青石岡林場木荷次生林空間結(jié)構(gòu)調(diào)控研究

呂飛舟，呂 勇，張 江

（中南林業(yè)科技大學(xué)，湖南 長沙 410004）

青石岡林場木荷次生林空間結(jié)構(gòu)調(diào)控研究

呂飛舟，呂 勇，張 江

（中南林業(yè)科技大學(xué)，湖南 長沙 410004）

選取青石岡林場木荷次生林4塊樣地，計算出樣地內(nèi)各林木的間伐指數(shù)，并根據(jù)間伐指數(shù)值對4塊樣地進行弱度、中度以及強度間伐模擬來調(diào)整林分空間結(jié)構(gòu)?；诓煌拈g伐強度，根據(jù)林分空間結(jié)構(gòu)相關(guān)指標（混交度、大小比、角尺度等）和間伐指數(shù)對間伐前后的林分空間結(jié)構(gòu)特征變化進行分析，確定了基于中度間伐的方案可以優(yōu)化該林場木荷次生林空間結(jié)構(gòu)。

木荷次生林； 間伐指數(shù)；間伐強度；林分空間結(jié)構(gòu)；青石岡林場

青石岡林場木荷Schima superba次生林是我國南方集體林區(qū)具有代表性的次生林類型，是該地區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分。木荷次生林是在外因作用下發(fā)生次生演替形成的，是植物群落演替中的一個階段，處于較為穩(wěn)定的狀態(tài)。該類林分的株數(shù)密度較大，空間結(jié)構(gòu)不佳，急需通過撫育間伐來調(diào)整林分結(jié)構(gòu)，促進木荷次生林的生長。

間伐作為人們主動干預(yù)林分生長的主要營林措施，在森林經(jīng)營管理中起著至關(guān)重要的作用，對林分的發(fā)展具有重大的影響[1-4]，故選取合適的間伐強度對林分生長發(fā)育具有極其重要的意義。本研究以間伐指數(shù)為基礎(chǔ)，在各個強度間伐下，通過對大小比、角尺度、混角度等林分空間結(jié)構(gòu)指標變化的對比分析，進而確定出適合該樣地的最優(yōu)間伐強度及間伐方案，實現(xiàn)木荷次生林空間結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)設(shè)在湖南省炎陵縣青石岡國有林場，位于湖南省株洲市炎陵縣東南部，羅霄山脈中段和萬洋山北段之西北坡，南嶺山脈北麓，為南嶺山地向湘中丘陵過渡的邊緣地帶，屬中同地貌。最高海拔2 115.4 m（酃峰），屬湖南第一高峰，最低海拔166 m。海拔1 200 m以下土壤的土層較深厚，層次完整，肥力較高。全場屬中亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候區(qū)，年平均氣溫17.3℃，雨水充足，相對濕度較大。

天然木荷次生林主要由闊葉樹種組成，主要樹種為木荷，伴生樹種主要有山礬Symplocos caudata、 青 椆 Cyclobalanopsis myrsinaefolia、香樟Cinnamomum camphora、白櫟Quercus fabri、 馬 尾 松 Pinus massoniana、 杉 木Cunninghamia lanceolata和楓香Liquidambar formosana等。

2 材料與方法

2.1 材料來源

在國有青石岡林場內(nèi)設(shè)置了4塊20 m×30 m木荷次生林試驗樣地作為研究案例。對該樣地里所有林木進行每木檢尺、編號和記錄坐標，調(diào)查內(nèi)容包括：各林木種類、高度、胸徑、冠幅等。在調(diào)查所得數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上計算出混交度、大小比數(shù)、角尺度、競爭指數(shù)和間伐指數(shù)等因子。樣地基本信息表見表1。

表1 木荷次生林樣地概況?Table 1 Sampling plots overview of S. superba secondary forests

2.2 研究方法

林分空間結(jié)構(gòu)可以從樹種隔離程度、林木大小分化程度和林分空間分布格局等3個方面來描述[5-9]。目前，用以描述這3個方面所用頻次最多的指標分別為混交度、大小比數(shù)和角尺度[10-17]。

根據(jù)間伐指數(shù)的定義，計算出4塊樣地內(nèi)各林木結(jié)果值，結(jié)合間伐強度中的弱度間伐、中度間伐和強度間伐，確定出各樣地的間伐木，伐去間伐木，然后計算出4塊樣地間伐后的各林分空間結(jié)構(gòu)指標，對比分析間伐前后各指標變化。

3 結(jié)果與分析

3.1 林分空間結(jié)構(gòu)分析

根據(jù)國內(nèi)外相關(guān)研究可知，研究人員采用過不同的結(jié)構(gòu)單元，并且獲得了很好的研究效果。本研究考慮到內(nèi)外業(yè)工作量和調(diào)查時的方向判斷問題，選取了n=4，即1株參照樹和4株相鄰木組成的結(jié)構(gòu)單元。

（1）混交度(M)表達參照樹與相鄰木樹種的差異程度[18]。其計算公式為：

式中：當參照樹i與第j株相鄰木為不同樹種時，vij=1，否則，vij=0；Mi有5種取值，分別為0、0.25、0.5、0.75、1；為平均混交度；N為樣地林木株數(shù)。

（2）大小比數(shù)(U)表達參照樹與相鄰木大小的差異程度[19]，本研究中用胸徑大小比表示。其計算公式為：

式中：當參照樹i比第j株相鄰木小時，kij=1，否則，kij=0；Ui有5種取值，分別為0、0.25、0.5、0.75、1；為平均大小比數(shù)；N為樣地林木株數(shù)。

（3）角尺度(W)用來描述相鄰木圍繞參照樹的均勻性[20]。任意兩個鄰接最近相鄰木有兩個夾角，大角為β，小角為α，最近相鄰木均勻分布時的夾角設(shè)為標準角α0(α0=72°)。其計算公式為：

式中：當?shù)趈個α角小于標準角α0時，zij=1，否則，zij=0；Wi有5種取值，分別為0、0.25、0.5、0.75、1；為平均角尺度；N為樣地林木株數(shù)。

（4）間伐指數(shù)是指單株林木在撫育間伐中被確定為間伐木的概率[21]。林分中每株林木都會有一個間伐指數(shù)，其值越大，在間伐作業(yè)中被砍伐的概率也就越大。其計算公式為：

式中：ICIi為間伐指數(shù)；Fi為自由度；Mi為混交度；Ui為大小比數(shù)；Hi為健康指數(shù)；Di為空間密度指數(shù)；Ai為目的樹種特性指數(shù)；WF、WM、WU、WH、WD、WA分別為自由度、混交度、大小比數(shù)、健康指數(shù)、空間密度指數(shù)以及目的樹種特性指數(shù)的權(quán)重值。

通過對4塊樣地數(shù)據(jù)的整理，計算得出各樣地空間結(jié)構(gòu)參數(shù)。

由表2可知，樣地內(nèi)共有3個樹種，平均混交度為0.51，主要樹種木荷混交度最低，僅為0.33，在以木荷為參照樹的空間單元中，平均僅有1.32株相鄰木與參照樹為不同樹種，介于弱度與中度混交之間，其余樹種參照樹屬于強度混交；平均大小比數(shù)為0.46，樣地中每株參照樹周圍的相鄰木，平均有1.84株相鄰木比參照樹個體占優(yōu)勢，木荷的大小比數(shù)最高為0.60，木荷生長受到其他個體壓迫；平均角尺度為0.54，主要樹種木荷平均角尺度為0.54，其周邊相鄰木屬于團狀分布，其他樹種角尺度和木荷數(shù)值相同，故其周邊相鄰木均屬于團狀分布。

表2 樣地1林分各空間結(jié)構(gòu)參數(shù)值Table 2 Parameter values of spatial structure of forests inNo.1 sampling plot

由表3可知，樣地內(nèi)共有4個樹種，平均混交度為0.54，主要樹種木荷混交度最低（0.34），在以木荷為參照樹的空間單元中，平均僅有1.36株相鄰木與參照樹為不同樹種，介于弱度與中度混交之間，其余樹種參照樹屬于強度混交；平均大小比數(shù)為0.45，樣地中每株參照樹周圍的相鄰木，平均有1.8株相鄰木比參照樹個體占優(yōu)勢，木荷的大小比數(shù)最高為0.58，木荷生長受到其他個體壓迫；平均角尺度為0.54，主要樹種木荷平均角尺度為0.54，其周邊相鄰木屬于團狀分布，其他樹種除了馬尾松的相鄰木屬于隨機分布，其余樹種的周邊相鄰木均屬于團狀分布。

表3 樣地2林分各空間結(jié)構(gòu)參數(shù)值Table 3 Parameter values of spatial structure of forests inNo.2 sampling plot

由表4可知，樣地內(nèi)共有3個樹種，平均混交度為0.49，主要樹種木荷混交度最低（0.31），在以木荷為參照樹的空間單元中，平均僅有1.24株相鄰木與參照樹為不同樹種，介于弱度與中度混交之間，其余樹種參照樹屬于強度混交；平均大小比數(shù)為0.48，樣地中每株參照樹周圍的相鄰木，平均有1.92株相鄰木比參照樹個體占優(yōu)勢，木荷的大小比數(shù)最高為0.63，木荷生長受到其他個體壓迫；平均角尺度為0.55，主要樹種木荷平均角尺度為0.55，其周邊相鄰木屬于團狀分布，其他樹種除楓香的相鄰木屬于隨機分布，其他樹種周邊相鄰木均屬于團狀分布。

表4 樣地3林分各空間結(jié)構(gòu)參數(shù)值Table 4 Parameter values of spatial structure of forests inNo.3 sampling plot

由表5可知，樣地內(nèi)共有5個樹種，平均混交度為0.58，主要樹種木荷混交度最低（0.42），在以木荷為參照樹的空間單元中，平均僅有1.68株相鄰木與參照樹為不同樹種，介于弱度與中度混交之間，其余樹種參照樹屬于強度混交；平均大小比數(shù)為0.48，樣地中每株參照樹周圍的相鄰木，平均有1.92株相鄰木比參照樹個體占優(yōu)勢，木荷的大小比數(shù)最高為0.60，其生長受到其他個體壓迫；平均角尺度為0.55，主要樹種木荷平均角尺度為0.54，其周邊相鄰木屬于團狀分布，香樟的相鄰木屬于隨機分布，山礬的相鄰木屬于均勻分布，其他樹種周邊相鄰木均屬于團狀分布。

表5 樣地4林分各空間結(jié)構(gòu)參數(shù)值Table 5 Parameter values of spatial structure of forests inNo.4 sampling plot

3.2 間伐木的確定

根據(jù)間伐強度的等級劃分，選取弱度間伐、中度間伐和強度間伐3個等級，其間伐強度分別為10%、20%和30%。從各間伐強度確定出的間伐木株數(shù)，將樣地內(nèi)各林木間伐指數(shù)的結(jié)果值按從高到低排列，最終確定出間伐木。

3.3 不同強度間伐后的林分空間結(jié)構(gòu)分析

3.3.1 第1號樣地在各強度間伐下空間結(jié)構(gòu)變化特征

由表6～8可知，通過不同強度間伐，林分以及各樹種的間伐指數(shù)皆呈現(xiàn)出遞減的趨勢；林分平均混交度由間伐前的0.51依次提高到0.54、0.59、0.63，樹種混交程度提高；林分平均大小比數(shù)變化較小，基本保持不變；林分主要調(diào)整參數(shù)林分平均角尺度由間伐前的0.54依次降低為0.52、0.48、0.45，僅在中度間伐時其空間單元相鄰木屬于均勻分布，故此種強度下間伐最優(yōu)。

表6 樣地1林分弱度間伐后各空間結(jié)構(gòu)參數(shù)值Table 6 Parameter values of spatial structure of forests after weak degree thinned in No.1 sampling plot

表7 樣地1林分中度間伐后各空間結(jié)構(gòu)參數(shù)值Table 7 Parameter values of spatial structure of forests after moderate thinned in No.1 sampling plot

表8 樣地1林分強度間伐后各空間結(jié)構(gòu)參數(shù)值Table 8 Parameter values of spatial structure of forests after intensity thinning in No.1 sampling plot

3.3.2 第2號樣地在各強度間伐下空間結(jié)構(gòu)變化特征

由表9～11可知，通過不同強度間伐，林分以及各樹種的間伐指數(shù)皆呈現(xiàn)出遞減的趨勢；林分平均混交度由間伐前的0.54依次提高到0.59、0.66、0.70，各樹種混交度程度提高；林分平均大小比數(shù)由間伐前的0. 45依次提高到0.46、0.49、0.49，變化不大，各樹種變化較大；林分主要調(diào)整參數(shù)林分平均角尺度由間伐前的0.54依次降低為0.52、0.49、0.45，僅在中度間伐時其空間單元相鄰木屬于均勻分布，故此種強度下間伐最優(yōu)。

表9 樣地2林分弱度間伐后各空間結(jié)構(gòu)參數(shù)值Table 9 Parameter values of spatial structure of forests after weak thinning in No.2 sampling plot

表10 樣地2林分中度間伐后各空間結(jié)構(gòu)參數(shù)值Table 10 Parameter values of spatial structure of forests after moderate thinning in No.2 sampling plot

表11 樣地2林分強度間伐后各空間結(jié)構(gòu)參數(shù)值Table 11 Parameter values of spatial structure of forests after intensity thinning in No.2 sampling plot

3.3.3 第3號樣地在各強度間伐下空間結(jié)構(gòu)變化特征

由表12～14可知，通過不同強度間伐，林分以及各樹種的間伐指數(shù)皆呈現(xiàn)出明顯遞減的趨勢；林分平均混交度由間伐前的0.49依次提高到0.53、0.55、0.61，樹種混交度程度提高；林分平均大小比數(shù)變化較小，各樹種大小比數(shù)變化較大；林分主要調(diào)整參數(shù)林分平均角尺度由間伐前的0.55依次降低為0.54、0.49、0.43，僅在中度間伐時其空間單元相鄰木屬于均勻分布，故此種強度下間伐最優(yōu)。

表12 樣地3林分弱度間伐后各空間結(jié)構(gòu)參數(shù)值Table 12 Parameter values of spatial structure of forests after weak thinning in No.3 sampling plot

表13 樣地3林分中度間伐后各空間結(jié)構(gòu)參數(shù)值Table 13 Parameter values of spatial structure of forests after moderate thinning in No.3 sampling plot

表14 樣地3林分強度間伐后各空間結(jié)構(gòu)參數(shù)值Table 14 Parameter values of spatial structure of forests after intensity thinning in No.3 sampling plot

3.3.4 第4號樣地在各強度間伐下空間結(jié)構(gòu)變化特征

由表15～17可知，通過不同強度間伐，林分以及各樹種的間伐指數(shù)皆呈現(xiàn)出遞減的趨勢；林分平均混交度由間伐前的0.58依次提高到0.62、0.66、0.71，各樹種混交度程度提高；林分平均大小比數(shù)變化較?。涣址种饕{(diào)整參數(shù)林分平均角尺度由間伐前的0.55依次降低為0.53、0.49、0.43，僅在中度間伐時其空間單元相鄰木屬于均勻分布，故此種強度下間伐最優(yōu)。

表15 樣地4林分弱度間伐后各空間結(jié)構(gòu)參數(shù)值Table 15 Parameter values of spatial structure of forests after weak thinning in No.4 sampling plot

表16 樣地4林分中度間伐后各空間結(jié)構(gòu)參數(shù)值Table 16 Parameter values of spatial structure of forests after moderate thinning in No.4 sampling plot

表17 樣地4林分強度間伐后各空間結(jié)構(gòu)參數(shù)值Table 17 Parameter values of spatial structure of forests after intensity thinning in No.4 sampling plot

4 結(jié) 論

青石岡林場4塊木荷次生林樣地通過弱度、中度和強度間伐后樣地空間結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出如下規(guī)律：（1）林分以及各樹種的間伐指數(shù)皆依次呈現(xiàn)明顯的遞減趨勢；（2）林分平均混交度值依次增大，各樹種混交度值也依次增大；（3）林分平均大小比數(shù)前后變化較小，基本保持不變；（4）林分主要調(diào)整參數(shù)林分平均角尺度值依次變小，但僅在中度間伐時其空間單元相鄰木屬于均勻分布。

在中度間伐下，第1號樣地林分混交度由0.51升至0.59，林分大小比數(shù)由0.46升至0.48，林分角尺度由0.54降至0.48；第2號樣地林分混交度由0.54升至0.66，林分大小比數(shù)由0.45升至0.49，林分角尺度由0.54降至0.49；第3號樣地林分混交度由0.49升至0.55，林分大小比數(shù)由0.48降至0.47，林分角尺度由0.55降至0.49；第4號樣地林分混交度由0.58升至0.66，林分大小比數(shù)由0.48降至0.47，林分角尺度由0.55降至0.49。對于青石岡林場木荷次生林，采用中度間伐為優(yōu)化木荷次生林空間結(jié)構(gòu)的最優(yōu)間伐方案。

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Study on spatial structure regulation of Schima superba secondary forests in Qingshigang forest farm

LU Fei-zhou, LU Yong, ZHANG Jiang
(Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, Hunan, China)

Four plots of Schima superba secondary forest from Qingshigang Forest Farm were selected and the intermediate cutting index of every tree in all plots were calculated, and according to intermediate cutting index values of four plots with weak, moderate and heavy thinning, the forests spatial structure were adjusted. By taking into account the relative indexes (mingling, size ratio, angular scales, etc.) of forests spatial structure were analyzed, and the effects of thinning indexes on spatial structure characteristics changes before and after thinned were studied, thus fi nding that based on the moderate thinning plan, the the spatial structure of S. superba secondary forests can be optimized.

Schima superba secondary forest; inter-mediate cutting index; thinning intensity; spatial structure; Qingshigang forest farm

S758.5+3

A

1673-923X(2014)07-0067-06

2014-03-10

國家林業(yè)公益性行業(yè)科研專項“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）；湖南省教育廳項目“湖南典型次生闊葉林多功能經(jīng)營研究”（13K069）

呂飛舟（1991-），男，湖南長沙人，碩士研究生，研究方向：森林資源經(jīng)營管理

呂 勇（1965-），男，湖北崇陽人，教授，博導(dǎo)，主要從事森林資源經(jīng)營管理的教學(xué)和研究工作：

E-mail：727065572@qq.com

[本文編校：謝榮秀]