濕地松楓香混交林林分空間結(jié)構(gòu)特征研究

余韻冰， 李志輝, 唐 潔， 周 維, 李 倫， 彭其龍

(1.中南林業(yè)科技大學(xué)， 湖南 長(zhǎng)沙 410004； 2.湖南省林業(yè)科學(xué)院， 湖南 長(zhǎng)沙 410004)

濕地松楓香混交林林分空間結(jié)構(gòu)特征研究

余韻冰1， 李志輝1, 唐 潔2， 周 維1, 李 倫1， 彭其龍1

(1.中南林業(yè)科技大學(xué)， 湖南 長(zhǎng)沙 410004； 2.湖南省林業(yè)科學(xué)院， 湖南 長(zhǎng)沙 410004)

于湖南省杜家沖林場(chǎng)濕地松楓香混交林內(nèi)設(shè)置4塊具有代表性的樣地進(jìn)行調(diào)查，利用混交度、大小比數(shù)、角尺度3種結(jié)構(gòu)參數(shù)，分析其林分空間結(jié)構(gòu)特征。結(jié)果表明：該林分的平均混交度為0.678，屬于中度偏強(qiáng)混交，說(shuō)明該森林群落較為復(fù)雜與穩(wěn)定；林分平均角尺度為0.475，林木空間分布格局為均勻到隨機(jī)分布；樣地平均胸徑大小比數(shù)的取值范圍在0.27～0.87之間, 且濕地松(0.27)<楓香(0.47)<香樟(0.59)<木荷(0.87)，說(shuō)明各樹(shù)種在樣地中分化較嚴(yán)重，濕地松和楓香在樣地中較占優(yōu)勢(shì)。

空間結(jié)構(gòu)； 林分特征； 重要值； 混交度； 大小比數(shù)； 角尺度

林分空間結(jié)構(gòu)是指林木在林地上的分布格局及其屬性在空間上的排列方式[1]，即林分中樹(shù)種及林木大小、分布等的空間關(guān)系。研究林分空間結(jié)構(gòu)的參數(shù)主要有3個(gè)，即體現(xiàn)樹(shù)種空間隔離程度的樹(shù)種混交度、反映林木個(gè)體分化程度的大小比數(shù)、描述林木個(gè)體在水平地面上分布格局的角尺度[1-5]。因此，林分空間結(jié)構(gòu)決定了樹(shù)木之間的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)及其空間生態(tài)位，在很大程度上決定了林分的穩(wěn)定性、發(fā)展方向和經(jīng)營(yíng)措施[6-8]，是林分結(jié)構(gòu)優(yōu)化的重要依據(jù)。近年來(lái)，由角尺度、大小比數(shù)、混交度構(gòu)成的空間分析方法被許多學(xué)者應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)森林經(jīng)營(yíng)的實(shí)踐中[9-11]。例如曾思齊等人對(duì)檫木次生林空間結(jié)構(gòu)的研究[12]，張會(huì)儒等人對(duì)長(zhǎng)白落葉松-云杉-冷杉混交林的林分空間結(jié)構(gòu)的研究[13]。我們對(duì)杜家沖林場(chǎng)的濕地松楓香混交林的空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，以為其經(jīng)營(yíng)提供參考。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于湖南省杜家沖林場(chǎng)，屬長(zhǎng)沙市南郊，地理坐標(biāo)為113°01′12″—113°01′40″E，28°06′31″—28°06′52″N。西面與圭塘辦事處的月塘、大塘村交界，北面與黎托鄉(xiāng)的邊山、候照村相鄰，東南面與洞井鎮(zhèn)的板塘、牛頭村接壤。林場(chǎng)土地總面積239.80hm2。場(chǎng)區(qū)海拔大多在60～80m之間，最高海拔108m。土壤的成土母巖為第四紀(jì)網(wǎng)紋層母質(zhì)，為地帶性第四級(jí)紅壤，土層深厚肥沃，礫石含量較多，pH值4.0～5.5；年平均氣溫17.2℃，年平均降雨量1411.4mm。其氣候?qū)俚湫偷膩啛釒Т箨懶约撅L(fēng)氣候。

2 研究方法

2.1外業(yè)調(diào)查

在林區(qū)內(nèi)選擇具有代表性的典型地段作為標(biāo)準(zhǔn)地并對(duì)標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)的立木空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)查。于濕地松楓香混交林內(nèi)共設(shè)置20m×20m標(biāo)準(zhǔn)地4塊，面積共計(jì)1600m2。采用全面調(diào)查法，對(duì)樣地內(nèi)所有胸徑大于起測(cè)徑階5cm的林木進(jìn)行每木檢尺，記錄樣地內(nèi)林木的樹(shù)種、樹(shù)高、活枝下高、胸徑和相對(duì)XY坐標(biāo)等[12-16]。各樣地基本情況見(jiàn)表1。

表1 各樣地基本情況Tab1 Allkindsofbasicsituation樣地號(hào)平均胸徑(cm)平均樹(shù)高(m)平均枝下高(m)密度(株/hm2)坡向坡度(°)1134118552025SW172161128651525NE183123108522225N204124109522350N3

2.2空間結(jié)構(gòu)參數(shù)分析

2.2.1 樹(shù)種混交度

樹(shù)種混交度(M)可定義為與參照樹(shù)最近的n株相鄰木中與參照樹(shù)樹(shù)種不同的個(gè)體所占的比例。本研究中n=4，其計(jì)算公式為:

Mi=0，零度混交；Mi=0.25，弱度混交；Mi= 0.5，中度混交；Mi=0.75，強(qiáng)度混交；Mi=1，完全混交[15]。

2.2.2 大小比數(shù)

大小比數(shù)(U)可定義為林木的胸徑、樹(shù)高或冠幅等大小指標(biāo)大于參照木的相鄰木株數(shù)占其周?chē)凶罱黱株相鄰木株數(shù)的比例。本研究中n=4，其計(jì)算公式為：

Ui= 0，目標(biāo)樹(shù)為絕對(duì)優(yōu)勢(shì)；Ui= 0.25，目標(biāo)樹(shù)為亞優(yōu)勢(shì)；Ui= 0.5，目標(biāo)樹(shù)處于中庸；Ui= 0.75，目標(biāo)樹(shù)處于劣態(tài)；Ui= 1，目標(biāo)樹(shù)處于絕對(duì)劣態(tài)。也就是說(shuō)，Ui值越小，相鄰木中比參照樹(shù)大的越少[16]，在這個(gè)結(jié)構(gòu)單元中參照樹(shù)也就越占有優(yōu)勢(shì)地位。

2.2.3 角尺度

任意兩個(gè)鄰接最近相鄰木之間的夾角有兩個(gè)，定義較小角為α，最近相鄰木呈均勻分布時(shí)的夾角設(shè)為標(biāo)準(zhǔn)角α0，則角尺度(W)被定義為α角小于標(biāo)準(zhǔn)角α0的個(gè)數(shù)占所有最近n株相鄰木株數(shù)的比例。本研究中n=4，當(dāng)n=4時(shí)，最優(yōu)的標(biāo)準(zhǔn)角α0=720[4-10]，其計(jì)算公式為：

3 結(jié)果與分析

3.1樹(shù)種的空間隔離程度

由圖1可以看出: 4塊樣地的混交程度均為中強(qiáng)度混交，其平均混交度為0.678。說(shuō)明濕地松楓香混交林的森林群落較為復(fù)雜。樹(shù)種混交度Mi值越大，林分樹(shù)種組成的結(jié)構(gòu)多樣性也就越好。從頻率分布圖中來(lái)看，處于強(qiáng)度混交的各樣方比例分別為56%、45%、60%、63%。4號(hào)樣地強(qiáng)度混交比例在4塊樣地中最高，為63%，結(jié)合各樣地平均混交度，其平均混交度也最高，為0.7?？梢缘贸?，樣地4的林分結(jié)構(gòu)多樣性最好，其樹(shù)種之間的隔離度較大，林分的穩(wěn)定性較強(qiáng)；其次為樣地3，第3為樣地1，樣地2相對(duì)較差。分析其原因，可能是樣地2中同種林木間多呈聚集分布，且樣地內(nèi)林木密度較小。因此，在林分結(jié)構(gòu)調(diào)整上，可對(duì)樣地2所在林班進(jìn)行補(bǔ)植伴生樹(shù)種來(lái)增加其林分密度，提高其混交程度，以?xún)?yōu)化空間隔離程度及豐富樹(shù)種結(jié)構(gòu)。

圖1 各樣地平均混交度及其分布頻率Fig.1 Mean mingling intensity in plots and its frequency distribution

3.2林木胸徑優(yōu)勢(shì)度

由圖2、表2可以看出，在樣地中各主要樹(shù)種的平均胸徑大小比數(shù)的范圍基本處于0.27～0.87之間，說(shuō)明在濕地松楓香混交林中各主要樹(shù)種胸徑優(yōu)勢(shì)度的分化存在很大的差異性。濕地松在所有樣地中的平均胸徑大小比數(shù)最小，為0.27，在各樣地中，濕地松的胸徑大小比數(shù)處于優(yōu)勢(shì)和亞優(yōu)勢(shì)木的比例分別為50%、61%、85%、100%。而楓香的平均胸徑大小比數(shù)為0.47，在各樣地中，楓香的胸徑大小比數(shù)處于優(yōu)勢(shì)和亞優(yōu)勢(shì)木的比例分別為26%、30%、53%、55%。說(shuō)明各樹(shù)種胸徑大小比數(shù)為濕地松<楓香<香樟<木荷，因此，大部分濕地松在整個(gè)結(jié)構(gòu)單元中胸徑較大，多為大樹(shù)，其劣勢(shì)和絕對(duì)劣勢(shì)木在各樣地中的比例分別為15%，23%，15%，0%，所占比例都較小。說(shuō)明該林分中濕地松樹(shù)種出現(xiàn)嚴(yán)重的兩極分化。分析其原因，可能是濕地松為陽(yáng)性樹(shù)種，需要充足陽(yáng)光以供生長(zhǎng)，而隨著楓香、香樟等闊葉樹(shù)逐漸枝繁葉茂，使較小的濕地松得不到充分的陽(yáng)光而逐漸被淘汰，留下少量大徑級(jí)、已生長(zhǎng)到林冠層的濕地松林木。在森林經(jīng)營(yíng)中，可以適時(shí)對(duì)闊葉樹(shù)進(jìn)行修剪。針對(duì)處于劣勢(shì)的濕地松，可對(duì)其四周的闊葉樹(shù)進(jìn)行剪枝或擇伐，為小徑級(jí)的濕地松創(chuàng)造良好的生存空間，以促進(jìn)其林木更新能力，避免兩極分化的局面。

圖2 主要樹(shù)種平均大小比數(shù)Fig.2 The neighborhood comparison mean values of the main tree species

表2 主要樹(shù)種大小比數(shù)頻率分布Tab2 Theneighborhoodcomparisonfrequencydistributionofthemaintreespecies樣方號(hào)樹(shù)種大小比數(shù)0025050751平均楓香0130130270270200381濕地松020030035010005005香樟022011000011056067楓香000030020020030482濕地松038023015023000027栓皮櫟017026017023017068楓香0240290050190240623濕地松023062000015000031香樟000009036027027049楓香016039029010070574濕地松081019000000000037香樟005010033019033067

3.3林分的水平分布格局

圖3可以看出：樣地中角尺度Wi取值為0或1時(shí)出現(xiàn)的頻率都很低。這說(shuō)明在林分中絕對(duì)不均勻和絕對(duì)均勻的結(jié)構(gòu)單元都出現(xiàn)得很少。角尺度Wi取值為0.25或0.75時(shí)出現(xiàn)的頻率稍有增加，角尺度Wi取值為0.5時(shí)出現(xiàn)的頻率最高?？梢?jiàn)各個(gè)樣地的角尺度取值頻率分布接近于正態(tài)分布；樣地的平均角尺度取值在0.46～0.50之間，各樣地平均角尺度取值分別為0.47、0.46、0.50、0.47。根據(jù)空間分布格局的判定標(biāo)準(zhǔn)[18-21]可知，樣地1、2、4的林分水平空間分布格局屬于均勻分布，樣地3的林分水平空間分布格局屬于隨機(jī)分布。一般情況而言，林分若沒(méi)有嚴(yán)重干擾，歷經(jīng)長(zhǎng)期的自然演替后，頂極群落的水平分布格局應(yīng)為隨機(jī)分布[18-21]。樣地1、2、4的平均角尺度已經(jīng)十分接近隨機(jī)分布的角尺度取值范圍。由此推斷，在無(wú)人干擾或無(wú)重大自然災(zāi)害的情況下，濕地松楓香混交林會(huì)不斷的向當(dāng)?shù)仨敇O群落發(fā)展，即林木的水平空間分布格局將會(huì)逐漸趨近于隨機(jī)分布。

圖3 各樣地平均角尺度及其頻率分布Fig.3 Mean uniform angle index in plots and its frequency distribution

4 結(jié)論與討論

(1) 湖南省杜家沖林場(chǎng)濕地松楓香混交林具備了北亞熱帶針闊混交林樹(shù)種結(jié)構(gòu)特征。樣地總體呈中強(qiáng)度混交，混交度大小為樣地4(0.7)﹥樣地3(0.7)﹥樣地1(0.69)﹥樣地2(0.59)。2號(hào)樣地為中度混交，由于其中同種林木多呈聚集分布，且林木密度較小，需對(duì)其所在林班適度進(jìn)行補(bǔ)植伴生樹(shù)種，以加強(qiáng)其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，增加其物種多樣性。

(2) 樣地內(nèi)各主要樹(shù)種平均大小比數(shù)為濕地松(0.27)<楓香(0.47)<香樟(0.59)<木荷(0.87)。說(shuō)明各主要樹(shù)種胸徑優(yōu)勢(shì)度的分化存在很大的差異性。濕地松的胸徑大小比數(shù)處于優(yōu)勢(shì)和亞優(yōu)勢(shì)木的比例分別為50%、61%、85%、100%，而處于劣勢(shì)和絕對(duì)劣勢(shì)木的比例分別為15%、23%、15%、0%。說(shuō)明該林分中濕地松樹(shù)種出現(xiàn)嚴(yán)重的兩極分化，濕地松林木更新越來(lái)越少，只留下少量大徑級(jí)的林木，所以若干年后，楓香極有可能取代濕地松成為優(yōu)勢(shì)樹(shù)種。因此，需對(duì)小徑級(jí)濕地松四周的闊葉樹(shù)進(jìn)行修剪或擇伐，提高濕地松的更新能力。

(3) 樣地的角尺度取值頻率分布接近于正態(tài)分布，各樣地平均角尺度大小為樣地3(0.5)﹥樣地1(0.47)=樣地4(0.47)﹥樣地2(0.46)。林木空間分布格局為均勻到隨機(jī)分布。其空間分布格局十分接近隨機(jī)分布，在無(wú)人干擾或無(wú)重大自然災(zāi)害的情況下，經(jīng)過(guò)一定的自然演替，林木的水平空間分布格局將會(huì)逐漸達(dá)到隨機(jī)分布狀態(tài)，即當(dāng)?shù)氐捻敇O群落。

(4) 杜家沖林場(chǎng)的濕地松楓香混交林森林群落較為復(fù)雜且相對(duì)穩(wěn)定，但還需對(duì)其林分結(jié)構(gòu)進(jìn)行一些調(diào)整。包括在樣地2所在林班中補(bǔ)值伴生樹(shù)種，增加林分密度，以提高混交程度；伐除林分中的不良木及病死木以提高林木質(zhì)量；采取剪枝或擇伐的措施，促進(jìn)小徑級(jí)林木生長(zhǎng)，提高林木更新能力；適當(dāng)伐除角尺度取值為0的不良木，以促進(jìn)林分向隨機(jī)分布方向發(fā)展。通過(guò)以上措施，來(lái)優(yōu)化濕地松楓香混交林的結(jié)構(gòu)，提高群落穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)森林的可持續(xù)發(fā)展。

[1] 賀姍姍. 彭道黎林分空間結(jié)構(gòu)可視化方法研究[J].西北林學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，24(2) :157-161.

[2] 周紅敏，惠剛盈，趙中華，等. 林分空間結(jié)構(gòu)分析中樣地邊界木的處理方法[J]. 林業(yè)科學(xué)，2009，45(2):1-5.

[3] 湯孟平. 森林空間結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化經(jīng)營(yíng)模型研究[D]. 北京:北京林業(yè)大學(xué)，2003.

[4] 廖彩霞，吳瑤，衣得萍，等. 林分空間結(jié)構(gòu)的研究[J]. 林業(yè)科技情報(bào)，2007，39(2):40-41.

[5] 雷相東，唐守正. 林分結(jié)構(gòu)多樣性指標(biāo)研究綜述[J]. 林業(yè)科學(xué)，2002，38(3):140-146.

[6] 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.

[7] 唐代生，曾思齊，顏立紅，等.莽山幾種典型低質(zhì)低效次生林結(jié)構(gòu)及成因分析[J].中南林學(xué)院學(xué)報(bào)，2000,20(4):20-24.

[8] 羅梅，鄭小賢.八達(dá)嶺遼東—油松混交林空間結(jié)構(gòu)及其多樣性[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2012,32(9):55-58.

[9] 惠剛盈，胡艷波. 混交林樹(shù)種空間隔離程度表達(dá)方式的研究[J]. 林業(yè)科學(xué)研究，2001， 14(1): 23-27.

[10] 郝云慶，王金錫，王啟和，等.柳杉純林改造后林分空間結(jié)構(gòu)變化預(yù)測(cè) [J]. 林業(yè)科學(xué)， 2006，42(8): 8-13.

[11] 曾思齊，肖化順．湖北宜昌公益林群落結(jié)構(gòu)特征的分析 [J].中南林學(xué)院學(xué)報(bào)，2005,25(6):5-9．

[12] 曾思齊，李東麗，宋武剛，等.檫木次生林空間結(jié)構(gòu)的研究[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，32(3): 1-6.

[13] 張會(huì)儒，武紀(jì)成，楊洪波，等.長(zhǎng)白落葉松—云杉—冷杉混交林林分空間結(jié)構(gòu)分析[J].浙江林學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，26(3):319-325.

[14] 袁士云，張宋智，劉文楨，等.小隴山遼東櫟次生林的結(jié)構(gòu)特征和物種多樣性 [J]. 林業(yè)科學(xué)，2010，46(5):27-34.

[15] 佘濟(jì)云，成子純，蔡聰，等.長(zhǎng)江中上游濕地松闊葉樹(shù)混交林結(jié)構(gòu)規(guī)律研究 [J] .林業(yè)資源管理，2002(2):33-36.

[16] Hui G Y， von Gadow K， Albert M. A new parameter for stand spatial structure neighborhood comparison [J].林業(yè)科學(xué)研究，1999，12(1):1-6.

[17] 惠剛盈，von Gadow K，胡艷波，等. 結(jié)構(gòu)化森林經(jīng)營(yíng) [M].北京:中國(guó)林業(yè)出版社，2007.

[18] 胡艷波，惠剛盈 . 優(yōu)化林分空間結(jié)構(gòu)的森林經(jīng)營(yíng)方法探討[J]. 林業(yè)科學(xué)研究，2006， 19(1): 1-8.

[19] 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.

[20] 惠剛盈， von Gadow K， 胡艷波. 林分空間結(jié)構(gòu)參數(shù)角尺度的標(biāo)準(zhǔn)角選擇 [J]. 林業(yè)科學(xué)研究，2004，17(6): 687-692.

[21] 惠剛盈，克勞斯·馮佳多．森林空間結(jié)構(gòu)量化分析方法[M]．北京：中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社， 2003:19-62．

(文字編校：唐效蓉)

SpatialstructureofmixedPinuselliottiiandLiquidambarformosanastands

YU Yunbing1, LI Zhihui1, TANG Jie2, ZHOU Wei1,LI Lun1, PENG Qilong1

(1.College of Forestry,Central South University of Forestry and Technology,Changsha 410004,China; 2.Hunan Academy of Forestry, Changsha 410004,China)

Spatial structure characteristic of mixedPinuselliottiiandLiquidambarformosanastands was analys by detecting mingling intensity, neighborhood comparison, uniform angle index three structure parameters in Hunan Dujiachong Forest farm of four typical samples.Results indicated the average stand mingling was 0.678, shows a moderate to intensive mingling degree,which indicat that forestry community is complex and stability ;the stand uniform angle index was 0.475, the pattern of tree distribution was found to be between a uniform distribution and a random distribution; the stand neighborhood comparison of breast height size was between 0.27 to 0.87, andPinuselliottii(0.27)

spatial structure; stand characteristics; important index; mingling intensity; neighborhood comparison; uniform angle index

2013-10-29

S 718.54+5

A

1003 — 5710(2014)01 — 0060 — 06

10. 3969/j. issn. 1003 — 5710. 2014. 01. 012