白樺天然林林分結(jié)構(gòu)與空間分布格局特征分析

摘要" 本文基于天然次生林結(jié)構(gòu)化經(jīng)營(yíng)技術(shù)，對(duì)白樺天然林進(jìn)行撫育間伐，同時(shí)在林冠下栽植華北落葉松和云杉，測(cè)定試驗(yàn)地經(jīng)營(yíng)前后的直徑分布、喬灌草蓋度和角尺度，以此分析試驗(yàn)地林分結(jié)構(gòu)和空間分布格局。結(jié)果表明，經(jīng)營(yíng)后的試驗(yàn)地林分大徑級(jí)林木占比增加，促進(jìn)了林分結(jié)構(gòu)的完整性和穩(wěn)定性，同時(shí)增加了林分的生產(chǎn)力；經(jīng)營(yíng)后試驗(yàn)地林分的灌木層、草本層蓋度均有所增加，林分垂直層結(jié)構(gòu)較完整，屬于復(fù)雜結(jié)構(gòu)；經(jīng)營(yíng)后試驗(yàn)地的角尺度約0.50，林分空間分布格局呈隨機(jī)分布。綜上，使用天然次生林結(jié)構(gòu)化經(jīng)營(yíng)技術(shù)在一定程度上促進(jìn)了林分的穩(wěn)定性以及林分空間結(jié)構(gòu)的分配，提高了林分的生產(chǎn)力。本研究為白樺天然次生林的經(jīng)營(yíng)提供參考。

關(guān)鍵詞" 林分結(jié)構(gòu)；白樺；空間分布格局；角尺度

中圖分類號(hào)" S718"""""" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼" A"""""" 文章編號(hào)" 1007-7731（2025）06-0055-04

DOI號(hào)" 10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2025.06.014

Analysis of stand structure and spatial distribution pattern characteristics of natural Betula platyphylla Sukaczev forest

XU Bing""" FU Lihua""" ZHANG Fei""" ZHANG Yan

（Saihanba Mechanical Forest Farm of Hebei， Weichang 068466， China）

Abstract" Based on the structured management technology of natural secondary forest， the natural forest of Betula platyphylla Sukaczev was tended and thinned， and Larix gmelinii and Picea asperata under the canopy were planted. The diameter distribution， cover of trees and grasses， and angular scale of the experimental plots were measured before and after management， so as to analyze the stand structure and spatial distribution pattern. The results showed that， after management， the proportion of large-diameter trees increased， which promoted the integrity and stability of the stand structure， and increased the productivity of the stand; after management， the coverage of shrub layer and herbaceous layer of the experimental stand increased， and the vertical layer structure of the stand was complete and belonged to complex structure; after management， the angular scale of the experimental land was about 0.50， and the spatial distribution pattern of the stand was random. In conclusion， the structural management of natural secondary forest can promote the stability of stand and the distribution of stand spatial structure to a certain extent， and improve the productivity of stand. This study provides references for the management of natural Betula platyphylla Sukaczev secondary forest.

Keywords" stand structure; Betula platyphylla Sukaczev; spatial distribution pattern; angular scale

林分空間結(jié)構(gòu)與分布格局是指林分內(nèi)各樹種數(shù)量在空間和時(shí)間上的變化規(guī)律，能客觀地反映森林演化的趨勢(shì)和林木個(gè)體間的相互關(guān)系^[1-2]。分析林分空間結(jié)構(gòu)與分布格局，對(duì)深入了解林分的生長(zhǎng)發(fā)育情況以及更新演替規(guī)律具有重要意義。近年來，為指導(dǎo)具體的森林經(jīng)營(yíng)和森林保護(hù)工作，相關(guān)學(xué)者對(duì)森林結(jié)構(gòu)與格局的研究越來越多。韋朝敏等^[3]研究發(fā)現(xiàn)，廣西金秀的馬尾松天然林空間結(jié)構(gòu)不夠均勻，基于此，提出補(bǔ)植優(yōu)良鄉(xiāng)土樹種等策略；王剛^[4]對(duì)遼東地區(qū)的紅松人工林空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，認(rèn)為該地區(qū)的森林經(jīng)營(yíng)活動(dòng)有利于提高紅松人工林的林木質(zhì)量；鄧善寶等^[5]研究表明，3個(gè)不同年齡的尾巨桉人工林均未達(dá)到理想林分狀態(tài)和大徑材培育目標(biāo)，同時(shí)提出在林分不同生長(zhǎng)階段采取不同的優(yōu)化方式來調(diào)整空間結(jié)構(gòu)，以促進(jìn)林分結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)大徑材的培育目標(biāo)。

白樺次生林分布廣泛，是冀北地區(qū)的一種典型次生林類型，在涵養(yǎng)水源、水土保持方面發(fā)揮著重要作用。長(zhǎng)期以來，林木經(jīng)營(yíng)管理水平有待進(jìn)一步提高，導(dǎo)致林分結(jié)構(gòu)與格局較差，進(jìn)而影響了林分的生態(tài)功能和經(jīng)濟(jì)功能。因此，科學(xué)合理經(jīng)營(yíng)對(duì)于優(yōu)化林分結(jié)構(gòu)具有重要意義。本文根據(jù)塞罕壩地區(qū)白樺天然次生林的特點(diǎn)，結(jié)合天然次生林結(jié)構(gòu)化經(jīng)營(yíng)理論，對(duì)其采取了一定的撫育間伐措施，并分析經(jīng)營(yíng)前后林分的結(jié)構(gòu)和空間分布格局，為該區(qū)域白樺次生林的經(jīng)營(yíng)提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2021年秋季，根據(jù)北曼甸林場(chǎng)和千層板林場(chǎng)的白樺天然林分布，隨機(jī)設(shè)計(jì)了2組試驗(yàn)地（每組3次重復(fù)），共計(jì)6塊樣地，其規(guī)格為30"m×30"m，試驗(yàn)樣地基本情況如表1所示。

1.2 經(jīng)營(yíng)技術(shù)

參考張菲等^[6]的研究結(jié)果，伐除質(zhì)量較差的白樺，合理調(diào)整林分空間。撫育后試驗(yàn)地1白樺的保留密度150株/hm²，試驗(yàn)地2白樺的保留密度375株/hm²，且在試驗(yàn)地1和2林冠下分別栽植華北落葉松和云杉幼苗。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

2021年秋季和2024年春季，分別測(cè)定試驗(yàn)樣地實(shí)施天然次生林結(jié)構(gòu)化經(jīng)營(yíng)技術(shù)前后的樹木胸徑、樹高、蓋度、冠幅、密度、相對(duì)位置和生物多樣性等指標(biāo)。

1.3.1 林分結(jié)構(gòu)特征 林分結(jié)構(gòu)特征從水平結(jié)構(gòu)和垂直結(jié)構(gòu)2個(gè)層面分析，水平結(jié)構(gòu)采用林分直徑結(jié)構(gòu)分析，垂直結(jié)構(gòu)采用林分垂直分層分析。（1）直徑結(jié)構(gòu)分析：按照2"cm為1個(gè)徑級(jí)，統(tǒng)計(jì)6塊樣地的所有林木胸徑分布。（2）垂直結(jié)構(gòu)分析：將林分的垂直層次劃分為喬木層、灌木層和草本層3層，測(cè)定試驗(yàn)地3個(gè)層次的蓋度，以蓋度大于50%為標(biāo)準(zhǔn)^[7]。

1.3.2 空間分布格局 采用角尺度分析林分空間分布格局，以5個(gè)林木為1個(gè)單元?jiǎng)澐?塊樣地內(nèi)林木^[8-9]，即1株參照木與其周圍4株相鄰木為1個(gè)單元，根據(jù)調(diào)查時(shí)的相對(duì)位置計(jì)算樣地每株林木的角尺度，計(jì)算如式（1）。

式中：W_i為第i株的角尺度，Z_ij為與i株相鄰的第j株之間的夾角。當(dāng)Z_ijlt;標(biāo)準(zhǔn)角（72"°）時(shí)，Z_ij取值為1，反之取值為0。對(duì)于單個(gè)參照木來說，當(dāng)角尺度為0時(shí)，其與周圍4株林木屬于絕對(duì)均勻分布；當(dāng)角尺度為0.25時(shí)，其與周圍4株林木屬于均勻分布；當(dāng)角尺度為0.50時(shí)，其與周圍4株林木屬于隨機(jī)分布；當(dāng)角尺度為0.75時(shí)，其與周圍4株林木屬于聚集分布；當(dāng)角尺度為1時(shí)，其與周圍4株林木屬于絕對(duì)聚集分布。

2 結(jié)果與分析

2.1 林分結(jié)構(gòu)

2.1.1 林分直徑結(jié)構(gòu) 林分直徑結(jié)構(gòu)是指林分內(nèi)不同林木胸徑的分布規(guī)律，可根據(jù)林木胸徑預(yù)估林分的樹高、蓄積和生長(zhǎng)量等指標(biāo)，因此林分直徑結(jié)構(gòu)是基礎(chǔ)的林分結(jié)構(gòu)之一，也是森林經(jīng)營(yíng)研究的重點(diǎn)之一。由圖1可知，試驗(yàn)地1實(shí)施經(jīng)營(yíng)技術(shù)前林分胸徑分布范圍在4～32"cm，林木胸徑多為22"cm，胸徑gt;20"cm的林木占比42.55%；試驗(yàn)地1實(shí)施經(jīng)營(yíng)技術(shù)后，林分胸徑分布范圍變小，在12～34"cm，以胸徑22"cm居多，胸徑gt;20"cm林木占比68.07%。說明經(jīng)營(yíng)后試驗(yàn)地1林分直徑結(jié)構(gòu)向大徑級(jí)轉(zhuǎn)變，增加了林分的生產(chǎn)力，經(jīng)營(yíng)前后林分結(jié)構(gòu)上缺少低徑級(jí)的幼樹，可在林冠營(yíng)造華北落葉松幼林，進(jìn)行人工更新，在提高林分生產(chǎn)力的基礎(chǔ)上提高了林分的穩(wěn)定性。

由圖2可知，試驗(yàn)地2實(shí)施經(jīng)營(yíng)技術(shù)前林分直徑分布范圍在10～40"cm，林木直徑多為22"cm，直徑gt;20"cm的林木占比55.41%；實(shí)施經(jīng)營(yíng)技術(shù)后直徑分布范圍在14～40"cm，以直徑22"cm居多，直徑gt;20"cm的林木占比80.34%，經(jīng)營(yíng)后大徑級(jí)的林木占比增加。試驗(yàn)樣地2林分直徑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與試驗(yàn)地1類似，經(jīng)營(yíng)前后林分直徑向大徑級(jí)轉(zhuǎn)化，實(shí)施經(jīng)營(yíng)技術(shù)促進(jìn)林分結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，從而提高林分的生產(chǎn)力。

2.1.2 林分垂直結(jié)構(gòu) 林分垂直層次結(jié)構(gòu)特征在一定程度上反映了森林群落垂直結(jié)構(gòu)的特征。由表2可知，試驗(yàn)地1實(shí)施經(jīng)營(yíng)技術(shù)前林分的喬木層、灌木層和草本層蓋度分別為75.00%、43.36%和100.73%；經(jīng)營(yíng)后，林分的喬木層、灌木層和草本層蓋度分別為55.00%、58.67%和117.30%。試驗(yàn)地2與試驗(yàn)地1出現(xiàn)了相同的規(guī)律，經(jīng)營(yíng)前林分的喬木層、灌木層和草本層蓋度分別為95.00%、34.30%和95.80%；經(jīng)營(yíng)后，林分的喬木層、灌木層和草本層蓋度分別為70.00%、50.67%和115.00%。說明樣地經(jīng)營(yíng)后，釋放了林分空間，林分密度下降，喬木層蓋度下降；由于林下陽光照射增多，林下灌木層和草本層蓋度增加。

馮楷斌^[7]研究認(rèn)為，一個(gè)林分喬、灌和草的蓋度均大于50%，說明該林分垂直層結(jié)構(gòu)比較完整，屬于復(fù)雜結(jié)構(gòu)；如果喬、灌、草3層中只有2層蓋度gt;50%，說明垂直結(jié)構(gòu)不完整，屬于簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)。綜合來看，2個(gè)試驗(yàn)地經(jīng)營(yíng)前的垂直層結(jié)構(gòu)不完整，屬于簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)；經(jīng)營(yíng)后的垂直層結(jié)構(gòu)較完整，屬于復(fù)雜結(jié)構(gòu)。說明實(shí)施經(jīng)營(yíng)技術(shù)有利于完善垂直結(jié)構(gòu)。

2.2 空間分布格局特征

由表3可知，試驗(yàn)地1和2經(jīng)營(yíng)前角尺度分別為0.43、0.37，經(jīng)營(yíng)后角尺度分別為0.57、0.49。整體上看，試驗(yàn)地1經(jīng)營(yíng)前后角尺度差距不大，屬于隨機(jī)分布；試驗(yàn)地2經(jīng)營(yíng)前接近均勻分布，經(jīng)營(yíng)后屬于隨機(jī)分布。

由圖3可知，試驗(yàn)地1經(jīng)營(yíng)前均勻分布（角尺度0.25）和隨機(jī)分布（角尺度0.50）單元較多，其分布頻率分別為39.86%和46.32%。經(jīng)營(yíng)后試驗(yàn)地1以隨機(jī)分布單元較多，其分布頻率為60.40%。說明使用天然次生林經(jīng)營(yíng)技術(shù)后林分內(nèi)的林木隨機(jī)分布單元占主導(dǎo)地位。

試驗(yàn)地2經(jīng)營(yíng)前均勻分布（角尺度0.25）最多，其次是隨機(jī)分布（角尺度0.50）單元，其分布頻率分別為52.54%和43.81%；經(jīng)營(yíng)后試驗(yàn)地2以隨機(jī)分布（角尺度0.50）單元最多，其分布頻率為60.02%，聚集分布（角尺度0.75）和均勻分布單元分布頻率接近，分別為19.49%和20.49%。說明試驗(yàn)地2與試驗(yàn)地1實(shí)施經(jīng)營(yíng)技術(shù)后情況基本相同，林分水平格局屬于隨機(jī)分布（圖4）。

3 結(jié)論與討論

韓豪等^[10]研究發(fā)現(xiàn)，齡級(jí)結(jié)構(gòu)呈倒“J”型分布的森林種群是穩(wěn)定型森林種群，幼齡個(gè)體數(shù)量多，其生命期望較高。中低齡級(jí)林木數(shù)量較少時(shí)，一旦中老齡林木出現(xiàn)死亡，難以提供有效個(gè)體進(jìn)行補(bǔ)充，在遭遇強(qiáng)烈環(huán)境波動(dòng)時(shí)，可能造成森林種群結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定。本研究表明，2個(gè)試驗(yàn)地經(jīng)營(yíng)前后低徑級(jí)的幼樹占比均較低，試驗(yàn)地經(jīng)營(yíng)后大徑級(jí)林木占比增加，同時(shí)在林冠下栽植華北落葉松、云杉幼齡樹木，可促進(jìn)林分生產(chǎn)力的提高和增加林分的穩(wěn)定性。朱佳琪^[11]針對(duì)青海大通河流域青杄林存在大徑木占比偏大的問題，提出采取人工補(bǔ)植或人工制造林窗等方式，促進(jìn)林分更新。林分垂直層次結(jié)構(gòu)合理、完整，一定程度上能夠反映出森林群落垂直結(jié)構(gòu)完整、健康。研究表明，2個(gè)試驗(yàn)地通過使用天然次生林結(jié)構(gòu)化經(jīng)營(yíng)技術(shù)，經(jīng)營(yíng)后林分的灌木層、草本層蓋度均有所增加，林分垂直層結(jié)構(gòu)較完整，屬于復(fù)雜結(jié)構(gòu)，說明在白樺林中使用的天然次生林結(jié)構(gòu)化經(jīng)營(yíng)技術(shù)較合理。

試驗(yàn)地1經(jīng)營(yíng)后隨機(jī)分布單元占比由46.32%提高至60.40%，試驗(yàn)地2經(jīng)營(yíng)后由均勻分布占比較高轉(zhuǎn)變?yōu)殡S機(jī)分布占比較高，2個(gè)試驗(yàn)地林分空間分布格局均屬于隨機(jī)分布，林分狀態(tài)較為穩(wěn)定。申鵬等^[12]研究認(rèn)為，近自然經(jīng)營(yíng)后的種群分布格局呈聚集—均勻—隨機(jī)分布趨勢(shì)，隨機(jī)分布格局是較為穩(wěn)定的天然林格局，有利于提高林分生產(chǎn)力和優(yōu)化林分結(jié)構(gòu)空間，本研究結(jié)果與此基本一致。

綜上，本試驗(yàn)通過使用天然次生林經(jīng)營(yíng)技術(shù)，對(duì)白樺天然林采取一定的撫育間伐措施，包括伐除質(zhì)量較差的白樺、合理調(diào)整林分空間等。實(shí)施該經(jīng)營(yíng)技術(shù)后的試驗(yàn)地樹木徑級(jí)結(jié)構(gòu)有所調(diào)整，灌木層、草本層蓋度增加，垂直層結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)閺?fù)雜結(jié)構(gòu)，林分空間分布格局屬于隨機(jī)分布格局，促進(jìn)了林分生產(chǎn)力的提高。

參考文獻(xiàn)

[1] 田瑩，盧杰. 植物種群結(jié)構(gòu)與數(shù)量動(dòng)態(tài)分析方法探討[J]. 綠色科技，2022，24（3）：89-94.

[2] 謝春平，邱靖，伊賢貴. 南京城市近郊構(gòu)樹種群結(jié)構(gòu)分析[J]. 云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)），2018，33（4）：696-704.

[3] 韋朝敏，覃濤. 馬尾松天然次生林林分結(jié)構(gòu)特征分析[J]. 中南林業(yè)調(diào)查規(guī)劃，2022，41（2）：41-47.

[4] 王剛. 遼東山區(qū)紅松人工林空間分布格局研究[J]. 遼寧林業(yè)科技，2022（5）：23-26.

[5] 鄧善寶，華玉蘭，楊梅. 不同年齡尾巨桉人工林林分結(jié)構(gòu)特征研究[J]. 陜西林業(yè)科技，2024，52（3）：32-38.

[6] 張菲，張巖. 塞罕壩地區(qū)天然次生林頂級(jí)樹種自然化混交林經(jīng)營(yíng)技術(shù)研究[J]. 現(xiàn)代園藝，2023（14）：12-14.

[7] 馮楷斌.冀北山地楊樺次生林森林自然度評(píng)價(jià)研究[D]. 保定：河北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2016.

[8] 趙中華. 基于林分狀態(tài)特征的森林自然度評(píng)價(jià)研究[D]. 北京：中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院，2009.

[9] 張群，范少輝，沈海龍，等. 次生林林木空間結(jié)構(gòu)等對(duì)紅松幼樹生長(zhǎng)的影響[J]. 林業(yè)科學(xué)研究，2004，17（4）：405-412.

[10] 韓豪，駱漫，李濤，等. 貴州閩楠天然種群特征、空間分布格局及空間關(guān)聯(lián)分析[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，2021，41（13）：5360-5367.

[11] 朱佳琪. 青海大通河流域青杄林空間結(jié)構(gòu)特征及結(jié)構(gòu)化經(jīng)營(yíng)技術(shù)研究[D]. 楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2023.

[12] 申鵬，周雯，柴宗政. 近自然經(jīng)營(yíng)對(duì)馬尾松種群結(jié)構(gòu)及分布格局的影響[J]. 西南林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)），2024，44（3）：35-42.

（責(zé)任編輯：吳思文）

基金項(xiàng)目 河北省林業(yè)和草原科技推廣示范項(xiàng)目“天然次生林結(jié)構(gòu)化經(jīng)營(yíng)技術(shù)示范推廣”（冀TG〔2021〕013號(hào)）。

作者簡(jiǎn)介 徐冰（1990—），男，河北圍場(chǎng)人，工程師，從事森林經(jīng)營(yíng)管理研究。

收稿日期 2024-08-16