全 文 ：第 13卷 第 1期
2 0 0 5年 1月
中 国 生 态 农 业 学 报
Chinese Journal of Eco—Agriculture
VoI．13 No．1
Jan．， 2005
三江流域与岷江上游生态区数量分类及可能生产力的研究
马明东
(四川农业大学
刘跃建
都江堰 611830)
摘 要 对三江流域及岷江上游内73个县市进行生态区数量分类划分 出5个生态区，并根据各生态区之 间水热
条件相似性与差异性提出适宜的造林树种。用 Miami模型计算的TsPt和 TsPn反映了研 究区林木可能生产力的
差异，且用其比值还可揭示各地水热平衡状况。
关键词 长江上游 生态区 数量分类 可能生产力
Study on numerical classification and possible productivity of ecological zones in Three-river watershed and upper stream
ofMin River．MA Ming—Dong，LIU Yue—Jian(Sichuan Agricultural University，Dujiangyan 611830)，CJEA，2005，
13(1)：26～31
Abstract 73 Counties in Three—river watershed and upper stream of Min River are classified into 5 ecological zones by
adopting numerical classification approach of ecological zone，and the possible tree species for each zone are suggested ac—
cording the similarity and differences of water and heat conditions among zones ．The TsPt and TsPn calculated from Mia—
mi Model reflect the differentiation of possible productivities of forest stand in study area ，and reveal the conditions of wa—
te_r and head balan ce in each zone by using their ratio．
Key words The upper stream of Yangtze River，Ecological zone，Numerical classification，Possible productivity
三江流域(嘉陵江、涪江、沱江)及岷江上游主要支流地处四川盆地向青藏高原、云贵高原和秦巴山脉过
渡地带，海拔高度多为800～1800m；西缘为邛崃山、龙门山和大凉山东坡 ，地势较高，海拔高度多>1200m。
该流域人口密集，土地肥沃，水热条件较好 ，为川渝 2省市主要农业生产区，农业经济在全省占有重要地位。
由于三江流域气候、地形、地势、水系和土质等因素的特殊性及人为过伐森林及毁林开荒，火田耕作，使森林
覆被率大幅度下降，生态环境遭到很大破坏，导致生态系统失调，削弱了抗御间歇性 自然灾害的能力，近年
来已引起国家和地方各级政府的高度重视，并把加快该流域生态治理 ，提高森林覆被率，列入生态环境建设
重点项 目。本研究对三江流域和岷江上游进行生态区划分，并根据各区生态属性和潜在生产力水平 ，提出
适宜造林树种及有关工程实施配套措施，为恢复与建设该区生态环境和提高系统生产力寻求有效途径。
1 三江流域及岷江上游生态区数量分类
Sokal和 Seath通过对土壤分类的研究，将数量分类定义为“分类单位间亲疏性或相似性的数值评定，并
在其亲疏关系的基础上进行排序或分类”。我国生态区数量分类始于 20世纪 80年代初，由于生态环境所包
含的因子繁多，现象复杂，传统分类方法只凭经验和专业知识分类。为使其分类结果具有合理性和科学性，
必须用数量分类方法进行检验。由于不同地域之间亲疏性是由气候、地文和生物等属性反映出来 的，因而
生态区数量分类实际是生态属性分类的数值化 ，它是以生态属性数量化为基础，通过对各种生态因子大量
数据的获得、储存和加工而形成的分类方法_1 J。三江流域和岷江上游气候因子，尤其是水热状态对植物
群落类型和林木生长效应影响很大。本研究选择了 17个与水热有关的累积年平均气候因子 ，加上海拔高度
和林木干物质产量等共 19个因子作为该流域(73个县市)生态区划分的依据(见表 1)。并用主成分分析和
聚类分析方法进行生态区数量分类。
主成分分析。主成分分析其基本原理是通过适当的坐标刚性旋转和计算，由原来彼此有错综复杂关系
的 1组变量，制造出完全独立的含有生态变量信息且数 目最少的 1组新变量(主成分)，来代替原生态变量，
以避免生态因子间相关性所带来的干扰。三江流域、岷江上游 73个县市 19个生态变量主成分分析结果表
收稿日期：2003—12—26 改回日期 ：2004—01—31
第 1期 马明东等：三江流域与岷江上游生态区数量分类及可能生产力的研究 27
明，前 5个 主 成 分 累 积 贡 献 率 达
85．45％，包含了原始变量中绝大部分信
息，故 19个变量减为 5个互不相关 的新
变量(主成分)。主成分分析因子负荷量、
特征根、贡献率和累积贡献率见表 1。由
表 1可知第 1主成分较高负荷量因子为
平均最低气温、平均地面最低气温、降雪
日数、海拔高度和平均气温，第 1主成分
主要体现低温的变化；第 2主成分较高负
荷量因子为平均最高气温、极端高温和平
均地面最高气温等，第 2主成分主要体现
高温的变化；第 3主成分较高负荷量因子
为平均相对湿度、最小相对湿度和蒸发量
等，第 3主成分主要体现水分的变化；第
4主成分较高负荷量因子为 日照时数和
日照百分率，第 4主成分则体现光照的变
化；第 5主成分较高负荷量因子为降雾 日
数和降霜日数，第 5主成分反映了水分和
温度的综合变化。这些生态因子在四川
三江流域和岷江上游生态区的划分中具
有非常重要意义。
表 1
Tab．1
l9个生态因子主成分分析因子负荷■、特征根及贡献率
The loading amount，characteristic root and contribution rate
of the main components of 19 ecological factors
聚类分析。系统聚类分析是生态区
分类较好的数量分类方法，该方法先从环境属性中计算出各环境相似系数或它们在 N维空间的距离，然后
逐步将距离最近的2类合并成 1类，如此循环合并，直至最终将全部参加分类单位归并成 1类为止。本研究
依据三江流域及岷江上游内73个县市主成分得分值，运用最短距离法、最长距离法、中间距离法、可变法、类
平均法和重心法、可变类平均法及离差平方和等 8种聚类方法进行比较分类，并对原始数据采用标准化变换
处理 ，即：
l l_∑( —XJ) Jl／2( 12⋯， ； =12，⋯， ) (1)
计算各生态县之间相似性侧度均采用欧氏距离(二阶Minkowkl度量)：
D )=[∑( 一 ) ] ( 1，2，⋯， ；．『=1，2，⋯， ) (2)
图 1 三江流域及岷江上游生态区划分系统分类谱系图
Fig．1 The pedigree chart of the systematic classification of ecological zone
in the Three-river watershed and upper stream of M in River
由聚类分析谱系图表明 8
种方法 中可变法、可变类平均
法、最长距离法与离差平方和法
分类法结果较一致且较合理(见
图 1)。经适当调整后将三江流
域及岷江上游 73个县(市)划分
为 5个生态区(见表 2)。
各生态县林木潜在生产力
计算。林木生产力的大小除受
地理影响外，很大程度受地域水
热条件的影响，Lieth H． J根据
世界各地植物产量与年均气温、
年均 降雨量关 系计算 得 出植
物年干物质 产 量 的 Miami模
型为 ：
28 中 国 生 态 农 业 学 报 第 13卷
表 2 三江流域及岷江上游生态区划分
1曲．2 The d8 忸 of蚴 ∞啦0fthen f waI hed andtheI $tZeS12 ofMjIl 憎
生态区
Ecolog~ zone
所含县市
Including the city and counties
北 部 生 态 区(I)
西北部生态区(Ⅱ)
中 部 生 态 区(m)
东南部生态区(iv)
广元、旺苍、南江、剑阁、通江、万源、梓潼、苍溪 、巴中、平
昌、阆中、涪城 区、仪陇、南部、西充、盐亭、营山、蓬安、渠
县 、三 台 、射 洪 、蓬 溪 、南 充 和 岳 池 2 4个 县
青 川 、平 武 、北 川 、江 油 、安 县 、绵 竹 、什 邡 、
新 都 、 彭 县 和 都 江 堰 10 个 县 (市)
德 阳 、中 江 、广 汉 、金 堂 、简 阳 、乐 至 、资 阳 、
仁 寿 、 遂 宁 和 安 岳 1 0 个 县 (市)
达县、宣汉、开江、大竹、广安、潼南、武胜、合川、铜梁、大
足、壁山、江北、重庆、资中、威远、内江、隆昌、荣昌、荣县、
自 贡 、富 顺 、泸 州 、泸 县 和 永 川 24个 县
西 部 生 态 区(V) 松 潘 、黑 水 、茂 县 、理 县 和 汶 JI 5个 县
*生态区命名仅为三江流域范围。
TSPt= (3)
TSPn =3000(1一e一。。。 N) (4)
式中，TSPt和 TSPn分别为 以温度和降雨
量计算得出的植物干物质产量(g／m )，此外
TSPt与 TSPn比值还揭示出某地区水热平
衡状态，一般当其 比值大于 1，说明该地现
实温度条件下水分 不足；反之 当其 比值小
于 1，说明该地 现 实 水 分 条 件 下 温 度 不
足。Lieth H．还根据年均蒸发量提出比 Mi—
ami模型精度更高的Thornthwaite Memor ial
模型 ：
SP =3000[1一e一0·0060 ( 一 0 ] (5)
式中，TSPv为以蒸发量计算出的林木干物质产量(kg／hm ·Q)， 为年蒸发量(mm／a)。
将植物干物质产量转换木材产量计算式为：
0．6 、P (1+Mg) ，
门 一 一 w E_ 一
式中，H 为木材产量(m ／hm ·Q)，Mg为木材含水量，w 为活立木单位体积重量(kg／m3)。根据贺敬棠
教授计算，我国93个树种平均木材含水量为 100％，207个树种平均活立木单位体积重量为 lO00kg／m3。
2 结果与分析
2．1 各生态县林木可能潜在生产力比较
计算出三江流域及岷江上游 73个县(市)林木可能潜在生产力结果见表 3。由表 3可知除西部生态区
外 ，其他 4个生态区生产力水平差异不明显，林木生长量均>19．5m3／hm2·Q，即 4个生态区所含 68个县
(市)水热条件均能满足林木生长要求；西部生态区因温度偏低，水分亏缺，其林木生长量均小于其他 4个生
态区，如松潘仅为 12．48m ／hm2·Q。TSPn与TSPt比值绝大多数县均小于 1，尤以西部生态区更为明显，茂
县、理县和汶川县比值仅有 0．55～0．65，充分说明该生态区现实热量条件下水分严重不足，其次为中部和东
南部生态区，北部、西北部生态区热量和水分基本趋于平衡，但都江堰市除外，其 TSPn与 TSPt比值达
1．6087，表明该地水分明显偏多而热量不足，水热比例失调。
表 3 73个县(市)林木可能潜在生产力比较
Tab．3 The possible productivities of forest stands among the 73 counties(cities)
第 1期 马明东等：三江流域与岷江上游生态区数量分类及可能生产力的研究 29
涪江流域
沱江流域
岷江流域
南 部 14
达 县 15
营 山 16
开 江 17
蓬 安 18
西 充 19
渠 县 20
南 充 21
大 竹 22
岳 池 23
广 安24
武 胜 25
江 北 26
重 庆27
平 武 28
江 油29
北 川 30
安 县 31
梓 潼 32
涪城区 33
盐 亭 34
三 台 35
中 江 36
射 洪 37
蓬 溪 38
遂 宁 39
潼 南40
安 岳41
合 川42
铜 梁43
壁 山44
永 川45
绵 竹46
什 邡47
德 阳48
广 汉 49
彭 县 50
金 堂 51
新 都 52
简 阳 53
乐 至 54
资 阳 55
仁 寿 56
资 中 57
大 足 58
内 江 59
威 远 60
荣 县 61
自 贡 62
荣 昌 63
隆 昌64
富 顺 65
泸 县 66
泸 州 67
松 潘 68
黑 水 69
茂 县 70
理 县 71
汶 川72
都江堰 73
20122．05
20357．40
20357．40
19883．85
20589．75
20279．25
20742．90
20589．75
19803．90
20122．05
20589．75
20666．55
20200．80
20742．90
18230．40
19317．45
19070．40
19561．95
19723．50
19561．95
23057．40
19963．65
19883．85
20357．40
20122．05
20435．25
20818．95
20666．55
20970．00
20818．95
20894．70
20818．95
15242．85
14048．40
13613．25
13390．65
14244．45
13789．80
13524．00
13314．30
13492．95
14050．50
14659．80
14224．50
14497．8o
14545．20
14356．05
14377．80
14975．55
15302．55
14957．70
14976．60
15044．40
15956．70
10398．45
13200．00
15156．00
15334．65
16490．70
18653．40
14212．95
16417．65
15109．80
16752．90
14535．O0
14110．80
15012．45
14768．55
16340．70
14764．80
14908．50
14712．75
16114．50
16042．35
13131．45
15903．45
18300．75
17227．20
13529．10
14181．45
12976．95
13005．45
13309．80
13584．90
13822．05
14494．80
14299．80
14424．45
15673．95
15195．75
14814．O0
14702．55
1016．19
936．56
907．55
892．71
949．63
919．32
901．60
887．62
899．53
936．70
977．32
948．30
966．52
969．68
957．07
958．52
998．37
1020．17
997．18
998．44
1002．96
1063．78
11526．00
12751．65
8374．65
9736．95
9235．35
30007．20
19788．60
19766．85
21139．20
19260．90
21140．10
20363．70
21187．35
19639．80
17484．30
19928．40
19714．80
20258．40
17850．60
19699．95
19030．05
18779．10
18887．55
20606．70
21141．75
19608．60
19909．20
19916．70
19832．10
20364．60
21038．85
18246．15
18652．05
20669．40
18767．10
19516．35
21211．20
20499．30
19755．90
17974．95
19071．45
20590．20
17955．15
20083．65
17942．25
20502．15
20491．95
20186．25
21599．25
20594．85
20873．70
19843．05
21190．65
20986．50
19922．55
20138．40
19699．95
20635．80
19928．40
19638．75
19845．90
23696．85
21605．85
23436．30
24963．60
17490．45
24．1470
24．3420
24．4290
23．8605
24．7080
24．3345
24．8910
24．7080
23．7645
24．1470
24．7080
24．7995
24．2415
24．8910
21．8760
23．18"10
22．8840
23．4750
23．6685
23．4750
24．4290
23．9565
23．8605
24．4290
24．1470
24．5220
24．9825
24．7995
22．5210
24．9825
25．0755
24．9825
22．8840
23．0820
22．7850
23．4750
22．8840
23．8605
23．3775
24．2415
23．9565
24．5220
24．5220
24．6150
24．4290
24．7995
25．0740
24．8910
24．8910
24．7995
24．6150
25．0740
24．8910
25．0740
12．4785
15．8400
18．1800
18．4020
19．7895
22．3845
7063
8065
7422
8425
7045
6958
7237
7173
8251
7337
7238
7119
7977
7734
7203
8233
9596
8806
6859
7250
6375
6514
6694
6673
6869
7093
6869
6979
7474
7299
7090
7062
7993
7303
7017
6845
7469
6935
6942
6591
6759
6876
7174
6935
7122
7183
6871
6931
7220
7405
7292
7168
7253
7637
1084
9660
5526
655o
5600
6087
O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O 1 O O O 0 1
中 国 生 态 农 业 学 报 第 13卷
2．2 各生态区评价
北部生态区(I)。该区海拔高度多<1500～2500m，少数山岭海拔高度为600～1000m，地貌以低山丘陵
为主。山体庞大，多由古生代变质岩系构成。年均气温 14．7～17．8℃，1月平均气温 3．5～6．7℃，7月平均
气温 23．3～28．4℃，年 日照时数 1191．7～1580h，年均降水量 825．8～1192．5mm。地带性土壤为山地黄壤 ，
海拔高度>1500m为黄棕壤，低海拔地带多为紫色土。黄壤质地多为粘壤和重粘壤，有机质含量较低且含
矿物养分少，呈酸性反应 ，缺 P。黄棕壤有微弱富 特征，表层腐殖质较厚，由于盐基淋溶作用较强而一般
呈酸性 ，自然肥力较高。紫色土为第四纪紫色沙页岩风化而成的幼年土壤类型，质地多为中壤或重壤 ，通气
透水性能好，含 P、K矿物元素丰富，但抗冲刷力弱。该区林木可能生长量均>21．0m3／hm2·Q，现实林分中
由于经营粗放 ，与可能生长量相差较大，如杉木林分年生长量为 7．5～9．0m3／hm2，15年生华山松树年株高
生长量约为 0．45～0．6m，直径约为 0．5～0．65cm。根据该区气候和土壤条件其林木生长潜力很大，适宜该
区发展主要树种马尾松、油松、柏木、落叶松、杉木、栎类、桤木、油桐和核桃等，中山地带还可发展漆树、桦木
和引种 日本落叶松 。
西北部生态区(Ⅱ)。该区属米仓山和龙门山地段，山体浑厚庞大，山岭海拔高度多>1500m，相对高差>
800m，山谷幽深，地形复杂，地貌多为中低山、深丘地带。年均气温 13．2～16．3℃，1月平均气温 2．5～
5．7℃，7月平均气温23．2～25．7℃，年 日照时数929．7～1313．9h，年均降水量 966．5～1243．7mm，地带性森
林土壤多为黄壤、山地棕壤和山地灰棕壤。山地棕壤有机质含量高达 40～70g／kg，自然肥力较高，生物积累
过程胜于地质淋溶过程，有机质分解速率快而矿化度低，呈中性或微酸性反应。山地灰棕壤是棕壤至灰化
土过渡类型，结构多为分散的碎粒状，pH值 4．5～5．5，轻壤质，含中度石砾，自然肥力低于山地棕壤。该区
中山地带宜林地面积大，由于高湿低温而林木受冻现象较严重 ，造林树种选择困难 ，丘陵低山地带可选择马
尾松、杉木、水杉、鹅掌楸、檫木、核桃、油桐、石栎和青杠等树种，中山区可选择华山松、丝茅松、漆树和疣皮
桦等树种，引进树种应以日本落叶松、秃杉和藏柏等树种为主；亚高山区以云杉和冷杉为主。由于地势复
杂，水、热条件再分配明显，选择造林地时应根据树种生物学特征，严格控制局部地形的选择。
中部生态区(Ⅲ)。该区地处盆地内，海拔高度较低，最高山岭达 1045m，地势起伏较小，多属缓丘平坝和
低山。气温较高，蒸发量常大于降水量 ，年均气温 16．1～17．7℃，1月平均气温 5．7～6．8℃，7月平均气温
25．7～27．6"C，年 日照时数 1196。6～ 1351．3h，年 均 降水量 882．5～1009．4mm，年蒸 发量 985．7～
1331．6mm。主要土壤有黄红紫泥、棕紫泥和灰棕紫泥等紫色土，这些土壤的抗冲能力差，在坡度较大且植
被较少地方易受冲刷，水土流失严重，土壤 CaCO3含量较低(红紫泥土除外，20～100g／kg)，且呈碱性，质地
以中壤、重壤和中粘壤为主，矿物养分中等偏上。该生态区是四川主要农业经济区之一 ，由于水土流失严
重 ，加之人为活动频繁，林地枯枝落叶较少，土壤 自然肥力较差，给农业生产带来很大影响，该区应加快造林
绿化步伐，以提高植被覆盖率为主，造林技术应根据立地条件特点，遵循“宜乔则乔，宜灌则灌”原则，在立地
条件极差地方可“先灌后乔，先覆盖后改造”，该区适宜造林树种有马尾松、柏木、刺槐、桤木、马桑、千丈、杨
树、桉树和香樟等，引进树种可选择湿地松、火炬松和墨西哥柏等。
东南部生态区(Ⅳ)。该区东部海拔高度多为 500～1000m，南部海拔高度为 300～800m，地貌类型以低
山丘陵为主。年均气温 17．3～18．1℃，1月平均气温 6．O～7．7℃，7月平均气温 26．9～28．5℃，年 日照时数
1195．8～1434．2h，年均降雨量 967．3～1192．5mm，年蒸发量 1021．9～1285．1mm。岩层多为中生代沙岩、
紫色沙页岩和石灰岩，少量分布板岩。土壤以黄壤和紫色土为主，土壤属性同上述。该区水热条件较好 ，为
四川盆地主要农业经济区之一，由于人口密集，人为活动频繁，森林覆盖率较低，水土流失极为严重，迅速恢
复植被、控制水土流失是发展该区农业生产的首要保证。其适宜造林树种主要有马尾松、杉木、水杉、千丈、
刺槐、香樟、檫木、泡桐和香椿等，新引进树种有湿松、火炬松和墨西哥柏。
西部生态区(V)。该区属岷江上游，地处横断山脉北部，地貌类型多属高山峡谷和部分丘状高原，海拔
高度>1500m，是我国横断山地典型干旱中心之一，年均气温 5．7～12．7℃，1月平均气温 一4．9～2．4℃，7
月平均气温 14．5～21．9℃，年 日照时数 1565．9～1827．5h，年 均降雨量 492．7～833．0mm，年蒸发量
1136．4～1858．1mm，年蒸发量和年降雨量之比最高达 3．36。该生态区生态景观表现出降水少且蒸发量大；
夏季气温较高，年相对湿度小，空气干燥且风大，造成土壤干燥化；降水量季节分布不均，加之山高坡陡，褶
皱强烈，暴雨突出，降水径流大，水土易流失，泥石流严重。干旱河谷山地 由于受地形深刻影响而造成水热
再分配不均，在较干旱条件下土壤逐渐演替成半干旱草原植被发育的土壤类型，多为山地灰褐土、山地褐土
第 1期 马明东等：三江流域与岷江上游生态区数量分类及可能生产力的研究 3l
和山地棕壤及山地草甸土等。河谷区土壤主要特点为土层瘠薄且具粗骨性，层次发育不明显，并有大量碳
酸盐聚积，在地势较低山麓坡地多形成碳酸盐灰褐土，土壤表层有絮状白色盐渍 ，碳酸盐反应强烈，土壤有
机质含量一般<20g／kg。河谷两岸山地中、下部分布山地灰褐土，全剖面均呈碱性(pH7．8～8．4)，盐基代换
量 0．08～0．15me／g+，有机质含量约 10～30g／kg。河谷山地上部发育着山地褐土，土体中具有明显粘化作
用，无游离碳酸钙聚积，土体下部有明显钙聚积层，使土壤上层呈中性反应而下层呈碱性反应，盐基代换量
0．13～0．15me／g+，有机质含量 30-40g／kg，该生态区干旱河谷地带恢复植被绿化造林十分困难 ，早在 50
年代始即进行造林试验 ，如沙窝地栽插杨树、柳树和刺槐等树种 ，现已见成效 ，今后应加强树种选择的研究，
应侧重选择那些耐寒、抗旱、抗风和凋落物多的树种，尤其应注意乔灌结合，乔草结合 ；根据造林立地条件，
宜乔则乔，宜灌则灌，宜草则草，先覆盖然后再引进乔木树种等进行改造。在干旱河谷以外其他地区造林树
种应以云杉、冷杉、桦木、落叶松、油松、柏木、栎类和核桃等为主。
3 小 结
三江流域和岷江上游地域广阔，生境复杂，本研究根据该流域内73个县市 19个变量进行生态区数量分
类，划分为北部生态区(I)、西北部生态区(Ⅱ)、中部生态区⑩ 、东南部生态区∞ 和西部生态区(v)，分区主要
特点反映出各生态区内水热条件相似性和生态区之间水热条件的差异性。生态区数量分类中以欧氏距离
为基础的可变类平均法与离差平方和法分类效果较佳，PCA一聚类方法具有易从因子负荷量解释结果且直
观，运算速度快，分类较明确等优点。用 Miami模型计算出各地 TSPt和 TSPn反映了三江流域及岷江上游
内73个县市林木可能生产力的差异，其比值还揭示出各地水热条件平衡状况，对正确选择造林地及其相应
树种具有一定指导意义。通过对各生态区属性分析分别提出适宜造林树种，各生态区内水热条件虽基本一
致，由于局部地形对水热的再分配，造林树种落实造林地时应充分考虑地形作用和土壤属性。
参 考 文 献
1 唐守正．多元分析方法．北京：中国林业出版社 。1989
2 尹泰龙 森林生态区的数量分类 林业科学，1989(1)：14-24
3 贺庆棠等 中国植物可能生产力 北京林业大学学报，1986(2)：84-97
4 Lieth H．Modeling the Primary Groductivity of the W orld Nature and Resources．Paris：UNESCO
． 1972 1～ 10