桂花林場(chǎng)苦櫧林分空間結(jié)構(gòu)規(guī)律研究

馬 欣，宋武剛，呂 勇，吳 斌，馬 艷

(1．中南林業(yè)科技大學(xué)，長(zhǎng)沙410004;2．湖北省崇陽縣林業(yè)局，湖北 崇陽437500;3．天津市北辰區(qū)農(nóng)林局，天津300400)

桂花林場(chǎng)苦櫧林分空間結(jié)構(gòu)規(guī)律研究

馬 欣1，宋武剛2，呂 勇1，吳 斌1，馬 艷3

(1．中南林業(yè)科技大學(xué)，長(zhǎng)沙410004;2．湖北省崇陽縣林業(yè)局，湖北 崇陽437500;3．天津市北辰區(qū)農(nóng)林局，天津300400)

利用混交度、大小比數(shù)和角尺度3種結(jié)構(gòu)參數(shù)，結(jié)合樹種組成，對(duì)湖北桂花林場(chǎng)4塊苦櫧混交林樣地的林分空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。結(jié)果表明，苦櫧為優(yōu)勢(shì)樹種，多單種聚集生長(zhǎng)，其他樹種強(qiáng)度混交、極強(qiáng)度混交的比例大;楓香在大小分化上占有一定的優(yōu)勢(shì)，其他樹種則分化嚴(yán)重;從林木水平空間格局上來看，該試驗(yàn)地樹種分布格局以團(tuán)狀分布為主。

空間結(jié)構(gòu);混交度;大小比數(shù);角尺度;苦櫧

林分空間結(jié)構(gòu)是指林木在林地上的分布格局，以及它的屬性在空間上的排列方式，也就是林木之間樹種、大小、分布等的空間關(guān)系。林分空間結(jié)構(gòu)決定了樹木之間的競(jìng)爭(zhēng)勢(shì)及其空間生態(tài)位，它在很大程度上決定了林分的穩(wěn)定性、發(fā)展的可能性和經(jīng)營空間的大?。?］。分析林分空間結(jié)構(gòu)及其樹種組成，有助于制定科學(xué)合理的森林經(jīng)營措施?？鄼搅质俏覈鴣啛釒У囊环N常見常綠闊葉林類型，也是原生境遭到破壞后，次生演替過程中最早出現(xiàn)的常綠闊葉林類型之一［2］。本文利用混交度、大小比數(shù)、角尺度這3個(gè)參數(shù)，對(duì)湖北桂花林場(chǎng)苦櫧混交林空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，為該地區(qū)的苦櫧混交林合理經(jīng)營提供依據(jù)。

1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)設(shè)在湖北省崇陽縣桂花林場(chǎng)，崇陽縣位于113°43'—114°21'E，29°21'—29°41'N，地處低山丘陵與江漢平原的過渡地帶，平均海拔高度為400 m，地帶性土壤為棕紅壤與山地黃紅壤。該區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫16.7℃，年降水量1 460～1 570 mm，林區(qū)內(nèi)土壤深厚、肥沃，植被繁多。

試驗(yàn)區(qū)以苦櫧(Castanopsis sclerophylla)為優(yōu)勢(shì)樹種，伴生樹種為楓香(Liquidambar formosana)、小葉櫟(Quercus chenii)、馬尾松(Pinus massoniana)等。

2 研究方法

2.1 樣地調(diào)查

在試驗(yàn)區(qū)選擇具有代表性的典型地段設(shè)立4塊樣地，分別記為 P1，P2，P3，P4;樣地大小 20 m ×20 m，每個(gè)樣地內(nèi)又設(shè)5 m×5 m的小樣方16個(gè)。記錄樣地的經(jīng)緯度、海拔、坡度、坡向等基本情況，繪制樣地的方位示意圖;采用全面調(diào)查法調(diào)查樣地內(nèi)所有大于起測(cè)徑階(5 cm)的林木特征值，包括樹木的相對(duì)XY坐標(biāo)、樹種、胸徑、樹高、冠幅等。

2.2 分析方法

森林群落是由不同植物種類組成的，重要值是用來表示某一樹種在群落中的地位和作用的相對(duì)數(shù)量指標(biāo)，是根據(jù)密度、頻度和優(yōu)勢(shì)度(樹木胸高斷面積)的相對(duì)值來確定森林群落中某一樹種的相對(duì)重要性。某一樹種的重要值越大，表明該樹種在樣地中的優(yōu)勢(shì)越大，因此可用其表征群落物種的結(jié)構(gòu)變化狀況。其計(jì)算公式為［3］:

式中:IV為重要值，RF為相對(duì)頻度，RA為相對(duì)多度，RS為相對(duì)優(yōu)勢(shì)度;Fi為某物種的頻度;Ni為某物種個(gè)體總數(shù);Ai為某物種胸高斷面積之和。

林分內(nèi)任意一株單株樹木和離它最近的n株相鄰木均可構(gòu)成林分空間結(jié)構(gòu)的基本單位——林分空間結(jié)構(gòu)單元?？臻g結(jié)構(gòu)單元的核心樹被稱為參照樹。而最鄰近的n株相鄰樹木則被稱為相鄰木。有學(xué)者對(duì)此進(jìn)行過深入研究:n的取值不同，則由參照樹和相鄰木構(gòu)成的結(jié)構(gòu)單元大小也不同?；輨傆龋?］研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)n=4時(shí)，可以很好地滿足對(duì)林分空間結(jié)構(gòu)分析的要求。本文采用這一結(jié)論，利用混交度、大小比數(shù)、角尺度這三種空間結(jié)構(gòu)參數(shù)來分析苦櫧混交林的空間結(jié)構(gòu)規(guī)律。

混交度用來說明混交林種樹種空間隔離程度，它被定義為參照樹的最鄰近木與參照樹屬于不同種的個(gè)體所占的比例，即:

式中:Mi為參照樹i的混交度;vij為離散變量。vij值定義為:若參照樹i與第j株相鄰木非同種時(shí)，vij=1;反之，vij=0。

大小比數(shù)反映了相鄰木與參照樹之間的個(gè)體優(yōu)勢(shì)程度，它被定義為大于參照樹的相鄰木數(shù)占全部最近相鄰木的比例，即:

式中:Ui為參照樹的大小比數(shù)，Ui越小，說明比參照樹大的相鄰木越少，參照樹越占優(yōu)勢(shì);kij為離散變量。kij值定義為:若參照樹i比相鄰木j小，kij=1;反之，kij=0。

角尺度是用來描述相鄰木圍繞參照樹均勻性的指標(biāo)，被定義為α角小于標(biāo)準(zhǔn)角α0的個(gè)數(shù)占所考察的最近相鄰木的比例，即:

式中:zij為離散變量。其值定義為，當(dāng)?shù)趈個(gè)α角小于標(biāo)準(zhǔn)角 α0時(shí)，zij=1;反之，zij=0。

3 結(jié)果與分析

3.1 樹種組成

通過對(duì)群落結(jié)構(gòu)的頻度、多度和相對(duì)優(yōu)勢(shì)度的調(diào)查分析，得出各樣地喬木層主要樹種組成及重要值，見表1。

從表1中可以看出:4塊樣地中苦櫧都呈絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，尤其是樣地P1中苦櫧的重要值達(dá)到了0.760;楓香在各樣地中的重要值各亦，但仍有一定優(yōu)勢(shì);小葉櫟與馬尾松的重要值較低，散生分布。

3.2 林木空間隔離程度

根據(jù)混交度的定義，將林木空間混交度劃分為:M=0，零度混交;M=0.25，弱度混交;M=0.5，中度混交;M=0.75，強(qiáng)度混交;M=1，極強(qiáng)度混交。圖1和圖2顯示了苦櫧混交林林分平均混交度及其頻率分布。

從圖1和圖2中可以看出，樣地P2為極強(qiáng)度混交、中度混交、弱度混交的比例最高，沒有出現(xiàn)零度混交，其平均混交度在0.60左右，說明此樣地林木空間隔離程度較大，大多樹木與最鄰近的4株樹木屬不同種的比例較高;樣地P1、樣地P4中零度混交的比例最高，平均混交度最低，為0.3左右，說明該兩塊樣地中多數(shù)樹木與最鄰近的4株樹木屬同種的比例較高，同樹種聚集生長(zhǎng)。

表1 各樣地喬木層主要樹種組成及重要值

圖1 苦櫧混交林林分混交度頻率分布

圖2 苦櫧混交林林分平均混交度分布

按樹種分析，結(jié)果見表2。從表2中可以看出，苦櫧的平均混交度最低，只有0.23，其他3種樹木的平均混交度都在0.75以上，小葉櫟和馬尾松的平均混交度達(dá)到了1.00。從總體上看，在這種混交林分中，苦櫧多呈現(xiàn)單種聚集生長(zhǎng)，其他樹種強(qiáng)度混交、極強(qiáng)度混交的比例大，與最鄰近木屬不同種的情況較為常見。

深入分析可知:在零度混交和弱度混交時(shí)，只有苦櫧，無其他樹種分布;在中度混交和強(qiáng)度混交時(shí)只有苦櫧和楓香，且楓香占的比例較高;小葉櫟和馬尾松只有極強(qiáng)度混交，其次比例較高的是楓香，苦櫧最低。

表2 苦櫧混交林各樹種混交度及頻率分布

從以上分析可知，調(diào)查的4塊苦櫧混交林分中，苦櫧平均混交度最低，說明該樹種呈現(xiàn)聚集分布，其他3種樹木平均混交度很高，散生在苦櫧中。林分內(nèi)樹種隔離程度不高，樹種組成相對(duì)簡(jiǎn)單，多樣性較低。隨著林分的演替，該林分很可能會(huì)演替成苦櫧純林。

3.3 林木大小分化程度

大小比數(shù)反映了結(jié)構(gòu)單元中參照樹與相鄰木的個(gè)體優(yōu)勢(shì)關(guān)系。根據(jù)大小比數(shù)的定義，其值越低，說明參照樹越大，參照樹個(gè)體越占優(yōu)勢(shì)。圖3顯示了4塊樣地中林分平均大小比數(shù)分布狀況。

圖3說明，這4塊樣地的林分平均大小比數(shù)差距不大，平均林分大小比數(shù)分布在［0.455，0.539］。其中樣地P3的平均大小比數(shù)最大，達(dá)到了0.539，其他3塊樣地的平均大小比數(shù)均在0.5左右，說明這4塊樣地內(nèi)的林木直徑大小分化程度不明顯，林木生長(zhǎng)基本處于優(yōu)勢(shì)和中庸?fàn)顟B(tài)，生長(zhǎng)有一定的優(yōu)勢(shì)。

圖3 苦櫧混交林林分平均大小比數(shù)分布

依據(jù)樹種計(jì)算大小比數(shù)的平均值，能更好地反映林分中林木分化程度之間的差異性。某一樹種的大小比數(shù)平均值越小，說明該樹種與其他樹種在某一指標(biāo)(胸徑、樹高、冠幅等)上更占優(yōu)勢(shì)。表3描述了苦櫧混交林林分內(nèi)各主要樹種的平均大小比數(shù)及頻率分布。

表3 苦櫧混交林各樹種平均大小比數(shù)及頻率分布

從表3可以看出，各樹種的平均大小比數(shù)的取值范圍從0.39到0.75，反應(yīng)了樹種空間大小分化程度有較大的差異。苦櫧、楓香、小葉櫟的大小比數(shù)平均值都超過0.50，這表明在以上述樹種為參照樹的結(jié)構(gòu)單元中，相鄰木直徑較大的樹木居多，平均為2株以上。尤其是馬尾松的大小比數(shù)平均值為最大，達(dá)到了0.75，說明以此樹種為參照樹的結(jié)構(gòu)單元中，有3株最鄰近木的直徑大于馬尾松的情況較多，生長(zhǎng)處于劣勢(shì)狀態(tài)。

楓香的平均大小比數(shù)最小，為0.39，介于0.25與0.5之間，說明相對(duì)其他3種樹種，在以楓香為參照樹的結(jié)構(gòu)單元中，相鄰木的直徑大于該樹種的情況較少，生長(zhǎng)上介于亞優(yōu)勢(shì)和中庸之間，總體而言處于較為優(yōu)勢(shì)狀態(tài)。楓香處于優(yōu)勢(shì)和亞優(yōu)勢(shì)的樹木比例為52.3%，處于絕對(duì)劣態(tài)和劣態(tài)的比例僅為28.6%。

苦櫧各種狀態(tài)都有，平均大小比數(shù)為0.5，說明在以苦櫧為參照樹的結(jié)構(gòu)單元中，大于和小于苦櫧的相鄰木各占一半，生長(zhǎng)上處于中庸?fàn)顟B(tài)?？鄼教幱趦?yōu)勢(shì)和亞優(yōu)勢(shì)的樹木比例為37.2%，處于絕對(duì)劣態(tài)和劣態(tài)的比例為37.5%，所占比例基本相同。

小葉櫟、馬尾松的平均大小比數(shù)均大于0.5，馬尾松最高，為0.75，說明以這兩個(gè)樹種的單木構(gòu)成的結(jié)構(gòu)單元中，兩三株相鄰木直徑較大的情況經(jīng)常發(fā)生，處于從中庸向劣態(tài)過渡的狀態(tài)。這兩種樹木受壓較為嚴(yán)重，小葉櫟處于絕對(duì)劣態(tài)和劣態(tài)的比例總計(jì)達(dá)到了66.6%;而馬尾松完全處于劣態(tài)，達(dá)到了100%。

以該林分中最主要的兩種樹木苦櫧、楓香來看，這兩種樹木處于優(yōu)勢(shì)和亞優(yōu)勢(shì)的比例均在37%以上，處于絕對(duì)劣態(tài)和劣態(tài)的比例均在37%以下;而小葉櫟和馬尾松處于絕對(duì)劣態(tài)和劣態(tài)的比例較高，都在66%以上，受壓較為嚴(yán)重，且這兩種樹木的株數(shù)較少。綜合分析，該苦櫧混交林林分隨時(shí)間的變化有可能變?yōu)橐钥鄼胶蜅飨銥橹鞯幕旖涣?，而小葉櫟和馬尾松有在林分中消失的危險(xiǎn)。

3.4 林木個(gè)體水平空間分布格局

用角尺度分析林分內(nèi)林木的個(gè)體水平分布時(shí)，主要是考慮林木個(gè)體之間的方位關(guān)系，不需確定林木的距離，也不必分樹種統(tǒng)計(jì)，只要考慮整個(gè)林分的角尺度分布和取值即可［1，5］。根據(jù)參照樹與相鄰木的方位角關(guān)系，得出各樣地角尺度頻率分布圖和平均角尺度分布圖，見圖4和圖5。

圖4 苦櫧混交林各樣地角尺度頻率分布

圖5 苦櫧混交林各樣地平均角尺度分布

根據(jù)角尺度的定義，Wi的值越大，則說明參照樹周圍的相鄰木分布越不均勻。如圖4和圖5所示，各樣地林分中Wi為0的情況不存在，說明林分中不存在絕對(duì)均勻。各樣地角尺度為0.5的比例都較高，其中樣地P2，P3，P4最高;樣地P1在角尺度為0.75所占比例最高。各樣地的平均角尺度取值在0.554～0.625。由于隨機(jī)分布的角尺度取值范圍為0.475≤≤0.517，當(dāng)＜0.475就是均勻分布＞0.517就是團(tuán)狀分布［6］。本文以此作為調(diào)查林分林木分布的判別標(biāo)準(zhǔn)。

從圖中可以看出:P2樣地的林分平均角尺度最小，為0.554;樣地 P1和P4的平均角尺度最大，為0.625。4塊樣地的平均角尺度均大于0.517，則表明該苦櫧混交林林分分布格局均為團(tuán)狀分布。

4 結(jié)論

通過對(duì)4塊苦櫧林樣地的空間結(jié)構(gòu)分析，結(jié)論如下:①林分平均混交度較低，分布在［0.311，0.563］之間。其中苦櫧平均混交度最低，為0.23，其他樹種均在0.75以上，表明苦櫧多呈現(xiàn)單種聚集生長(zhǎng)，其他樹種強(qiáng)度混交、極強(qiáng)度混交的比例很大。②林分平均大小比數(shù)差距不大，分布在［0.455，0.539］之間。楓香平均大小比數(shù)最小，為0.39，在空間大小對(duì)比上占有一定的優(yōu)勢(shì)，其他樹種均在0.50以上，優(yōu)勢(shì)不太明顯。③各樣地平均角尺度均大于0.517，表明該林分以團(tuán)狀分布為主。通過對(duì)苦櫧林分空間結(jié)構(gòu)的分析，有利于了解其規(guī)律特征和性質(zhì)，在苦櫧次生林的保護(hù)和合理經(jīng)營等方面具有積極的實(shí)踐意義。

［1］胡艷波，惠剛盈，戚繼忠，等．吉林蛟河天然紅松闊葉林的空間結(jié)構(gòu)分析［J］．林業(yè)科學(xué)研究，2003，16(5):523 －530．

［2］張欣，徐高福，沈棟偉，等．千島湖島嶼苦櫧(Castanopsis sclerophylla)種群的維持和天然更新［J］．生態(tài)學(xué)報(bào)，2007，27(2):424－431.

［3］邱仁輝，陳涵．擇伐作業(yè)對(duì)常綠闊葉林喬木層樹種結(jié)構(gòu)及物種多樣性的影響［J］．中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2005，13(3):158 －161.

［4］惠剛盈，克勞斯·馮佳多(德).德國現(xiàn)代森林經(jīng)營技術(shù)［M］.北京:中國科學(xué)技術(shù)出版社，2001:66－134.

［5］Von Gadow K，Hui G Y．Characterzing forest spatial structure and diversity［A］.In:Proceedings of the SUFOR International Workshop“Sustainable Forestry in Temperate Regions”［C］．Sweden:Lund University，2002．

［6］惠剛盈.角尺度——一個(gè)描述林木個(gè)體分布格局的結(jié)構(gòu)參數(shù)［J］. 林業(yè)科學(xué)，1999，35(1):37 －42．

Study on the Stand Spatial Structure of Castanopsis sclerophylla
Forest in Guihua Forest Farm

MA Xin1，SONG Wugang2，LV Yong1，WU Bin1，MA Yan3

(1．Central South University of Forestry and Technology，Changsha 410004，Hunan，China;2．Forestry Bureau of Chongyang County in Hubei Province，Chongyang 437500，Hubei，China;3．Bureau of Agriculture and Forestry in Beichen District，Tianjin 300400，China)

Abstyact:Stand spatial structure of four Castanopsis sclerophylla mixed forest plots in Guihua forest farm was investigated by using three structure parameters(mingling，neighborhood comparison，and uniform angle index―neighboring tree distribution pattern).The results showed that Castanopsis sclerophylla was the dominant species in mixed forest，which exhibited aggregation of single species，and the rest tree species were more or most intensive in mingling.When using neighborhood comparison method to characterize the size differentiation of trees，Liquidambar formosana Hance had an advantage over other species which differentiated seriously both in dominant species and suppressed species.Considering tree distribution pattern using uniform angle index，the stands in this community was found to be a clumped distribution.

spatial structure;mingling;neighborhood comparison;uniform angle index;Castanopsis sclerophylla

S 718.54

A

1003—6075(2012)01—0049—05

2011—10—28

2011—11—18

國家林業(yè)局林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)項(xiàng)目“南方集體林區(qū)次生林撫育間伐與高效利用技術(shù)研究”(201004032)。

馬欣(1985—)，男，河北石家莊人，碩士研究生，研究方向:林業(yè)系統(tǒng)工程與社會(huì)林業(yè)。