豫西山區(qū)典型林分近自然狀態(tài)特征分析

閆東鋒，牛夢(mèng)鶴，吳桂藏，張 振，楊喜田

（河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，河南 鄭州 450002）

豫西山區(qū)典型林分近自然狀態(tài)特征分析

閆東鋒，牛夢(mèng)鶴，吳桂藏，張 振，楊喜田

（河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，河南 鄭州 450002）

近自然森林經(jīng)營(yíng)是達(dá)到持續(xù)發(fā)揮生態(tài)服務(wù)功能目標(biāo)的一個(gè)重要途徑，對(duì)目標(biāo)林分進(jìn)行近自然狀態(tài)分析是開(kāi)展科學(xué)森林經(jīng)營(yíng)活動(dòng)的前提。以豫西山區(qū)4種典型林分（櫟類純林、闊雜林、松櫟混交林和油松純林）為研究對(duì)象，在構(gòu)建近自然狀態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，采用PCoA(Principal coordinates analysis)坐標(biāo)分析法對(duì)林分之間的相異關(guān)系和林分近自然狀態(tài)進(jìn)行了分析。研究結(jié)果表明，從林分上層結(jié)構(gòu)特征、林分下層結(jié)構(gòu)特征和林分地表根系結(jié)構(gòu)特征3方面構(gòu)建的近自然狀態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系能夠很好反映林分之間的差異信息；PCoA坐標(biāo)排序軸前2軸解釋的方差占總方差94.79%；排序圖顯示，松櫟混交林與闊雜林較接近，闊雜林與櫟類純林較接近，而櫟類純林與油松純林較接近。將研究區(qū)油松純林、闊雜林、松櫟混交林和櫟類純林4個(gè)30 年生的中齡林分近自然狀態(tài)分別劃分為人工、天然、近天然和半天然，對(duì)各林分類型從林木競(jìng)爭(zhēng)、林分結(jié)構(gòu)、林分生長(zhǎng)、林下更新能力和地表根系發(fā)育等方面進(jìn)行了描述，并提出了近自然林森林經(jīng)營(yíng)策略。林分近自然狀態(tài)評(píng)價(jià)對(duì)于制定科學(xué)合理的撫育經(jīng)營(yíng)措施具有重要意義。

林分類型；PCoA坐標(biāo)分析；近自然森林經(jīng)營(yíng)；評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；豫西山區(qū)

長(zhǎng)期以來(lái)，發(fā)展林業(yè)的首要目標(biāo)就是生產(chǎn)木材，而森林經(jīng)營(yíng)是為了可持續(xù)的生產(chǎn)木材，從上世紀(jì)80年代開(kāi)始，相比于傳統(tǒng)的森林產(chǎn)品，生態(tài)系統(tǒng)整體功能的發(fā)揮被看作是森林經(jīng)營(yíng)的首要目標(biāo)[1-2]。近年來(lái)，區(qū)別于以前的森林經(jīng)營(yíng)理念，發(fā)源于歐洲的基于自然（Nature-Based）和近自然（Close-To-Nature, CTN）森林經(jīng)營(yíng)理念和方法開(kāi)始被接受[3]，并逐步在我國(guó)森林經(jīng)營(yíng)實(shí)踐中得到運(yùn)用[4-6]。近自然森林經(jīng)營(yíng)方法以永久性林分覆蓋、多功能經(jīng)營(yíng)和高品質(zhì)產(chǎn)品生產(chǎn)為目標(biāo)的森林經(jīng)營(yíng)體系[7-8]。在開(kāi)展近自然林經(jīng)營(yíng)活動(dòng)時(shí)，首先要對(duì)現(xiàn)實(shí)林分的近自然狀態(tài)進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，而構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系被認(rèn)為是一種可靠的途徑[9]。關(guān)于近自然狀態(tài)評(píng)價(jià)的研究，大部分研究都是在建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，采用量化、非量化或兩者相結(jié)合的手段進(jìn)行評(píng)價(jià)[10-11]，在評(píng)價(jià)方法上，主要是以“自然林分”作為參照系進(jìn)行比較評(píng)價(jià)，或根據(jù)經(jīng)驗(yàn)采用“特征值定性評(píng)估”方法進(jìn)行評(píng)價(jià)，或利用AHP層次分析法或?qū)＜掖蚍址ㄟM(jìn)行分析評(píng)價(jià)，但是這些方法往往受人為因素影響比較大，無(wú)法進(jìn)行客觀準(zhǔn)確評(píng)價(jià)。建立能夠充分反映林分差異的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，采用量化、非線性和更為直觀、易于實(shí)施的評(píng)價(jià)方法，是開(kāi)展近自然狀態(tài)評(píng)價(jià)的關(guān)鍵。

豫西山區(qū)是河南森林主要分布區(qū)，是北亞熱帶向暖溫帶的過(guò)渡區(qū)，分布著類型較為完整的地帶性植被。經(jīng)過(guò)多年的植被生態(tài)建設(shè)，該區(qū)保存著大面積缺乏有效連續(xù)撫育的中幼齡林，普遍存在著林分結(jié)構(gòu)單一、物種多樣性低下、生長(zhǎng)發(fā)育潛力不足和病蟲(chóng)害嚴(yán)重等問(wèn)題，導(dǎo)致森林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性不高，恢復(fù)力較差和抗逆力不足。本研究選取具有代表性的4種林分類型，通過(guò)野外樣地調(diào)查和室內(nèi)分析，在構(gòu)建近自然狀態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和指標(biāo)分析的基礎(chǔ)上，利用PCoA坐標(biāo)分析法進(jìn)行林分近自然狀態(tài)評(píng)價(jià)，提出林分近自然森林經(jīng)營(yíng)策略。構(gòu)建的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系對(duì)于開(kāi)展科學(xué)的林分狀態(tài)分析評(píng)價(jià)和監(jiān)測(cè)具有一定的借鑒意義，引入的PCoA坐標(biāo)分析方法可以快速直觀的對(duì)現(xiàn)有林分進(jìn)行分析，提出的近自然林森林經(jīng)驗(yàn)策略可以為探尋科學(xué)的森林撫育經(jīng)營(yíng)技術(shù)措施提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于豫西三門(mén)峽甘山林場(chǎng)和濟(jì)源邵原林場(chǎng)，分布著豫西山區(qū)典型地帶性植被，主要森林類型為闊葉純林、針闊混交林、闊雜林和針葉純林等。調(diào)查區(qū)域森林經(jīng)營(yíng)和保護(hù)狀況良好。該區(qū)屬暖溫帶-亞熱帶和濕潤(rùn)-半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候。年平均氣溫為12～16 ℃，無(wú)霜期180～240 d，年降水量500～900 mm，且多集中在 7－8 月。森林群落建群種有栓皮櫟Quercus variabilis、麻櫟Quercus acutissima、銳齒櫟Quercus alinavar.acuteserrata、槲櫟Quercus aliena和油松Pinus tabulaeformis等樹(shù)種。

1.2 樣地設(shè)置

根據(jù)森林經(jīng)營(yíng)歷史資料，選擇生長(zhǎng)環(huán)境條件和森林經(jīng)營(yíng)措施基本一致，林分年齡約為30 a的櫟類純林、闊雜林、松櫟混交林和油松純林等4塊中齡林分進(jìn)行樣地調(diào)查，記錄環(huán)境因子和位置信息，每個(gè)林分類型設(shè)置面積為0.067 hm2重復(fù)樣地4塊，共16塊樣地。對(duì)選定樣地開(kāi)展測(cè)樹(shù)學(xué)和生態(tài)學(xué)調(diào)查，包括每木檢尺、物種多樣性調(diào)查、林下更新調(diào)查、土壤調(diào)查、地表凋落物和根系調(diào)查等。林下植被及凋落物采用全部收獲法，在各個(gè)樣地內(nèi)沿對(duì)角線和中心設(shè)置5個(gè)1 m×1 m的小樣方，將樣方內(nèi)的林下植被全部挖起，分地上、地下部分稱其鮮質(zhì)量，均勻混合后取樣200 g左右。根系調(diào)查是在樣地四角及中心選取5個(gè)樣點(diǎn)，然后在各樣點(diǎn)采用大環(huán)刀（直徑7.5 cm，高10 cm，體積441.6 cm3），分別取0 ～10 cm和10 ～20 cm土層的包含有土壤和根系的土壤樣柱裝入布袋并及時(shí)冷藏保存。樣地概況如表1所示。

1.3 樣品分析

植物和凋落物樣品在85 ℃下烘干至恒質(zhì)量，用于生物量推算。將野外采集的根系樣品放入篩網(wǎng)中進(jìn)行清洗，直至根系表層無(wú)土壤殘留，然后采用根系掃描系統(tǒng)WINRhizo對(duì)根系進(jìn)行掃描，輸出根系結(jié)構(gòu)特征指標(biāo)如根長(zhǎng)密度（Root length density，RLD）、根表面積密度 (Root surface area density，RSAD)、根體積密度(Root volume density，RVD)和根平均直徑(Root average diameter，RAD)[12]。將掃描后的根系樣品置于70 ℃恒溫下的鼓風(fēng)干燥箱中，經(jīng)48 h后稱其干質(zhì)量，計(jì)算根生物量（Root biomass，RB）。

表1 調(diào)查林分基本情況Table 1 Basic information of sampling plots in different stand types

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用R軟件(https://cran.r-project.org/mirrors/,R version 3.3.1)平臺(tái)[13]，使用Vegan(version 2.4-0)軟件包[14]對(duì)樣地進(jìn)行PCoA坐標(biāo)分析，計(jì)算過(guò)程是先利用decostand函數(shù)對(duì)近自然狀態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)矩陣進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，然后使用vegdist函數(shù)計(jì)算樣地之間Bray-Curtis距離矩陣，最后利用cmdscale函數(shù)進(jìn)行主坐標(biāo)分析。評(píng)價(jià)指標(biāo)的方差置換檢驗(yàn)利用LmPerm(version 2.1.0)[15]avop函數(shù)進(jìn)行。不同林分類型之間的狀態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)的差異性檢驗(yàn)采用R軟件kruskal.test函數(shù)進(jìn)行Kruskal-wallis非參數(shù)顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 近自然狀態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

根據(jù)近自然森林經(jīng)營(yíng)的內(nèi)涵、功能和實(shí)踐，結(jié)合研究區(qū)森林經(jīng)營(yíng)目標(biāo)，按照易于獲取性、代表性、兼顧完整性的原則構(gòu)建林分近自然狀態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。該指標(biāo)體系由代表林分上層結(jié)構(gòu)特征（郁閉度、林分密度、喬木Shannon-Wiener指數(shù)、林分平均胸徑、林分平均樹(shù)高、優(yōu)勢(shì)種重要值和林分活立木蓄積量）、林分下層結(jié)構(gòu)特征（地表覆蓋度、更新密度、更新豐富度、灌草生物量和腐殖質(zhì)生物量）和林分地表根系結(jié)構(gòu)特征（根生物量、根長(zhǎng)密度、根表面積密度、根體積密度和根平均直徑）3個(gè)方面的17個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)組成（見(jiàn)表2）。在構(gòu)建本評(píng)價(jià)指標(biāo)體系時(shí)，在考慮林分上層結(jié)構(gòu)特征和下層結(jié)構(gòu)特征的同時(shí)，增加了林分地表層根系生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)特征指標(biāo)，將之納入近自然度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，使評(píng)價(jià)指標(biāo)體系更具代表性。

表2 林分近自然狀態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Table 2 Evaluation index system of stages of stand close-to-nature

2.2 不同林分類型主要評(píng)價(jià)指標(biāo)差異規(guī)律

2.2.1 主要評(píng)價(jià)指標(biāo)置換檢驗(yàn)

對(duì)代表4個(gè)林分類型的16個(gè)樣地評(píng)價(jià)指標(biāo)值進(jìn)行方差置換檢驗(yàn)（見(jiàn)表3），結(jié)果表明，在4個(gè)植被類型之間，除郁閉度、地被覆蓋度和灌草生物量差異不顯著（P＞0.05）外，其他各評(píng)價(jià)指標(biāo)差異顯著（P＜0.05）或極顯著（P＜0.01），其中林分平均胸徑、林分平均樹(shù)高、更新密度、腐殖質(zhì)生物量、根長(zhǎng)密度、根表面積密度和根體積密度差異極顯著（P＜0.001）。這說(shuō)明選取的指標(biāo)能充分描述4個(gè)植被類型之間的差異。

表3 不同林分類型近自然狀態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)方差置換分析?Table 3 Permuted analysis of variance of evaluation index of close-to-nature for different types of stands

2.2.2 不同林分上層結(jié)構(gòu)特征分析

對(duì)置換檢驗(yàn)中差異顯著的林分上層結(jié)構(gòu)特征指標(biāo)（林分密度、喬木Shannon-Wiener指數(shù)、林分平均胸徑、林分平均樹(shù)高、優(yōu)勢(shì)種重要值和林分活立木蓄積量）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，繪制不同林分類型各指標(biāo)值箱圖（中位數(shù)作為平均指標(biāo)）并進(jìn)行Kruskal-wallis非參數(shù)顯著性檢驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)圖1。由圖可知，櫟類純林林分密度顯著高于其他3個(gè)林分類型（P＜0.05），松櫟混交林林分密度顯著高于闊雜林（P＜0.05），而和油松純林差異不顯著（P＞0.05），這可能是櫟類純林自然稀疏能力較弱或?qū)嵣履芰^強(qiáng)的原因。闊雜林喬木Shannon-Wiener指數(shù)顯著高于櫟類純林、松櫟混交林和油松純林（P＜0.05），櫟類純林和油松純林喬木Shannon-Wiener差異不顯著（P＞0.05），且均顯著小于其他林分類型（P＜0.05）。這說(shuō)明闊雜林喬木多樣性最豐富，而2個(gè)純林類型（櫟類純林和油松純林）喬木多樣性較低，在維持物種多樣性方面，闊雜林最好。

圖1 林分上層結(jié)構(gòu)特征評(píng)價(jià)指標(biāo)變化趨勢(shì)Fig.1 Trend plots of the evaluation index values of overstory structural characteristics

闊雜林的優(yōu)勢(shì)種重要值顯著低于其他林分類型（P＜0.05），而松櫟混交林活立木蓄積量顯著低于其他林分類型（P＜0.05）。闊雜林的林分平均胸徑和林分平均樹(shù)高均顯著高于其他3個(gè)林分類型（P＜0.05），油松純林平均胸徑和林分平均樹(shù)高均顯著低于其他3個(gè)林分類型（P＜0.05）。這說(shuō)明相同的時(shí)間內(nèi)，闊雜林的林地木材產(chǎn)出較高，而油松由于生長(zhǎng)速度慢，產(chǎn)出較少。

2.2.3 林分下層結(jié)構(gòu)特征指標(biāo)分析

通過(guò)對(duì)不同林分類型林分下層結(jié)構(gòu)特征評(píng)價(jià)指標(biāo)（更新豐富度、腐殖質(zhì)生物量和更新密度）變化趨勢(shì)進(jìn)行比較分析（見(jiàn)圖2）后發(fā)現(xiàn)，闊雜林的林下更新豐富度顯著高于其他3個(gè)林分類型（P＜0.05），而櫟類純林林下更新豐富度顯著低于其他3個(gè)林分類型（P＜0.05），且與油松純林差異不顯著（P＞0.05）。這表明闊雜林林下更新苗種類較多，而櫟類純林和油松純林更新苗種類較少，這也是純林環(huán)境不利于其他更新種進(jìn)入定居的一種體現(xiàn)。

圖2 林分下層結(jié)構(gòu)特征評(píng)價(jià)指標(biāo)變化趨勢(shì)Fig.2 Trend plots of the evaluation index values of understory structural characteristics

從林下更新密度來(lái)看，松櫟混交林更新密度最大，顯著高于其他林分類型（P＜0.05），更新密度最低的為油松純林，這與關(guān)于更新豐富度的分析結(jié)果一致，即針葉純林最不利于林下更新。4個(gè)林分類型之間林下腐殖質(zhì)生物量存在差異顯著（P＜0.05），其大小關(guān)系為：櫟類純林＞闊雜林＞松櫟混交林＞油松純林。因?yàn)闄殿惣兞肿鳛槁淙~闊葉林，落葉豐富，積累了更多的枯枝落葉，而油松凋落物積累較少。

2.2.4 林分地表根系結(jié)構(gòu)特征指標(biāo)分析

對(duì)4個(gè)林分類型地表根系結(jié)構(gòu)特征指標(biāo)進(jìn)行置換檢驗(yàn)和差異顯著性檢驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，松櫟混交林的根生物量顯著高于其他3個(gè)林分類型（P＜0.05），而櫟類純林、闊雜林和油松純林這3個(gè)林分類型根生物量無(wú)顯著差別（P＞0.05）。根長(zhǎng)密度、根表面積密度和根體積密度在4個(gè)林分類型之間大小關(guān)系基本一致，即闊雜林和松櫟混交林指標(biāo)值最高且差異不顯著（P＞0.05），但是均顯著高于櫟類純林和油松純林（P＜0.05），而櫟類純林指標(biāo)值顯著高于油松純林（P＜0.05）。這說(shuō)明闊雜林和松櫟混交林林下根系發(fā)育狀況相似，而櫟類純林和油松純林狀況相似。根系平均直徑在4個(gè)林分類型之間的大小關(guān)系為：油松純林＞櫟類純林＞松櫟混交林＞闊雜林（見(jiàn)圖3）。

2.3 近自然狀態(tài)特征分析和近自然經(jīng)營(yíng)措施

2.3.1 PCoA坐標(biāo)分析

對(duì)16塊樣地17項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)值計(jì)算其Bray-Curtis距離矩陣，然后進(jìn)行PCoA坐標(biāo)分析來(lái)揭示不同林分類型之間的相似程度與差別程度，結(jié)果見(jiàn)圖4。由圖4可知，第1和第2排序軸解釋的方差占總方差94.79%，其中第1排序軸方差解釋比例為78.82%，第2排序軸方差解釋比例為15.97%，能夠解釋大部分信息，這也說(shuō)明指標(biāo)選取是科學(xué)合理的。從排序圖可以看出，16塊樣地沿排序軸有序的排列，從上到下，左到右分別聚集排列著油松純林、櫟類純林、闊雜林和松櫟混交林4種林分類型的樣地，而林分類型之間的中心距離差異明顯。林分類型之間的相異性和相似性可以解釋近自然狀態(tài)相似程度的大小。從排序圖可以清晰的看出，松櫟混交林與闊雜林較接近，而闊雜林與櫟類純林較接近，櫟類純林與油松純林較接近。

2.3.2 近自然狀態(tài)特征分析評(píng)價(jià)和近自然經(jīng)營(yíng)措施

綜合基于近自然狀態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)的PCoA坐標(biāo)排序圖，4個(gè)林分類型近自然狀態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)趨勢(shì)圖，近自然森林經(jīng)營(yíng)的內(nèi)涵、目標(biāo)及其功能和相關(guān)研究成果[16]，對(duì)4個(gè)林分類型從林木競(jìng)爭(zhēng)、林分結(jié)構(gòu)、林分生長(zhǎng)、林下更新能力和地表根系發(fā)育等方面對(duì)林分近自然狀態(tài)特征進(jìn)行分析評(píng)價(jià)（見(jiàn)表4）。研究區(qū)油松純林、闊雜林、松櫟混交林和櫟類純林4個(gè)30年生的中齡林分近自然狀態(tài)分別為人工、天然、近天然和半天然。

要想實(shí)現(xiàn)近自然經(jīng)營(yíng)目標(biāo)，采用目標(biāo)樹(shù)作業(yè)技術(shù)體系對(duì)林分進(jìn)行經(jīng)營(yíng)改造是一個(gè)有效途徑，最終可以逐步營(yíng)造出近自然的林分。油松純林作為研究區(qū)典型的人工林，其生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值不高，在實(shí)踐中必須加以改造，如逐步引入闊葉樹(shù)或皆伐改造等。櫟類純林為研究區(qū)主要的林分類型，其林分密度大，物種多樣性低，生長(zhǎng)發(fā)育較慢，林下更新種類單一，但更新苗數(shù)量較大，具備一定自然更新能力。對(duì)櫟類純林的近自然化經(jīng)營(yíng)必須重視高質(zhì)量實(shí)生更新苗的培育和保護(hù)，使其盡早進(jìn)入主林層，才能夠逐步替代以萌生和低質(zhì)實(shí)生苗為主要更新種的林分。松櫟混交林在研究區(qū)是一種較為理想的近自然林分類型，經(jīng)過(guò)30 a發(fā)育，自然稀疏造就了合理的林分密度，物種多樣性維持機(jī)制基本建立，天然更新能力較強(qiáng)，林地生產(chǎn)力較高，對(duì)于這種林分，應(yīng)盡量減少不必要的森林經(jīng)營(yíng)，可以有目的的引入一些珍稀優(yōu)質(zhì)的樹(shù)種作為更新種，同時(shí)注重大徑級(jí)林木的培育。闊雜林往往是以鄉(xiāng)土闊葉樹(shù)種為主，林分密度、種間關(guān)系、物種多樣性和林下更新維持均處于一個(gè)較好的狀態(tài)，其生態(tài)功能發(fā)揮較穩(wěn)定，但是高價(jià)值的木材產(chǎn)出往往水平不高，對(duì)闊雜林要有目的的引入珍稀的樹(shù)種，提升林地產(chǎn)出。

圖3 林分地表根系結(jié)構(gòu)特征評(píng)價(jià)指標(biāo)變化趨勢(shì)Fig.3 Trend plots of the evaluation index values of surface root structural characteristics

圖4 不同林分類型PCoA坐標(biāo)排序Fig.4 Principal coordinates analysis (PCoA) of different types of stands

3 結(jié)論與討論

（1）近自然狀態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建，必須建立在對(duì)近自然森林經(jīng)營(yíng)理論及其內(nèi)涵準(zhǔn)確把握的基礎(chǔ)上。近自然森林經(jīng)營(yíng)是相對(duì)于傳統(tǒng)不可持續(xù)的森林經(jīng)營(yíng)模式而言，如皆伐、營(yíng)造人工純林等，該模式往往會(huì)造成林地退化、易于遭受自然災(zāi)害等現(xiàn)象的發(fā)生，而近自然森林經(jīng)營(yíng)的目標(biāo)并不是回歸到天然的森林類型，而是在利用自然動(dòng)力，通過(guò)盡可能少的人為干擾，使林分建立、森林撫育和森林采伐的方式同“潛在的自然植被”的關(guān)系相接近[17]。近自然理論的關(guān)鍵在于充分利用森林發(fā)育的自然驅(qū)動(dòng)力，將自然、生態(tài)融入到森林經(jīng)營(yíng)中。那么判斷一個(gè)特定現(xiàn)實(shí)林分是否符合潛在的自然植被，即近自然林標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于經(jīng)營(yíng)措施的制定具有重要意義。因此，近自然不是基于過(guò)去所謂自然的林分，而是基于對(duì)林分朝向自然狀態(tài)發(fā)展的動(dòng)態(tài)考慮。前人關(guān)于近自然狀態(tài)評(píng)價(jià)基本都采用“近自然度”來(lái)評(píng)價(jià)，在評(píng)價(jià)因子的選擇上，不同學(xué)者有著不同的側(cè)重，臧顥[18]選取建立了林層指數(shù)、自然構(gòu)成指數(shù)和干擾指數(shù)指標(biāo)計(jì)量模型進(jìn)行近自然度評(píng)價(jià)；Brumelis G等[19]從森林結(jié)構(gòu)、森林物種多樣性和干擾程度3個(gè)方面對(duì)北歐的森林自然度進(jìn)行了研究；Burton P J等[20]從森林生長(zhǎng)、生態(tài)系統(tǒng)和氣候干擾等方面進(jìn)行了分析。蔡品迪[21]通過(guò)層次分析法從群落組成結(jié)構(gòu)、群落演替和土壤理化質(zhì)量3個(gè)方面篩選評(píng)價(jià)指標(biāo)構(gòu)建評(píng)價(jià)體系。

表4 林分近自然狀態(tài)特征分析Table 4 Analysis of the state characteristics of close-tonature of different types of stands

本研究選取了分別描述林分上層結(jié)構(gòu)特征（林分密度、喬木Shannon-Wiener指數(shù)、林分平均胸徑、林分平均樹(shù)高、優(yōu)勢(shì)種重要值、林分活立木蓄積量）、林分下層結(jié)構(gòu)特征（更新豐富度、腐殖質(zhì)生物量、更新密度）和林分地表層結(jié)構(gòu)特征（根生物量、根長(zhǎng)密度、根表面積密度、根體積密度、根平均直徑）的17項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)，從森林的結(jié)構(gòu)與功能的角度構(gòu)建了林分近自然狀態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，除關(guān)注林分上層結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)外，尤其是關(guān)注林分自然驅(qū)動(dòng)力，重點(diǎn)引入林下更新和林下細(xì)根發(fā)育，主要原因在于植被下層植物群落包含了大部分物種多樣性信息，是生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，可以提供許多能夠影響并受到森林經(jīng)營(yíng)管理活動(dòng)影響的生態(tài)系統(tǒng)功能特征，是決定林分發(fā)展方向和評(píng)價(jià)是否接近自然狀態(tài)的重要部分。

（2）采用一套科學(xué)合理的分析方法，將林分之間的狀態(tài)差異很好的表現(xiàn)出來(lái)，是近自然狀態(tài)分析評(píng)價(jià)的關(guān)鍵。目前，關(guān)于近自然度評(píng)價(jià)主要有“自然參照”和“特征值評(píng)估”兩種理論，“自然參照”的選擇往往較為困難，對(duì)于“特征值評(píng)估”理論的研究較為廣泛。對(duì)特征值評(píng)估理論的實(shí)踐應(yīng)用上，評(píng)價(jià)方法基本分為兩類，一類是定量為主方法，但該方法往往以線性為主，如Merganic J等[22]用客觀的分級(jí)模式建立模型預(yù)測(cè)判別分析評(píng)價(jià)森林的自然性；Winter S等[23]研究了森林自然度評(píng)估的相對(duì)定量參考方法，提出了相對(duì)自然度評(píng)估方法（RANA）進(jìn)行自然度評(píng)價(jià)。一類是基于定性和定量相結(jié)合，如郭廷棟等[24]對(duì)延安市城郊側(cè)柏純林及混交林參照“特征值評(píng)估”法，采用層次分析建立判斷矩陣方法進(jìn)行了近自然度評(píng)價(jià)；劉憲釗等[25]綜合考慮時(shí)間尺度、空間分布格局和干擾程度，定性和定量結(jié)合，提出適用于生態(tài)學(xué)和經(jīng)營(yíng)學(xué)的森林自然度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和方法。

本研究應(yīng)用的PcoA坐標(biāo)分析法是在對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、置換檢驗(yàn)后，篩選出差異顯著的指標(biāo)，然后計(jì)算樣地之間的Bray-Curtis距離矩陣，Bray-Curtis距離是基于非線性的，是反映兩個(gè)群落差異性方面最常用的指標(biāo)，近年來(lái)已廣泛用于林學(xué)和生態(tài)學(xué)研究中[26]。在Bray-Curtis距離矩陣基礎(chǔ)上，對(duì)林分類型之間的差異性進(jìn)行坐標(biāo)軸排序和可視化。通過(guò)PCoA坐標(biāo)分析，研究區(qū)的4種林分類型之間有明顯的差別，距離相近的林分狀態(tài)相似，本研究排序結(jié)果與現(xiàn)實(shí)狀況基本是一致的，也佐證了本研究所建立的指標(biāo)體系和所采用的分析方法是可行的。

（3）森林經(jīng)營(yíng)可以引導(dǎo)由于人類干擾、自然災(zāi)害和其他因素造成的森林破壞恢復(fù)到生態(tài)系統(tǒng)功能發(fā)揮完整的狀態(tài)。由于林分以人工造林為主，且人為活動(dòng)頻繁，豫西山區(qū)的大部分林分生態(tài)功能發(fā)揮受限，但是，不同林分對(duì)外來(lái)干擾的適應(yīng)力和恢復(fù)力是不一樣的，結(jié)構(gòu)狀態(tài)良好的林分其功能發(fā)揮更好，恢復(fù)到正常功能的時(shí)間也較短。本研究結(jié)果將研究區(qū)油松純林、闊雜林、松櫟混交林和櫟類純林4個(gè)30年生的中齡林分近自然狀態(tài)分別劃分為人工、天然、近天然和半天然。上述分析結(jié)果與彭舜磊等[28-29]對(duì)秦嶺主要林分類型近自然度評(píng)價(jià)結(jié)果基本是一致的。在森林經(jīng)營(yíng)實(shí)踐中，必須根據(jù)不同的林分近自然狀態(tài)，采取相應(yīng)的經(jīng)營(yíng)措施，才能夠取得較好的經(jīng)營(yíng)效果。鑒于林分生長(zhǎng)的復(fù)雜性，本研究雖然盡可能選取生長(zhǎng)環(huán)境基本一致的林分進(jìn)行比較，但是仍會(huì)存在許多不確定性，需要建立長(zhǎng)期定位的觀測(cè)和更多的樣地才可能很好解決，同時(shí)，在評(píng)價(jià)指標(biāo)選取上，應(yīng)該引入諸如表征水土保持、環(huán)境影響和生理生態(tài)等評(píng)價(jià)指標(biāo)，這需要在以后的研究中加以考慮。

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Evaluation of the stages of close-to-nature of typical stands in mountainous area of western Henan province

YAN Dongfeng, NIU Menghe, WU Guizang, ZHANG Zhen, YANG Xitian
(College of Forestry, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, Henan, China)

In its origins around the world, forestry was an entity focused on producing wood products such as fuel wood or timber.Silvicultural practices were developed to manage the forest in ways that were sustainable, although primarily focused on sustainability of wood production. Close to nature forestry is a theory and practice that takes the forest as an ecosystem and manages it as such. It is based on reduced human intervention that should be directed to accelerate the processes that nature would do by itself more slowly.Close to nature forest management method was known as an appropriate way to gain this approach. However suitable evaluation on particular stand should be done prior to carry our close-to-nature forest management practice. In this present study, A survey of sixteen plots representing four types of stands (Oak pure stand Broadleaf mixed stand, pine and Oak mixed stand, Pinus pure stand) was conducted in mountainous area of western Henan province. The dissimilarities and stages of close to nature between different stand types were evaluated based on the evaluation index system and Principal Coordinates Analysis (PCoA) method. The overstory structure characteristics, the understory structure characteristics and the surface root structure characteristics were introduced to establish the evaluation index system on the stage of close to nature. Results indicated that most of the dissimilar information between different stand types were measured based on the evaluation index system, so it is reasonable to use the evaluation index system to assess the stage of close to nature. The two main axis accounted for 94.79% of the total variance in the original data set. The observed changes in stand structure were constant for Bray-Curtis distance matrices. Pine and Oak mixed stand plots were more similar to broadleaf stand plots than other stand types, broadleaf stand plots were more similar to Oak pure stand plots than other stand types, and Oak pure stand plots were similar than other stand types. The stages of close to nature of Oak pure stand, Broadleaf mixed stand, pine and Oak mixed stand, Pinus pure stand were classed and named as arti fi cial, nature, close to nature, and semi nature respectively. The condition of tree competition, stand structure, stand growth, regeneration ability and surface root growth were described, the measures were introduced based on theory of close to nature to different stand types. The simplicity and ef fi ciency of the evaluation of stages of close to nature on particular stand make it a useful tool for multiparty monitoring.

stand types; PCoA coordinate analysis; close to nature forest management; evaluation index system; mountainous area in western Henan province

10.14067/j.cnki.1673-923x.2017.12.002

http: //qks.csuft.edu.cn

S762

A

1673-923X(2017)12-0007-08

2016-10-18

國(guó)家自然科學(xué)基金(31170580)；河南省科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目(172102110232)；河南省高等學(xué)校重點(diǎn)科研項(xiàng)目(17B220001)；河南省高等學(xué)校青年骨干教師資助計(jì)劃（2014GGJS-036）

閆東鋒，副教授，博士；E-mail：yandongfeng2002@126.com

閆東鋒，牛夢(mèng)鶴，吳桂藏，等 . 豫西山區(qū)典型林分近自然狀態(tài)特征分析[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2017, 37(12): 7-14.

[本文編校：文鳳鳴]