全 文 ：第 25卷第 6期
2005年 6月
生 态 学 报
ACTAECOLOGICASINICA
Vol.25,No.6
Jun.,2005
黄土高原植被-降水关系的临界现象
及其在植被建设中的意义
许炯心
(中国科学院地理科学与资源研究所;中国科学院陆地水循环与地表过程重点实验室,北京 100101)
基金项目:国家自然科学基金及水利部黄河水利委员会联合重点资助项目(50239080);国家自然科学基金面上资助项目(40271019)
收稿日期:2004-03-30;修订日期:2004-09-19
作者简介:许炯心(1948～),男,四川绵阳人,研究员,主要从事河流地貌、侵蚀产沙、河流水文研究。E-mail:xujx@igsnrr.ac.cn
Foundationitem:NationalNaturalScienceFoundationofChina(No.50239080,40271019)
Receiveddate:2004-03-30;Accepteddate:2004-09-19
Biography:XUJiong-Xin,Professor,mainlyengagedinfluvialgeomorphology,erosionandsedimentyield,hydrology.E-mail:xujx@igsnrr.ac.
cn
摘要:以退耕还林还草为主要内容的大规模的生态环境建设正在我国兴起,如何进行科学的植被配置规划,是一个急待解决的
理论和实践问题。以自然植被初级生产力(NPP)表征潜在的即最大可能的植被条件,并与现在的森林覆盖率分布以及植被构
成特征进行了比较。通过大量实测资料的分析,查明了降水条件对森林覆盖率和 NPP的影响及其临界条件。研究表明,以
NPP表征的天然植被特征值在黄土高原地区的分布具有显著的地带性。NPP与年平均降水量的关系中存在着两个临界点,
分别代表着植被类型的变化,Pm=250mm可视为荒漠与草原植被之间的临界点,而 Pm=480mm则为草原(森林草原)与森林
(落叶阔叶林)之间的临界点。尽管次生的人工植被受人为因素的控制,由于存在着自然稀疏化过程,将使人工林地最终达到某
种与水分承载能力相一致的平衡状态,自然条件如年降水仍然是决定其覆盖度的重要因素。在森林覆盖率与年平均降水量的关
系中表现出一个临界点。当Pm<480mm时,森林覆盖率很低,且随年降水的增大而增大的速率很慢;当Pm>480mm时,森林覆
盖率随年降水量而急剧增大。人为建造的水土保持植被,是一个自然的人工生态系统,也是一个自组织系统,它通过自我调节而
趋向于达到某种平衡,建立一定的群落结构甚至于趋向于某种顶极群落,从而实现乔木、灌木、草本植物组成的最优组合。从这
一原理出发,提出了一个基于实测资料进行统计分析的方法,来确定使乔木面积在乔木、灌木、草本总面积中的最优或较优的比
例,得出了具体的数据。
关键词:植被;降水;植被恢复;临界条件;黄土高原
文章编号:1000-0933(2005)06-1233-07 中图分类号:Q945.17,Q948 文献标识码:A
Threholdsin vegetation-precipitation relationship and theimplicationsin
restorationofvegetationontheLoeseePlateau,China
XUJiong-Xin (InstituteofGeographicalSciencesandNaturalResourcesResearch,ChineseAcademyofSciences;KeyLaboratoryofWater
CycleandRelatedLandSurfaceProcesses,ChineseAcademyofSciences,Beijing100101,China).ActaEcologicaSinica,2005,25(6):1233～
1239.
Abstract:TheLoessPlateauregioninChinaisanecologicalyfragilezone,wherelarge-scalevegetationrestorationhasbeen
undertakeninrecentyears.Howtodeterminethereasonableproportionsoftrees,shrubsandgrassesisanissueimportant
bothintheoryandinpractice.Thenaturalvegetationprimaryproductivity(NPP)isadoptedtoreflectthemaximumprobable
orpotentialvegetationconditions,andthenitiscomparedwiththepresentforestcoverandtheexistingtree-shrub-grass
compositionsofthesoil-waterconservationvegetations.Basedondatafrom morethan200countiesintheLoessPlateau
region,therelationshipbetweenannualprecipitationandforestcoverpercentagehasbeenestablished,from whichsome
thresholdshavebeenidentified.
NaturalvegetationindexedbyNPPintheLoessPlateauregionshowsaclearzonaldistribution.Twothresholdsexistin
therelationshipbetweenNPPandmeanannualprecipitation(Pm),correspondingtothechangefromonevegetati
===================================================================
ontypeto
another.Pm=250mmcanberegardedasthethresholdbetweendesertvegetationandsteppe,andPm=480mmthethreshold
betweensteppeandforest.Althoughthesoil-waterconservationvegetationismanmade,someself-adjustmentmechanism
operatesinthisartificialvegetationsystemandleadsthesystemtoabalancebetweenwatersupplybyprecipitationandwater
demandofvegetation.Therefore,theannualprecipitationisstilthemajorcontrolonthecoverpercentagesoftheexisting,
mainlyartificialforest.AthresholdappearsatPm=480mm;whenPmislowerthan480mm,forestcoverpercentage(Cf)is
verylowandtherateatwhichCfincreaseswithPmisalsolow.WhenPmislargerthan480mm,therateatwhichCfincreases
withPmincreasessharply.
Theman-madesoil-waterconservationvegetationcanberegardedasaself-organizedsystem.Throughself-adjustment,it
tendstoestablishsomebalancebetweenwaterandplants,andtherebytheoptimalproportionsoftrees,shrubsandgrassesin
thesystemcanberealized.Startingfromthis,asimplemethodbasedonempiricaldatahasbeenproposedtodeterminethe
reasonableratiooftreeareatothetotalareaofwater-soilconservationvegetationincludingtrees,shrubsandgrasses.Using
thismethod,someresultshavebeengiven,whichmayproposesomereferenceforthevegetationrestorationplanninginthe
LoessPlateauregion.
Keywords:vegetation;precipitation;vegetationrestoration;thresholds;LoessPlateau
在宏观地域尺度上,天然植被类型的分布具有地带性,可以认为是一定气候条件的产物,与地表水分热量条件有密切关系。
由于人类活动的强烈影响,大部分天然植被已受到改造,成为次生的或人为的植被。近年来,以退耕还林还草为主要内容的大规
模的生态环境建设已在我国兴起,如何进行科学的植被配置规划,是一个急待解决的理论和实践问题。
黄土高原地位位于由干旱-半干旱向半湿气候过渡的地区,地表为厚层黄土所覆盖,生态系统十分脆弱。由于人类改造利用
的历史十分悠久,大部分天然植被在历史上已遭到严重破坏,导致了强烈的土壤侵蚀,植被的恢复重建成为这一地区水土流失
治理中的重要任务。为了给这一地区的植被建设提供科学依据,前人已进行了大量研究,取得很多成果,包括本区天然植被的地
带性和非地带性分布、历史上植被的变迁过程、不同地区植被恢复的水分承载条件与生态条件[1～15]。黄土高原地区的植被恢复
重建,应该以天然植被的地带性分布规律为指导,同时考虑非地带性因素的影响。换言之,某一地区所规划的目标植被类型,不
能超越该地区在天然条件下的优势植被类型。本文中,将以自然植被初级生产力表征潜在的即最大可能的植被条件,并与现在
的森林覆盖率分布以及植被构成特征进行比较,查明降水条件对它们的影响及其临界条件,从而为黄土高原植被恢复重建提供
依据。
1 研究区的概况、研究方法与资料来源
本研究以广义的黄土高原地区作为研究区,以各县作为基本单元,未涉及县内的差异,目的在于揭示某种宏观意义上的规
律。由于绝大部分县的天然植被已遭到破坏,以自然植被初级生产力(NPP)表征潜在的天然植被状况。NPP的计算方法中,已
应用于黄土高原的已有多家。朱志辉运用他对叶菲莫娃方法进行修正后所建立的公式,对于黄土高原 300余个县的 NPP进行
过计算[16],这一成果能够全面地反映黄土高原的实际情况,因而本研究中采用了他的计算成果。尽管本地区天然森林已遭严重
破坏,但次生的森林植被仍然依赖于各地的水热条件,而 NPP是各个特定地点水分湿度和太阳辐射条件的函数,归根到底也
是水热条件的产物,故可以认为现存的植被状况与 NPP之间具有某种联系。本文试图揭示这种联系,并基于大量实测数据进
行经验分析,以期揭示植被-降水关系中可能存在的临界条件。
本文中所运用的黄土高原地区各县的森林覆盖率资料是基于环境遥感调查而得到的,是 1985～1990年间黄土高原地区资
源与环境遥感调查所获成果的一部分,已发表[17]。该调查运用了 1985年的 TM卫星影像资料,为了与之配套,在计算 NPP时
的资料年限也截止于 1985年。所涉及到的年降水资料来自有关气象站,为 1950～1985年间的多年平均值。
为了研究人工植被的构成特征,分别考虑了乔木、灌木和草地的面积,并计算出乔木占各区非耕地面积的百分比以及乔木
面积占乔木、灌木和草地总面积的百分比,以此来表示水土保持植被措施实施面积中的植被构成特点。所涉及到的资料系各县
1999年的统计值,来自黄河水利委员会有关部门。
2 天然植被的地带性分布
在侯学煜主持的中国植被地理研究中,对黄土高原的天然植被地带性分布进行了划分,由东南向西北依次分布有南落叶阔
叶林带、北落叶阔叶林带、森林草原带、典型草原带以及半荒漠带、荒漠带。朱志辉发现,上述各带之间的界限,与他所计算出的
NPP等值线的走向是平行的,且存在着一定的对应关系[16]。南落叶阔叶林带在 NPP等值线 10t/(hm2·a)的东南,北落叶阔
叶林带在 NPP等值线 9～11t/(hm2·a)之间,森林草原带在 NPP等值线 6～9t/(hm2·a)之间,典型草原带在 NPP等值线
1～7t/(hm2·a)之间,半荒漠、荒漠带在 NPP等值线 1t/(hm2·a)的西北。从而表明,NPP可以作为天然植被类型的替代指
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示指标。
杨勤业等[18]在其所制定的黄土高原自然区划方案中,划分了 3个地带,即:① (暖温带、亚湿润的)落叶阔叶林带,年降水量
为 500～800mm,为半旱生森林,其中又分为南部和北部两个亚地带;② 暖温带-半干旱的干草原地带,年降水量为 300～
500mm,以干草原为主,南部为森林草原;③ (中温带、干旱的)干草原地带,年降水量小于 300mm,为荒漠草原,局部草原荒漠。
概括而言,上述 3个带依次以年降水量 500mm和 300mm等值线为界线。
从自然地理学的意义上说,地带性变量是依位置而变化的量,可以表示为纬度、经度和高度的函数,分别表示纬度地带性、
经度地带性和高度地带性。分别计算了 260个县的 NPP与纬度(Lat)、经度(Lon)和海拔高程(H)之间的相关系数,依次分别
为-0.62,0.35和 0.28。在样本数 N=260时,显著性水平为 0.01时的相关系数临界值为 0.148,故上述相关系数的显著性水
平均优于 0.01。NPP与纬度、经度和海拔高程之间相关系数的大小相差较大,与纬度的关系十分密切,与经度和高度的关系不
很密切。这说明,纬度变化是控制研究区内 NPP变化的主导因素。运用多元回归分析方法,建立了如下的回归方程:
NPP= 37.888+ 0.876Lon- 1.47Lat- 0.00516H (1)
图 1 NPP与年平均降水量的关系
Fig.1 RelationshipbetweenNPPandmeanannualprecipitation
图 2 森林覆盖率(a)和水土保持措施面积中乔木面积与非耕地面
积之比(b)与 NPP的关系
Fig.2 Theforestcoverrelationshipsoftheforestcover(a)andthe
ratiooftreeareatothetotalareaofnon-agriculturallandarea(b)
withNPP
复相关系数为 R=0.89,F检验的显著性概率为为 2.27×
10-16,是高度显著 的。由此可以证明,以 NPP表征的天然植被
特征值在黄土高原地区的分布具有显著的地带性,这种地带性
是以纬度变化为主导的。
图 1中点绘了 NPP与年平均降水量的关系,显示二者具有
较好的正相关。仔细观察可以发现,所有点子可以用 3条斜率不
同的直线来拟合,分界点处为拐点,与之对应的年平均降水量分
别为 250mm和 480mm。可以看到,Pm=250mm接近于杨勤业等
所确定的干草原地带与荒漠草原之间的分界 Pm=300mm,
Pm=480mm则接近于干草原地带(南部为森林草原)与落叶阔叶
林地带之间的分界 Pm=500mm。可见,NPP和 Pm关系中的上
述两个临界点分别代表着植被类型的变化,Pm=250mm可视为
荒漠与草原植被之间的临界点,而 Pm=480mm则为草原(森林
草原)与森林(落叶阔叶林)之间的临界点,上述临界点处的
NPP分别为 1和 7.5t/(hm2·a)。
从图中 1中可见,当 Pm超过 250mm以后,NPP增加的速
率显著加快,意味着草原植被的净初级生产力随降水增加的速
率要大大高于荒漠植被。值得注意的是,右侧代表森林类型直线
的斜率要小于中间代表草原和森林草原类型的直线,这可能是
由于当 Pm>480mm以后,气温随降水而显著增大,使植物生态
系统呼吸消耗的能量增大,故净初级生产力随年降水量增大的
速率反而减小。
3 现有森林覆盖率与年降水量和 NPP的关系
依据黄土高原地区各县的资料,在图 2a中点绘了森林覆盖
率与 NPP的关系,从图中可见,尽量点子很分散,但仍表现出显
著的正相关,相关系数 r=0.535,高于显著性程度为 0.01时的
临界相关系数。图 2b中给出了各县水土保持措施面积中乔木面
积占非耕地面积的百分比与 NPP的关系,二者之间的相关系数
高达 r=0.657。这种显著的正相关表明,尽管次生的人工植被受
人为因素的控制,自然条件如年降水仍然是决定其覆盖度的重
要因素。这是由于自然条件决定了人为造林的成活率、保存率和
生长状况。设想某一地区营造的森林密度超过其水分承载能力,
在得不到人工灌溉条件时,随着树木的生长壮大,部分植株会枯
死,使覆盖率下降到由天然降水所决定的水分供应条件相适应
的水平。这是一种"自然稀疏化"的过程。这种自然稀疏化过程将
53216期 许炯心:黄土高原植被-降水关系的临界现象及其在植被建设中的意义
图 3 黄土高原地区各县的森林覆盖率、NPP与年降水量的关系
Fig.3 Relationshipsamongforestcover,NPPandmeanannual
precipitation
a.森林覆盖率与年降水量的关系 Forestcoveragainstmeanannual
precipitation;b.森林覆盖率、NPP与年降水量关系的比较
ForestcoverandNPPagainstmeanannualprecipitation;c.森林覆
盖率与 NPP的关系(普通座标) ForestcoveragainstNPP
使人工林地最终达到某种平衡状态。反之,如果人工营造的林地
子密度小于其水分承载力所决定的密度,则随着林木的生长和
自然繁殖,植株会增多,从而增大森林覆盖率,最后也趋于实现
上述的平衡状态。正是这种大自然的调节机制,使得 NPP与实
际的森林覆盖率之间具有一定的相关关系。
图 4 乔木面积占非耕地面积比率与年降水量的关系
Fig.4 Therelationshipbetweentheratiooftreeareatothetotal
areaofnon-agriculturallandareaandmeanannualprecipitation
同样地,年降水量也在一定程度上控制着现有的森林覆盖
率的分布。图 3a中点绘了黄土高原地区各县的森林覆盖率与年
降水量的关系。从总体上看,二者之间存在着正相关关系,计算
得到的相关系数 r=0.49,在 0.01的水平上是显著的。值得注意
的是,二者之间的关系是非线性的,在半对数座标中可以分别用
两条斜率不同的直线来拟合,拐点处的年降水量大致为 Pm=
480mm,当 Pm<480mm时,直线的斜率极小,说明森林覆盖率随
年降水的增大而增大的速率很慢;当 Pm>480mm时,直线的斜
率很陡,说明森林覆盖率随年降水量而急剧增大。图中的拐点可
视为森林覆盖率-年降水关系中的一个临界点,这与图 3c中右侧
的拐点是一致的,意味着植被类型由草原(或森林草原)类型变
化为森林(落叶阔叶林)类型。值得注意的是,在拐点左侧的某些
县,也有森林分布,这是由非地带因素如局部地貌条件如沟谷、
阴坡或土石山地所决定的,这些局部地貌部位的水分条件相对
较好,因而出现森林,并不反映植被的地带性。为了更清楚地显
示上述对应关系,在图 3b中将 NPP和森林覆盖率点绘于同一
座标中,从图中可以看到,NPP-降水关系右侧的转折点和森林
覆盖率-降水关系右侧的转折点可以完全对应。人工森林植被的
这一条界限表明,在年降水量小于 480mm的地区,不适宜于将
大面积森林作为植被恢复的目标植被类型。
在图 3c中,在普通座标中点绘了森林覆盖率与 NPP的关
系。尽管点子分散,但点群的上包线具有一个明显的转折点。与
之相应,NPP=6t/(hm2·a)。通过点群中间位置密度的直线亦
有一个转折,与之相应的 NPP=7.5t/(hm2·a)。这一转折大致
相当于由草原(或森林草原)植被类型向森林植被类型的转变。
而 NPP=6t/(hm2·a)的转折点,则意味着在某些非地带因素适宜(如沟谷、土石山地、阴坡)的地点,这种转化可以在 NPP=
6t/(hm2·a)的时候实现。
在图 4中点绘了各县水土保持统计资料计算出的乔木面积占非耕地面积百分比与年降水量的关系,二者之间的相关系数
为 r=0.692,这对于 N=286的大样本来说是高度显著的。这再
次说明尽管水土保持植被的配置是人为的,但所保存下来的水
土保持植被的特性,仍然在很大程度上受年降水的制约。
4 合理植被构成的探讨
4.1 确定乔木、灌木和草类的搭配比例的经验方法
在以水土保持为目标的黄土高原的植被建设中,如何合理
地确定乔木、灌木和草类的搭配比例,是一个十分重要的理论和
实践问题。重乔木轻灌草、重林轻草的倾向目前还十分严重,必
须引起人们的严重注意。
人为建造的水土保持植被,是一个自然的人工生态系统,是
一个自组织系统,它具有针对环境条件(降水、热量、土质)进行
自我调节的能力。它通过自我调节而趋向于达到某种平衡,建立
一定的群落结构甚至于趋向于某种顶极群落,从而实现乔木、灌
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木、草本植物组成的最优组合。从这一原理出发,探讨以经验统计资料来确定使乔木面积在乔木、灌木、草本总面积中所占比例
达到最优或较优的方法。
某一地区乔灌草的最优搭配比例,取决于水份承载条件。水分条件充足的地区,可以满足对乔木的水份需求,因而在植被搭
配中,乔木可以占到较高的比例。若水分供应不足,不能满足对乔木的水份需求,则乔木只能占到较小的比例。因此,在人工植被
中合理的乔、灌、草搭配比例,应该取决于在大气-土壤-植被连续系统中,水分与植物之间所形成的平衡关系。对于这种平衡关
系,可以通过仪器对小尺度的 SVAT(Soil-Vegetation-AtmosphereTransfer)系统进行观测,取得资料来进行研究。但目前这种
研究尚未大面积展开,尚不能为黄土高原植被的管理配置提供实用性依据。因此,作为一种近似,需要寻求某种经验性方法来解
决这一问题。
植被与环境之间存在着物质、能量和信息的交换。基于这种交换关系,植被可以对自身进行调整,形成最适宜于当地条件的
植被结构。以某种特定乔木为例,该乔木可以大量繁殖,但如果水分承载条件有限,则一部分幼树在生长过程中会死亡,剩下来
的植株有可能得到更多的水分,因而可以进一步生长。随着植株的增大,所需水分增多,外界供应的水分不能满足其需要时,部
分植株又会死亡,使植株数量进一步减少。最终,该地所能供应的水份,恰能满足所剩下的植株生长。此后,植株数量保持不变。
与此同时,乔木之间生长出草本植物和灌木,形成一定的乔、灌、草搭配关系。
在不知道某地的水份承载条件的情况下,人们在种树时,单位面积上树木数量(即密度)常常会超过水份承载限度。随着树
木的生长,对水份的需求量增大,部分植株会死亡,使乔木密度减小。经长期自适应调整后,便会自然地趋向于一个合理的乔木
密度值。反之,若种树密度较小,则在某些情况下树木可以通过繁殖,增加自身数量,最后也会趋于一个合理的密度值。这种最优
密度值是未知的,但却可以在大样本统计中近似地表现出来。
图 5 乔木面积占乔、灌草总面积比率与年降水(Pm)(a)和 NPP(b)
的关系
Fig.5 Theratioofthetreeareatothetotalareaoftrees,shrubs
andgrassesplottedagainstmeanannualprecipitation(Pm)(a)and
NPP(b)
以黄土高原 200余个县的资料为基础,在图 5a中点绘了乔
木面积占乔、灌、草总面积比率与年降水的关系。可以看到,尽管
点子十分分散,但仍然表现出一定的正相关关系,通过计算得到
的线性相关系数为 r=0.722,是在 0.01的水平上显著的。这种
正相关的存在,说明尽管各地在水土保持植被的营造过程中,
乔、灌、草的搭配有很大的主观任意性,但仍然不可避免地受到
降水条件的制约。可以认为,在分散的点群中,接近上包线的县
份,营造的水保植被中乔木占乔灌草面积的比例偏高,超过了水
份承载力;而接近于下包线的县份中,这一比例偏低,低于水分
承载力,均不反映人工群落的平衡状态。因此假定,在上包线与
下包线之间存在着一条平衡线,可以代表这种平衡状态。黄土高
原大规模的水土保持始于 20世纪 60年代至 70年代,迄今已有
30a。在这时段内,通过水土保持植被这一自然-人工植物群落系
统的自我调节和自组织过程,是有可能接近平衡点的。用二次多
项式来拟合图中的点子,并假定该直线可以近似地表示平衡线。
此直线的方程为:
R= 9.0× 10-7P2m+ 0.0009Pm- 0.2152 (2)
式中,R为乔木面积占乔、灌、草总面积比率,Pm为年降水
量,以单位 mm计。
按(2)式估算出不同年降水条件下乔木占乔、灌、草面积比
率的合理(或较优)的数值,已列入表 1中,以资参考。
依据同样的思路,在图 5b中点绘了乔木面积占乔、灌、草总面积比率与 NPP的关系。可以看到,尽管点子分散,但仍表现
出正相关,计算出的线性相关系数为 r=0.681,是在 0.01的水平上显著的。图中也绘出了上包线、下包线。同样地,用二次多项
式来拟合图中的点子,并假定该直线可以近似地表示平衡线。此直线的方程为:
R= 0.0071(NPP)2+ 0.0111(NPP)- 0.1075 (3)
式中,R为乔木面积占乔、灌、草总面积比率,NPP为自然植被初级生产力。
按(3)式估算出了不同 NPP水平下乔木面积占乔、灌、草面积比率的合理(或较优)的数值,已列入表 2中。
4.2 非地带性因素的影响的讨论
植被地带性是一种宏观的地域分布规律。某一具体地域范围内的植被分布,既反映了植被的地带性,也会受到非地带性因
73216期 许炯心:黄土高原植被-降水关系的临界现象及其在植被建设中的意义
素的影响[14],故实际上出现的植被类型及其分布特征是地带性与非地带性因素共同作用的结果。非地带因素包括地形、地表物
质组成等,它们决定了水热条件的再分配,因而影响着不同地貌类型区和地貌部位(如沟谷地、梁峁坡、黄土塬;河谷地;黄土区
和土石山区)的植被类型。如年降水量在 400～480mm的非森林带地区,塬面和梁峁坡不能形成森林植被,但河谷中和沟谷地
上,水分条件较好,则可以生长乔木。在这一地带中,土石山区也能生长森林。在毛乌素沙地风沙区中年降水量 400mm左右的
地区,由于地下水埋深较浅,仅 1～2m,便可以种树,形成林子。这些均是由于非地带性因素起主导作用的结果。因此,某一具体
地区的某一植被类型的出现,具有一定的概率。森林带中,并不意味着森林出现的概率为 100%,其他的类型不可能出现,只不
过是森林的概率很高,其他类型的概率较低罢了。非森林带中,也不意味着森林出现的概率为 0,只不过是森林出现的概率很
低,其他的类型出现的概率则较高。表 1、表 2中的数值体现了这一点。
表 1 不同年降水量下乔木面积占乔、灌、草面积合理(或较优)比率
Table1 ThesuggestedreasonableRtvaluesatvariouslevelofmean
annualprecipitation(Pm)
年降水
Pm(mm)
乔木面积占乔、灌、草总面积比率
Theratioofthetreeareatothe
totalareaoftree,shrubsandgrassland
200 0.0008
250 0.0661
300 0.1358
350 0.2101
400 0.2888
450 0.3721
500 0.4598
550 0.5521
600 0.6488
650 0.7501
表 2 不同 NPP水平下乔木面积占乔、灌、草面积比率的合理(或较
优)的数值
Table2 ThesuggestedreasonableRtvaluesatvariouslevelofNPP
NPP
(t/(hm2·a))
乔木面积占乔、灌、草总面积比率
Theratioofthetreeareatothetotal
areaoftree,shrubsandgrassland
2 0.1138
3 0.1382
4 0.1768
5 0.2296
6 0.2966
7 0.3778
8 0.4732
9 0.5828
10 0.7066
11 0.8446
5 结论
以自然植被初级生产力(NPP)表征潜在的即最大可能的植被条件,并与现在的森林覆盖率分布以及植被构成特征进行了
比较。通过大量实测资料的分析,查明了降水条件对森林覆盖率和 NPP的影响及其临界条件。
研究表明,以 NPP表征的天然植被特征值在黄土高原地区的分布具有显著的地带性。NPP与年平均降水量的关系中存
在着两个临界点,分别代表着植被类型的变化,Pm=250mm可视为荒漠与草原植被之间的临界点,而 Pm=480mm则为草原
(森林草原)与森林(落叶阔叶林)之间的临界点。尽管次生的人工植被受人为因素的控制,由于存在着自然稀疏化过程,将使人
工林地最终达到某种与水分承载能力相一致的平衡状态,自然条件如年降水仍然是决定其覆盖度的重要因素。在森林覆盖率与
年平均降水量的关系中表现出一个临界点。当 Pm<480mm时,森林覆盖率很低,且随年降水的增大而增大的速率很慢;当
Pm>480mm时,森林覆盖率随年降水量而急剧增大。
人为建造的水土保持植被,是一个自然的人工生态系统,也是一个自组织系统,它通过自我调节而趋向于达到某种平衡,建
立一定的群落结构甚至于趋向于某种顶极群落,从而实现乔木、灌木、草本植物组成的最优组合。从这一原理出发,本文提出了
一个基于实测资料进行统计分析的简单方法,来确定使乔木面积在乔木、灌木、草本总面积中达到最优或较优的比例。
References:
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93216期 许炯心:黄土高原植被-降水关系的临界现象及其在植被建设中的意义