福建將樂林場常綠闊葉林幼苗結(jié)構(gòu)分析與更新評價

李 杰,高 祥,徐 光,鄭小賢

(1 北京林業(yè)大學(xué) 森林資源與環(huán)境管理國家林業(yè)局重點實驗室，北京100083；2 吉林省汪清林業(yè)局，吉林 汪清133200)

森林生態(tài)系統(tǒng)是依靠天然更新自我繁衍恢復(fù)的，通過了解林分及林分內(nèi)主要樹種更新幼苗幼樹的大小結(jié)構(gòu)和空間格局，結(jié)合其更新優(yōu)劣情況評價，可以在一定程度上預(yù)測種群在數(shù)量上的動態(tài)，再結(jié)合群落環(huán)境可以預(yù)測該種群在群落中的作用、地位及未來發(fā)展趨勢[1-4]。目前，針對更新幼苗幼樹的研究主要集中在單一分析其更新空間結(jié)構(gòu)和影響因素上[5-7]，也有部分研究側(cè)重于更新評價[8-9]，但綜合考慮常綠闊葉林更新幼苗分布格局并評價其更新狀況的研究很少，特別是針對福建地區(qū)常綠闊葉林幼苗更新方面的研究更少。因此，本研究用幼苗幼樹株高劃分等級，以代表不同生長階段，分析天然更新幼苗幼樹的大小結(jié)構(gòu)；采用鄭元潤[10]、謝佳彥等[11]和閆淑君等[12]的方差/均值法分析更新幼苗幼樹的空間分布格局，并結(jié)合4種聚集度指標(biāo)進(jìn)行檢驗；選擇平均密度、平均地徑和平均蓋度3個指標(biāo)，采用因子分析法，綜合評價福建將樂林場常綠闊葉林幼苗更新情況，旨在為當(dāng)?shù)爻＞G闊葉林的生產(chǎn)經(jīng)營提供參考依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于福建省將樂國有林場，地處武夷山支脈，為閩西北低山丘陵地帶，金溪河畔，地理坐標(biāo)為117°05′～117°40′E、26°26′～27°04′N，屬于中亞熱帶沿海海洋性季風(fēng)氣候，具有海洋性和大陸性氣候特點，年平均氣溫18.7 ℃，年平均降雨量1 669 mm，氣候溫潤。該區(qū)屬于閩西北隆起帶，平均海拔400～800 m，屬褶皺山地地貌，山勢狹長，山矮坡陡。土壤質(zhì)地為沙壤土或者輕壤土，塊狀結(jié)構(gòu)，緊實度適中，比較潮濕。

將樂林場總面積7 113.6 hm2，有林地面積 6 568.9 hm2，森林覆蓋率達(dá)到92.3%，其中常綠闊葉林占13.09%，主要樹種是栲樹(Castanopsisfargesii)、木荷(Schimasuperba)、擬赤楊(Alniphyllumfortunei)、甜櫧(Castanopsiseyrei)、米櫧(Castanopsiscarlesii)、青岡(Cyclobalanopsischungii)等。

2 研究方法

2.1 調(diào)查方法

選擇并設(shè)置有代表性的20 m×30 m的樣地19塊，在樣地的四角和中心取5個5 m×5 m的小樣方，在小樣方內(nèi)調(diào)查更新幼苗幼樹(胸徑<5 cm)的樹種、苗高、地徑(胸徑)、蓋度及密度。樣地更新株數(shù)通過各樣地5個小樣方更新株數(shù)換算得到，各樹種幼苗的平均地徑、平均蓋度和平均密度分別為5個小樣方地徑、蓋度及密度的平均值。

2.2 更新幼苗幼樹等級的劃分

用幼苗幼樹的株高劃分其等級[9](表1)，以代表不同生長階段，并進(jìn)一步分析幼苗幼樹更新的動態(tài)。

表1 更新幼苗幼樹等級的劃分

結(jié)合更新幼苗幼樹等級劃分標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定主要樹種在小苗、大苗和幼樹3個階段的標(biāo)準(zhǔn)：小苗為Ⅰ級和Ⅱ級，用S表示；大苗為Ⅲ級和Ⅳ級，用M表示；幼樹為Ⅴ級，用L表示。

2.3 幼苗幼樹空間分布格局的評定

幼苗幼樹空間分布格局的測定采用方差/均值(V/m)法，并用T檢驗確定實測值與預(yù)測值的偏離程度，結(jié)合Lloyd聚塊性指標(biāo)(m*/m)、叢生指標(biāo)(I)、負(fù)二項參數(shù)(K)和Cassie指標(biāo)(CA)等[13-16]進(jìn)行綜合分析。

2.4 幼苗幼樹更新狀況的評價

首先對19塊樣地數(shù)據(jù)做KMO和Bartlett檢驗，以確定數(shù)據(jù)是否適合做因子分析，再用因子分析法查看平均密度(X1)、平均地徑(X2)和平均蓋度(X3)3個評價指標(biāo)的方差貢獻(xiàn)率，用軟件SPSS18.0通過“分析→降維→因子分析”處理19塊樣地數(shù)據(jù)，將上述3個指標(biāo)用一個綜合指標(biāo)表示，將該指標(biāo)定義為天然更新優(yōu)劣得分因子(F)，最后根據(jù)每個樹種的得分反映其更新狀況的優(yōu)劣[8-9]。

3 結(jié)果與分析

3.1 主要樹種更新幼苗幼樹密度的分布

分別統(tǒng)計樣地內(nèi)不同等級的幼苗幼樹株數(shù)，計算各等級幼苗幼樹的密度，結(jié)果見表2。從表2可以看出，林分幼苗幼樹密度平均為7 638 株/hm2，Ⅰ級幼苗密度最大，為2 771株/hm2；Ⅴ級最小，僅469株/hm2。幼苗幼樹密度隨著等級增大而減小，呈明顯的倒“J”型分布，與異齡林直徑分布的特征[17]相似。從Ⅰ級到Ⅴ級分布的幼苗密度比例分別為36.28%，21.96%，19.34%，16.29%和6.14%。進(jìn)一步分析各級幼苗幼樹密度的比例可以發(fā)現(xiàn)，幼苗幼樹在生長過程中存在2個密度驟減的過程，分別是Ⅰ級到Ⅱ級和Ⅳ級到Ⅴ級，說明這2個階段幼苗競爭較為激烈，其他階段幼苗密度變化不大，相對穩(wěn)定。

樹種中黃瑞木更新幼苗幼樹最多，所占比例為22.22%；其次為栲樹、細(xì)齒柃和細(xì)枝柃，所占比例分別為12.78%，12.20%和10.42%；其余樹種所占比例均較小。

表2 福建將樂林場常綠闊葉林主要樹種更新幼苗幼樹密度的分布

3.2 主要樹種更新幼苗幼樹的空間分布格局

聚集度指標(biāo)測定結(jié)果(表3)表明，林分主要樹種的方差/均值(V/m)比率均大于1，4種聚集度指標(biāo)出現(xiàn)的結(jié)果分別為m*/m>1、I>0、K值均小于8(K大于8時接近于泊松分布)、CA>0；黃瑞木V/m值為135.64，聚集程度最強(qiáng)；木荷V/m值為10.48，聚集程度最弱。對V/m的顯著性檢驗結(jié)果也表明，除木荷聚集度差異顯著外，其余樹種聚集度差異均極顯著，說明將樂林場常綠闊葉林主要樹種更新幼苗幼樹的空間分布格局均呈明顯的聚集分布。

根據(jù)前人對不同方法在種群分布格局分析中適用性的研究[10]，在分析幼苗不同階段聚集強(qiáng)度時以m*/m值為主，其他指標(biāo)值共同檢驗。如表4所示，同一樹種的更新幼苗在不同發(fā)育階段，其空間分布格局存在差異，各主要樹種在小苗、大苗和幼樹3個階段的空間分布格局都呈聚集分布，在不同階段聚集強(qiáng)度有所不同。隨著幼苗株高的增大，大部分樹種m*/m值逐漸增大，聚集強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，以栲樹、苦櫧和木荷最為明顯，黃瑞木和檵木聚集強(qiáng)度隨株高增大基本沒有變化，細(xì)枝柃隨株高增大聚集強(qiáng)度逐漸減弱。一般天然更新種的分布格局是由隨機(jī)向集群分布轉(zhuǎn)變[18-20]，但細(xì)枝柃反之，黃瑞木和檵木規(guī)律性不強(qiáng)，說明隨著常綠闊葉林的演替，這些樹種將逐漸減少，甚至消失；而栲樹、苦櫧和木荷等栲類樹種種群天然更新規(guī)律明顯，有發(fā)展成群落主要樹種的趨勢。

表3 福建將樂林場常綠闊葉林主要樹種更新幼苗幼樹的空間分布格局

表4 福建將樂林場常綠闊葉林主要樹種各立木級的分布格局

3.3 主要樹種幼苗幼樹更新狀況的評價

對數(shù)據(jù)做KMO和Bartlett檢驗，結(jié)果顯示，KMO統(tǒng)計量為0.41，Bartlett檢驗顯著性水平為0.00，表明顯著性水平很高，說明數(shù)據(jù)適合做因子分析。從因子分析結(jié)果(表5)看，前2個因子的累計貢獻(xiàn)率為98.46%，滿足因子個數(shù)對累計貢獻(xiàn)率的要求。使用主成分分析法提取2個因子進(jìn)行分析，并定義因子為F1和F2。

表5 福建將樂林場常綠闊葉林主要樹種的因子分析

表6為用方差最大法旋轉(zhuǎn)前后的因子載荷矩陣，可以看出旋轉(zhuǎn)前后的方差貢獻(xiàn)率和因子載荷都發(fā)生了變化，再結(jié)合表5信息可以看出方差貢獻(xiàn)率總和不變，仍為98.46%，但旋轉(zhuǎn)后因子載荷提取的信息量更向F1、F2因子集中。F1因子包含了平均密度0.85的信息，平均蓋度0.98的信息，幾乎為全部信息，將其定義為苗木密度因子。F2因子包含了平均地徑0.97的信息，幾乎為全部信息，將其定義為苗木生長因子。再以提取因子方差貢獻(xiàn)率為權(quán)重，可得到林地更新優(yōu)劣得分因子F=(0.58F1+0.40F2)/0.99，由此可計算得到各主要樹種天然更新效果評價的綜合得分。

將各樹種綜合得分以降序排列，并生成柱狀圖，結(jié)果如圖1所示。由圖1可以看出，天然更新優(yōu)劣狀況因子得分最高的是黃瑞木，為0.53；最低的是栲樹，為-0.85。各主要樹種的更新優(yōu)劣狀況排序依次為：黃瑞木、木荷、細(xì)枝柃、山礬、檵木、細(xì)齒柃、黃潤楠、老鼠刺、苦櫧、栲樹。評價結(jié)果表明，黃瑞木更新效果最好，其次是木荷，但黃瑞木不是常綠闊葉林的優(yōu)勢樹種，更新?lián)嵊龝r應(yīng)以木荷等樹種為主。

表6 各評價指標(biāo)旋轉(zhuǎn)前后的因子載荷矩陣

圖1 福建將樂林場常綠闊葉林主要樹種天然更新的優(yōu)劣狀況比較

4 討 論

由本研究結(jié)果可知，黃瑞木的更新幼苗最多，幼樹聚集強(qiáng)度最大，更新情況最好，但黃瑞木并不是常綠闊葉林的優(yōu)勢樹種。黃瑞木一般為落葉灌木或小喬木，最高可達(dá)5 m左右，耐寒喜光，在常綠闊葉林中主要為林下灌木，由于將樂林場大部分常綠闊葉林受干擾破壞嚴(yán)重，林相殘破，林下陽光充足，黃瑞木平均高度能達(dá)到4～5 m，但因樹種特征限制，一般不能長成大喬木，所以不是常綠闊葉林的優(yōu)勢樹種。

作為常綠闊葉林的主要樹種栲樹、苦櫧和木荷，均屬于栲類樹種，從幼苗更新分布格局來看，均隨著幼苗株高增大聚集程度增強(qiáng)，符合一般種群的天然更新趨勢，說明隨著常綠闊葉林的演替，栲樹等樹種有發(fā)展成群落主要樹種的趨勢。將樂林場屬于南亞熱帶常綠闊葉林區(qū)，該區(qū)栲類樹種多呈中等喜光，幼年耐蔭，成年喜光，更新幼苗生長狀況應(yīng)較好，但從更新評價的結(jié)果來看，除木荷外，栲樹和苦櫧天然更新狀況很差，與理論預(yù)測不符，這主要是由于將樂林場大部分常綠闊葉林林相殘破，部分林分有林窗存在，林下陽光充足，不利于栲類幼苗生長，導(dǎo)致其更新狀況不佳。

本研究通過加入各樹種平均地徑和平均蓋度指標(biāo)，改變了以平均密度為單一指標(biāo)進(jìn)行評價的傳統(tǒng)方法，用因子分析法綜合考慮了更新幼苗的密度因子和生長因子，使評價結(jié)果兼顧幼苗密度和長勢效果，解決了單一指標(biāo)評價與生產(chǎn)實際存在偏差的問題，為以后林地更新評價提供了一種新的參考方法。但在分析各樹種大小等級及其分布格局時，沒有考慮到各樣地內(nèi)是否存在林窗，以及同一種群格局強(qiáng)度與樣地大小存在的關(guān)系等，還有待進(jìn)一步研究。

結(jié)合本研究結(jié)果，建議對將樂地區(qū)常綠闊葉林可適當(dāng)進(jìn)行人為輔助更新，撫育過程中以促進(jìn)栲樹、苦櫧和木荷等栲類樹種生長為主，疏伐黃瑞木幼苗等，具體實施措施以林分經(jīng)營目標(biāo)為準(zhǔn)。在以后的常綠闊葉林經(jīng)營管理中，加強(qiáng)保護(hù)措施，降低人為干擾破壞，以實現(xiàn)天然更新。

5 結(jié) 論

福建將樂林場常綠闊葉林不同等級的更新幼苗幼樹，以Ⅰ級密度最多，Ⅴ級最少，密度隨著等級增大而減少，呈明顯的倒“J”型分布。幼苗生長過程中，分別在Ⅰ級到Ⅱ級和Ⅳ級到Ⅴ級存在2個株數(shù)驟減的過程，Ⅱ級、Ⅲ級、Ⅳ級幼苗株數(shù)變化不大。主要樹種中，更新幼苗最多的為黃瑞木，其次為栲樹，其余樹種所占比例均較小。

通過方差/均值法及4種聚集度指標(biāo)共同檢驗，將樂林場常綠闊葉林林分內(nèi)主要樹種更新幼苗的空間格局均呈聚集分布；進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，同一樹種在不同發(fā)育階段聚集強(qiáng)度存在差異，除細(xì)枝柃是小苗的聚集強(qiáng)度較大外，其余樹種均是幼樹聚集強(qiáng)度較大，栲樹、苦櫧和木荷最為明顯，說明隨著常綠闊葉林的演替，栲樹等樹種有發(fā)展成群落主要樹種的趨勢。但更新評價結(jié)果顯示，栲樹更新效果并不佳，主要是由于當(dāng)?shù)爻＞G闊葉林受到嚴(yán)重干擾所致。

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