全 文 ：第 6 卷 第 6 期
1 9 9 3 年 1 2 月
林 业 科 学 研 究
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气候变化对中国森林生产力的影响
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. 中国森林现实生产力的特征及地理分布格局 *
刘世荣 徐德应 王 兵
摘要 本文从生产力与环境关系角度 , 比较分析了森林第一性生产力的地理分布特 征 , 阐 述
了层的生产力与环境间的关系以及种生产力与群落结构间的关系 。 结果表明 : 森林净生产力 , 地上
部年凋落量随纬度和海拔高度的增加而减少 , 而凋落物现存量呈相反的变化趋势 , 森林生产力的地
理分布与环境水热条件密切相关 ; 森林生物量无明显的地理规律性变化 , 但多物种复杂结构的成熟
天然林生物量较高 , 层的生产力随环境条件产生相互排斥或补充各异变化 ; 种的生产力反映 了 种
在群落中的地位和作用 , 决定群落的结构特征。
关键词 中国森林、 现实生产力、 地理分布
森林生产力是森林与环境之间本质联系的重要标志 , 是森林生态系统中作为第一性生产
者植物群落结构与功能的综合体现 。 目前 , 森林生产力研究正向微观的纵深方向和宏观的综
合方向发展 , 微观层次涉及种的生产力 、 层的生产力及生产力成分等; 宏观层次涉及地区 、
区域、 陆地乃至全球景观生产力〔‘一吕’。 国内70 年代后才开始森林生产力的研 究 〔’一刁“, , 迄今
为止 , 国内尚无森林景观生产力分布格局规律的研究报道 。 本文对比分析了各 自然地理区森
林生产力的特征 , 籍以阐明森林生产力的地理分布规律及与环境条件间的相互关系 , 为中国
森林潜在和现实生产力的估计 , 模拟预测气候变化对生产力的影响奠定基础 。
1 数据收集和处理
本文收集全国60 多个森林群落的生物生产力数据 (表 1 ) 。 数据点遍布从寒温带至热带的
各个气候带以及各带内的垂直景观带 , 具有广泛的代表性 , 能够反映出中国森林生产力随 自
然地理环境变化的景观分布格局 。
2 结果与分析
2 。 1 生物t 和净初级生产力 的地理分布格局
通过对全国各森林群落生物生产力数据的分析 , 概括出中国森林第一性生产力的地理分
布格局 (表 2 ) 。 就全国而言 , 森林地上部分生物量和总生物量变化范围 在 30 一65 0 t/ h m , 和
4 0 ~ 7 5 o t / h m
Z ; 地上部分和总净初级生产力的变化 范 围 在 0 . 5一 3 o t/ (h m Z · a ) 和 1 一3 5
19 9 3一D3一2 8收稿 。
刘世荣副研究员 , 徐德应 , 王兵 ( 中国 林业科学研 究院林业研究所 北京 1 00 09 1 ) 。
牢本文 属 “八五” 国 家科技攻关项 目 a 全球气候变化预测 、 影响和对策研究 ” 的一部分 ,
6 3 4 林 科 学 研 究 6 卷
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6 期 刘世荣等: 气候变化对中国森林生产力的影响 6 35
.
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63 6 林 业 科 学 研 究 6 卷
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6 期 刘世荣等 : 气侯变化对中国森林生产力的影响
t / (h m
名 · a ) ; 叶生物量和生产量变化在 0 . 5~ 2 4 t/ h m , 和 0 . 1一 lo t / (h m , · a ) 。 上述森林第一
性生产力各项指标 出现了10 至 1 0 倍 的巨大变异 , 显然这种变异是 由中国大陆各地理区悬殊
的气候环境所导致的 。
从寒温带至热带 , 森林生物量呈现增加趋势 , 但规律性不明显 。 因为森林生物量显著地
受优势植物年龄的影响〔1 , 。 在中国 , 结构最复杂物种最多样的热带成熟的原始山地雨林拥有
最大的生物量 ( 6 0 0~ 7 5 0 t / h m Z ) , 其次是南亚热带的季风常绿阔叶林(2 5 0~ 4 2 5 七/ h rn , ) 、
海岸红树林 ( 4 1 5一 4 1 7 t/ h m , ) 、 温带原始针阔叶棍交林 ( 3 2 0 ~ 3 7 o t/ hrn Z ) 和湿润的西南
亚高山针叶林 (2 5。一 3 0 0 t/ h m “) 。天然次生幼林和人工林生物量较小 , 多在 2 0 0 t/ h m , 以下 。
森林净初级生产力的地理分布规律十分明显 。从寒温带至热带 , 森林净初级生产力的最大值出
现在水热资源十分丰富的热带地区 , 海南河港海岸红树林净生产力高达 3 4 . 5 t / (h m “ · a ) , 其次
是南亚热带海岸红树林 、 常绿阔叶林和针阔混交林 , 净生产力在 20 一 2 6 t / (h m “ · a) , 温带长
白山原始阔叶红松林的净生产力也较高 [约Z O t /( h m , · a ) ] 。 最小值出现在干早半旱地区的高
山亚高山针叶林 , 低于 Z t /( h m “ · a) , 这主要是受水分的限制 , 年降水量往往小于 4 0 m m 。
此外 , 西南亚高山针叶林和寒温带针叶林的净生产力相对较低 , 主要是受温度的限制 。
目前尚不能 定量估计热带森林生产力的实际水平 。据李意德报道 〔3 ‘〕 , 5 0 年生原始山地雨
林地上部分净生产力为6 . 2 42 t /( h m , · a) , 低于20 年生山地天然更新雨林阳 . 8 6 6 t/ (h m , · a ) 〕
和集约经营的热带人工林〔21 ~ 30 t/( h 。“ · a ) 〕。 按L ie t丫 ‘1统计的热带雨林生产力为10 ~ 35
t/ (h m
, ·
a)
, 平均为 2 0 t/( h m , · a) 。 显然 , 中国热带雨林生产力测定数值偏低 , 这是 由于生
产力估计中没有包括凋落和动物采食部分以及地下部分的生产量 。 当然 , 热带雨林较高的生
物量和该地区较高的夜温也会造成群落呼吸消耗量增大 。
中国暖温带和亚热带大部分地区 , 在人为反复强烈干扰下 , 净生产 力明显低于温带针阔
混交林及其天然次生林 , 接近寒温带南部针叶林的净生产力水平 。
森林净初级生产力还明显随海拔高度的变化而变化 。 以温带长白山植被为例〔’6 ” ‘’(图1 ) ,
随海拔高度的增加 , 年平均气温和土壤温度降低 , 森林转变成灌丛和高山苔原 , 植被第一性
生产力随之降低 。
叶生物量按纬度 由北 向南在增加 , 寒温 表 : 气候带森林植被地上部凋落物和凋落物现存t
带落叶松林叶生物量最小 , 热带雨林最大 。
但是 , 高山亚高山针叶林叶量 与热带和南亚
热带森林叶量相差无几 , 这是常绿暗针叶林
群落性质本身所决定的 。 从寒温带至热带 ,
森林叶生产量显著增加 , 与净生产力地理变
化规律极为相似 , 这充分表明叶生产量直接
反映了生产力的水平 。
2
.
2 凋落盆和凋落物现存l 的地理分布
中国各自然地理带森林地上部凋落量和
凋落物现存量的地理分布(表 3) 表 明 : 单位面
积上的地上部年凋落量按纬度逐渐增加 , 而
年凋落量仁t/ (h皿? · a )〕
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D 程伯容 , 许广山 , 丁桂芳 . 长白山北坡不同林型抓落物蚤及其化学组成 . 19 85 , 1 ~ 6 ,
时。 林 业 科 学 研 究
一一一 - - - . ~ 一 -一 ~~一一一- ~ ~ ~ . 一 - -一一- ~- 勺一 . -一
6 卷
凋落物现存 量呈现相反的变化趋势 ,
冷的高山针叶林中 ( 2 0一3 o t / h m Z )
最大值出现在高纬度气候寒冷的针叶林和中纬度干早寒
, 最小值出现在热带森林中( 3 一 6 t / h m Z ) 。
森林凋落量沿海拔垂直带也产生相应的变化 。
度的增加 , 生境从湿变干 , 气温 由热变冷 , 森林凋落量逐渐减少 。 分布在 下部的
( P ‘n u s k o r a ie n s is S ie b . e t Z u e e ) 林年凋落量为上部岳桦 ( B e tu la e r tn a 。 if
的 2 倍 , 但是 , 凋落物现存量却相差甚小 。
随海拔高
阔 叶 红 松
C h a m ) 林
均与净生产力的变化规律一致 ,
森林凋落物量的水平纬度带和垂直高度带的变化
这表明森林凋落量反映了净生产力水平 。
2
.
3 层的生产力与环境条件的关系
_ _ 环境不但影响群落生产力 , 而且影响生产力层的分布 , 从而 导致群落结构的变化
森林层的生产力变化对深入了解生产力 与环境以及群落结构间的关系具有重要的意义
兴安岭地区 (图 2 ) , 当乔木层生产力沿湿度梯度推移下降时 , 下木层和地被 层 增 加 ,
乔木层分享优 势地位。 其中 , 下木层在中度冷湿环 境中达 到高峰 ,
。 研究
。 在大
并 与
然后沿极度冷湿梯度而减
少 ; 地被层则继续增加 , 在极端湿冷环境中出现极大值 , 占绝对优势 。 这是 由于随土壤冷湿
化加剧 , 生境不 利于乔木层生长 , 而下木层和地被层得到了发展 的条件 。 在极端湿冷的生境
中 , 乔木层和下木层 的生产力均受到限制 , 反而为地被层提供了适宜的发展空间 , 所以其生
产力占据优势。
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图 1 士之白山森林净生 产力 和凋落蚤随海拔的变化
a : 地上部净生产 力 , b : 总生产 力 , c : 年 凋落债
冷漫株度增加
图 2 寒温 带针叶林层 生产 力变化
a : 乔 木层 , b : 下 木层 , c : 地被层
在南亚热带鼎 朔山地区 (图 3 ) , 随湿度梯度下降 , 乔木层层数 由 3 层减少到 1 层 , 其生
产 力也随之下降。 下木层和草本层同时增加 , 但趋向较干早环境时 , 草本层生产力下降而下
木层生产力继续增加 , 并超过草本层 占据第二优势 。 (ti 温带长白山地区 (图 4 ) . 当乔木层沿
温度梯度 由高到低推移而下降时 , 一厂木层也降低 , 当乔木层消失时 , 下木层增加占据绝对优
势。 而草本层的反应是双峰型的 , 一个峰值出现在温度梯度较高一端的最适宜温湿生境条件
下 , 而第二峰谊则在极端寒冷生境里 , 在这种极端不 良的生境中乔木层和 下木民生产力和盖
度都减少至零 , 为草本植物生长发育创造了充足的空问和光照条件。
层生产力间的关系无简单一致可遵循的模式 , 随温度或湿度梯度的改变 , 层的生产力变
化多样 , 或表现为相互补充关系或表现为相互排斥的关系 。 当环境胁迫引起生产力下降时 ,
必 然会 导致由生产力所决定的群落结构 由复杂变为简单 。 L i e th 等〔”研究也得此结论 。
6 期 刘世荣等 : 气候变化对中国森林生产力的影响 启急g
八万.日刃合„只礼刘侧ƒ瓣长卜
丫 甲 > z.4
2
.
0 2
一
4
ƒ,.日国、乙只义洲巡长低
ƒ⋯是汕巴只祀州迎瓣†长卜
nU”月02
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ƒ,.日\协己叔礼州哄关帐
林层
图 3 鼎湖 山森林层生产 力
海拔( k也)
长 白山森林层生产力
a : 乔 木层 ; b : 下木层 ; c : 草本层 a : 乔木层 ; b : 下木层 , c : 草本层
2
.
4 物种生产力与群落结构间 的关系
群落的第一性生产力是群落中所有物种生产量的总和 , 由于群落中各物种的数量 、 生物
生态学特性的差异 , 产生了不同的物种相对产量分布格局 , 这决定了物种在群落中的地位与
作用 , 同时 , 引起群落组成 、 结构和功能的改变。
图 5 ” 表示长白山四种森林群落类型中主要物种生产力的变化 。 当红松种生产力按红松
纯林 、 阔叶红松林 、 红松阔叶林及其次生阔叶林群落序列下降时 , 阔叶 树 种锻树 ( T il a
a二。r e n s i s R u p r . ) , 柞树 ( Q“r e u s o o o g o lia F i s e h . ) , 水曲柳 ( F r a 戈 fn “5 o a n s ho r i c a
P u Pr
.
) , 色树 ( A ce r o on o M a xi m . ) 的生产力增加 。 红松在群落中的地位从占绝对优势
( 占总蓄积的90 % )一占优势 ( 60 %一70 % )一占劣势 ( 20 % ) 一) 绝对零 , 相反阔叶树种在群落中的地位和作用逐渐升级直至发展为阔叶混交林 。 阔叶树种在群落中的重要程度
是不 同的 , 并随群落类型发生变化 , 这反映在它们种生产力的变化曲线上 。
图 6 ‘, 表示亚热带常绿阔叶林中种生产力随群落空间层 的变化结果 。 无论是群落总生长
量还是各层次的生产量 , 建群种青冈栋 ( C夕 e lo ba n o P o is 夕la u e a O e r s t ) 占优势 ( 4 5 . 9 % ) ,
其次是石栋 ( L ‘tho e a rP u s 夕la b e r N a k a i . ) ( 2 5 , 6 % ) , 拷 属 ( C a s t a n o P s宕5 S p a e h )
8 0住
””甘Ž仆口-nU八U几甘n引Ž
‘J七乃钊月山
瓜
ƒ,.目口谷)只钱明
红讼纯林 姆咔红松林 红松阔叶林 阔叶林
屏落类型色
图 5 种生产力 随群落类型的变化
A : 红松 , B : 极树 , C : 色树 , D : 柞树 , E : 水曲柳
层次
图 6 种生 产力随群 落空间层次的变化
A : 青冈栋 , B : 石探 , C : 拷属 ; D : 山矾属 , E : 探属 ; F : 豆科 、蔷蔽科
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n o s ; e ) 租蔷薇干斗( R o s : : e o a 。 ) 占 劣势 ( 1 5% ) 。 就群落而言 , 常绿种生产见 占绝 对 优 势
( 8 5
.
1 % )
。 这 丧明优势种制约着群落的结构和功能特征 , 并促使群 落向着建种地位更突出
和常绿 阔叶成分更 占优势的演替方向发展 。
3 结 语
我国森林生产力研究起步晚 , 尚处 在发任廷的稚期 , 存在许多问题 : ¹ 生产 )J 既念的混淆
导致生产力测算方法各异 ; 兰户无统 一规范化的方法 , 造成发表的研究结呆缺乏 ‘J比 1生; (À缺
少森林凋落物和地下根系 )江“ },}的研充 , 引起估测的生产力值偏低 ; ¹ 研究对象主 女 足 人 工
林 , 天然林较少 , 尤其在热带地区 , 缺少 可供参考 的森林生产力资料 ; » 缺少不 卜」环境梯度
下和森林演替过程中生产力的动态变化研究 ; ¾层的生产力 、 物种生产力以及生产力 与物种
多样性和系统稳定性的关系巫待开展深入研究 。
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64 2 林 业 科 学 研 究 右卷
I m Pa c ts o f C lim a te C ha n g e O 月 P r o d u e tfv it夕 o j F o r e s t:
in C hfn a 1
.
G e o g r a Phie 刀is tr ib u tio n o f A e tu a l
P r o d u e tiv it夕 o f F o r e s ts in C hin a
L iu S h ir o n g X u D e y in g W
a n g B in g
A b : t ra c t T li e in itia l r e s e a r e h r e s u lt s o f th e p r o je e t “ i m p a e t s o f
e 11 m a te e h a n g e o n p r o d u e tiv i t了 o f fo r e s t s in C h in a , w a s p r e s e n te d in th e
p r e s e n t p a p e r
.
In v ie w o f 七h e r e la t io n s h ip b e tw e e n p r o d u e tiv ity a n d e n v ir o n -
m e n t
,
th e e h a r a e t e r is tie s o f g e o g r a p h ie d is tr ib u t io n o f p r i m a r y p r o d u e t iv i ty
o f fo r e s t s in C h in a w e
、 、 a n a ly z e d b y e o m p a r is o n , a n d th e r e la ti o n sh ip
b e tw e e n s t r a ta l p r o d u e t iv ity
, e xiv 三r o n m e n ta l e o n d it io n s , s Pe e i e s p r o d u e t iv ity
a n d e o m m u n ity s t r u e t u r e w e r e e x p lo r e d
.
T h e r e s u lt s sh o w e d n e t p r i m a ry
Pr o d u e t iv ity
, a n n u a l litt e r fa ll d e e r e a s e d g r a d u a lly w ith th e in e r e a s e o f
la t itu d e a n d a ltit u d e
, w he r e a s a r e v e r s e t r e n d o e e u r r e d in th e s ta n d in g e r o p
o f litte r
, w h ie h 15 h e a v ily d e te r m in e d b y t e m Pe r a tu r e a n d p r e e ip ita t io n
r e g im e s ; th e r e w a s n o s ig n ifie a n t d iffe r e n e e in t h e s ta n d in g e r o p o f b i o m a s s
a m o n g v a r io u s fo r e st v e g e ta tio n s d i s tr ib u t in g 主n d iffe r e n t p h v s io g r a p h ie a l
z o n e s , bu t m a t u r e n a tu r a l fo r e s t s w ith a e o m p lie a t e d s tr u e tu r e a n d h ig h
s p e e ie s d iv e r s ity u s u a lly p o s s e s se d a r e la t iv e ly la r g e r a m o u n t o f b io m a s s ;
5 tr a ta l Pr o d u e t iv ity e x h ib ite d d iffe r e n t v a r ia t io n s in r e e ip r o e a l e x e lu s io n s
o r e o m p le m e n t s ti n d e r d i ffe r e n 之 e几 v ir o n m e n ta l e o n d i tio n s , s p e e ie s p r o d u e tiv -
1ty v a r ie d w it h e o m m u n ity str u e tu r e
, a n d it r e p r e s e n te d it s r o le a n d p o si ti o n
w ith in a e o m m u n ity
, a n d th e r e fo r e d e te r tn i n e d t r a it s a n d n a tu r e o f a
c o m m u n ity
.
Ke y w o rd s fo r e s ts in C h in a
, a e tu a l p r o d 往 e t iv it y , g e o g r a p h ie a l d is tr ib u -
t 1 0 1
L iu S hir o n g
,
A ss o o ia te p r o fe ss o r
,
X u D e 了in g , W a 。‘ B in ‘ (r he R e se a r c h In s titu te o f Fo r e s tr 了, CA F
B e ijin 尾 10OD , 1) .