林业科学  2006, Vol. 42 Issue (10): 65-70   PDF    
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吴波, 李晓松, 刘文, 杨晓晖, 卢琦.
Wu Bo, Li Xiaosong, Liu Wen, Yang Xiaohui, Lu Qi.
京津风沙源工程区沙漠化防治区划与治理对策研究
Desertification Control Regionalization and Rehabilitation Countermeasures of Source Area of the Sand and Dust Endangering Beijing-Tianjin
林业科学, 2006, 42(10): 65-70.
Scientia Silvae Sinicae, 2006, 42(10): 65-70.

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收稿日期:2005-01-04

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吴波
李晓松
刘文
杨晓晖
卢琦

京津风沙源工程区沙漠化防治区划与治理对策研究
吴波1,2 , 李晓松3 , 刘文4 , 杨晓晖1,2 , 卢琦1,2     
1. 中国林业科学研究院林业研究所 北京 100091;
2. 国家林业局林木培育重点试验室 北京 100091;
3. 中国林业科学研究院资源信息研究所 北京 100091;
4. 中国科学院遥感应用研究所 北京 100101
摘要: 对京津风沙源工程区沙漠化影响因素和沙漠化土地分布进行分析, 提出制定沙漠化防治区划的原则, 并对该地区进行沙漠化防治分区, 提出不同区域的沙漠化防治战略对策。根据气候分区、植被和土壤的分布、地貌类型以及沙漠化土地分布情况, 将京津风沙源工程区划分为6个治理区, 即乌兰察布高原退化草原治理区、锡林郭勒高原北部退化草原治理区、浑善达克沙地沙化治理区、科尔沁沙地西缘沙化治理区、坝上高原-雁北高原风蚀、水蚀治理区和燕山山地水蚀治理区。
关键词: 京津风沙源工程区    沙漠化防治区划    区划原则    治理对策    
Desertification Control Regionalization and Rehabilitation Countermeasures of Source Area of the Sand and Dust Endangering Beijing-Tianjin
Wu Bo1,2, Li Xiaosong3, Liu Wen4, Yang Xiaohui1,2, Lu Qi1,2     
1. Research Institute of Forestry, CAF Beijing 100091;
2. Key Laboratory of Tree and Breeding and Cultivation, Sate Forestry Administration Beijing 100091;
3. Research Institute of Forest Resources Information Techniques, CAF Beijing 100091;
4. Institute of Remote Sensing Applications, Chinese Academy of Sciences Beijing 100101
Abstract: Desertification control regionalization means based on the natural conditions and driving factors leading to desertification, severity of desertification and distribution of desertified land, dividing the area desertification occurs into different regions in order to take appropriate desertification control measurements in the regions according to the specific conditions. The program of desertification control in source area of the sand and dust endangering Beijing-Tianjin has been carried out from 2002. This area covers 75 counties (cities or banners) in Beijng, Hebei, Inner Mongolia, Shanxi and Tianjin, with an area of 460 thousand km2 in which 101.8 thousand km2 desertified. The principles for desertification control regionalization were formulated based on the analyses of driving factors leading to desertification and desertified land distribution. According to the principles, the source area of the sand and dust endangering Beijing-Tianjin was divided into six desertification control areas, I.e. degraded grassland area in the Ulanqab Plateau, degraded grassland area in the north of the Xilin Gol Plateau, desertified area in the Hunshan Dak Sandy Land, desertified area in western Korqin Sandy Land, the wind and water eroded area in the Bashang Plateau and the Yanbei Plateau, and water eroded area in Yanshan mountainous region. Rehabilitation countermeasures are suggested for the different desertification control areas.
Key words: source area of the sand and dust endangering Beijing-Tianjin    desertification control regionalization    regionalization principle    rehabilitation countermeasures    

2000年以来, 每年春季, 我国北方连续发生强沙尘暴, 影响范围广, 危害大, 引起国内外广泛关注。2000年春季我国北方连续发生的13次大范围的沙尘暴、浮尘、扬沙等恶劣天气有9次影响到京津地区, 严重威胁首都地区的生态安全。

京津地区位于华北平原北部燕山南麓的冲积平原, 其北部为燕山山脉, 向北为辽阔的内蒙古高原, 在京津风沙源工程区内包括坝上高原、乌兰察布高原和锡林郭勒高原, 锡林郭勒高原上分布有浑善达克沙地。坝上高原以南为旱农耕作区, 以北至浑善达克沙地为农牧交错区, 浑善达克沙地及其以北地区为草原牧区。由于农牧业生产技术比较落后, 管理粗放, 上述地区都存在着严重的生态破坏现象, 土地退化比较严重, 沙漠化有加速扩展的趋势, 成为京津地区的主要沙源和尘源区。锡林郭勒高原和坝上高原海拔都在1 000 m以上, 到京津地区骤降到100 m以下。受蒙古高压影响, 冬春季节, 这一地区盛行偏北风, 在大气环流和地形地貌的共同影响下, 京津地区成为华北平原的风口地区, 在沙尘暴发生时首当其冲。目前, 京津风沙源区防沙治沙工程已经于2002年启动1), 工程区包括北京、河北、内蒙、山西、天津等省市的75个县(市、旗), 总土地面积46万km2, 其中沙化土地面积10.18万km2。本研究范围就是京津风沙源区防沙治沙工程的范围。

1) 国家林业局、农业部、水利部.2001.环北京地区防沙治沙工程规划(2001—2010年)

风沙危害是目前京津及其周边地区面临的最严重的生态环境问题之一, 不仅严重制约着该地区的经济发展, 而且危及到首都北京的国际声望, 危及居民健康, 严重影响首都功能的正常发挥。保护和建设好京津及其周边地区的生态环境, 既是该地区国民经济建设的重要组成部分, 也是实现自然资源可持续利用和社会、经济可持续发展的重要保障。

本研究以京津风沙源区防沙治沙工程范围为研究区, 对该地区沙漠化影响因素和沙漠化土地分布进行分析, 提出制定沙漠化防治区划的原则, 并进行沙漠化防治分区, 提出不同区域的沙漠化防治战略对策, 以期为该地区制定荒漠化防治战略和京津风沙源区防沙治沙工程的顺利实施提供科学参考。

1 沙漠化防治区划研究现状

朱震达等(1981)根据沙漠化发生和分布的特征将我国北方地区的沙漠化土地划分为3个大区、26个小区。他们首先根据“自然地带的原则”将我国北方地区的沙漠化土地划分为3个大区:1)半湿润地带沙漠化土地零星分布区; 2)半干旱草原地带及荒漠草原地带沙漠化发展区; 3)干旱荒漠地带流沙入侵及固定、半固定沙丘活化区。然后根据“沙漠化发展程度的原则”把我国北方地区的沙漠化土地划分为26个小区。他们提出4种沙漠化发展程度, 即潜在沙漠化区、正在发展中的沙漠化区、强烈发展中的沙漠化区和严重的沙漠化区。王劲峰(1995)的“中国沙漠化灾害区划”仍然采用了朱震达等(1981)的区划方案。原中国科学院兰州沙漠研究所科尔沁沙漠化考察队(1986)曾制定内蒙古奈曼旗土地沙漠化整治区划, 根据研究区自然条件、土地沙漠化现状和农林牧生产的要求将该区域划分为2个区、10个小区。董光荣等(1993)提出了青海共和盆地沙漠化防治区划, 主要根据大地貌条件和沙漠化过程的发展程度将整个研究区划分为8个小区, 沙漠化程度划分与朱震达等(1981)相同。上述研究思路基本上是一致的, 体现了沙漠化防治区划的基本原则。共同的缺点是:依赖定性描述, 缺乏定量依据。主要原因在于:1)研究手段相对落后; 2)可以利用的遥感数据时间序列短; 3)沙漠化整体研究深度不够。

2 区划原则与分区

京津风沙源区防沙治沙工程治理区(以下简称京津风沙源工程区)在气候上跨半干旱区、亚湿润干旱区和半湿润区, 年降水量从东南部的600 mm向西北逐渐递减至200 mm以下。该地区东西横跨近700 km, 南北纵跨约600 km, 海拔从东部和南部的不足50 m向西北方向迅速增加, 至阴山山脉上升至2 000 m以上, 然后向北又逐渐降低, 至二连浩特降至不足1 000 m。在独特的气候和地貌条件影响下, 该地区发育了独具特色的植被和土壤。该地区西北部属干旱草原带, 主要发育典型草原和荒漠草原, 土壤主要为栗钙土; 东南部位于雁北高原、坝上高原和燕山山地, 植被主要为温带落叶阔叶林和温带落叶灌丛, 土壤主要为褐土和棕壤。

京津风沙源工程区的东部位于科尔沁沙地的西部边缘, 中部为浑善达克沙地, 这2个区域沙漠化比较严重。沙漠化发展的主要原因是过度放牧和过度开垦草原等不合理的人类活动。

沙漠化防治是指通过人工措施消除沙漠化产生的人为因素, 重建适于人类生存的生态环境。沙漠化防治区划(或防沙治沙区划)是根据沙漠化发生的自然条件、驱动因素和沙漠化严重程度、分布特点等的区域分异, 从预防沙漠化发生、治理现有沙漠化土地和开发利用沙漠化土地的角度出发, 对沙漠化发生区域进行划分, 以便因地制宜地采取沙漠化防治措施, 进而针对所划分的不同区域提出不同的沙漠化防治对策。

进行京津风沙源工程区沙漠化防治区划首先需要考虑的是气候分区。根据联合国防治荒漠化公约(中华人民共和国林业部防治沙漠化办公室, 1994)的定义, “荒漠化”是指包括气候变异和人类活动在内的种种因素造成的干旱(arid)、半干旱(semi-arid)和亚湿润干旱(dry sub-humid)地区的土地退化。“干旱、半干旱和亚湿润干旱地区”是指年降水量与可能蒸散量(potential evapotranspiration)之比在0.05至0.65之间的地区, 但不包括极区和副极区。使用近50年国家重点气象台站数据, 采用penman计算可能蒸散量的方法(张新时, 1989)计算了研究区的湿润指数, 并进行了空间插值, 得到该地区荒漠化气候分区(图 1)。该地区包括4种气候类型区, 即干旱区、半干旱区、亚湿润干旱区和半湿润区, 干旱区、半干旱区和亚湿润干旱区属于荒漠化潜在发生范围。

图 1 京津风沙源工程区荒漠化气候分区 Fig. 1 Desertification-prone climate division of the source area of the sand and dust endangering Beijing-Tianjin

其次需要考虑的是植被、土壤的分布和地貌类型。2001年出版的《1:1 000 000中国植被图集》(中国科学院中国植被图编辑委员会, 2001)属于现状植被图, 依据的资料主要是新中国成立后50年来在全国各地进行的植被调查研究成果, 并应用了遥感及地质学、土壤学、气候学的有关资料。将1:100万植被图进行数字化得到研究区植被类型图。将1:100万土壤图(中国科学院南京土壤研究所, 1986)数字化, 得到研究区土壤类型图。将1:25万地形图数字化并在地理信息系统(GIS)中进行处理, 得到研究区数字高程模型(DEM)。

然后需要考虑的是土地利用状况。将1 :100万土地利用图(中国科学院地理研究所, 1994)数字化, 得到研究区土地利用类型图。

此外, 还需要考虑沙漠化土地分布情况。近年来, 我国北方地区沙尘暴比较严重, 而沙尘暴主要发生在春季。已有的关于沙漠化土地分布与制图方面的研究采用的遥感数据都是秋季或夏季的, 制图结果反映的是秋季或夏季的沙漠化土地的分布状况。分布在半干旱区和亚湿润干旱区的许多流动、半流动沙地, 在每年的4月份以前没有植被生长, 雨季以后生长许多沙米(Agriophyllum pungens)、沙鞭(Psammochloa villosa)、虫实(Corispermum heptapotamicum)等沙地先锋植物, 有时群落盖度可以达到50 %甚至80 %, 在夏季或秋季的遥感影像上给人以未退化的假象。但秋季以后, 沙地先锋植物纷纷死亡, 这些沙地又回到流动或半流动状态, 在春季大风过境时产生大量沙尘。为了更客观地反映研究区地区沙漠化土地的分布状况, 收集了2003年3月12日和2003年8月15日覆盖环研究区的MODIS遥感数据, 结合野外调查, 参考植被图、土地利用图等该地区已有的研究成果, 利用ERDAS Imagine分别对该地区的春季和秋季的沙漠化土地进行计算机监督分类, 分类结果见图 23。分类结果表明:研究区退化比较严重的沙漠化土地面积秋季约为1.1万km2, 春季约为2.4万km2, 春季比秋季多出1倍多。沙漠化土地主要分布在浑善达克沙地和科尔沁沙地西缘。

图 2 京津风沙源工程区春季沙漠化土地分布 Fig. 2 Desertified land distribution of the source area of the sand and dust endangering Beijing-Tianjin in spring
图 3 京津风沙源工程区秋季沙漠化土地分布 Fig. 3 Desertified land distribution of the source area of the sand and dust endangering Beijing-Tianjin in autumn

根据上述成果, 将京津风沙源工程区划分为以下6个治理区(图 4):1)乌兰察布高原退化草原治理区; 2)锡林郭勒高原北部退化草原治理区; 3)浑善达克沙地沙化治理区; 4)科尔沁沙地西缘沙化治理区; 5)坝上高原-雁北高原风蚀、水蚀治理区; 6)燕山山地水蚀治理区。

图 4 京津风沙源工程区沙漠化防治区划 Fig. 4 Desertification control regionalization of the source area of the sand and dust endangering Beijing-Tianjin 1.乌兰察布高原退化草原治理区 Degraded grassland area in the Ulanqab Plateau; 2.锡林郭勒高原北部退化草原治理区 Degraded grassland area in the north of the Xilin Gol Plateau; 3.浑善达克沙地沙化治理区 Desertified area in the Hunshan Dak Sandy Land; 4.科尔沁沙地西缘沙化治理区 Desertified area in western Korqin Sandy Land; 5.坝上高原-雁北高原风蚀、水蚀治理区 The wind and water eroded area in the Bashang Plateau and the Yanbei Plateau; 6.燕山山地水蚀治理区 Water eroded area in Yanshan mountainous region.
4 各区主要特征与治理建议 4.1 乌兰察布高原退化草原治理区

乌兰察布高原退化草原治理区位于京津风沙源工程区西北部, 属于干旱气候, 年降水量150 ~ 250 mm。植被主要为荒漠草原, 另外西部有部分草原化荒漠分布, 东部和南部有少量典型草原分布。土壤主要为淡棕钙土, 另外还有少量棕钙土和栗钙土分布, 有小面积沙地分布。人口密度10人·km-2以下(图 5), 平均牲畜密度不到1羊单位·hm-2(图 6), 区载畜量极低, 但仍存在草场退化现象。该区南部即是常说的乌盟后山地区, 由于过度垦殖, 在强烈风蚀作用下导致地表粗质化。从20世纪90年代初起, 通过退耕还林还草, 目前情况已明显好转。

图 5 京津风沙源工程区人口密度分布图 Fig. 5 Population density distribution of the source area of the sand and dust endangering Beijing-Tianjin
图 6 京津风沙源工程区牲畜密度分布图 Fig. 6 Livestock density distribution of the source area of the sand and dust endangering Beijing-Tianjin

该地区是以牧为主的草原区, 由于气候干旱, 草场生产力非常低, 载畜能力也非常低, 长期严重超载放牧, 使得草地退化严重。由于气候干旱, 风蚀强烈, 过度开垦会造成严重的土地退化。治理对策:强化草原管理, 降低牲畜数量, 采取轮牧和封育措施, 加强圈养, 严禁滥垦草原。

4.2 锡林郭勒高原北部退化草原治理区

锡林郭勒高原北部退化草原治理区位于京津风沙源工程区东北部, 处于半干旱区和亚湿润干旱区, 年降水量200 ~ 400 mm。植被主要为典型草原, 另外本区东部还分布有部分草甸草原, 河谷分布有草甸。土壤主要为栗钙土。有小面积沙地分布, 在春季沙化比较明显。人口密度10人·km-2以下, 平均牲畜密度1 ~ 2羊单位·hm-2

该地区是以牧为主的草原区, 草场生产力较高, 由于长期严重超载放牧, 草地退化、沙化比较严重。治理对策:强化草原管理, 采取轮牧和封育措施, 加强圈养和舍饲, 加强人工草场建设, 改进牧业生产方式, 以扭转草原退化加剧的趋势。

4.3 浑善达克沙地沙化治理区

浑善达克沙地沙化治理区位于京津风沙源工程区中部, 其西部处于半干旱区, 东部处于亚湿润干旱区, 年降水量200 ~ 350 mm。植被主要为以沙蒿(Artemisia halodendron)和锦鸡儿(Caragana microphylia)为主的沙生植被, 有较大面积的典型草原分布, 另外在其东部还分布有大果榆(Ulmus macrocarpa)疏林等, 河谷地带有草甸和农田分布。土壤主要为风沙土和栗钙土。该地区是京津风沙源工程区沙地集中分布区, 春季和秋季退化严重的沙地面积分别占该治理区面积的30.2 %和9.4 %, 沙化严重, 是京津风沙源工程区最重要的沙漠化治理区。人口密度大部分地区在10 ~ 20人·km-2, 平均牲畜密度2羊单位·hm-2以下。

该地区是以牧为主农牧结合的沙区, 由于过牧、过度开垦、樵采等不合理人为活动的长期作用, 灌草面积减少, 草场退化、沙化严重, 致使固定沙丘活化, 沙漠化发展迅速。治理对策:在保护好现有林草植被基础上, 固定活化沙丘, 遏制沙地的活化趋势; 强化草场管理, 禁止开垦草原和沙地, 草场应采取轮牧和封育措施; 加快草场建设, 扩大林草植被, 对于已经退化的沙地应采取飞播和人工造林, 对于退化草场应采取人工封育、种草等措施, 使退化植被得到恢复。

4.4 科尔沁沙地西缘沙化治理区

科尔沁沙地西缘沙化治理区位于京津风沙源工程区东部, 地处科尔沁沙地西部边缘, 处于亚湿润干旱区, 年降水量300 ~ 400 mm。植被类型包括以沙米、虫实为主的沙生植被, 大针茅(Stipa grantdis)典型草原, 以贝加尔针茅(S. baicalensis)为主的草甸草原, 羊草(Aneurolepidium chinense)和芨芨草(Achnatherum splendens)草甸, 以蒙古栎(Quercus mongolicus)、白桦(Betula platyphylla)等为主的温带落叶阔叶林以及虎榛子(Ostryopsis davidiana)灌丛, 此外有较大面积的农田分布。土壤主要为栗钙土、风沙土、灰色森林土等。该地区是京津风沙源工程区沙地分布比较集中的另一个区域, 春季和秋季退化严重的沙地面积分别占该治理区面积的15.2 %和3.5 %, 沙化比较严重, 也是该地区非常重要的沙漠化治理区。人口密度大部分地区在10 ~ 50人·km-2, 部分地区50 ~ 100人· km-2, 其南部的几个县达到100 ~ 200人·km-2。平均牲畜密度大多为2 ~ 5羊单位·hm-2, 部分地区在2羊单位·hm-2以下。

该地区以牧为主, 农牧结合, 由于过牧、过度开垦、樵采等不合理人为活动的长期作用, 灌草面积减少, 草场退化、沙化严重, 致使固定沙丘活化, 沙漠化发展迅速。治理对策:在保护好现有林草植被基础上, 固定活化沙丘, 遏制沙地的活化趋势; 强化草场管理, 禁止开垦草原和沙地, 草场应采取轮牧和封育措施; 加快草场建设, 扩大林草植被, 对于已经退化的沙地和草场, 应分别采取飞播和人工造林、人工封育和种草等措施使植被得到恢复。

4.5 坝上高原-雁北高原风蚀、水蚀治理区

坝上高原-雁北高原风蚀、水蚀治理区位于京津风沙源工程区西南部, 包括阴山以南的山西北部雁北高原和坝上高原。该地区处于半干旱区和亚湿润干旱区, 年降水量300 ~ 500 mm, 年蒸发量1 800 ~ 2 500 mm, 全年8级以上的大风日数约40 ~ 70 d。该地区处于典型草原与草甸草原的过渡区, 山地和丘陵的阴坡有岛状森林分布, 主要植被类型包括西北针茅(S. krylovii)、长芒草(Stipa bungeana)、冷蒿(Artemisia frigida)等为主的典型草原和以小叶杨(Populus simonii)、白桦等为主的落叶阔叶林以及以虎榛子、绣线菊(Spiraea spp.)、沙棘(Hippophae rhamnoides)为主的落叶灌丛, 农田面积很大。地带性土壤为栗钙土和褐土。该地区人口密度较大, 约50 ~ 200人·km-2, 平均牲畜密度北部为2 ~ 5羊单位·hm-2, 南部可以达到10 ~ 50羊单位·hm-2甚至更高。

该地区土质疏松, 土壤颗粒小, 容易扬沙起尘; 再加上人口压力较大, 毁林毁草开垦和过度放牧比较普遍, 风蚀、水蚀都比较严重。耕地表面的风蚀深度平均每年1 ~ 2 cm, 一般耕地开垦后30 ~ 50年, 地表即完全砾质化, 不得不弃耕。治理对策:禁垦限牧, 扩大林草植被。采取的主要措施:一是严禁再开垦土地, 避免新的植被破坏; 二是对沙化严重、粮食产量低而不稳的耕地实行退耕还林还草; 三是大力推广草田轮作、免耕、留茬等农业技术措施, 积极推行人工造林种草和封山封沙育林育草, 恢复植被; 四是改变传统的牧业方式, 变放养为圈养, 减轻天然植被受到的压力。

4.6 燕山山地水蚀治理区

燕山山地水蚀治理区位于京津风沙源工程区东南部, 主要是燕山山地丘陵区, 包括北京、天津、张家口地区南部和承德、唐山西部地区, 是北京地区官厅、密云和潘家口3大水库的水源地。该地区属于半湿润气候, 年降水量400 ~ 600 mm, 60 %~ 80 %的降水集中在7 —8月, 并且降雨强度大、暴雨多。全年8级以上的大风日数约25 ~ 50 d。地带性植被为暖温带落叶阔叶林, 土壤主要为棕壤和褐土。

该地区樵采和陡坡耕种破坏植被, 造成严重的水土流失。治理对策:保护和建设好丘陵山地的防护林体系, 提高植被保持水土、涵养水源的功能。采取的主要措施:一是封禁保护现有的森林, 杜绝一切经营性的采伐活动; 二是对流域内的陡坡耕地和库区周围的坡耕地, 积极实行退耕还林还草; 三是对现有的荒山荒地, 通过飞、封、造等措施, 营造乔灌草相结合的复层水源涵养林; 四是大力营造防风固沙林, 形成防风阻沙固沙体系, 治理风口、风道地区; 五是调整畜种结构, 改变牧业生产方式, 变放牧为圈养。

2001年以来, 京津风沙源治理工程实施取得了明显的效果, 该区域沙化扩展趋势得到了遏制, 植被明显恢复, 生态状况明显改善。如内蒙古草原2001年以来天然草地牧草产量呈明显增长趋势, 虽然在某些地区仍然存在退化现象。沙漠化出现逆转, 一方面是京津风沙源治理工程实施的结果, 另一方面近年来该地区降水偏多也对植被恢复具有重要的促进作用(《第三次全国荒漠化和沙化监测报告》编写组, 2005)。

参考文献(References)
《第三次全国荒漠化和沙化监测报告》编写组.2005.我国荒漠化和沙化状况及动态变化分析∥祝列克.中国荒漠化和沙化动态研究.北京: 中国农业出版社, 5-13
董光荣, 高尚玉, 金炯, 等. 1993. 青海共和盆地土地沙漠化与防治途径. 北京: 科学出版社, 212-213.
王劲峰. 1995. 中国自然灾害区划. 北京: 中国科学技术出版社, 110-130.
张新时. 1989. 植被的PE(可能蒸发散)指标与植被-气候分类(一)———几种主要方法与PEP程序介绍. 植物生态学与地植物学学报, 13(1): 1-9.
中国科学院地理研究所. 1994. 中国土地利用图集. 西安: 西安地图出版社.
中国科学院兰州沙漠研究所科尔沁沙漠化考察队.1986.内蒙古奈曼旗土地沙漠化整治区划∥中国科学院兰州沙漠研究所.中国科学院兰州沙漠研究所集刊: 第3号.北京: 科学出版社, 19-34
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朱震达, 刘恕. 1981. 中国北方地区的沙漠化过程及其治理区划. 北京: 中国林业出版社, 47-52.