荒田湖林場檫木人工林徑級結(jié)構(gòu)和空間分布格局研究

趙昌高 金超 許元科

摘要 2017年，在景寧縣荒田湖林場的檫木（Sassafras tzumu）人工林中建立1個50 m×50 m固定監(jiān)測樣地，進(jìn)行了群落調(diào)查，并在2年后進(jìn)行了復(fù)查。結(jié)果表明，共記錄到喬木樹種6種，分別是檫木、黃檀（Dalbergia hupeana）、白櫟（Quercus fabri）、迎春櫻（Cerasus discoidea）、山合歡（Albizia kalkora）和楓香（Liquidambar formosana）。從空間結(jié)構(gòu)來看，該樣地的林分混交程度差，分化不明顯，林分呈均勻分布。通過分析環(huán)境因子對檫木胸徑生長的影響，發(fā)現(xiàn)樣地內(nèi)只有土壤土層厚度對檫木生長有顯著影響。為了促進(jìn)檫木生長，亟需對該林分進(jìn)行密度調(diào)控，并注意加強(qiáng)土壤管理。

關(guān)鍵詞 檫木;徑級結(jié)構(gòu);格局分析;空間分布格局

中圖分類號 S758.5 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A ?文章編號 0517-6611（2020）19-0124-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.19.032

Abstract In 2017， we set up one 50 m × 50 m plot in Sassafras tzumu plantations of Jingning Huangtianhu forest farm. We conducted a community survey in this plot， and a review was conducted after 2 years. The results showed 6 tree species were recorded， of which the dominant species were S.tzumu， Dalbergia hupeana， Quercus fabri， Cerasus discoidea， Albizia kalkora and Liquidambar formosana. The forest stands，lack of dominant species，was an uniform distribution with low mixed degree. Analyses of soil effects on the DBH growth of S.tzumu only showed a significant effect of soil layer thickness. In order to promote the growth of S.tzumu plantation in Jingning Huangtianhu forest farm， the density of the plantation should be regulated in time， and the soil management should be strengthened.

Key words Sassafras tzumu;Diameter class structure;Pattern analysis;Spatial distribution pattern

基金項目 景寧縣科技計劃項目“浙西南森林群落特征與森林質(zhì)量提升技術(shù)研究”（2017A01）。

作者簡介 趙昌高（1973—），男，浙江景寧人，工程師，從事野生動植物資源保護(hù)與管理工作。*通信作者，副教授，博士，從事森林生態(tài)學(xué)研究。

收稿日期 2020-03-27

檫木（Sassafras tzumu）又名檫樹，主要分布于中國浙江、江蘇、安徽等省區(qū)，在適生區(qū)10～15年即可成材[1]。檫木作為亞熱帶常見的闊葉樹種，木材優(yōu)良、耐久且紋理細(xì)致，并具有速生和抗病蟲害的優(yōu)點(diǎn)，是優(yōu)良的造船和上等家具用材樹種之一[2-3]。由于春花黃色和秋葉紅色的特性，檫木也作為風(fēng)景園林樹種被致力推廣。闊葉林具有改良土壤、保持水土、增加肥力和提高森林資源多樣性等優(yōu)點(diǎn)，故研究檫木人工林的營造具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

分析森林空間分布格局有助于理解森林群落建立、發(fā)展、死亡和演替等生態(tài)過程[4-6]，對制定科學(xué)合理的森林經(jīng)營策略具有重要意義[7]。林分空間結(jié)構(gòu)決定樹木之間的競爭情況及生態(tài)位，影響林分結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、發(fā)展的可能性和經(jīng)營空間大小[8]。精確的信息在森林可持續(xù)經(jīng)營中起著重要作用，所以空間結(jié)構(gòu)研究顯得尤為重要[9]。近年來，有大量關(guān)于空間結(jié)構(gòu)指數(shù)的研究[10-13]，并廣泛應(yīng)用于森林空間結(jié)構(gòu)分析[14-15]。

目前，國內(nèi)關(guān)于檫木的研究主要集中在其生境特征和生態(tài)位[16-18]、混交林培育[19-21]以及動態(tài)變化[22-23]等方面，但對檫木人工林的徑級結(jié)構(gòu)和空間分布格局變化的研究鮮見報道。通過研究浙江省景寧縣荒田湖林場檫木人工林的徑級結(jié)構(gòu)和空間分布格局2年動態(tài)，分析環(huán)境因子對檫木生長的影響，旨在更好地了解其林分結(jié)構(gòu)特征變化，為檫木人工造林及經(jīng)營提供理論依據(jù)。

1 研究地概況與研究方法

1.1 研究地概況

荒田湖林場（119°41′43.89″～119°45′50.36″E，27°54′21.04″～ 27°59′02.71″N）位于浙江省景寧畬族自治縣南部，場部距景寧縣城14 km，海拔750 m，經(jīng)營總面積1 186 hm2，森林覆蓋率98.81%。荒田湖林場地處亞熱帶季風(fēng)區(qū)，屬武夷山系洞宮山脈，整個地貌屬于浙南中山區(qū)，以深切割山地為主。土壤為山地土壤，主要是黃壤和紅壤兩大類，土層與腐殖質(zhì)層均較深厚。氣候?qū)僦衼啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，溫暖濕潤，雨量充沛，四季分明，光熱水氣條件良好，年平均氣溫為12.8 ℃，年降水量1 918 mm，年平均相對濕度80%以上。

1.2 研究方法

研究地所在檫木人工林位于荒田湖林場分人岙林區(qū)6林班2、4小班，面積4.47 hm2，1988年種植，密度975株/hm2，種植后無經(jīng)營史。2017年，在對檫木人工林進(jìn)行全面踏查的基礎(chǔ)上，設(shè)置了一個50 m × 50 m的典型固定監(jiān)測樣地，將樣地劃分為25個10 m × 10 m的小樣方，進(jìn)行喬木層（胸徑≥5 cm）的調(diào)查。對樣地內(nèi)喬木層進(jìn)行編號和每木調(diào)查，記錄各樹種的種名、胸徑、樹高、冠幅、枝下高等測樹因子，以及每株樹的位置坐標(biāo)（x，y）。同時，利用GPS儀和羅盤儀記錄樣地的海拔、坡向、坡度、坡位。在每個小樣方內(nèi)，測量土壤深度、凋落物厚度、凋落物蓋度和巖石裸露度等生境因子。同時，取0～20、20～40、40～60 cm的混合土500 g，取樣重復(fù)3次，共計75個土樣，測定pH以及全氮、全磷和有機(jī)質(zhì)等含量。2019年對該樣地進(jìn)行復(fù)查，對樣地內(nèi)原記錄物種進(jìn)行胸徑、樹高等測定，并記錄死亡狀況。

1.3 分析方法

利用樣地調(diào)查的胸徑數(shù)據(jù)進(jìn)行徑級結(jié)構(gòu)分析，并對胸徑生長和環(huán)境因子進(jìn)行多元線性回歸分析，找出影響檫木生長的主要因素。林分的空間結(jié)構(gòu)分析以空間結(jié)構(gòu)單元為基礎(chǔ)，采用混交度、大小比數(shù)和角尺度3個參數(shù)，分別描述樹種空間隔離程度、林木大小分化程度和林木水平分布格局[24]。樹種混交度（M）分為0.00（零度混交）、0.25（弱度混交）、0.50（中度混交）、0.75（強(qiáng)度混交）、1.00（極強(qiáng)度混交）。大小比數(shù)（U）分為1.00（絕對劣勢）、0.75（劣勢）、0.50（中）、0.25（亞優(yōu)勢）、0.00（優(yōu)勢）。角尺度（W）分為0.00（絕對均勻）、0.25（均勻）、0.50（隨機(jī)）、0.75（不均勻）、1.00（集聚）。以上3個參數(shù)在forestSAS[25]包中計算完成。

以上分析均在R 3.6.0中進(jìn)行[26]，且利用ggplot2[27]進(jìn)行數(shù)據(jù)可視化。

2 結(jié)果與分析

2.1 物種組成

由表1可知，調(diào)查樣地共記錄到喬木層植物物種6種，2017年的林分密度為1 004株/hm2，平均胸徑為16.6 cm，其中檫木密度為924株/hm2，平均胸徑為17.2 cm，占較大的優(yōu)勢（重要值為86.2%），其次數(shù)量較多的是黃檀，密度為40株/hm2，平均胸徑為9.8 cm。其余為白櫟和迎春櫻的16株/hm2、山合歡和楓香的4株/hm2，重要值分別占3.5%、2.6%、1.1%和1.1%。2019年，檫木的密度下降到880株/hm2，平均胸徑上升到17.5 cm，重要值略有下降（85.5%），但檫木依然為優(yōu)勢種。

2.2 徑級結(jié)構(gòu)變化

由圖1可知，2年的檫木種群徑級分布并無明顯變化，徑級>10～20 cm的個體出現(xiàn)了減少，徑級20 cm以上的檫木有所增加。整體來看，檫木喬木層的胸徑徑級呈現(xiàn)右偏正態(tài)型分布，其中，>15～20 cm徑級個體數(shù)量最多。相反，檫木以外的樹種主要集中在胸徑15 cm以下，徑級>10～15 cm的個體有所增加。

2.3 空間格局分析

由圖2可知，2017年林分的平均混交度為0.08（=0.08），林分內(nèi)零度混交的頻度達(dá)82%。林分的平均大小比數(shù)（）為0.49，頻率分布比較平均，林分處于中庸?fàn)顟B(tài)。W=0.50等級的分布頻率（51%）最大，W=0和W=1.00等級的分布頻率分別為2%和1%，W=0.75和W=1.00的林木株數(shù)比例（14%）低于W=0和W=0.25的林木株數(shù)比例（35%），林分的平均角尺度（）為0.44。2019年的空間格局分析結(jié)果與前一次調(diào)查結(jié)果并沒有明顯變化。

2.4 環(huán)境因子對檫木生長的影響

表2顯示環(huán)境因子對檫木胸徑生長的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)除了土層深度對檫木生長有顯著影響外，其他因子對檫木生長影響均不大。

3 結(jié)論與討論

景寧縣荒田湖林場檫木人工林喬木層僅有6種樹種，分別為檫木、黃檀、白櫟、迎春櫻、山合歡和楓香，檫木占主要優(yōu)勢，重要值為86.2%。林分結(jié)構(gòu)簡單，除檫木是人工種植外，其余均有可能是當(dāng)?shù)卦袠浞N恢復(fù)而來。2年后的復(fù)查結(jié)果顯示檫木依然占據(jù)優(yōu)勢地位（85.5%），群落結(jié)構(gòu)沒有明顯變化。以上結(jié)果說明該人工林在發(fā)展過程中保持比較好的穩(wěn)定性，檫木在成林后對光照條件的競爭具有優(yōu)勢，具有較顯著的優(yōu)勢，是主林層的主要樹種。

該林分在1988年種植，密度975株/hm2，至2017年檫木仍然保留了924株/hm2，檫木平均胸徑為17.2 cm，至2019年檫木密度為880株/hm2，檫木平均胸徑為17.5 cm。研究表明，在江蘇高淳丘陵地區(qū)30年生檫木人工林的平均胸徑約為27.8 cm[28]。該研究樣地檫木胸徑生長低于高淳丘陵地區(qū)的同齡林分，海拔可能是原因之一。該林地海拔為1 060 m，遠(yuǎn)高于高淳丘陵地區(qū)（約200 m），研究表明在海拔1 000 m以上山地檫木的胸徑和樹高生長量顯著低于海拔1 000 m以下的山地[17]。該林地種植后無經(jīng)營史可能是另外一個原因。從檫木密度看，1988—2017年枯死檫木僅為51株/hm2，但最近2年枯死的檫木株數(shù)達(dá)44株/hm2。在檫木生長的中前期，樹冠寬度隨林齡增加而不斷增大[29]，該樣地近2年枯死的檫木株數(shù)急劇增加，說明該林分自疏現(xiàn)象[30]已經(jīng)非常明顯，迫切需要適當(dāng)間伐給予檫木更多的生長空間。

缺乏經(jīng)營的影響也體現(xiàn)在該林分的空間結(jié)構(gòu)上。2017年該林分的平均混交度為零度混交（=0.08），且林分內(nèi)82%為零度混交，說明樣地內(nèi)林分的混交程度很差。林分的平均大小比數(shù)（）為0.49，頻率分布比較平均，林分處于中庸?fàn)顟B(tài)，說明檫木雖然在林分中占優(yōu)勢，但是林木分化較小。角尺度W=0.50等級的分布頻率（51%）最大，說明林分內(nèi)一半的林木屬于隨機(jī)分布;W=0和W=1.00等級的分布頻率分別為2%和1%，說明絕對均勻和聚集分布的個體都比較少。W=0.75和W=1.00的林木株數(shù)比例（14%）低于W=0和W=0.25的林木株數(shù)比例（35%），說明林內(nèi)均勻分布單元多于不均勻分布結(jié)構(gòu)單元。林分的平均角尺度（）為0.44，說明檫木人工林的分布格局基本以均勻分布為主[24]。人工林最初的造林密度與配置格局等人為因素決定其格局[31]，但對人工林進(jìn)行密度調(diào)控后，其空間分布會由均勻分布變?yōu)殡S機(jī)分布[32]。同時，人工林生長的中后期，鄰體競爭、生境條件等因素也會影響其林分結(jié)構(gòu)[31]。該檫木人工林的均勻分布格局表明，該林分在未經(jīng)營的情況下自然更新對其空間格局配置優(yōu)化效果甚微。

除了海拔和人工經(jīng)營史，研究還表明土壤厚度和養(yǎng)分也會影響檫木生長[16]。通過分析該樣地環(huán)境因子對檫木胸徑生長的影響發(fā)現(xiàn)，樣地內(nèi)除土壤厚度外，其他因子如營養(yǎng)元素的含量、pH及凋落物等對檫木的生長影響不大，說明該片林地立地條件相對較好，在后期檫木人工林的管理過程中，可以適當(dāng)減少肥料的使用，但是為了促進(jìn)檫木生長，亟需對該林分進(jìn)行密度調(diào)控，并注意加強(qiáng)土壤管理。

參考文獻(xiàn)

[1] 鄭萬鈞.中國樹木志[M].北京：中國林業(yè)出版社，2004.

[2] 陳喜友.檫木不同混交方式生長情況研究[J].安徽林業(yè)科技，2015，41（4）：9-11.

[3] 柳江，洪偉，吳承禎，等.天然更新檫木林競爭規(guī)律研究[J].江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2001，23（2）：240-243.

[4] HAASE P.Spatial pattern analysis in ecology based on Ripleys Kfunction：Introduction and methods of edge correction[J].Journal of vegetation science，1995，6（4）：575-582.

[5] LI H，LAIHO R，BINKLEY D.Spatial pattern analysis in plant ecology[J].Forest science，2001，47（1）：119-121.

[6] LEGENDRE P，F(xiàn)ORTIN M J.Spatial pattern and ecological analysis[J].Vegetatio，1989，80（2）：107-138.

[7] 葉芳，彭世揆.種群空間分布理論的發(fā)展歷史及其現(xiàn)狀[J].林業(yè)資源管理，1997（6）：55-58.

[8] 惠剛盈，胡艷波.混交林樹種空間隔離程度表達(dá)方式的研究[J].林業(yè)科學(xué)研究，2001，14（1）：23-27.

[9] POMMERENING A.Approaches to quantifying forest structures[J].Forestry：An international journal of forest research，2002，75（3）：305-324.

[10] HEGYI F.A simulation model for managing jackpine stands[M]∥FRIES J.Growth models for tree and stand simulation.Stockholm，Sweden：Department of Forest Yield，Royal College of Forestry，1974：74-87.

[11] GADOW K V，BREDENKAMP B V.Forest management[M].Pretoria：Academica Press，1992.

[12] 惠剛盈，克勞斯·馮佳多.森林空間結(jié)構(gòu)量化分析方法[M].北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社，2003.

[13] CRESSIE N.Statistics for spatial data[J].Terra nova，1992，4（5）：613-617.

[14] POMMERENING A.Evaluating structural indices by reversing forest structural analysis[J].Forest ecology and management，2006，224（3）：266-277.

[15] KINT V，VAN MEIRVENNE M，NACHTERGALE L，et al.Spatial methods for quantifying forest stand structure development：A comparison between nearestneighbor indices and variogram analysis[J].Forest science，2003，49（1）：36-49.

[16] 孫杰杰，江波，吳初平，等.浙江省檫木林生境與生態(tài)位研究[J].生態(tài)學(xué)報，2019，39（3）：884-894.

[17] 孫洪剛，姜景民，萬志兵.海拔和坡向?qū)Ρ眮啛釒ч吣咎烊淮紊稚L，空間結(jié)構(gòu)和樹種組成的影響[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報，2017，45（4）：8-13.

[18] 孫杰杰，江波，朱錦茹，等.應(yīng)用生態(tài)位模型預(yù)測檫木在浙江省的潛在適生區(qū)與主導(dǎo)環(huán)境因子[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報，2020，48（2）：1-6.

[19] 黃文超，黃麗莉.馬尾松-木荷混交造林效果的調(diào)查研究[J].林業(yè)科學(xué)研究，2004，17（3）：316-320.

[20] 劉楠楠，劉佳，張明月，等.湖南桃源洞國家級自然保護(hù)區(qū)臺灣松+檫木群落特征[J].植物資源與環(huán)境學(xué)報，2017，26（4）：84-92.

[21] 吳敏.杉木二代萌蘗林與檫木混交造林技術(shù)初探[J].安徽林業(yè)科技，2019，45（4）：30-32.

[22] 董麗麗，李娜，萬志兵，等.檫木種群數(shù)量動態(tài)分析[J].分子植物育種，2019，17（8）：2717-2723.

[23] 周曉平.人工杉木林內(nèi)18a生檫木生長規(guī)律研究[J].河北林業(yè)科技，2018（3）：26-28.

[24] 胡艷波，惠剛盈，戚繼忠，等.吉林蛟河天然紅松闊葉林的空間結(jié)構(gòu)分析[J].林業(yè)科學(xué)研究，2003，16（5）：523-530.

[25] 柴宗政.基于相鄰木關(guān)系的森林空間結(jié)構(gòu)量化評價及 R語言編程實(shí)現(xiàn)：以秦嶺中山帶典型次生林為例[D].楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2016.

[26] TEAM R C.R：A language and environment for statistical computing[M].Vienna：R Foundation for Statistical Computing，2019.

[27] WICKHAM H.ggplot2[J].Wiley interdisciplinary reviews：Computational statistics，2011，3（2）：180-185.

[28] 孫秀春，梁玉全.高淳丘陵地區(qū)檫木生長過程分析[J].江蘇林業(yè)科技，2018，45（3）：30-32，37.

[29] 萬志兵，李秀芹，劉成功，等.不同發(fā)育階段檫木人工林樹高、胸徑與樹冠結(jié)構(gòu)關(guān)系的動態(tài)關(guān)系分析[J].基因組學(xué)與應(yīng)用生物學(xué)，2017，36（1）：331-339.

[30] 蒙鳴濤.森林自疏過程中密度變化規(guī)律的研究[J].吉林農(nóng)業(yè)，2014（1）：30，32.

[31] PALUCH J G.The spatial pattern of a natural European beech（Fagus sylvatica L.）silver fir（Abies alba Mill.）forest：A patchmosaic perspective[J].Forest ecology and management，2007，253（1/2/3）：161-170.

[32] 胡凌，商侃侃，張慶費(fèi)，等.密度調(diào)控對香樟人工林林木生長及空間分布的影響[J].西北林學(xué)院學(xué)報，2014，29（2）：20-25.