張 驍,孟得干,王大嶺,郭佳忱,李 楊,楊利君
(1.吉林省林業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院,吉林 長(zhǎng)春 130022;2. 樺甸市林業(yè)局,吉林 吉林 132400)
蒙古櫟(Quercusmongolica)為殼斗科櫟屬落葉喬木[1,2]。我國(guó)蒙古櫟資源豐富,主要分布在黑龍江、吉林、遼寧、內(nèi)蒙古、河北、山東等地[3,4]。蒙古櫟作為長(zhǎng)白山區(qū)闊葉紅松林頂級(jí)群落的重要組成,是干擾次生林演替的主要樹種,在森林生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定與恢復(fù)中扮演著重要角色[5-7]。林分空間分布規(guī)律是林木個(gè)體在特定生存空間內(nèi)相對(duì)靜止的分布形態(tài),是特定時(shí)期物種對(duì)其生境的適應(yīng)和選擇等綜合作用的結(jié)果[8]。為了探討不同立地條件下的林木分布,國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者已對(duì)林木在不同立地因子下的空間分布進(jìn)行了研究。Viedma O等應(yīng)用空間統(tǒng)計(jì)建模方法,分析了西班牙東部地中海不同灌木類型分布的不同環(huán)境條件,主要環(huán)境因子有坡向、坡度和海拔等[9]。張超等對(duì)西藏灌木林空間分布影響因素進(jìn)行了分析,總體上看,西藏主要類型灌木林的空間分布在不同程度上均受大尺度環(huán)境因子的影響,主要表現(xiàn)在經(jīng)度、緯度和海拔上[10]。張景路等研究發(fā)現(xiàn),地形因子與阿爾泰山喬木林的空間分布在0.01水平上顯著相關(guān),喬木林適宜生長(zhǎng)在海拔1 500~2 400 m,坡向?yàn)楸逼隆|北坡、西北坡,坡度為斜坡、陡坡、急坡的區(qū)域[11]。唐麗麗等研究發(fā)現(xiàn),海拔、坡度、坡位和人為干擾程度是影響華北地區(qū)核桃楸分布的主要因子,研究區(qū)域內(nèi)的核桃楸大部分生長(zhǎng)于山體中下部海拔較低的緩坡,且人為干擾相對(duì)較少的區(qū)域[12]。目前,對(duì)林木空間分布規(guī)律的研究多見于樣地調(diào)查數(shù)據(jù)及衛(wèi)星影片資料,基于ArcGis軟件空間分析工具結(jié)合森林資源調(diào)查小班數(shù)據(jù)庫(kù),對(duì)林分空間分布的研究相對(duì)較少。本文利用吉林森工集團(tuán)紅石林業(yè)局森林經(jīng)理調(diào)查小班數(shù)據(jù)庫(kù)和矢量圖層,對(duì)長(zhǎng)白山區(qū)天然蒙古櫟林空間分布進(jìn)行了研究,旨在探討不同立地因子下天然蒙古櫟林的空間分布規(guī)律,為蒙古櫟人工林營(yíng)建時(shí)立地條件的選擇提供參考。
研究區(qū)域位于吉林省樺甸市和靖宇縣境內(nèi),隸屬吉林森工集團(tuán)紅石林業(yè)局管轄。該區(qū)域?qū)偌撅L(fēng)性溫帶大陸性山地氣候,夏季高溫多雨,冬季寒冷漫長(zhǎng),年平均氣溫3.7 ℃。最高月均氣溫21.9 ℃,最低月均氣溫-18.7 ℃,無霜期100~110 d,年均日照時(shí)數(shù)2 466 h,年有效積溫2 100~2 500 ℃,年平均降水量720~810 mm,土壤以山地暗棕色森林土為主。植被類型以針闊混交林和闊葉混交林為主,主要喬木樹種有紅松、云杉、蒙古櫟、水曲柳、核桃楸、紫椴、榆樹和色木槭等。
數(shù)據(jù)來源于2016年吉林森工集團(tuán)紅石林業(yè)局的森林經(jīng)理調(diào)查小班數(shù)據(jù)庫(kù)及矢量圖層。根據(jù)小班數(shù)據(jù)庫(kù)篩選樹種組成中含有蒙古櫟的小班,本次篩選蒙古櫟小班15 187個(gè),根據(jù)選擇的蒙古櫟小班對(duì)矢量圖層進(jìn)行篩選,使矢量圖層與篩選的蒙古櫟小班一一對(duì)應(yīng)。篩選后的矢量圖層具備樹種組成、小班公頃株數(shù)、坡度級(jí)、坡位、坡向和海拔等字段。
利用ArcGis軟件對(duì)篩選的矢量圖層進(jìn)行分布熱點(diǎn)分析,即空間聚類,為數(shù)據(jù)集中的每個(gè)要素計(jì)算Getis-Ord Gi*值。通過獲得Gi-Bin字段識(shí)別小班統(tǒng)計(jì)顯著性,分析數(shù)據(jù)高值要素在空間上發(fā)生聚類的位置。置信區(qū)間+3中的要素反映置信度為0.01水平的統(tǒng)計(jì)顯著性,置信區(qū)間+2中的要素反映置信度為0.05水平的統(tǒng)計(jì)顯著性,置信區(qū)間+1和0 中要素的聚類則沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。選擇分析的字段為蒙古櫟公頃株數(shù),顯著熱點(diǎn)分布區(qū)統(tǒng)計(jì)的置信區(qū)間為+3和+2,該分布區(qū)表示蒙古櫟小班分布較為集中,且蒙古櫟公頃株數(shù)較高。顯著熱點(diǎn)分布區(qū)的蒙古櫟小班數(shù)為3 193個(gè)。
對(duì)蒙古櫟林顯著熱點(diǎn)分布區(qū)在不同坡度級(jí)的分布進(jìn)行分析(圖1)??梢钥闯觯@著熱點(diǎn)分布區(qū)的小班個(gè)數(shù)隨坡度級(jí)的增加呈現(xiàn)出先增加后減少的趨勢(shì),在斜坡小班個(gè)數(shù)最多,可達(dá)1 506個(gè),蒙古櫟公頃株數(shù)為273株。蒙古櫟公頃株數(shù)除險(xiǎn)坡大于其他坡度級(jí)外,其他坡度級(jí)間差異較小,主要是由于在坡度較大的區(qū)域只有蒙古櫟等少數(shù)樹種能夠存活,且蒙古櫟株數(shù)占所有樹種總株數(shù)的百分比較大。
注:柱狀圖表示公頃株數(shù);折線圖表示小班個(gè)數(shù)。
圖1 不同坡度級(jí)蒙古櫟林分分布
Fig.1 Distribution ofQuercusmongolicaforest in different slope gradient
對(duì)蒙古櫟林顯著熱點(diǎn)分布區(qū)在不同坡位的分布進(jìn)行分析(圖2)??梢钥闯觯@著熱點(diǎn)分布區(qū)的小班個(gè)數(shù)隨坡脊、坡上、坡中、坡下、山谷和平地的順序呈現(xiàn)出先增加后減少的趨勢(shì),坡中小班個(gè)數(shù)最多,為1 290個(gè),蒙古櫟公頃株數(shù)為282株。坡上和坡下的小班個(gè)數(shù)僅少于坡中,分別為1 079個(gè)和808個(gè),坡脊、山谷和平地小班個(gè)數(shù)分布較少,分別僅有7個(gè)、5個(gè)和4個(gè)。
注:柱狀圖表示公頃株數(shù);折線圖表示小班個(gè)數(shù)。
圖2 不同坡位蒙古櫟林分分布
Fig.2 Distribution ofQuercusmongolicaforest in different slope positions
對(duì)蒙古櫟林顯著熱點(diǎn)分布區(qū)在不同坡向的分布進(jìn)行分析(圖3)??梢钥闯?,顯著熱點(diǎn)分布區(qū)的小班個(gè)數(shù)在不同坡向的分布差異較小,其中,東南、南和西南方向小班個(gè)數(shù)較多,分別為483個(gè)、480個(gè)和474個(gè),蒙古櫟公頃株數(shù)分別為271株、298株和300株。
注:柱狀圖表示公頃株數(shù);折線圖表示小班個(gè)數(shù)。
圖3 不同坡向蒙古櫟林分分布
Fig.3 Distribution ofQuercusmongolicaforest in different slope directions
對(duì)蒙古櫟林顯著熱點(diǎn)分布區(qū)在不同海拔的小班個(gè)數(shù)和公頃株數(shù)進(jìn)行分析(圖4)。小班個(gè)數(shù)隨海拔的增加呈現(xiàn)出先增加后減少的趨勢(shì)。其中,顯著熱點(diǎn)分布區(qū)小班個(gè)數(shù)在海拔400 m最多,為662個(gè)。在海拔250 m以下小班個(gè)數(shù)分布較少,僅有8個(gè)。海拔250~400 m蒙古櫟小班個(gè)數(shù)隨海拔升高而增加的幅度較大,海拔400 m之后小班個(gè)數(shù)逐漸減少,海拔650 m以上小班個(gè)數(shù)減少幅度較大,到海拔800 m以上小班個(gè)數(shù)僅有24個(gè),蒙古櫟小班主要分布在海拔300~650 m。蒙古櫟公頃株數(shù)隨海拔的增加呈現(xiàn)出先增加后減少的趨勢(shì),在海拔300 m蒙古櫟公頃株數(shù)最多,為219株。
注:柱狀圖表示公頃株數(shù);折線圖表示小班個(gè)數(shù)。
圖4 不同海拔蒙古櫟林分分布
Fig.4 Distribution ofQuercusmongolicaforest at different altitudes
探討蒙古櫟林空間分布是研究蒙古櫟種群特征的重要手段,不僅與蒙古櫟本身的基因有關(guān),更與其生存的環(huán)境條件密切相關(guān),對(duì)掌握蒙古櫟林的生態(tài)功能具有重要作用[13,14]。長(zhǎng)白山區(qū)天然蒙古櫟林顯著熱點(diǎn)分布區(qū)蒙古櫟小班個(gè)數(shù)均隨坡度級(jí)、海拔的增加呈現(xiàn)出先增加后減少的趨勢(shì);不同坡位上,在坡上、坡中、坡下分布較多,坡脊、山谷和平地分布較少;不同坡向上,在東南、南和西南等陽坡、半陽坡分布較多,其他方向分布較少。
長(zhǎng)白山區(qū)天然蒙古櫟林顯著熱點(diǎn)分布區(qū)在不同坡度級(jí)上主要分布在坡度適中的斜坡,小班個(gè)數(shù)可達(dá)1 506個(gè),占所有顯著熱點(diǎn)分布區(qū)蒙古櫟小班個(gè)數(shù)的47.1 %;在不同坡位上主要集中在坡中,小班個(gè)數(shù)可達(dá)1 290個(gè),占所有顯著熱點(diǎn)分布區(qū)蒙古櫟小班個(gè)數(shù)的40.4 %;在不同坡向上主要分布在東南、南和西南等陽坡、半陽坡,3個(gè)方向蒙古櫟小班個(gè)數(shù)達(dá)1 437個(gè),占所有顯著熱點(diǎn)分布區(qū)蒙古櫟小班個(gè)數(shù)的45.1 %;在不同海拔上蒙古櫟小班多數(shù)分布在海拔300~650 m,蒙古櫟小班個(gè)數(shù)達(dá)1 319個(gè),占所有顯著熱點(diǎn)分布區(qū)蒙古櫟小班個(gè)數(shù)的41.3 %。
天然蒙古櫟林分布集中的立地條件為坡度適宜的坡中、海拔300~650 m的陽坡或半陽坡,這與蒙古櫟喜陽的生物學(xué)特性適宜分布條件一致,也與高文韜等對(duì)長(zhǎng)白山區(qū)天然過伐林中蒙古櫟適生立地的研究結(jié)果相似[15]。本文僅對(duì)天然蒙古櫟林的空間分布規(guī)律進(jìn)行了分析,對(duì)天然蒙古櫟林生長(zhǎng)性狀與立地條件的相關(guān)關(guān)系有待于進(jìn)一步研究。