全 文 ：川西亚高山森林恢复的空间格局分析*
张远东 刘世荣* * 赵常明
(中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所,北京 100091)
摘要 以米亚罗林区为例, 利用森林样地调查和遥感影像解译方法, 通过森林植被图与数字地形的叠
加, 分析了川西亚高山森林大规模采伐和更新后, 主要森林植被类型外貌与起源之间的联系, 以及各类型
分布的地形分异规律和空间格局. 结果表明,大规模采伐和更新后,森林植被类型的外貌与起源相关, 老龄
针叶林为保留下来的原始林, 中幼龄针叶林为人工林, 落叶阔叶林为天然次生林, 而针阔混交林中既有天
然次生的成分, 也有人工、天然更新共同作用的成分.海拔 2 800~ 3 600 m 是米亚罗的主要伐区,森林恢复
表现出坡向分异: 人工更新的中幼龄针叶林主要分布于阳坡、半阳坡; 落叶阔叶林和针阔混交林受天然更
新的影响, 主要分布于阴坡、半阴坡. 老龄针叶林主要保留在海拔 3 600 m 以上. 恢复过程中各种森林植被
类型镶嵌分布, 景观破碎化严重.
关键词 亚高山森林 空间格局 恢复 地形 更新
文章编号 1001- 9332( 2005) 09- 1706- 05 中图分类号 S718. 5 文献标识码 A
Spatial pattern of subalpine forest restoration in west Sichuan. ZHANG Yuandong, LIU Shirong, ZHAO
Changming ( I nstitute of For est Ecology , Environment and Protection, Chinese A cademy of For estry , Beij ing
100091, China) . Chin . J . A pp l. Ecol . , 2005, 16( 9) : 1706~ 1710.
West Sichuan subalpine is an ex tension o f Q inghaiT ibet Plateau to sout heast China, w hich is covered mainly
with dark coniferous forest. A s a result of longterm large scale overlogging, the for ests have been greatly reduced
and deg raded. Nowadays, the forest restoration and regener at ion in the region are being highlighted. Selecting
M iyaluo as a case study area and employing the methods of plo t investig at ion, ETM image interpretation, and
overlaying vegetation map with digital topography, this paper analyzed the r elat ions betw een the appear ance and
orig in of four for est vegetation types, along with their topography differentiat ion and spatial patterns after a large
scale logging and regeneration. The results show ed t hat the appearance of forest vegetations w as significantly cor
related wit h their orig in. Old coniferous for ests ( OC) were primitive ones, middleaged and young coniferous
forests ( MYC) were from artificial regeneration, deciduous broadleaf for ests ( DB) were natural secondary ones,
while mixed coniferous and deciduous forests ( MCD) were par tly from natur al secondar y ones and others from
the conjunct act ion of artificial and natural regeneration. The main cut area in M iyaluo located in the sites wit h
elevation from 2 800 to 3 600 m, where forest restoration appeared difference among different aspects. MYC was
mainly distributed on sunny and halfsunny slope, DB and MCD w ere distributed on shady and halfshady slope,
and OC w ere reserved on the sites wit h elevation mo re than 3 600 m. In the process of forest r esto ration, the four
forest vegetation types were in mosaic pattern, and the landscape was ser iously fragmentized.
Key words Subalpine fo rest, Spatial pattern, Restoration, Topography , Regeneration.
* 国家重点基础研究发展规划项目( 2002CB111504)、国家! 十五∀科
技攻关项目( 2001BA510B06 )、国家林业局 948项目( 200114 )和中
国博士后科学基金资助项目( 20040350374) .
* * 通讯联系人. Email: Liusr@ forest ry. ac. cn
2005- 04- 08收稿, 2005- 06- 01接受.
1 引 言
川西亚高山林区地处我国青藏高原东缘, 地形
复杂,新构造运动活跃,岩体松散, 地震频繁, 是一个
生态环境非常脆弱的地区. 川西亚高山暗针叶林是
该区主要的森林类型,集中分布于金沙江、雅砻江、
岷江和大渡河等流域及其支流, 是我国西南高山林
区水源涵养林的重要组成部分. 20世纪中叶以来,
随着川西亚高山森林的大规模开发利用, 以冷杉
( Abies spp)为主要优势树种的原始暗针叶林被大
面积采伐,随后进行了以云杉( Picea spp)为主的人
工更新[ 11] . 同时,桦木( Betula spp)等阔叶先锋树
种的天然更新也普遍而大量地发生[ 16] ; 在留有母
树,且又能结实的局部地段,冷、云杉等原生针叶树
种的天然更新也在进行[ 14] . 1998年,天然林资源保
护工程正式启动, 川西森林全面禁伐封育.在经历大
规模采伐、人工更新及实施封育后,不同林龄的人工
林、天然次生林以及人工、天然更新共同作用形成的
林分镶嵌分布,川西亚高山森林处于大规模的恢复
之中.
在山地生态研究中,海拔、坡度和坡向是衡量地
形分异的 3个主要特征, 也是决定植被生境其他要
素分异 (如土壤、小气候和水文等)的主导环境因
子[ 6, 8] .根据地形差异揭示植被空间分布规律,了解
自然和人为因素影响是植被生态学研究的一个重点
应 用 生 态 学 报 2005 年 9 月 第 16 卷 第 9 期
CH INESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY , Sep. 2005, 16( 9)#1706~ 1710
领域[ 2, 12] . 从已有的研究看, 大多数相关研究均采
取传统的样地、样线或样带调查方法,获得点状或局
部地段群落的类型、结构和生境参数,利用传统统计
方法得出群落分异的模糊综合影响因子系列, 进而
建立起相关分异规律与地形分异之间的定性或半定
量关系(以传统的排序方法最具代表性) [ 1, 9] . 这种
研究方法有时无法避免采样布点的主观性或因设点
困难造成的偏差,也难以定量地反映地形分异对植
被分布的影响和进一步总结规律性.随着计算机和
微电子技术的迅猛发展, ! 3S∀技术目前已广泛应用
到植被研究的众多领域, 成为空间上定量研究植被
与环境关系的新兴手段[ 7] .
本文以米亚罗林区为例, 通过野外调查确定森
林外貌和起源之间的关系, 使用监督分类方法进行
遥感植被制图, 并与 DEM 数据进行空间叠加, 分析
了川西亚高山森林恢复的地形分异规律和景观格
局,对于该区域森林恢复、重建以及可持续经营具有
重要意义.
2 研究地区与研究方法
21 研究区概况
米亚罗林区位于我国四川省理县境内( 31∃24%~ 31∃55%
N, 102∃35%~ 103∃4%E) ,面积 15 6& 104 hm2 .该区位于青藏高
原东缘褶皱带最外缘部分,海拔在 2 200~ 5 500 m 之间, 具
有典型的高山峡谷地貌. 气候受着高原地形的决定性影响,
属冬寒夏凉的高山气候. 以海拔 2 760 m 的米亚罗镇为例,
全年降水量 700~ 1 000 mm, 年蒸发量 1 000~ 1 900 mm, 1
月均温- 8 ∋ , 7月均温 12 6 ∋ , ( 10 ∋ 的年积温为 1 200
~ 1 400 ∋ .
米亚罗林区植被垂直成带明显,其类型和生境随海拔及
坡向而分异[ 4, 5] . 原生森林分布于海拔 2 400~ 4 200 m 之
间,以亚高山暗针叶林为主, 主要优势树种为岷江冷杉( A
bies f ax oniana) .该区森林由四川省阿坝州川西林业局经营
与管理, 1953~ 1978 年间进行过大规模采伐, 之后可采资源
趋于枯竭,年采伐量逐渐减少, 至 1998 年停采封育. 采伐迹
地初期多形成悬钩子( Rubus spp )或箭竹 ( S inarundinar ia
nitida)灌丛. 1955年以后, 采伐迹地上陆续开展了以粗枝云
杉( Picea asp erata)为主的人工更新. 同时, 迹地上以桦木为
主的次生阔叶树种的天然更新也普遍发生. 米亚罗林区的森
林及其经营史对整个川西亚高山林区都具有代表性.
米亚罗森林带的地形本底如图 1所示, 随海拔升高各区
间所占面积逐渐增大, 海拔 2 800 m 以下的区域仅占整个森
林带面积的 6 2% ; 各坡向所占面积比例差别不大, 仅平地
面积较少; 平均坡度 272∃, 20∃~ 40∃的坡地占整个森林带的
683% .海拔、坡向及坡度本底充分体现了高山峡谷区的地
形特点.
2 2 研究方法
2 2 1 植被制图与森林样地调查 对米亚罗林区进行植被
线路调查, 设定了 130 个地面参照点. 使用 1999 年 9 月 20
日的 ET M 影像, 采用监督分类方法 , 编制米亚罗林区植被
分布图. 共确定 9 种不同的植被类型:老龄针叶林、中幼龄针
叶林、落叶阔叶林、针阔混交林、灌丛、草甸、农田、裸岩和冰
雪覆盖区域(包括云影区) , 前 4 种为森林植被类型.
根据高山峡谷区森林采伐和经营以集水区为单元的特
点[ 13] ,对米亚罗甘沟( 20 世纪 50 年代中期采伐)、上磨子沟
( 20 世纪 50 年代中期采伐)、下磨子沟( 20 世纪 50 年代中期
采伐)、大板召猛古沟( 20 世纪 50 年代中期采伐)、大郎坝 31
沟( 20 世纪 60 年代采伐)、大树沟( 20 世纪 60 年代采伐)、山
足坝背沟( 20 世纪 70 年代采伐)、夹壁沟( 1976~ 1988 年采
伐) 8 个集水区的森林进行了线路调查 ,在各集水区内不同
海拔段( 2 950~ 3 050 m、3 150~ 3 250 m、3 400~ 3 600 m)
和坡向(阳坡、半阳坡、阴坡、半阴坡)设置了 86 个 20 m & 20
m 森林样地进行群落调查, 并记录了海拔、坡向、坡度、土壤
类型等环境因子.
据川西林业局营林处资料记载, 上述集水区采伐后全部
迹地均人工更新过云杉(夹壁沟人工更新有小面积的日本落
叶松( Larix kaempf er i) , 但只有山足坝背沟、夹壁沟和 282
对坡进行了连续 5~ 8 年的幼林抚育, 其中山足坝背沟部分
林地作为人工更新示范林至今仍然每 2~ 3 年砍除杂灌一
次,其余集水区人工更新初期就停止了幼林抚育,具体抚育
年限不详.
2 2 2 森林植被类型分布的地形格局 利用研究区 1#10 万
数字化地形图生成 DEM 模型 ,建立海拔、坡度、坡向分异分
析模板. 海拔 2 400~ 4 200 m, 每 200 m 一个间隔,共 9 个区
间.坡向分阳坡、半阳坡、半阴坡、阴坡和平地(坡度小于8∃区
图 1 米亚罗森林带(海拔 2 400~ 4 200 m )的地形本底
Fig. 1 T opographic characterist ic of forest belt( 2 400~ 4 200 m) , M iyaluo
1 ) 2 400~ 2 600 m, 2) 2 600~ 2 800 m, 3) 2 800~ 3 000 m, 4) 3 000~ 3 200 m, 5) 3 200~ 3 400 m, 6) 3 400~ 3 600 m; 7) 3 600~ 3 800 m, 8) 3 800
~ 4 000 m, 9) 4 000~ 4 200 m; A: 阳坡 Sunny, B:半阳坡 Halfsunny, C: 半阴坡 Halfsyady, D: 阴坡 Shady, E: 平地 Flat 下同 The sam e below
17079 期 张远东等:川西亚高山森林恢复的空间格局分析
域) .坡度 0~ 60∃之间每 10∃一个区段, 60∃~ 85∃作为一个区
段,共 7 个区间. 在森林带内将海拔、坡度、坡向分异模板与
植被图进行叠加,计算出不同森林植被类型在海拔、坡向、坡
度各区间上的分布比例,分析其地形分异规律. 计算公式(以
海拔为例) : 某一森林植被类型在某一海拔区间上的分布比
例= (该类型在该海拔区间上的面积/该类型总面积 ) &
100% .
223 森林植被类型分布的景观格局 选择海拔在 2 800~
5 000 m 之间的猛古沟,分析森林植被类型分布的景观格局.
该沟东西走向长 13 km, 南北宽9 km, 流域面积 87 km2, 采伐
时间为 1954~ 1956, 1958~ 1961 年曾经复采, 全部迹地上
1956~ 1958年、1962~ 1963 年人工更新了粗枝云杉( Picea
asperata) , 抚育 2 年后停止,之后封山育林至今.
3 结果与分析
31 森林类型及其起源
由表 1可见,米亚罗森林采伐前以成、过熟暗针
叶林为主, 优势树种主要为岷江冷杉, 自然条件下主
要依靠林窗更新维持森林的稳定性[ 4, 11] . 森林采伐
后迹地人工更新以粗枝云杉为主,另有少量的日本
落叶松.米亚罗林区原有小块状天然粗枝云杉林,分
布于阳坡、半阳坡,但都已被采伐利用展期,仅在山杨
( Populus davidiana)、白桦( Betula platyphylla)、高山
栎( Quercus aquif olioides)、高山松( Pinus densata) 等
阳坡森林中还保存有自然散生的个体[ 15] . 根据米亚
罗林区采伐和更新资料:现今的粗枝云杉林林龄均在
15 ~ 50年之间,全部来自于人工更新;散生于阴坡次
生林中的粗枝云杉个体, 年龄也都在 50年以下,为早
期人工更新保留下来的个体,在天然更新的共同作用
下形成针阔混交林;日本落叶松为外来种, 其林分来
自人工更新;岷江冷杉、紫果云杉( Picea purpurea)、
铁杉( Tsuga chinensis )、红杉( L ar ix p otanini i ) 等针
叶树种和桦、槭( Acer spp)、杨( Populus spp) 等阔
叶树种均为天然更新. 米亚罗林区大规模采伐和人
工更新开始于20世纪50年代,通过林分年龄和树种
组成可以确定,老龄针叶林为原始林, 中幼龄针叶林
为人工林,落叶阔叶林为天然次生林, 而针阔混交林
中既有天然次生的林分, 也有人工、天然更新共同作
用的林分(表 1) .
32 森林植被类型的地形格局
由图 2可以看出, 不同森林植被类型在海拔和
坡向上分异显著,而在坡度上分异不显著.老龄针叶
林主要分布于海拔 3 600~ 4 000 m ,中幼龄针叶林
主要分布于海拔2 800~ 3 600 m 的阳坡、半阳坡,而
落叶阔叶林和针阔混交林则主要分布于海拔2 800
~ 3 600 m 的阴坡、半阴坡.
老龄针叶林目前主要保留于较高海拔,与 20世
纪川西亚高山林区的采伐方式有关.在海拔 3 600~
4 200 m 的区域, 阴坡主要为杜鹃冷杉林和杜鹃
( Rhododendron spp)灌丛, 阳坡主要为高山草甸和
紫果云杉疏林[ 5] . 这里的森林由于海拔过高, 林木
生长慢、材质差、腐朽重、土层薄、防护性强,通常作
表 1 米亚罗林区目前的森林类型及其起源
Table 1 Forest types and their origon in Miyauo
森林植被类型
Vegetation types
主要森林类型及林龄
Main forest types &
stand age( yr)
面积较少的林型及林龄
Minor forest types &
stan d age( yr)
采伐与更新状况
Cutt ing & regenerat ion
situat ion
起源
Origon
老龄针叶林
Old coniferous forest
岷江冷杉林 A bies f axoni
ana f orest ( 140~ 200 ) ;紫果云杉岷江冷 杉林 Picea
p urp urea, A f axoniana
f orest ( 120~ 270)
高山 松林 Pin us densata
forest ( 60~ 100) ; 红杉林
Larix potanini i forest ( 170
~ 270)
未进行采伐和人工更新
No cut ting & art if icial re
generat ion
原始林Primit ive forest
中幼龄针叶林
M iddleaged and young
coniferous forest
粗枝云杉林 Picea asperata
f orest ( 10~ 50)
日本落叶松林
Larix kaempf eri f orest ( 20
~ 30)
采伐,人工更新过云杉和日本落叶松 Cutted & re
generated art ificially w ith
P asperata and
L kaempf eri
人工林Plantat ion
落叶阔叶林
Deciduous broadleaved
forest
桦木林 Betula spp. forest
( 15 ~ 50 ) , 山杨桦木林
Populus dav idiana , Betula
spp forest ( 10~ 50)
采伐, 人工更新过云杉
Cut ted & regenerated ar
t ificially with Pasp erata
天然次生林 Natural sec
ondary forest
针阔混交林
M ixed forest of coniferous
w ith broad leaved
桦木、岷江冷杉林 Betula
spp , A f axoniana f orest
( 15~ 50) ;桦木、岷江冷杉、粗枝云杉林 Be tula spp ,
A f axoniana , P asperata
f orest ( 15~ 50 ) ;桦木、粗枝云 杉 林 Betula spp. ,
P asperata forest ( 15~ 50)
槭树、桦木、铁杉林 A cer
spp , Betu la spp , Tsuga
chinensi s f orest( 15~ 50 ) ;槭树、桦木、粗枝云杉、铁杉林
A cer spp , Betula spp ,
Pasp erata , T suga chinen
si s forest ( 15~ 50)
采伐, 人工更新过云杉
Cut ted & regenerated ar
t ificially with Pasp erata
天然次生林或人工、天然更新共同作用形成的林分 Natural secondary for
est or ones f rom both na
t rul and art ificial regenera
t ion
1708 应 用 生 态 学 报 16 卷
图 2 米亚罗 4种森林植被类型在海拔、坡向和坡度上的分布比例
Fig. 2 Dist ribution proport ion of four forest vegetation types in alt itude, aspect and slope
OC:老龄针叶林 Old coniferous forest ; MYC:中幼龄针叶林 Middle aged & young coniferous forest ;DB:落叶阔叶林 Deciduous broadleaved forest ;
MCD:针阔混交林M ix ed forest w ith coniferous & deciduous; SH:灌丛 Sh rub; GR:草甸 Grassland 下同 The sam e bellow
为防护林保留下来. 在米亚罗林区,海拔 2 800 m 以
下的森林多位于主沟两侧, 所占比例小, 早期破坏
重,余下的多作为护岸林保留下来[ 13] . 而在开阔沟
谷的阳坡中上部,多为大面积原生的高山栎( Quer
cus sem icarp if ol ia)灌丛所覆盖. 海拔 2 800~ 3 600
m的阴坡、半阴坡、半阳坡以及阳坡中下部是米亚罗
的主要伐区,其中阴坡、半阴坡是冷杉林的集中分布
区,而半阳坡、阳坡中下部则是紫果云杉岷江冷杉
林、高山松林、铁杉林的分布区. 采伐后迹地人工更
新主要为单一树种粗枝云杉. 在大规模采伐与更新
的 20世纪 50~ 70年代, 尽管大部分迹地陆续进行
了人工更新,但由于更新没有跟上采伐,幼林抚育质
量差,一般仅更新当年和次年抚育,远未达到抚育规
程要求的 6~ 8年,多数迹地人工更新后就在自然演
替的轨道上发展,以桦木为主的阔叶先锋树种的更
新普遍而大量地发生, 迹地恢复过程中发生坡向上
的分异.在阴坡、半阴坡, 次生阔叶林和针阔混交林
普遍发生;而人工更新的云杉林多在阳坡、半阳坡最
终保留下来,形成中幼龄针叶林.
33 森林植被类型的景观格局
由图 3可以看出,老龄针叶林主要保留在海拔
3 600 m以上 该区域同时分布有大面积的灌丛与
草甸. 海拔 2 800~ 3 600 m,主要为中幼龄针叶林、
落叶阔叶林和针阔混交林镶嵌分布,景观破碎化严
重.由于不同外貌的森林起源不同,原始林、人工林、
天然次生林以及人工、天然更新共同作用的林分也
镶嵌分布,形成了米亚罗森林目前的恢复格局.
4 讨 论
川西亚高山森林在 20世纪下半叶经过 40余年
的采伐利用后, 整个森林景观都发生了巨变. 在外貌
上,原始暗针叶林变为落叶阔叶林、针阔混交林、中
幼龄针叶磷和残留的老龄针叶林镶嵌分布的格局.
由于人工更新以云杉等针叶树种为主, 而天然更新
图 3 米亚罗猛古沟 4种森林类型的景观格局
Fig. 3 Landscape pat tern of four forest types in M enggu gully, M iyaluo
则以桦木等阔叶树种为主,结合采伐与人工更新资
料可以确定:老龄针叶林为保留下来的原始林, 中幼
龄针叶林为人工林,落叶阔叶林属天然次生林, 而针
阔混交林中既有天然次生林,也有人工、天然更新共
同作用形成的林分.目前,米亚罗原始暗针叶林主要
保留于海拔 3 600 m 以上; 人工更新的中幼龄针叶
林主要分布于海拔 2 800~ 3 600 m 的阳坡、半阳
坡;而落叶阔叶林和针阔混交林则主要分布于海拔
2 800~ 3 600 m 的阴坡、半阴坡.米亚罗森林恢复过
程中各种森林植被类型镶嵌分布,景观破碎化严重.
在川西高山峡谷区,选择较为喜光耐旱的云杉
作为主要更新树种, 是因为原始暗针叶林采伐后迹
地光照条件改善, 温度增高,湿度变小,日振幅大,反
映在土壤层尤为明显, 迹地生境总体趋于干旱; 与冷
杉相比,云杉材质优良,纹理通直,病腐率低,栽后成
活率较高,生长较快[ 1] . 在米亚罗林区, 主要更新树
种为粗枝云杉,其较耐寒冷、喜光, 在不同庇荫条件
下的生长过程差异很大, 全光下生长迅速, 而庇荫、
17099 期 张远东等:川西亚高山森林恢复的空间格局分析
半庇荫条件下生长不良[ 11] .海拔 2 800~ 3 600 m 的
阴坡、半阴坡是原始冷杉林的集中分布区,生境本以
阴湿为特征,自然条件下以林窗更新为主,演替过程
中伴生或派生灌木、乔木种类很多, 包括箭竹、悬钩
子、茶 子( Ribes spp)、花楸( Sorbus spp)、野樱桃
( Pr unus spp)、蔷薇( Rosa spp)、红桦( Betula al
bosinensis )、糙皮桦( Betula util is)等,采伐后以箭竹
迹地、悬钩子迹地类型为主, 杂灌生长繁茂, 恢复
快[ 3] ,因而生境的旱化只是暂时的, 人工更新后若
抚育不能跟上, 杂灌的侵入会引起更新幼苗的生长
不良和死亡;人工更新云杉如要成功,则需长期的连
年抚育.米亚罗森林采伐后虽然普遍进行了云杉的
人工更新, 但在大规模采伐和更新的 20 世纪 50~
70年代,抚育面积和质量普遍没有跟上,杂灌与随
后的桦木等次生阔叶树种大量更新、迅速生长形成
上层林冠,最终导致人工更新的粗枝云杉在阴坡、半
阴坡仅有少数个体保留下来. 半阳坡、阳坡生境较适
合云杉的生长, 人工更新的粗枝云杉在竞争中不至
处于劣势,一旦郁闭就能保留下来, 形成人工林. 这
是森林恢复过程中坡向分异的主要成因.另一方面,
森工企业只对长势较好的人工更新林分加强早期抚
育以形成示范林的做法, 也使得半阳坡、阳坡更新林
分在关键的成林初期得到更多管理,这可能是促成
坡向分异的一个潜在人为因子.由此可见,米亚罗森
林的恢复主要受森林经营和天然更新的共同作用,
其恢复格局则是人为分异和自然分异同时作用下的
产物.
在米亚罗林区,人工针叶林目前已发生严重的
林木分化, 如不进行抚育间伐, 部分弱势木会被淘
汰,而优势木则保留下来.落叶阔叶林和针阔混交林
则是暗针叶林自然演替的前期阶段,其将向顶级群
落自然演替[ 10] . 由于针叶树种源的普遍存在, 从长
期来看,如果没有大规模的干扰,米亚罗森林将会逐
渐向暗针叶林恢复.
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作者简介 张远东, 男, 1973 年生, 博士, 副研究员. 主要从
事森林生态系统经营管理和景观生态学研究 ,发表论文 25
篇. T el: 01062889534; Email: zyd@ forestry. ac. cn
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