2.1 中国南方人工林的人为干预强度分组
本文共生成了3117对天然林与人工林的配对,覆盖了中国南方68%的天然林和47%的人工林。由于短轮伐期森林的比例越高代表人工林的干预强度越大,依据自然间断法的分类结果,我们将研究区内的人工林按人为干预强度分为三类:高(短轮伐期森林比例大于47%)、中等(短轮伐期森林比例介于19%至47%之间)和低干预强度(短轮伐期森林比例小于19%)。
如图2所示,610个高干预强度的人工林主要分布在广西、广东和福建省,云南、湖南和江西省也有少量分布。中等干预强度的人工林共有852个,集中在福建、江西、湖南和广西四省,少量分布在浙江、广东和云南三省。安徽、湖北、重庆和四川四省的人工林大多为低干预强度,共1655个。接下来将逐一介绍这三类人工林与其配对的天然林在绿度和绿化趋势上的比较结果。
图2 人工林中短轮伐期森林的比例分布和基于自然间断法的分级结果。
2.2 森林绿度配对对比
从1987年至2021年,中国南方的人工林和天然林均呈现绿化趋势(图3a)。在整个时间序列中,人工林的EVI2始终略低于天然林。具体而言,如图4a所示,人工林的平均EVI2比天然林低1.7%(人工林为0.466±0.041,天然林为0.474±0.050),且两者之间的差异具有统计显著性(WSR检验,P<10⁻⁵)。图3b-d显示,随着干预强度从高到低,人工林的绿化趋势线进一步远离天然林。同样,图4b-d中的散点逐渐远离1:1线,表明随着人工林干预强度的增加,两种森林类型之间的绿度差距缩小。
图3 1987-2021年配对天然林和人工林年平均EVI2的折线图:(a)12个省(n=3117),(b)高干预强度组(n=610),(c)中干预强度组(n=852),(d)低干预强度组(n=1655)。阴影区域代表标准差。虚线的斜率为所有或对应人为干预强度组配对天然林和人工林Sen趋势的平均值(t检验)或中位数(WSR检验)。
图4 1987-2021年天然林与人工林平均EVI2的配对比较。(a)12个省(正方形的位置代表平均值或中值,误差条代表标准差)、(b)高干预强度组、(c)中干预强度组、(d)低干预强度组密度散点图。
从平均值来看,高干预强度组的人工林EVI2为0.480±0.033,天然林为0.483±0.046,两者之间没有显著差异(WSR检验,p>0.5)(图4b)。中等干预强度组的人工林EVI2为0.469±0.034,天然林为0.477±0.045,人工林的EVI2低1.7%(WSR检验,P<10⁻⁵)(图4c)。低干预强度组的人工林EVI2为0.456±0.043,天然林为0.469±0.058,人工林的EVI2低2.8%(WSR检验,P<10⁻⁵)(图4d)。
2.3 森林绿化趋势配对对比
与图4a中的结果类似,绝大多数森林配对位于1:1线以下,表明人工林(3.05±1.19 % decade⁻¹)的绿化趋势(7.0%)明显低于其配对的天然林(3.28±1.37 % decade⁻¹),该差异具有统计显著性(WSR检验,P<10⁻⁵)(图5a),这也在图3a中有所体现。随着人工林干预强度从高到低(图3b-d),人工林的绿化趋势逐渐与天然林的趋势线平行,表明干预强度的增加扩大了两者绿化趋势的差异。
图5 1987年至2021年天然林与人工林绿度(EVI2)趋势的配对比较:(a)12个省(正方形的位置代表平均值或中值,误差条代表标准差)、(b)高干预强度组、(c)中干预强度组、(d)低干预强度组密度散点图。
具体而言,高干预强度组的天然林绿化趋势为3.87±1.08 % decade⁻¹,而人工林为3.47±0.92 % decade⁻¹,两者差异最大,人工林的绿化趋势比天然林低10.3%(WSR检验,P<10⁻⁵)(图5b)。相比之下,低干预强度组的人工林绿化趋势比天然林小4.0%(分别为2.86±1.33 % decade⁻¹和2.98±1.47 % decade⁻¹),差异最小(WSR检验,P<10⁻⁵)(图5d)。中等干预强度组的人工林绿化趋势为2.99±1.02 % decade⁻¹,配对的天然林为3.25±1.23 % decade⁻¹,人工林的绿化趋势比天然林低8.0%(WSR检验,P<10⁻⁵)(图5c)。
与图4中EVI2的变化趋势相似,天然林的绿化趋势变化幅度比人工林更大(图5)。相对EVI2趋势的对比结果与EVI2趋势一致。基于广西省森林资源清查数据对天然林与配对人工林的比较结果也与图5a的结果一致。