結(jié)構(gòu)化經(jīng)營(yíng)對(duì)櫟松混交林林分空間結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性的影響*

萬 盼 劉文楨 劉瑞紅 王 鵬 王宏翔 惠剛盈

(1.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)研究所 國(guó)家林業(yè)和草原局林木培育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100091；2.甘肅省小隴山林業(yè)實(shí)驗(yàn)局林業(yè)科學(xué)研究所 天水 741022)

長(zhǎng)期的過度采伐與不合理經(jīng)營(yíng)，導(dǎo)致天然林資源大幅度銳減、森林生態(tài)功能退化，亟需采取有效的經(jīng)營(yíng)措施提高天然林恢復(fù)速度和質(zhì)量，維持其生態(tài)系統(tǒng)多樣性和穩(wěn)定性，以實(shí)現(xiàn)森林可持續(xù)發(fā)展(劉世榮等，2015)。目前，恒續(xù)林經(jīng)營(yíng)(Gayer，1882；M?ller，1992)、目標(biāo)樹經(jīng)營(yíng)(Abetz，1974)、檢查法擇伐經(jīng)營(yíng)(Gurnaud，1886；Biolley，1890)、“栽針保闊”動(dòng)態(tài)經(jīng)營(yíng)體系、“次生林綜合培育”技術(shù)體系等(陳大珂等，1994；袁士云，2010)在國(guó)內(nèi)外普遍實(shí)施，不同的經(jīng)營(yíng)措施通過對(duì)森林進(jìn)行改造、轉(zhuǎn)化、重建和利用，能夠影響林分樹種組成、林分密度、林木大小分布等，進(jìn)而引起森林結(jié)構(gòu)變化(Zhangetal.，2014；惠剛盈等，2009；趙中華，2009)。森林結(jié)構(gòu)包括空間結(jié)構(gòu)和非空間結(jié)構(gòu)，其中空間結(jié)構(gòu)更具重要意義，它決定了林分的發(fā)展方向(Pommereming，2006；Lietal.，2012)。角尺度、混交度、大小比數(shù)是量化和描述森林空間結(jié)構(gòu)的參數(shù)，以其來指導(dǎo)森林結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)和優(yōu)化具有一定可行性，因此，結(jié)構(gòu)化森林經(jīng)營(yíng)被提出(惠剛盈等，2007)，它是以未經(jīng)人為干擾或經(jīng)過輕微干擾但已得到恢復(fù)的天然林的空間結(jié)構(gòu)為模式，堅(jiān)持以樹為本的經(jīng)營(yíng)理念，師法自然，以優(yōu)化林分空間結(jié)構(gòu)為手段，注重改善林分空間結(jié)構(gòu)狀況，按照森林的自然生長(zhǎng)和演替過程安排經(jīng)營(yíng)措施的森林經(jīng)營(yíng)技術(shù)。

空間結(jié)構(gòu)參數(shù)也可作為評(píng)價(jià)經(jīng)營(yíng)措施效果的有效指標(biāo)(白超，2016)?？臻g結(jié)構(gòu)決定了林木之間的競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)和空間生態(tài)位，反映了林分健康狀況、生長(zhǎng)潛力和穩(wěn)定性(Pretzsch，1991)，優(yōu)越的空間結(jié)構(gòu)能夠驅(qū)使林分向更理想的狀態(tài)發(fā)展。通過分析空間結(jié)構(gòu)參數(shù)的一元分布，可以了解林分整體的空間信息狀況(Huietal.，2014)；空間結(jié)構(gòu)參數(shù)的二元分布表示3個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)兩兩之間的聯(lián)合頻率分布，揭示3個(gè)參數(shù)的內(nèi)在結(jié)構(gòu)關(guān)系，能夠提供林分更加豐富和具體的微觀空間結(jié)構(gòu)信息(李遠(yuǎn)發(fā)，2013)。

穩(wěn)定性表示森林生態(tài)系統(tǒng)抵抗外界環(huán)境干擾及干擾后恢復(fù)初始狀態(tài)的綜合能力(馬姜明等，2004)，是保證森林群落能夠長(zhǎng)期存在并發(fā)揮重要作用的必要條件(Foxetal.，2017)。由于森林穩(wěn)定性是生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的一個(gè)綜合特征，對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)應(yīng)是多指標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)(王國(guó)宏，2002)，再加上評(píng)價(jià)的森林類型和功能不同，所以出現(xiàn)了不同的穩(wěn)定性綜合評(píng)價(jià)方法，如M.Godron 穩(wěn)定性測(cè)定法(Godron，1972)、演替與比較相結(jié)合法(張明霞等，2015)、主成分分析法(閆東鋒等，2006)、回歸分析法(曾誠(chéng)等，2016)和隸屬函數(shù)值法(Yuetal.，2015)等，并沒有統(tǒng)一的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。林分狀態(tài)包括森林結(jié)構(gòu)和活力，用于表征林分的自然屬性，林分狀態(tài)優(yōu)劣在一定程度上可反映林分健康質(zhì)量。天然混交林最優(yōu)林分狀態(tài)的π值法則，即單位圓分析法是一種全新的林分狀態(tài)合理性評(píng)價(jià)方法，其依據(jù)多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)原則，對(duì)森林結(jié)構(gòu)和活力的多個(gè)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果能夠真實(shí)反映林分狀態(tài)的實(shí)際情況(惠剛盈等，2016)?？梢姡敉ㄟ^最優(yōu)林分狀態(tài)的π值法則分析林分狀態(tài)來判別林分穩(wěn)定性，將是一種新的有效評(píng)價(jià)途徑。

櫟類混交林是我國(guó)重要的森林類型之一，具有涵養(yǎng)水源、保持水土、改善土壤肥力、抗逆性和防火等生態(tài)功能(劉文楨，2015)。本研究以甘肅小隴山自然保護(hù)區(qū)百花林場(chǎng)大干子溝天然櫟松混交林為研究對(duì)象，采用空間結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)比分析結(jié)構(gòu)化經(jīng)營(yíng)樣地和未經(jīng)營(yíng)樣地林分空間結(jié)構(gòu)特征變化，探討結(jié)構(gòu)化經(jīng)營(yíng)對(duì)櫟松混交林林分空間結(jié)構(gòu)的影響，并通過最優(yōu)林分狀態(tài)的π值法則評(píng)價(jià)二者林分狀態(tài)的合理性，作為林分穩(wěn)定性的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，以期為結(jié)構(gòu)化經(jīng)營(yíng)技術(shù)在櫟類混交林經(jīng)營(yíng)中的實(shí)施和評(píng)價(jià)提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)設(shè)在甘肅天水小隴山自然保護(hù)區(qū)百花林場(chǎng)大干子溝。小隴山自然保護(hù)區(qū)位于甘肅省東南部，秦嶺西段，地處我國(guó)華中、華北、喜馬拉雅、蒙新四大自然植被區(qū)系的交匯處，地理坐標(biāo)為33°31′—34°41′N、104°23′—106°43′E，海拔700～2 500 m。該區(qū)處在暖溫帶向北亞熱帶過渡地帶，兼有我國(guó)南北氣候特點(diǎn)，大多數(shù)地域?qū)倥瘻貪駶?rùn)-中溫半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫7～12 ℃，極端最高氣溫39.2 ℃，極端最低氣溫-23.2 ℃，年降水量600～900 mm，主要集中于7、8、9月，年蒸發(fā)量989～1 658 mm，相對(duì)濕度68%～78%，年日照時(shí)長(zhǎng)1 520～2 313 h，無霜期130～220天。區(qū)內(nèi)秦嶺以北的地帶性土壤為灰褐土，以南為黃褐土，垂直分布比較明顯(侯浩等，2016)。植被主要是以銳齒櫟(Quercusalienavar.acuteserrata)為主的高度自然化櫟松混交林，有遼東櫟(Quercusliaotungensis)、華山松(Pinusarmandii)和山核桃(Caryacathayensis)等30多個(gè)樹種。

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置與調(diào)查

2012年，在小隴山自然保護(hù)區(qū)百花林場(chǎng)大干子溝設(shè)置1塊50 m×50 m、2塊30 m×30 m固定樣地，實(shí)施結(jié)構(gòu)化經(jīng)營(yíng)，分別記為樣地1、3和5；同時(shí)設(shè)置3塊20 m×20 m固定樣地，不實(shí)施經(jīng)營(yíng)措施，作為對(duì)照，分別記為樣地2、4和6。利用全站儀(TOPCON-GIS-602AF)對(duì)每塊樣地內(nèi)胸徑大于5 cm的每株林木進(jìn)行定位，調(diào)查樹種名稱、胸徑、冠幅、樹高和坐標(biāo)信息，并掛牌標(biāo)記。樣地基本概況見表1。

表1 樣地基本概況

2012年，對(duì)樣地1、3和5中的林分實(shí)施結(jié)構(gòu)化經(jīng)營(yíng)，具體設(shè)計(jì)為：1)保留林分中的珍貴樹種、稀有種和瀕危樹種，對(duì)頂極樹種華山松和油松(Pinustabulaeformis)的所有個(gè)體(包括DBH≥5 cm的更新幼樹)，銳齒櫟中、大徑木以及珍貴、瀕危樹種進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)調(diào)節(jié)；2)優(yōu)先采伐干形不良、病蟲危害、樹干(根頸)腐朽、叢生的林木，以保持林分健康；優(yōu)先伐除對(duì)保留木不利的競(jìng)爭(zhēng)樹，至少使保留木兩側(cè)不受遮蓋或擠壓，并促進(jìn)林分異齡化；優(yōu)先采伐分布在保留木一側(cè)且與保留木樹種相同的林木，以減少聚集性，增加混交；優(yōu)先伐除達(dá)到目標(biāo)直徑(DBH≥45 cm)的櫟類林木個(gè)體，但2倍樹高范圍內(nèi)不允許連續(xù)采伐，以增加林分木材生產(chǎn)、促進(jìn)林分價(jià)值生長(zhǎng)，并為天然更新創(chuàng)造條件；采伐蓄積強(qiáng)度不允許超過20%。對(duì)樣地2、4和6中的林分不實(shí)施任何經(jīng)營(yíng)措施。

2017年對(duì)所有樣地進(jìn)行復(fù)測(cè)，調(diào)查所有保留木的胸徑、樹高、冠幅等因子5年后的變化，利用這些特征值計(jì)算空間結(jié)構(gòu)參數(shù)，分析結(jié)構(gòu)化經(jīng)營(yíng)對(duì)櫟松混交林林分空間結(jié)構(gòu)的影響，并通過最優(yōu)林分狀態(tài)的π值法則對(duì)其林分狀態(tài)合理性進(jìn)行分析，用以表示林分穩(wěn)定性。

2.2 林分空間結(jié)構(gòu)指標(biāo)分析

采用角尺度(W)、混交度(M)和大小比數(shù)(U)描述林分空間結(jié)構(gòu)，參數(shù)定義和表達(dá)方式見惠剛盈等(2003)。統(tǒng)計(jì)每個(gè)指標(biāo)上林木株樹的相對(duì)頻率，得出其分布頻率，即空間結(jié)構(gòu)參數(shù)的一元分布。將3個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)兩兩聯(lián)合后形成混交度(M)-大小比數(shù)(U)、混交度(M)-角尺度(W)和大小比數(shù)(U)-角尺度(W)3種組合，以組合的林木株數(shù)相對(duì)頻率為縱坐標(biāo)、以不同取值組合為橫坐標(biāo)，即得到空間結(jié)構(gòu)參數(shù)的二元分布(李遠(yuǎn)發(fā)，2013)。

2.3 林分穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法

以林分狀態(tài)優(yōu)劣作為林分穩(wěn)定性的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，選擇櫟松混交林林分的9個(gè)狀態(tài)指標(biāo)(林分垂直結(jié)構(gòu)、林分水平結(jié)構(gòu)、年齡結(jié)構(gòu)、樹種多樣性、樹種組成、林分密度、林分長(zhǎng)勢(shì)、頂級(jí)種競(jìng)爭(zhēng)、林木健康)作為構(gòu)建穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的參數(shù)，通過最優(yōu)林分狀態(tài)的π值法則對(duì)林分狀態(tài)合理性進(jìn)行分析(惠剛盈等，2016)。計(jì)算各個(gè)指標(biāo)，并對(duì)其進(jìn)行賦值、標(biāo)準(zhǔn)化和正向處理，使其變成[0，1]之間無量綱數(shù)值。各個(gè)指標(biāo)的計(jì)算方法和賦值標(biāo)準(zhǔn)見惠剛盈等(2016)。

利用單位圓分析法綜合評(píng)價(jià)林分狀態(tài)，具體如下(惠剛盈等，2016)：1)畫一個(gè)半徑為1的圓，將圓的360°分為9個(gè)扇形區(qū)，分別代表9個(gè)林分狀態(tài)指標(biāo)；2)從9個(gè)扇形區(qū)的圓心開始以放射線形式分別畫出相應(yīng)的指標(biāo)線，并標(biāo)明指標(biāo)名稱；3)將現(xiàn)實(shí)林分的相應(yīng)指標(biāo)值用點(diǎn)標(biāo)記在放射線上，依次連接相鄰點(diǎn)，構(gòu)成閉合曲線，即代表現(xiàn)實(shí)林分狀態(tài)。當(dāng)所有指標(biāo)都為1時(shí)，構(gòu)成面積最大為π，可認(rèn)為是最優(yōu)林分狀態(tài)。采用現(xiàn)實(shí)林分狀態(tài)值與最優(yōu)林分狀態(tài)值的比值來衡量現(xiàn)實(shí)林分狀態(tài)合理程度，其公式為：

(1)

(2)

式中：s2i=L1L2sinθ/2；ω為現(xiàn)實(shí)林分狀態(tài)值；s1為閉合圖形中扇形面積和；s2為閉合圖形中三角形面積和；n為指標(biāo)個(gè)數(shù)(n≥2)；m為指標(biāo)等于1的個(gè)數(shù)；L1、L2分別為三角形部分的相鄰指標(biāo)值；θ為相鄰指標(biāo)構(gòu)成的夾角。

ω在[0，1]之間，當(dāng)ω≥0.70，表示狀態(tài)極佳；當(dāng)ω在[0.55,0.70)之間，表示狀態(tài)良好；當(dāng)ω在[0.40，0.55)之間，表示狀態(tài)一般；當(dāng)ω在[0.25，0.40)之間，表示狀態(tài)較差；當(dāng)ω≤0.25，表示狀態(tài)極差。

2.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用Winkelmass軟件處理數(shù)據(jù)，為避免邊緣效應(yīng)，設(shè)置5 m緩沖區(qū)，計(jì)算每塊樣地林分結(jié)構(gòu)參數(shù)。將3塊經(jīng)營(yíng)樣地和3塊未經(jīng)營(yíng)樣地的結(jié)構(gòu)參數(shù)數(shù)據(jù)分別合并在一起，通過Excel 2013軟件作圖，分析經(jīng)營(yíng)和未經(jīng)營(yíng)櫟松混交林林分空間結(jié)構(gòu)的一元和二元分布；再利用林分狀態(tài)單位圓分析法計(jì)算得出樣地林分狀態(tài)值，并通過Cowldraw軟件作圖。

3 結(jié)果與分析

3.1 空間結(jié)構(gòu)參數(shù)一元分布

圖1 經(jīng)營(yíng)樣地和未經(jīng)營(yíng)樣地林分的角尺度(W)和混交度(M)

經(jīng)營(yíng)樣地林分經(jīng)營(yíng)前平均角尺度為0.514，在[0.475，0.517]之間，處于隨機(jī)分布到團(tuán)狀分布過渡段；未經(jīng)營(yíng)樣地林分平均角尺度為0.539，屬于團(tuán)狀分布(圖1)?？梢?，2種林分均不屬于合理的林分分布狀態(tài)。實(shí)施結(jié)構(gòu)化經(jīng)營(yíng)5年后林分平均角尺度為0.480，在[0.475，0.517]之間，屬于隨機(jī)分布；未經(jīng)營(yíng)樣地林分自然生長(zhǎng)5年后平均角尺度為0.532，仍屬于團(tuán)狀分布(圖1)。

經(jīng)營(yíng)和未經(jīng)營(yíng)樣地林分經(jīng)營(yíng)前平均混交度分別為0.699和0.629，處于中度混交到強(qiáng)度混交之間(圖1)。林分經(jīng)營(yíng)5年后平均混交度為0.772，處于強(qiáng)度混交到極度混交之間，混交度較經(jīng)營(yíng)前增加10.4%；而未經(jīng)營(yíng)樣地林分自然生長(zhǎng)5年后平均混交度為0.664，仍處于中度混交到強(qiáng)度混交之間，較之前僅增加5.5%(圖1)。

3.2 空間結(jié)構(gòu)參數(shù)二元分布

3.2.1 大小比數(shù)(U)-角尺度(W) 從大小比數(shù)和角尺度的二元分布(圖2A、B)可以看出，在經(jīng)營(yíng)樣地中，經(jīng)營(yíng)前與經(jīng)營(yíng)5年后的林分具有相似規(guī)律，隨著角尺度等級(jí)增加(W=0～1.00)，每行大小比數(shù)對(duì)應(yīng)的頻率均先增加，達(dá)到最大值后再依次減小，即處于隨機(jī)分布(W=0.5)軸上的頻率占絕對(duì)多數(shù)，所占比例分別為57.11%和55.81%；同時(shí)，中庸到優(yōu)勢(shì)(U=0～0.5)且處于隨機(jī)分布(W=0.5)的林木比例分別為34.18%和32.01%?？梢?，結(jié)構(gòu)化經(jīng)營(yíng)5年后的林分中處于隨機(jī)分布軸上的頻率較經(jīng)營(yíng)前降低2.32%、中庸到優(yōu)勢(shì)且處于隨機(jī)分布的林木比例較經(jīng)營(yíng)前降低6.79%。

如圖2C、D所示，在未經(jīng)營(yíng)樣地中，隨著角尺度等級(jí)增加(W=0～1.00)，每行大小比數(shù)對(duì)應(yīng)的頻率均先增加，達(dá)到最大值后再依次減小，即處于隨機(jī)分布(W=0.5)軸上的頻率占絕對(duì)多數(shù)，所占比例為54.65%；同時(shí)，中庸到優(yōu)勢(shì)(U=0～0.5)且處于隨機(jī)分布(W=0.5)的林木比例為38.28%。自然生長(zhǎng)5年后的林分，與5年前表現(xiàn)出相似的變化規(guī)律，即處于隨機(jī)分布(W=0.5)軸上的頻率占絕對(duì)多數(shù)，所占比例為52.94%；同時(shí)中庸到優(yōu)勢(shì)(U=0～0.5)且處于隨機(jī)分布(W=0.5)的林木比例為35.41%?？梢?，未經(jīng)營(yíng)林分5年后處于隨機(jī)分布軸上的頻率較經(jīng)營(yíng)前降低3.23%、中庸到優(yōu)勢(shì)且處于隨機(jī)分布的林木比例較5年前降低8.10%。

3.2.2 混交度(M)-角尺度(W) 如圖3A、B所示，在經(jīng)營(yíng)樣地中，經(jīng)營(yíng)前與經(jīng)營(yíng)5年后林分的混交度(M)-角尺度(W)二元分布相似，最高頻率出現(xiàn)在組合(M=1.00，W=0.50)，每列角尺度上的頻率均隨混交度等級(jí)降低(M=1.00～0)而減少；隨著角尺度等級(jí)增加(W=0～1.00)，每行混交度對(duì)應(yīng)的頻率先增大后減小，并在隨機(jī)分布軸時(shí)最大；同時(shí)，處于高度混交(M=1.00)且為隨機(jī)分布(W=0.50)的林木比例在經(jīng)營(yíng)前和經(jīng)營(yíng)5年后的林分中分別為21.82%和26.54%，相比增加21.63%。

圖2 經(jīng)營(yíng)樣地和未經(jīng)營(yíng)樣地林分大小比數(shù)(U)-角尺度(W)二元分布

如圖3C、D所示，在未經(jīng)營(yíng)樣地中，最高頻率同樣出現(xiàn)在組合(M=1.00，W=0.50)。隨著角尺度等級(jí)增加(W=0～1.00)，(M=0.50和0除外)每行混交度對(duì)應(yīng)的頻率先增大后減小，并在隨機(jī)分布軸時(shí)最大；同時(shí)，處于高度混交(M=1.00)且為隨機(jī)分布(W=0.50)的林木比例在5年前后的林分中分別為17.26%和17.91%，相比僅增加3.75%。

圖3 經(jīng)營(yíng)樣地和未經(jīng)營(yíng)樣地林分混交度(M)-角尺度(W)二元分布

3.2.3 混交度(M)-大小比數(shù)(U) 從混交度(M)-大小比數(shù)(U)的二元分布(圖4A、B)可以看出，在經(jīng)營(yíng)樣地中，經(jīng)營(yíng)前與經(jīng)營(yíng)5年后的林分具有相似規(guī)律，即在同一大小比數(shù)等級(jí)上，頻率隨著混交度等級(jí)減小逐漸減少；在同一混交度等級(jí)上，頻率隨著大小比數(shù)變化無明顯規(guī)律。處于高度混交(M=0.75和1.00)且為中庸到優(yōu)勢(shì)(U=0～0.25)的林木比例在經(jīng)營(yíng)前和經(jīng)營(yíng)5年后的林分中分別為41.38%和47.11%，相比增加13.84%。

如圖4C、D所示，在未經(jīng)營(yíng)樣地中，整體來看，同一大小比數(shù)等級(jí)上，混交度低的林木比例較小、混交度高的林木比例較高。處于高度混交(M=0.75和1.00)且為中庸木到優(yōu)勢(shì)(U=0～0.50)的林木比例在5年前后的林分中分別為40.20%和41.35%，相比僅增加3.35%。

3.3 林分穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

如表2所示，在經(jīng)營(yíng)樣地中，林分擁擠度、樹種多樣性、林分優(yōu)勢(shì)度、樹種優(yōu)勢(shì)度和林木健康比例經(jīng)營(yíng)5年后較經(jīng)營(yíng)前均增加，林分水平結(jié)構(gòu)經(jīng)營(yíng)5年后較經(jīng)營(yíng)前更合理。綜合分析(圖5)表明，經(jīng)營(yíng)樣地中，經(jīng)營(yíng)前林分ω1為0.399，處在[0.25，0.40)之間，表明林分狀態(tài)較差，而經(jīng)營(yíng)5年后林分ω2為0.507，處在[0.40，0.55]之間，表明林分狀態(tài)為中等。

在未經(jīng)營(yíng)樣地中，林分擁擠度、林分優(yōu)勢(shì)度和樹種優(yōu)勢(shì)度自然生長(zhǎng)5年后均有所降低；林木健康比例自然生長(zhǎng)5年后有所增加，但不屬于理想比例；林分水平結(jié)構(gòu)自然生長(zhǎng)5年后仍屬于不合理分布格局(表2)。綜合分析(圖5)表明，未經(jīng)營(yíng)樣地中，5年前林分ω3為0.287，處在[0.25，0.40)之間，表明林分狀態(tài)較差，而自然生長(zhǎng)5年后林分ω4為0.325，處在[0.25，0.40]之間，表明林分狀態(tài)仍較差。

圖4 經(jīng)營(yíng)樣地和未經(jīng)營(yíng)樣地林分混交度(M)-大小比數(shù)(U)二元分布

表2 經(jīng)營(yíng)樣地和未經(jīng)營(yíng)樣地櫟松混交林林分狀態(tài)特征

圖5 櫟松混交林林分狀態(tài)單位圓

4 討論

結(jié)構(gòu)化經(jīng)營(yíng)是解決天然林經(jīng)營(yíng)問題適用頻率最高的集成技術(shù)，其經(jīng)營(yíng)理念是以原始林為模板，先通過結(jié)構(gòu)參數(shù)分析原始林空間結(jié)構(gòu)特征，再根據(jù)“模板特征”對(duì)待經(jīng)營(yíng)天然林向原始林方向進(jìn)行調(diào)整(惠剛盈等，2007)。本研究對(duì)實(shí)施結(jié)構(gòu)化經(jīng)營(yíng)和未實(shí)施任何經(jīng)營(yíng)措施的林分空間結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行分析，對(duì)比2種處理下林分空間結(jié)構(gòu)參數(shù)一元分布發(fā)現(xiàn)，實(shí)施結(jié)構(gòu)化經(jīng)營(yíng)5年后林分水平分布格局由經(jīng)營(yíng)前的近團(tuán)狀分布轉(zhuǎn)化為隨機(jī)分布，而未經(jīng)營(yíng)樣地林分5年后水平分布格局仍為團(tuán)狀分布。有研究表明，理想林分中林木呈隨機(jī)分布最好(陳亞南等，2015)，可見結(jié)構(gòu)化經(jīng)營(yíng)后的林木分布屬于理想的天然林林木水平分布格局，而未經(jīng)營(yíng)林分林木則一直處于不合理的分布格局。同樣，本研究發(fā)現(xiàn)，實(shí)施結(jié)構(gòu)化經(jīng)營(yíng)5年后林分混交度較經(jīng)營(yíng)前增加10.4%，處于強(qiáng)度到極強(qiáng)度混交狀態(tài)，而未經(jīng)營(yíng)樣地5年后林分混交度較5年前也有所增加，但僅增加5.5%，仍處于中等混交到強(qiáng)度混交狀態(tài)，說明實(shí)施結(jié)構(gòu)化經(jīng)營(yíng)林分林木整體混交度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于未經(jīng)營(yíng)林分林木，分析其原因可能是經(jīng)營(yíng)過程中減少了單木周圍的同樹種林木個(gè)數(shù)，也可能是經(jīng)營(yíng)后的林木周圍更有利于異種樹種的萌生和生長(zhǎng)。林木混交度在一定程度上可表示林分中樹種多樣性的高低，混交度高則樹種多樣性高(湯孟平等，2012)；陳亞南等(2015)指出，林分中林木混交度越高越好，說明林分空間結(jié)構(gòu)越優(yōu)；王宏翔(2017)和Pommerening等(2017)研究表明，林分中林木混交度高，其優(yōu)勢(shì)木比例高，即大樹的混交度高于小樹。因此，實(shí)施結(jié)構(gòu)化經(jīng)營(yíng)后混交度增加有利于林木生長(zhǎng)。林木大小比數(shù)是量化參照樹與其周圍樹的大小情況，可分為胸徑大小比數(shù)和樹高大小比數(shù)，由于結(jié)構(gòu)化經(jīng)營(yíng)主要以水平分布格局和混交度為調(diào)節(jié)指標(biāo)，而對(duì)大小比數(shù)只考慮以調(diào)節(jié)某優(yōu)勢(shì)樹種的優(yōu)勢(shì)度為主，因此，本研究沒有涉及林分大小比數(shù)一元分布研究?？傊瑥牧址炙椒植几窬趾突旖欢葋砜?，實(shí)施結(jié)構(gòu)化經(jīng)營(yíng)可使林分空間結(jié)構(gòu)更合理，更有利于林木生長(zhǎng)。

根據(jù)以往研究，林木處于隨機(jī)分布為最佳格局；林分混交度越高，其結(jié)構(gòu)越優(yōu)越；林分中優(yōu)勢(shì)林木或亞優(yōu)勢(shì)林木比例越高越好。因此，二元分布聯(lián)合有3種優(yōu)越的微觀結(jié)構(gòu)，即隨機(jī)分布的林木且處于高度混交狀態(tài)、中庸到優(yōu)勢(shì)狀態(tài)的林木且隨機(jī)分布、中庸到優(yōu)勢(shì)狀態(tài)的林木且處于高度混交狀態(tài)。本研究發(fā)現(xiàn)，高度混交且為隨機(jī)分布、高度混交且為中庸到優(yōu)勢(shì)的林木比例在經(jīng)營(yíng)樣地增加比例明顯高于未經(jīng)營(yíng)樣地；然而，中庸到優(yōu)勢(shì)且為隨機(jī)分布的林木比例在經(jīng)營(yíng)樣地和未經(jīng)營(yíng)樣地均降低，但未經(jīng)營(yíng)樣地下降比例更大。整體來看，經(jīng)營(yíng)措施增加并保持林分中的優(yōu)勢(shì)微結(jié)構(gòu)，符合結(jié)構(gòu)化經(jīng)營(yíng)的理念和目的。

群落物種多樣性可反映其穩(wěn)定性(Moore，2005；Ivesetal.，2007)，林分空間結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性可反映森林群落的穩(wěn)定性(曹小玉等，2015)。穩(wěn)定性是群落各種因子共同作用的結(jié)果，不能簡(jiǎn)單斷定群落物種單一的因子與穩(wěn)定性之間的因果關(guān)系(馬洪婧等，2013)，對(duì)其穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)應(yīng)是多指標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)。本研究選取林分空間和非空間因子綜合分析林分狀態(tài)，全面表征林分自然屬性，反映林分健康質(zhì)量狀況，以此評(píng)價(jià)林分穩(wěn)定性，更具有科學(xué)性。選取的9個(gè)林分因子包括林分垂直結(jié)構(gòu)、林分水平結(jié)構(gòu)、年齡結(jié)構(gòu)、樹種多樣性、樹種組成、林分擁擠度、林分優(yōu)勢(shì)度、頂極樹種優(yōu)勢(shì)度和健康林木比例。對(duì)比2種處理下樣地林分狀態(tài)的評(píng)價(jià)因子，未經(jīng)營(yíng)樣地林分自然生長(zhǎng)5年后林層數(shù)較5年前減少，且減少幅度大，而經(jīng)營(yíng)樣地林分也較5年前有所減少，但其減少幅度較小，說明結(jié)構(gòu)化經(jīng)營(yíng)能夠減緩因自然生長(zhǎng)導(dǎo)致的林分分層弱化，進(jìn)而使林木具有更優(yōu)的生長(zhǎng)空間。天然林林木直徑結(jié)構(gòu)在經(jīng)營(yíng)樣地和未經(jīng)營(yíng)樣地均為倒“J”形，表明其直徑結(jié)構(gòu)合理，有利于林分的進(jìn)一步發(fā)展，同時(shí)也說明結(jié)構(gòu)化經(jīng)營(yíng)未對(duì)林分年齡結(jié)構(gòu)產(chǎn)生負(fù)面影響。未經(jīng)營(yíng)樣地林分自然生長(zhǎng)5年后，其林分擁擠度較5年前下降，而經(jīng)營(yíng)樣地林分則相反，說明結(jié)構(gòu)化經(jīng)營(yíng)有助于降低林分密度，但林分密度仍處于不合理狀態(tài)，需進(jìn)一步對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)。未經(jīng)營(yíng)樣地林分自然生長(zhǎng)5年后，其林分優(yōu)勢(shì)度和樹種優(yōu)勢(shì)度較5年前也有所下降，而經(jīng)營(yíng)樣地林分優(yōu)勢(shì)度和樹種優(yōu)勢(shì)度增加。另外，結(jié)構(gòu)化經(jīng)營(yíng)能夠較大幅度增加林分中健康林木比例，是由于經(jīng)營(yíng)過程中間伐了不健康的林木，同時(shí)也促進(jìn)了健康林木的生長(zhǎng)和進(jìn)界。遺憾的是，本研究缺乏林分更新這一指標(biāo)，若有該指標(biāo)，則林分的穩(wěn)定性表達(dá)將更全面。結(jié)合9個(gè)林分因子，通過林分狀態(tài)單位圓分析計(jì)算得出，經(jīng)營(yíng)樣地經(jīng)營(yíng)前林分狀態(tài)值為0.399，表明林分狀態(tài)較差，而實(shí)施結(jié)構(gòu)化經(jīng)營(yíng)5年后林分狀態(tài)值為0.507，表明林分狀態(tài)為中等。未經(jīng)營(yíng)樣地5年前林分狀態(tài)值為0.287，表明林分狀態(tài)較差，而自然生長(zhǎng)5年后林分狀態(tài)值為0.325，表明林分狀態(tài)仍較差?？梢姡Y(jié)構(gòu)化經(jīng)營(yíng)能夠改善林分狀態(tài)，通過林分狀態(tài)優(yōu)劣反映林分穩(wěn)定性，說明結(jié)構(gòu)化經(jīng)營(yíng)能夠增強(qiáng)林分穩(wěn)定性。另外，以往多數(shù)研究采用模糊數(shù)學(xué)的隸屬函數(shù)值法對(duì)林分穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)，本研究通過該方法對(duì)選取的林分因子進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，同樣得出經(jīng)營(yíng)樣地林分具有較高穩(wěn)定性。因此，林分狀態(tài)與林分穩(wěn)定性之間關(guān)系一致，說明通過林分狀態(tài)優(yōu)劣程度表達(dá)其穩(wěn)定性是可行的。

5 結(jié)論

結(jié)構(gòu)化經(jīng)營(yíng)可使林分水平分布格局合理、混交度大幅度增加，能夠驅(qū)使林分向更理想的狀態(tài)發(fā)展；空間結(jié)構(gòu)二元分布也展現(xiàn)出實(shí)施結(jié)構(gòu)化經(jīng)營(yíng)能夠使林分中優(yōu)勢(shì)微結(jié)構(gòu)的林木比例增高。同時(shí)，利用最優(yōu)林分狀態(tài)的π值法則，得出結(jié)構(gòu)化經(jīng)營(yíng)可使林分狀態(tài)由較差水平轉(zhuǎn)為良好狀態(tài)，林分穩(wěn)定性增強(qiáng)。本研究結(jié)論對(duì)甘肅小隴山自然保護(hù)區(qū)櫟松混交林的經(jīng)營(yíng)具有科學(xué)指導(dǎo)意義，也可為結(jié)構(gòu)化經(jīng)營(yíng)技術(shù)的進(jìn)一步實(shí)施和評(píng)價(jià)提供科學(xué)依據(jù)。