5883 5745 2 5906 5991
O 450 486 8 816 803
P 458 471 3 611 606
Q 4002 3921 2 3296 3194
R 745 757 1 535 521
S 1 0 100 0 1
T 500 518 3 485 494
U 143 150 5 213 192
V 620 631 2 545 535
W 1739 1722 1 1785 1788
8622 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　16 卷
3 　结果与分析
311 　红松阔叶林景观多样性
31111 一级分类景观多样性指数 　东方红林场经营
区内包含东方红林场和丰收村两个行政区 ,分别从
事林业和农业生产. 按 1993 年调查资料显示 ,农地
仅 536 hm2 ,占整个面积的 218 % ;而有林地 17 471
hm2 ,占 9114 %. 两个景观多样性指数均表明 ,有林
地在景观中占控制地位. 从面积上看 ,有林地形成了
景观的基质 ,其他景观要素仅为镶嵌于基质上的斑
块.
1985～1993 年间 ,一级分类景观多样性指数降
低 ,有林地优势度增加. 从面积上看 ,这一变化是由
于有林地面积的增加引起的. 1985 年有林地面积
15 094 hm2 ,1993 年有林地面积17 471 hm2 ,增加了
2 377 hm2 ,增加数量占总面积的 1214 %. 有林地面
积的增加主要来源于疏林地、未成林造林地和荒山
荒地的减少. 其主要变化见图 1.
图 1 　景观要素变化
Fig. 1 Change of landscape elements.
31112 二级分类景观多样性指数 　1985～1993 年
间 ,二级景观多样性增加 ,次生过渡性林分优势度下
降 ,顶极群落优势度增加. 究其原因 :一是由于自然
演替 ,次生过渡性林分 (如杨桦林)面积减少 ;二是在
疏林地改造、荒山荒地造林、采伐迹地造林中 ,采用
红松、落叶松为造林的主要树种. 到 1993 年 ,红松阔
叶林面积增加了 4 102 hm2 ,杨桦林等面积减少了
2 551 hm2 . 在此期间 ,红松阔叶林优势度从 01427
增加到 01570 ,超过杨桦林等成为景观中的优势群
落 (图 2) .
从景观多样性分析可以看出 ,现行的森林经营
　
图 2 　红松阔叶林分布
Fig. 2 Korean pine forest distribution.
措施对恢复当地的森林顶级植物群落 ———红松阔叶
林具有决定性的促进作用.
312 　红松林的生态稳定性
31211 模型拟合 　由表 3 的拟合结果可见 ,有林地
各景观要素拟合差较小 ,模拟效果较好. 1) 采伐迹
地 :皆伐受适宜条件的限制 ,迹地面积大幅度减少 ,
远大于模型减少的速率. 2) 苗圃 : 1985～1993 年期
间 ,苗圃面积增加 6 hm2 ,导致转移概率发生. 但此
后苗圃未再增加 ,因此出现较大误差. 3) 荒山 :受当
地农业生产和林业生产的双重影响 ,不确定性较大.
4)沼泽 :其形态呈长仿锤形 ,面积不大 ,但样点数量
较大 ,转移概率误差较大. 5) 水2胡2黄阔叶林 : 1985
～1993 年间 ,水2胡2黄阔叶林从 20 hm2 减少到 1
hm2 ,减少速度加快 ,模拟值为 0. 但经生产部门的经
营 ,至 2001 年仍有 1 hm2 的水2胡2黄阔叶林存在.
以上几个景观要素在整个景观中所占的比重较小 ,
因此 ,对模拟效果没有大的影响.
31212 预测分析 　应用模型 1 和模型 2 东方红林场
景观进行动态模拟预测. 结果表明 ,研究地区的景观
将在 2041～2049 年间达到稳定状态 (表 3) .
从模拟结果来看 ,到稳定状态 (2041～2049 年
间) ,有林地面积将达到 17 381～17 619 hm2 ,占整
个区域面积的 9019 %～9211 %. 红松阔叶林面积将
从 1985 年的 6 242 hm2 增加到 13 130～ 13 242
hm2 ,占有林地面积的 7511 %～7515 % ,成为景观的
962212 期 　　　　　　　　　王立海等 :小兴安岭带岭林区红松阔叶林景观多样性与稳定性研究 　　　　　　　　　　　
优势要素.
4 　讨 　　论
　　红松阔叶林广布于中国东北东部 ,其稳定性对
本地区森林资源多重效益作用的发挥具有重要意
义. 本研究结果表明 ,红松阔叶林优势度增加 ,成为
优势群落 ;经马尔可夫模型预测 ,在 2041～2049 年
间达到稳定状态 ,成为景观的优势要素. 这与邵国
凡[17 ]的研究结果相一致. 表明本地区的阔叶红松林
不仅不会消失 ,而且成为本地区森林资源的主体 ,确
保森林资源多重效益作用的发挥.
红松阔叶林在研究期间得以恢复和发展与红松
的生态特性及经营措施相关. 红松为耐荫树[24 ] ,在
自然演替过程中 ,红松总是藉针、阔叶树的死亡腾出
空间 ,以后又以阔叶树的发生为庇荫 ,给红松更新创
造条件[3 ] . 这决定了皆伐方式对红松阔叶林将起到
毁灭性的作用[17 ] ,而择伐保留了红松更新幼苗幼树
需要的蔽荫树木 ,产生的林窗又为红松的后期快速
生长提供了空间. 因此 ,择伐有利于红松阔叶林的恢
复和发展. 目前 ,择伐强度一般不超过 40 % ,强度较
低. 低强度的择伐产生的林隙一般不超过 150 m2 ,
属于小林隙. 研究表明 ,较小林隙内不同年龄红松幼
树在水平空间分布较均匀[9 ] ,可有效地抑制先锋树
种的更新. 因此 ,低强度择伐是红松阔叶林经营的有
效措施[17 ] .
马尔可夫模型无法体现气候因素对未来红松阔
叶林的影响[10 ] ,而区域性气候变化对红松阔叶林的
变化可能起到一定作用[21 ,26 ,27 ] . 考虑到全球气候变
暖趋势的影响 ,红松阔叶林的分布范围可能发生变
化. 对于中国东北部山地 ,温度的升高可能是主导因
子. 其结果将是红松阔叶林的水平分布范围北移 ,垂
直分布上移 , 从而改变红松阔叶林的分布及组
成[17 ,24 ] . 但这一过程是缓慢的 ,在未来 50 年内 ,其
影响不甚显著. 近年来 ,研究地区未发生大面积的森
林火灾和病虫害. 因此 ,这两方面因素对红松林的影
响有待进一步探讨.
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作者简介 　王立海 ,男 ,1960 年生 ,博士 ,教授. 长期从事森
林经营管理和森林作业与环境方面的研究 ,发表论文 50 余
篇. Tel :0451282192369 ; E2mail :lihaiwg @public. hr. hl. cn
0722 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　16 卷