塞罕壩不同立地華北落葉松人工林空間結(jié)構(gòu)比較

車 越，紀(jì)福利 ，王利東 ，劉延文 ，劉曉蘭 ，馬履一，賈忠奎，李 媚

（1.北京林業(yè)大學(xué) 省部共建森林培育與保護(hù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083；2. 塞罕壩機(jī)械林場(chǎng)總場(chǎng)，河北 塞罕壩 068466）

塞罕壩不同立地華北落葉松人工林空間結(jié)構(gòu)比較

車 越1，紀(jì)福利2，王利東2，劉延文2，劉曉蘭2，馬履一1，賈忠奎1，李 媚1

（1.北京林業(yè)大學(xué) 省部共建森林培育與保護(hù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083；2. 塞罕壩機(jī)械林場(chǎng)總場(chǎng)，河北 塞罕壩 068466）

利用角尺度、大小比數(shù)兩參數(shù)對(duì)塞罕壩地區(qū)華北落葉松人工純林3種立地類型、3齡級(jí)的林分進(jìn)行比較。結(jié)果表明：在林木分化方面，僅曼甸中林及陰坡近熟林2種林分出現(xiàn)明顯分化現(xiàn)象，林木間競(jìng)爭(zhēng)較為激烈，考慮進(jìn)行適當(dāng)?shù)貭I(yíng)林措施，其他7種林分分化不明顯。在林木個(gè)體空間分布格局方面，陽坡中林、陽坡近熟林的林分整體屬于隨機(jī)分布，其他7種林分平均角尺度均低于0.475，屬于均勻分布?？梢?，可根據(jù)林木生長(zhǎng)立地類型的不同及生長(zhǎng)階段的不同，進(jìn)行適當(dāng)?shù)臓I(yíng)林活動(dòng)。

華北落葉松；人工林；立地類型；空間分布格局；角尺度；大小比數(shù)

林分空間結(jié)構(gòu)是森林生長(zhǎng)的重要特征[1]，它是指林木的分布格局及其屬性在空間上的排列方式?？臻g結(jié)構(gòu)很大程度上反映了林分的穩(wěn)定性、發(fā)展的可能性和經(jīng)營(yíng)空間的大小[2-3]。因此，了解林分空間結(jié)構(gòu)對(duì)更好地經(jīng)營(yíng)及改造林分，促進(jìn)人工林穩(wěn)定可持續(xù)地生長(zhǎng)有著重要的意義。華北落葉松是我國(guó)冀北地區(qū)分布范圍較廣的主要森林樹種，對(duì)冀北地區(qū)木材生產(chǎn)、水源涵養(yǎng)及水土保持等有著重要的作用。塞罕壩地區(qū)，華北落葉松人工純林是較為主要的人工林類型，對(duì)林區(qū)生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益的提高有著重要意義[4]。

目前，國(guó)內(nèi)利用角尺度、大小比數(shù)、混角度來描述林分空間結(jié)構(gòu)的研究已不少，覆蓋南北森林群落，但對(duì)于人工純林的研究較少。另外，不同立地類型影響著林木生長(zhǎng)的水熱條件，直接影響林木生長(zhǎng)。林木在不同生長(zhǎng)階段的生長(zhǎng)速率也會(huì)對(duì)林木分布格局產(chǎn)生影響，罕有對(duì)不同立地類型下不同生長(zhǎng)階段林木林分空間結(jié)構(gòu)的對(duì)比分析。對(duì)于塞罕壩地區(qū)，也僅有關(guān)于不同林分類型空間結(jié)構(gòu)的報(bào)道[5]。

本研究利用角尺度、大小比數(shù)兩空間結(jié)構(gòu)參數(shù)，對(duì)塞罕壩地區(qū)華北落葉松人工純林在不同立地類型、不同齡級(jí)下的樣地林分空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比分析，以期為林區(qū)內(nèi)森林經(jīng)營(yíng)管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 試驗(yàn)地概況

塞罕壩機(jī)械林場(chǎng)位于河北省承德圍場(chǎng)滿族蒙古族自治縣北部，地理坐標(biāo)為（42°02'～42°36'N，116°51'～ 117°39'E），海拔為 1 018 ～1 940 m。林區(qū)屬于寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候，晝夜溫差大，無霜期短，蒸發(fā)量大，降水量小，風(fēng)多。年平均氣溫-1.5℃，年平均降水量為530.9 mm。地貌包含高原和山地。

本研究試驗(yàn)地選擇在塞罕壩機(jī)械林場(chǎng)總場(chǎng)陰河林場(chǎng)的紅水營(yíng)林區(qū)及前曼甸營(yíng)林區(qū)，該區(qū)具有塞罕壩典型的地理及氣候特征。該區(qū)林分內(nèi)全部為華北落葉松人工純林。

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置

選擇塞罕壩地區(qū)華北落葉松人工純林面積分布較大的三種立地類型（曼甸、陽坡及陰坡）下，生長(zhǎng)正常，具有代表性的林分，立地類型劃分如表1。每種立地類型均包括三個(gè)齡級(jí)，分別為：幼林（0～20年）、中林（21～30年）、近熟林（31～40年）三齡級(jí)的林分。共設(shè)置9種林分，每種林分設(shè)置5塊20 m×20 m的樣地重復(fù)，共45塊臨時(shí)樣地，共計(jì)18 000 m2。

3種立地類型，3齡級(jí)的9種林分基本信息，如表1所示。

表1 林分基本信息Table 1 Basic information of stands

2.2 樣地調(diào)查方法

按照自西向東，自南向北的順序依次進(jìn)行調(diào)查，記錄樣地坡度、坡向、土壤厚度、海拔等立地條件因子，對(duì)樣地內(nèi)大于起測(cè)徑階（5 cm）的林木進(jìn)行每木檢尺并進(jìn)行每木定位。主要調(diào)查胸徑、樹高、冠幅、枝下高以及每木xy坐標(biāo)值。

2.3 空間結(jié)構(gòu)分析方法

本文利用Winkelmass軟件對(duì)樣地調(diào)查數(shù)據(jù)及定位數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，采用描述林分分布格局的角尺度（Wi）及反映林木個(gè)體優(yōu)勢(shì)度的大小比數(shù)（Ui）兩參數(shù)對(duì)林分空間結(jié)構(gòu)情況進(jìn)行分析。為了避免邊緣效應(yīng)對(duì)林分結(jié)構(gòu)分析的影響，本文設(shè)置了3 m的緩沖區(qū)，并選定相鄰木n＝4；標(biāo)準(zhǔn)角α0＝72°[6]。

大小比數(shù)是樹木生長(zhǎng)指標(biāo)（如胸徑）大于參照樹的相鄰木占n株最近相鄰木的株樹比例，用以描述林木個(gè)體大小分化程度，公式表示為：

角尺度用來描述相鄰樹木圍繞參照樹的均勻性，用角尺度描述林木個(gè)體在水平地面上的分布形式，或種群的空間分布格局。從參照樹出發(fā)，任意兩個(gè)最近相鄰木的夾角有兩個(gè)，小角為α，最近相鄰木均勻分布時(shí)夾角設(shè)為標(biāo)準(zhǔn)角α0。角尺度被定義為α角小于標(biāo)準(zhǔn)角α0的個(gè)數(shù)占考察的n個(gè)夾角的比例，公式表達(dá)為：

3 結(jié)果與分析

3.1 林木個(gè)體分化程度的分析

考慮到精確性，本研究采用胸徑大小比數(shù)。從圖1中可知，對(duì)于曼甸近熟林、陽坡中林及陰坡中林，Ui=0.5時(shí)的分布頻率分別為25.2%、24.3%、32.7%，頻率均高于其他4種狀態(tài)，即林分中呈現(xiàn)中庸?fàn)顟B(tài)的林木較多，林分穩(wěn)定，未發(fā)生明顯分化；對(duì)于曼甸幼林、陽坡幼林、陽坡近熟林及陰坡幼林這4種立地類型的林分，處于優(yōu)勢(shì)（Ui=0.0）及亞優(yōu)勢(shì)（Ui=0.25）地位的個(gè)體總和分別為39.7%、37.5%、34.6%、40.0%，處于劣勢(shì)（Ui=0.75）及絕對(duì)劣勢(shì)（Ui=1.0）地位的個(gè)體總和分別為42.0%、42.5%、46.2%、40.9%、約20%左右的個(gè)體處于中庸?fàn)顟B(tài)，胸徑大小比數(shù)呈現(xiàn)相對(duì)均衡的特征，右側(cè)稍高于左側(cè)，生長(zhǎng)空間基本處于充足的狀態(tài)，但已開始有向劣勢(shì)分化的趨勢(shì)；而對(duì)于曼甸中林及陰坡近熟林這2種立地類型的林分，林分內(nèi)部處中庸地位（Ui=0.5）的林木分別為16.1%、12.5%，處于中庸?fàn)顟B(tài)的林木頻率分布最低，處于優(yōu)勢(shì)（Ui=0.0）及絕對(duì)劣勢(shì)（Ui=1.0）地位的個(gè)體總和分別為40.0%、50.0%，有約40%～50%的林木間出現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)，林分已呈現(xiàn)兩極分化，可以考慮進(jìn)行適當(dāng)?shù)貭I(yíng)林措施。

圖1 不同立地類型林分大小比數(shù)的比較Fig.1 Comparison of neighborhood comparison (Ui)among different site type stands

3.2 林木個(gè)體分布格局分析

考慮到精確性，本研究采用胸徑角尺度。從圖2可知，9種立地類型林分的角尺度頻率分布均呈現(xiàn)單峰式分布特征。Wi=0.5的結(jié)構(gòu)單元（即隨機(jī)分布）分布頻率均最高，高達(dá)45%到56.2%，很均勻（Wi=0.0）及很不均勻（Wi=1.0）的結(jié)構(gòu)單元分布頻率均極低，介于0到2.9%之間。其中，陽坡中林及陽坡近熟林的林分角尺度左右兩側(cè)頻率基本相等，即左右側(cè)基本對(duì)稱，并且林分平均角尺度分別為0.491 3、0.509 9，均在[0.475，0.517]間，此2種立地林分屬于隨機(jī)分布。曼甸幼林、曼甸中林、曼甸近熟林、陽坡幼林、陰坡幼林、陰坡中林、陰坡近熟林這7種立地類型林分中，很均勻（Wi=0.0）及均勻（Wi=0.25）的頻率總和均大于不均勻（Wi=0.75）、很不均勻（Wi=1.0）的頻率總和，即左側(cè)分布大于右側(cè)分布，相差頻率介于16%～40%之間，說明這7種立地類型的林分均勻分布的結(jié)構(gòu)單元占主體。同時(shí)，這7種立地類型林分的平均角尺度依次為0.441 2、0.465 9、0.426 7、0.387 5、0.428 7、0.443 9、0.437 5， 均小于0.475，林分整體均屬于均勻分布，符合人工純林分布均勻的特征。

由圖3可知，同為幼齡林林分，曼甸、陰坡立地林分平均角尺度分別為0.441 2、0.428 7，兩者差異不大，均略大于陽坡（0.387 5）。對(duì)于中齡林及近熟林：平均角尺度均呈現(xiàn)陽坡略高于曼甸及陰坡的趨勢(shì)，且平均角尺度最大值為處于隨機(jī)分布狀態(tài)的陽坡中林及陽坡近熟林，分別為0.491 3、0.509 9。分析原因認(rèn)為：曼甸、陰坡水熱條件較陽坡好，利于華北落葉松生長(zhǎng)，兩立地林木較陽坡立地林木生長(zhǎng)迅速。因此幼林時(shí)，曼甸、陰坡立地林木間競(jìng)爭(zhēng)較陽坡激烈，更易打破人工林固有的分布均勻性，更接近隨機(jī)分布。待林木生長(zhǎng)至中齡林后，生長(zhǎng)速度較緩的陽坡立地類型便逐漸成為了空間分布的相對(duì)優(yōu)勢(shì)立地。

如圖4所示，針對(duì)3種立地類型、不同齡級(jí)的林分，平均角尺度最大值均不超過0.517，即林分呈隨機(jī)分布或均勻分布。曼甸及陰坡3齡級(jí)的林分平均角尺度均相差不多，中齡林平均角尺度均略大于近熟林及幼齡林，即這2種立地林分的中齡林最接近隨機(jī)分布。對(duì)于陽坡立地的林分，平均角尺度隨林齡增長(zhǎng)一直呈上升趨勢(shì)，即陽坡立地林分，近熟林最接近隨機(jī)分布。

圖2 不同立地類型林分角尺度的比較Fig.2 Comparison of uniform angle index (Wi)among different site type stands

圖3 三齡級(jí)不同立地類型林木平均角尺度對(duì)比Fig.3 Comparison of Wi among different site type of stands and three age-levels

4 結(jié)論及討論

（1）通過研究發(fā)現(xiàn)，曼甸中林及陰坡近熟林2種林分已出現(xiàn)明顯兩極分化現(xiàn)象，中庸?fàn)顟B(tài)（Ui=0.5）的林木頻率分布均低于其他狀態(tài)，有約40%～50%的林木間競(jìng)爭(zhēng)激烈，建議進(jìn)行營(yíng)林活動(dòng)；曼甸近熟林、陽坡中林及陰坡中林，Ui=0.5時(shí)的分布頻率均高于其他四狀態(tài)，林分未發(fā)生明顯分化；曼甸幼林、陽坡幼林、陽坡近熟林及陰坡幼林這4種立地類型的林分，約20%左右的個(gè)體處于中庸?fàn)顟B(tài)，胸徑大小比數(shù)呈現(xiàn)相對(duì)均衡的特征，右側(cè)稍高于左側(cè)，生長(zhǎng)空間基本處于充足的狀態(tài)，但已開始有向劣勢(shì)分化的趨勢(shì)。

圖4 三種立地類型不同齡級(jí)林木平均角尺度對(duì)比Fig.4 Comparison of Wi among different age-levels and three site type stands

（2）9種林分，Wi=0.5的結(jié)構(gòu)單元（即隨機(jī)分布）分布頻率均最高，高達(dá)45%到56.2%。陽坡中林、陽坡近熟林的平均角尺度在[0.475，0.517]之間，屬于隨機(jī)分布，其他7種林分平均角尺度均小于0.475，屬于均勻分布。

（3）通過大小比數(shù)、角尺度兩指標(biāo)對(duì)林分空間結(jié)構(gòu)的分析與比較分析說明，立地類型及生長(zhǎng)階段對(duì)林木分布格局有一定的影響。對(duì)于分化嚴(yán)重的林分，要進(jìn)行及時(shí)撫育，為保留木保證足夠的空間生長(zhǎng)?？梢罁?jù)林木生長(zhǎng)的不同立地類型及生長(zhǎng)階段的實(shí)際情況，對(duì)林木實(shí)行合理的營(yíng)林措施。

[1] 郝月蘭,張會(huì)儒,唐守正.基于空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化的采伐木確定方法研究[J].西北林學(xué)院學(xué)報(bào),2012,27(5):163-168.

[2] 林仁昌.優(yōu)化林分空間結(jié)構(gòu)的森林經(jīng)營(yíng)方法探討[J].綠色科技,2012,(9):115-116.

[3] 惠剛盈,胡艷波,趙中華.再論“結(jié)構(gòu)化森林經(jīng)營(yíng)”[J].世界林業(yè)研究,2009,(1):14-19.

[4] 賈忠奎,公寧寧,姚 凱,等.間伐強(qiáng)度對(duì)塞罕壩華北落葉松人工林生長(zhǎng)進(jìn)程和生物量的影響[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2012, 40(3):5-7, 31.

[5] 田國(guó)恒,王德強(qiáng),谷建才,等.塞罕壩機(jī)械林場(chǎng)不同林分類型空間結(jié)構(gòu)的比較[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2010,32(3):80-83.

[6] 惠剛盈,GADOW K V, 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.

[7] 惠剛盈,GADOW K V, ALBERT M.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,(1):37-42.

[8] 惠剛盈,GADOW K V, ALBERT M.一個(gè)新的林分空間結(jié)構(gòu)參數(shù)——大小比數(shù)[J].林業(yè)科學(xué)研究,1999,12(1):1-6.

[9] 惠剛盈,GADOW K V, 胡艷波,等.林木分布格局類型的角尺度均值分析方法[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2004,24(6):1225-1229.

[10] 王衛(wèi)軍,趙嬋璞,任 仙,等.華北落葉松人工林林分密度對(duì)土壤持水能力的影響[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào),2013,33(10): 95-98.

[11] 王衛(wèi)軍,趙嬋璞,姜 鵬,等.塞罕壩華北落葉松人工林水源涵養(yǎng)功能研究[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào),2013,33(2): 66-68.

Comparison of spatial structures among different site types of Larix principis-rupprechtii plantations in Saihanba, Hebei

CHE Yue1, JI Fu-li2, WANG Li-dong2, LIU Yan-wen2, LIU Xiao-lan2, MA Lv-yi1, JIA Zhong-kui1, LI Mei1
(1.Key Lab. for Silviculture and Conservation of Ministry of Education, Beijing Forest University, Beijing 100083, China;2.Saihanba Jixie Forest Farm of Hebei Province, Saihanba 068466, Hebei, China)

The spatial structures of 3 site types and 3 ages stands inLarix principis-rupprechtiiplantations in Saihanba, Hebei were compared by using neighborhood comparison and uniform angle index. The results show that (1) the differentiations within the halfmature forest of Austin Mann and the near-mature forest on the shady slope were quite obvious, and the trees were in fi erce competition each other, but the differentiations within other 7 stands were not obvious; (2) in the aspect of spatial distribution pattern, the half-mature forest on the sunny slope and the near-mature forest on the sunny slope both showed random distribution, the mean values of the uniform angle index of other 7 stands were all below 0.475, to be uniform distribution. Therefore, according to the site types and growth phases of the forests，the reasonable measures for forest management should be taken.

Larix principis-rupprechtii; plantation; site type; spatial distribution pattern; neighborhood comparison; uniform angle index

S791.22

A

1673-923X(2014)04-0060-04

2013-09-10

林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目（201004021）；中央高?；究蒲腥蝿?wù)費(fèi)專項(xiàng)資金（TD2011-08）資助

車 越（1989-），女，碩士，主要從事森林撫育經(jīng)營(yíng)研究

馬履一，教授，E-mail：maluyi@ bjfu.edu.cn

[本文編校：吳 彬]