五指山市喬木林動(dòng)態(tài)變化特征分析

劉立武，佘濟(jì)云，程玉娜

（中南林業(yè)科技大學(xué) 林學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410004）

五指山市喬木林動(dòng)態(tài)變化特征分析

劉立武，佘濟(jì)云，程玉娜

（中南林業(yè)科技大學(xué) 林學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410004）

為了了解五指山市喬木林的空間分布特征，掌握主要林分因子的發(fā)展趨勢(shì)，結(jié)合海南省五指山市四期森林資源連續(xù)清查數(shù)據(jù)，運(yùn)用ArcGIS10.0、SPSS軟件，對(duì)五指山市連續(xù)15 a喬木林地的變化進(jìn)行分析。結(jié)果表明：（1）喬木林為五指山市主要的用地類型，且數(shù)目逐年增加；（2）喬木林分主要分布在海拔在500～1 000 m、坡度在15 °～35 °之間向陽(yáng)的空間范圍內(nèi)；（3）平均年齡為28.54，平均樹高為11.41 m，平均胸徑為13.46 m，平均每畝蓄積為8.86 m3，平均郁閉度為0.609。從齡組結(jié)構(gòu)來看，大多屬于中齡林與幼齡林，處于正演替階段。

空間分布；林分；動(dòng)態(tài)變化；五指山市

用地類型的空間分布體現(xiàn)了不同地類的分布格局及其屬性在空間上的排列方式，決定了不同地類的競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)及其空間生態(tài)位。林分的空間分布及其生長(zhǎng)特征是森林恢復(fù)與管理中必須關(guān)注的重要特征，它們直接影響著森林的生態(tài)功能和生產(chǎn)功能。林分因子的特征，在一定程度上決定了林分的穩(wěn)定性、發(fā)展的可能性和經(jīng)營(yíng)空間的大小[1-3]，齡組的合理搭配對(duì)林分的健康發(fā)展有著積極的作用。本研究通過分析五指山市喬木林地的空間分布特征，及林分因子的動(dòng)態(tài)變化，達(dá)到掌握五指山市喬木林主要林分因子的變化趨勢(shì)，從而為今后五指山市森林的管理及合理規(guī)劃提供理論指導(dǎo)，為該地環(huán)境的健康發(fā)展提供參考。

1 研究區(qū)概況

五指山市位于海南島中南部，地處109°19′～ 109°44′E、18°38′～ 19°02′N 之 間。 東 鄰 瓊 中縣、西毗樂東縣、南臨保亭縣、北至白沙縣。全境東西寬43.1 km，南北長(zhǎng)45.0 km，總面積1 169 km2，最低處為布倫河口，海拔165 m，最高處為五指山，海拔1 867 m，有“海南屋脊、森林公園”之稱；年平均氣溫22.7 ℃，屬熱帶雨林季風(fēng)氣候；水資源豐富，年平均降水量1 771.8 mm；境內(nèi)植物種類繁多，森林覆蓋率為86.44%，具有常綠、復(fù)層、混交、異齡、多樹種組成等特點(diǎn)，主要的用地類型為喬木林地，主要的優(yōu)勢(shì)樹種為闊葉混交林。

2 數(shù)據(jù)來源與處理

2.1 數(shù)據(jù)來源

本研究主要應(yīng)用1993年、1998年、2003年、2008年海南省四期森林資源連續(xù)清查數(shù)據(jù)。森林資源連續(xù)清查按4 km×3 km的網(wǎng)格布設(shè)樣地，每個(gè)網(wǎng)格內(nèi)布設(shè)一個(gè)25.8 m×25.8 m（約為1畝）的樣地，在五指山市境域內(nèi)均勻布設(shè)91個(gè)樣點(diǎn)[4]。在每個(gè)樣地內(nèi)調(diào)查的生境指標(biāo)包括：海拔、坡度、坡向、坡位、土壤厚度等；調(diào)查的因子包括：林種、優(yōu)勢(shì)樹種、齡組、平均樹高、平均胸徑（大于5 cm每木檢尺）、林分蓄積、郁閉度[5]等。

2.2 數(shù)據(jù)處理

將五指山市四期的森林資源連續(xù)清查數(shù)據(jù)屬性輸入ArcGIS10.0，并建立屬性數(shù)據(jù)庫(kù)，其樣點(diǎn)的分布見圖1。

圖1 五指山市一類清查樣點(diǎn)分布Fig. 1 Sample distribution of Forest Resources Continuous Investigation in Wuzhishan

利用ArcGIS10.0軟件中的空間分析工具將其與該地的DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加處理，提取分析，并對(duì)不同高程、坡度、坡向數(shù)據(jù)進(jìn)行重分類，分別提取不同屬性的地類。針對(duì)喬木林，結(jié)合五指山市TIN模型，進(jìn)一步計(jì)算不同年份的喬木林的平均年齡、平均樹高、平均胸徑、平均每畝蓄積等林分因子的特征值。根據(jù)不同時(shí)期喬木林樣點(diǎn)的林分因子，在SPSS中做出所需的動(dòng)態(tài)變化圖，從而更好的觀察喬木林分因子的變化趨勢(shì)。

3 結(jié)果與分析

3.1 樣點(diǎn)個(gè)數(shù)動(dòng)態(tài)變化分析

由表1可知，五指山市91塊樣地主要由喬木林、經(jīng)濟(jì)林、宜林荒山、農(nóng)地、牧地等用地類型組成[6]。其中喬木林地所占比例最高，分別占各年份的47.253%、59.341%、64.835%、80.220%，為主要的用地類型，且在研究時(shí)間范圍內(nèi)的連續(xù)15 a中呈明顯的增長(zhǎng)趨勢(shì)，這與五指山市開展林地保護(hù)及植樹造林的政策是分不開的。

表1 五指山市樣點(diǎn)地類動(dòng)態(tài)變化Table 1 Dynamics changes of land type of sample points in Wuzhishan

在ArcGIS10.0中，利用交相原理將四期數(shù)據(jù)進(jìn)行相交分析得，1993年至1998年，有部分竹林地、灌木林地、牧地轉(zhuǎn)化成為喬木林地；1998年至2003年，部分農(nóng)用地變?yōu)閱棠玖值兀?003年至2008年，大量經(jīng)濟(jì)林變?yōu)閱棠玖?，說明五指山市在追求經(jīng)濟(jì)的同時(shí)，更加注重對(duì)環(huán)境的保護(hù)，部分喬木林與宜林地相互轉(zhuǎn)化，表明該地喬木林有伐有造，使其始終處于動(dòng)態(tài)平衡之中[7]。

3.2 空間分布特征分析

由表2知，喬木林主要分布在海拔在500 m～1 000 m的山地，其次分布在海拔在500 m以下的丘陵地區(qū)，很少分布在海拔在1 000 m的高原地帶，這表明：中海拔地區(qū)溫度適中，適合喬木林的生長(zhǎng)；低海拔地區(qū)主要是受人為因素影響，使得喬木林的生長(zhǎng)受到威脅，進(jìn)一步探究發(fā)現(xiàn)，低海拔的丘陵地帶農(nóng)用地、建設(shè)用地分布較多，這種分布特征與人們的生活習(xí)性是密切相關(guān)。高海拔地區(qū)由于溫度原因不適合喬木林的生長(zhǎng)。喬木林樣點(diǎn)個(gè)數(shù)隨著海拔的升高[8]，呈現(xiàn)先增加后減小趨勢(shì)，這也有可能是因?yàn)檫m地適樹，即高低海拔下樹種不同的原因所致。

表2 不同海拔下喬木林樣地個(gè)數(shù)Table 2 Numbers of arbor forest sample plots at different altitudes

由表3可知，喬木林主要分布在坡度在15°～25°陡坡及坡度在25°～35°的急坡上，這說明：在有一定坡度的山地上，陽(yáng)光照射均勻，樹種能有效利用太陽(yáng)能和種間關(guān)系，提高森林產(chǎn)量，因此，比較適合喬木林的生長(zhǎng)；平緩坡上喬木林的分布較少，即喬木林中的主要優(yōu)勢(shì)樹種闊葉混交林的分布也相對(duì)較少，表明混交林中林分的垂直結(jié)構(gòu)分布較緊密，林分的混交度相對(duì)較高，分層現(xiàn)象較為明顯[9]。在坡度大于35°的急峭坡上喬木林較少，說明闊葉林的生長(zhǎng)需要一定的水分，而坡度太大，不宜保持水土，從而不利于闊葉林的生長(zhǎng)。

表3 不同坡度下喬木林樣地個(gè)數(shù)Table 3 Numbers of arbor forest sample plots at different slope degrees

由表4知，喬木林主要分布在半陽(yáng)坡與陽(yáng)坡上，陰坡與半陰坡上較少，這表明：?jiǎn)棠玖执蠖酁橄碴?yáng)性植物，受坡向影響較大，且他的生長(zhǎng)對(duì)日照時(shí)數(shù)、太陽(yáng)輻射等自然條件要求較高[10]，因陽(yáng)坡與半陽(yáng)坡區(qū)域的日照時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，從而有利于林分的生長(zhǎng)[11]。

表4 不同坡向下喬木林樣地個(gè)數(shù)Table 4 Numbers of arbor forest sample plots at different aspects

3.3 林分因子特征分析

由圖2可知，五指山市喬木林平均年齡分布情況是：1993年為28.74 a，1998年為28.17 a，2003年為29.32 a，2008年為27.93 a，1993年到2008年連續(xù)15 a的平均年齡為28.54 a，平均年齡呈現(xiàn)出先減小后增加再減小的循環(huán)往復(fù)現(xiàn)象，說明五指山市喬木林處于動(dòng)態(tài)平衡當(dāng)中，即不斷的有大樹的砍伐和小樹的植入。

圖2 喬木林平均年齡變化Fig.2 Average tree-age changes of arbor

由圖3知，五指山市喬木林平均胸徑分別是：1993年為14.42 cm，1998年為12.93 cm， 2003年為13.17 cm，2008年為12.33 cm，1993年到2008年連續(xù)15 a的平均胸徑為13.46 cm，平均胸徑呈現(xiàn)先急劇減小后緩慢增加的現(xiàn)象，這表明在1993至1998年有大量的幼齡林出現(xiàn)，即植樹造林現(xiàn)象明顯。

圖3 喬木林平均胸徑變化Fig.3 Average DBH changes of arbor

由圖4知，五指山市各年喬木林平均樹高分別為：1993年11.36 m，1998年為11.16 m， 2003年11.46 m，2008年為11.63 m，1993年到2008年連續(xù)15 a的平均樹高為11.41 m，平均樹高表現(xiàn)為先減小后增加，但變化幅度很小均不超過0.5 m，這與平均胸徑的變化步調(diào)一致，但幅度有所不同，表明：幼齡林的植入對(duì)平均樹高的影響小于對(duì)平均胸徑的影像；胸徑與樹高的關(guān)系不是簡(jiǎn)單的正比例關(guān)系，而是由多個(gè)函數(shù)組成的正相關(guān)關(guān)系[12]。

圖4 喬木林平均樹高變化Fig.4 Average height changes of arbor

由圖5可知，五指山市喬木林平均每畝蓄積量分別為：1993年為10.18×15 m3/hm2，1998年為 8.11×15 m3/hm2，2003 年為 8.91×15 m3/hm2，2008年為 8.25×15 m3/hm2，1993年到 2008年連續(xù)15 a的平均值為8.86×15 m3/hm2，平均每公頃蓄積量呈現(xiàn)減小后增加再減小的循環(huán)往復(fù)現(xiàn)象，與平均年齡的變化步調(diào)較為一致，這表明：蓄積量的大小與年齡有密切的正相關(guān)關(guān)系。

圖5 喬木林平均每畝蓄積變化Fig.5 Average per acre accumulation changes of arbor

但通過對(duì)比圖2與圖5可知，兩者的最大值與最小值并沒有在同一時(shí)間段內(nèi)出現(xiàn)，這可能是由于喬木林的內(nèi)部樹種組成發(fā)生了很大的調(diào)整，即用材林與經(jīng)濟(jì)林、薪炭林、防護(hù)林等其他林種之間發(fā)生了變動(dòng)。比較圖2至圖5可知，喬木林每畝蓄積由其平均胸徑和平均樹高等因子共同決定，且呈正相關(guān)關(guān)系[13]，平均樹高與平均胸徑變化趨勢(shì)一致，符合樹木生長(zhǎng)曲線。通過觀察4個(gè)圖中曲線的變化可知，無論是從喬木林的平均胸徑、平均樹高還是每畝蓄積來講，1998年的數(shù)據(jù)均表現(xiàn)出奇異現(xiàn)象，通過查找相關(guān)資料，可知1998年海南省遭到厄爾尼諾肆虐， 干旱嚴(yán)重，這些自然災(zāi)害直接影響了喬木林的生長(zhǎng)。

由圖6可知，在研究時(shí)間范圍內(nèi)，五指山市喬木林年均郁閉度分別為：1993年0.591，1998年 0.607，2003年 0.693，2008年 0.592，1993年到2008年連續(xù)15 a的郁閉度的年均變化量為先增加后減小，且在2003年郁閉度達(dá)到最大。表明：2003年五指山市的植冠蓋度、喬木樹冠彼此相接而遮蔽地面的程度較大。

圖6 喬木林年均郁閉度變化Fig.6 Average crown density changes of arbor

由表5可知，五指山市1993～2008年近15 a喬木林總的動(dòng)態(tài)趨勢(shì)是逐年增加，且中齡林、幼齡林占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，成熟林及過熟林所占比重較低。說明五指山市現(xiàn)階段可利用的森林資源匱乏, 而后備資源較為豐富[14]。其中幼齡林比例由1993年的23.26%增加到2008年的34.25%，呈現(xiàn)明顯的增長(zhǎng)趨勢(shì)，中齡林的比例由1993年的60.47%下降到2008年的31.51%，呈明顯的下降趨勢(shì)。因此，五指山市在今后的發(fā)展過程中，應(yīng)該更注重培養(yǎng)異齡林，使各齡組均衡發(fā)展，以便達(dá)到：維持林地生產(chǎn)力，增加森林的優(yōu)美景觀；較好地發(fā)揮森林的公益效能；增加生物多樣性；有利于防止病蟲害等自然災(zāi)害；減少造林撫育工資等效果[15]。

表5 喬木林齡組樣點(diǎn)個(gè)數(shù)動(dòng)態(tài)變化Table 5 Average crown density changes of arbor

由圖7可知，2003年至2008年，五指山市喬木林齡組間相互轉(zhuǎn)化速度較為迅速，表明這5年內(nèi)該地的環(huán)境適宜，喬木林生長(zhǎng)較快，由于喬木林樣點(diǎn)中的優(yōu)勢(shì)樹種均為闊葉混交林，因此本研究沒有針對(duì)具體的樹種分析，而是忽略了樹種的變化進(jìn)行統(tǒng)計(jì)說明。1993～2008年從新增樣地的數(shù)值來看，喬木林正逐漸增加，各齡組樣點(diǎn)個(gè)數(shù)的年平均增加個(gè)數(shù)分別為：幼齡林2個(gè)、中齡林1、近熟林1.2個(gè)、成熟林0.46個(gè)、過熟林0.13個(gè)。由此可知，幼齡林在現(xiàn)階段增長(zhǎng)速度最快，其次為中齡林、近熟林，成熟林和過熟林增加速度較慢[16]。從齡組間的內(nèi)部轉(zhuǎn)化速度來看，由成熟林長(zhǎng)為過熟林所需時(shí)間最長(zhǎng)，幼齡林長(zhǎng)為中齡林、中齡林長(zhǎng)為近熟林、近熟林長(zhǎng)為成熟林相對(duì)時(shí)間較短，充分說明了樹木的生長(zhǎng)曲線為先增加后減小最終趨于平穩(wěn)狀態(tài)。

圖7 喬木林樣點(diǎn)齡組間的相互轉(zhuǎn)化Fig.7 Mutual transformation between age groups of arbor sample plots

4 結(jié)論與討論

運(yùn)用五指山市四期的森林資源連續(xù)清查（一調(diào)固定樣地）的調(diào)查數(shù)據(jù)，分析了五指山市不同用地類型所占比例及主要的用地類型喬木林地在空間上的動(dòng)態(tài)變化特征。通過對(duì)用地類型占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的喬木林進(jìn)行提取，分析其在不同海拔坡、坡度、坡向下的分布特征，找出適合喬木林生長(zhǎng)的最佳地理位置，再通過分析喬木林分因子的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律[17-20]，最終得出：

(1)五指山市的主要用地類型為喬木林地，且呈逐年增長(zhǎng)趨勢(shì)，這在一定程度上，有利于五指山市的生態(tài)環(huán)境。農(nóng)地、牧草地等逐漸減少，應(yīng)該引起相關(guān)部門的重視，合理的調(diào)整用地類型，使五指山市各種用地類型平衡發(fā)展。

（2）喬木林主要分布在海拔在500 m～1 000 m海拔、坡度在15°～35°的陡坡或急坡、坡向?yàn)殛?yáng)坡或半陽(yáng)坡的空間范圍內(nèi)，為今后五指山市的植樹造林提供了理論借鑒。

（3）喬木林齡組中，幼齡林、中齡林所占比重較大，成熟林過熟林比重較小。這一結(jié)論使得五指山市在以后經(jīng)營(yíng)過程中應(yīng)適當(dāng)調(diào)整林分結(jié)構(gòu)，培育大徑材，走近自然經(jīng)營(yíng)模式，從而為今后該地喬木林地的合理經(jīng)營(yíng)提供方向性的指導(dǎo)。

由于本研究的主要數(shù)據(jù)為森林資源的一類清查數(shù)據(jù)，只是按一定距離的地理位置進(jìn)行布點(diǎn)調(diào)查分析的，沒能全面的分析整個(gè)五指山市境域范圍內(nèi)的喬木林地的分布情況，在以后的研究過程中，可考慮用森林資源的二類調(diào)查或土地利用調(diào)查等相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，使得研究更為全面準(zhǔn)確，結(jié)論更為精確。

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Analysis of dynamic changing characteristics of arbor forests in Wuzhishan

LIU Li-wu, SHE Ji-yun, CHENG Yu-na
(Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, Hunan, China)

In order to understand the spatial distribution characteristics of the arbor forests in Wuzhishan, and grasp the development trend of the major forest factors, by combining the data of Four Forestry Resources Inventory of Hainan Wuzhishan, and using ArcGIS10.0 and SPSS software, the dynamic changes of land use types and arbor forests were analyzed for 15 consecutive years. The results show that (1) the arbor forest land was the main land use types in Wuzhishan area, and the number increased year by year; (2) the arbor forests mainly range in 500～1 000 meters above sea level, and the slope ranges were within the 15 °～ 35 ° and are adretto; (3) the arbor forest’s average age was 28.54 year-old, average tree height was 11.41 meters, average diameter was 13.45 cm, average per acre accumulation was 8.86 m3, the average canopy density was 6.09. In terms of the structure of age groups, the arbor forests mostly belong to mid-maturation and young forest, in the positive succession stage.

arbor forest; spatial distribution; standing forest; dynamic change; Wuzhishan city of Hainan province

S718.55+7

A

1673-923X(2014)04-0001-05

2013-03-17

海南省林業(yè)廳重點(diǎn)科研項(xiàng)目“海南省五大河流域植被恢復(fù)與保護(hù)研究”；湖南省教育廳學(xué)位與研究生教育項(xiàng)目（603-00051）；湖南省“十二五”重點(diǎn)學(xué)科“森林經(jīng)理學(xué)科”(034-0014)資助

劉立武（1979-），男，湖南岳陽(yáng)人，高級(jí)工程師，博士，主要從事林業(yè)信息工程研究；E-mail：liuliwu@yahoo.com.cn

佘濟(jì)云（1966-），男，湖南邵東人，教授，博士，主要從事森林經(jīng)理和林業(yè)資源管理等方面的教學(xué)科研工作；

E-mail：shejiyun@126.com

[本文編校：文鳳鳴]