黃慶豐 宮守飛 許劍輝

(安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)，合肥，230036)

林分空間結(jié)構(gòu)包括混交、大小分化和林木空間格局［1］?？臻g結(jié)構(gòu)直接影響非空間結(jié)構(gòu)，因此空間結(jié)構(gòu)比非空間結(jié)構(gòu)更重要［2］。林分空間結(jié)構(gòu)決定了樹木之間的競爭勢及其空間生態(tài)位，在很大程度上決定了林分的穩(wěn)定性、發(fā)展的可能性和經(jīng)營空間的大?。?］;同時(shí)，也影響林下植被、土壤、微生物、林內(nèi)環(huán)境及其生態(tài)功能［3－5］。因此，空間結(jié)構(gòu)分析目前已成為國際上天然林經(jīng)營模擬技術(shù)的主要研究內(nèi)容［1］。林木空間分布會(huì)隨森林演替而變化，由林木空間分布可以推動(dòng)生態(tài)過程［6］。原始林群落組成、結(jié)構(gòu)和空間格局是相似森林類型保護(hù)和經(jīng)營決策設(shè)計(jì)的依據(jù)［7－8］，但保護(hù)和發(fā)育良好、具備地帶性頂級(jí)群落特征的天然次生林，也可以作為人工模擬森林結(jié)構(gòu)的模板［9］。天然次生林林分空間結(jié)構(gòu)研究對(duì)天然次生林近自然經(jīng)營具有重要意義。目前國際上研究林木空間分布格局主要采用的是距離法中的雙相關(guān)函數(shù)和基于Ripley K—函數(shù)的L—函數(shù)，近10 a來還出現(xiàn)了角尺度方法，其應(yīng)用方興未艾［10］。本文以銅陵葉山20世紀(jì)50年代初封育形成的天然落葉與常綠闊葉混交林為研究對(duì)象，利用混交度、大小比數(shù)和角尺度3個(gè)林分空間結(jié)構(gòu)參數(shù)［11－13］，分析了該天然落葉與常綠闊葉林林分空間結(jié)構(gòu)特征及其恢復(fù)和保護(hù)狀況，為現(xiàn)有天然闊葉混交林林木空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整以及人工林近自然營造提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究地點(diǎn)位于安徽省銅陵市葉山林場，長江中下游南岸，地理坐標(biāo)為東經(jīng) 117°42'00″～118°10'6″、北緯 30°45'12″～31°07'56″。亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，全年氣候溫暖濕潤，四季分明;年平均氣溫17.8℃，年平均降水量1 370 mm，雨量充沛，無霜期230 d;地貌主要為丘陵，主要土壤類型有黃紅壤、石灰土，土層厚度80～120 cm，pH值均在6.8～7.2;全年日照2 000～2 050 h，光照充足。葉山林場經(jīng)營總面積近600 hm2，林場內(nèi)現(xiàn)存植被保存完好，森林覆蓋率93%以上。天然次生林主要組成樹種有麻櫟(Quercus acutissima)、苦櫧(Castanopsis sclerophylla)、石櫟(Lithocarpus glaber)、馬尾松(Pinus massoniana)、楓香(Liquidambar formosana)、白櫟(Quercus albus)、黃檀(Dalbergia hupeana)、青岡櫟(Cyclobalanopsis glauca)等。

2 研究方法

在銅陵葉山林場20世紀(jì)50年代封育的落葉與常綠闊葉混交林內(nèi)，選擇有代表性、能夠反映該森林類型林分結(jié)構(gòu)特征的山坡，從坡腳向坡頂設(shè)置面積1.8 hm2(150 m×120 m)的大樣地，用相鄰格子法，將大樣地劃分為20個(gè)30 m×30 m喬木調(diào)查樣方，調(diào)查胸徑大于5 cm的樹種名稱、胸徑、樹高，以及坡位、坡向、海拔等;用全站儀測量并記錄樣方內(nèi)全部喬木的三維坐標(biāo)(X，Y，Z)，繪制林木平面空間位置圖。為避免邊緣誤差，在每塊樣方四周設(shè)置5 m的緩沖區(qū)，緩沖區(qū)內(nèi)的樹木只作相鄰木記載。大樣地坡向?yàn)槟掀?，坡?9.2°～43.2°，平均坡度35.6°，土壤為黃紅壤。

空間結(jié)構(gòu)分析以空間結(jié)構(gòu)單元分析為基礎(chǔ)?？臻g結(jié)構(gòu)單元由任意一株單木與其最近幾株相鄰木構(gòu)成，單元核心的單木被稱作參照樹。許多研究表明，在1株參照樹與4株相鄰木組成的結(jié)構(gòu)單元中，4株最近相鄰木與參照樹構(gòu)成的結(jié)構(gòu)關(guān)系有5種:零度、弱度、中度、強(qiáng)度、極強(qiáng)度，過渡階段完整，符合自然情況，生物學(xué)意義明顯，空間結(jié)構(gòu)信息比較完整。另外，這種結(jié)構(gòu)單元的可釋性和可操作性都比較強(qiáng)，較適宜于描述林分的空間結(jié)構(gòu)［3］，因此，選擇基于這種空間結(jié)構(gòu)單元的林分空間結(jié)構(gòu)參數(shù)來描述林木混交、競爭及其水平分布格局，即混交度(Mi)、大小比數(shù)(Ui)和角尺度(Wi)，見表1所示。

表1 林分空間結(jié)構(gòu)參數(shù)

3 結(jié)果與分析

3.1 直徑結(jié)構(gòu)

大樣地每木檢尺表明大樣地林木直徑大于5 cm的林木株數(shù)共有1 660株，平均胸徑18.1 cm，總胸高斷面積48.878 1 m2，其中:優(yōu)勢樹種麻櫟1 068株、斷面積27.681 2 m2，占總株數(shù)和總斷面積的64.3%、56.6%;伴生樹種青岡櫟246株、斷面積 8.358 9 m2，占總株數(shù)和總斷面積的 14.8%、17.1%;馬尾松101株、斷面積7.597 7 m2，占總株數(shù)和總斷面積的6.1%、15.5%;苦櫧106株、斷面積1.952 2 m2，占總株數(shù)和總斷面積的6.4%、4.0%。落葉闊葉樹林木株數(shù)和斷面積分別占大樣地的66.3%和59.3%，常綠闊葉樹林木株數(shù)和斷面積分別占大樣地的23.8%和22.8%，針葉樹林木株數(shù)和斷面積分別占大樣地的6.1%和15.5%，從林木株數(shù)和斷面積比例系數(shù)來看，該森林群落屬于落葉與常綠闊葉混交林。大樣地林分直徑分布:林分徑階為 6、8、10、12、14、16、18、20、22、24、26、28、30，32，34、36、38、40、42、44、46、48 所對(duì)應(yīng)株數(shù)分別是 15、51、125、162、218、241、216、201、120、83、63、44、27、23、18、22、12、3、7、5、2、2。正態(tài)性檢驗(yàn)結(jié)果表明其偏度為 1.2926，峰度為3.1401，說明林分直徑結(jié)構(gòu)為左偏正態(tài)分布，表明該林分具有同齡林直徑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

3.2 林分空間結(jié)構(gòu)

3.2.1 林木種間關(guān)系

混交度是用來說明混交林中樹種空間隔離程度即種間關(guān)系。實(shí)際應(yīng)用混交度比較各林分樹種隔離程度時(shí)，通常要分析各林分的混交度分布或比較該分布的均值。對(duì)于單優(yōu)或多優(yōu)種群亦可采用分樹種統(tǒng)計(jì)的方法，以獲得該樹種在整個(gè)林分中的混交情況。而對(duì)于由多樹種組成的、無明顯優(yōu)勢種群的天然林來講，自然就沒有分樹種計(jì)算的必要［3］。計(jì)算林分混交度均值的公式為:

式中，n表示林分內(nèi)所有林木株數(shù)，Mi表示第i樹的混交度。

由表2知，20個(gè)樣方林木平均混交度在0.09～0.56，大樣地平均混交度為0.34，說明該林分總體呈弱度混交，也就是說參照樹周圍4株最近相鄰木中有1株與參照樹非同種。優(yōu)勢樹種麻櫟和伴生樹種青岡櫟、馬尾松、苦櫧混交度計(jì)算結(jié)果如表3，麻櫟、青岡櫟、馬尾松、苦櫧平均混交度分別為0.21、0.45、0.73、0.59，說明麻櫟總體為弱度混交，青岡櫟接近中度混交，馬尾松為強(qiáng)度混交，苦櫧為中度到強(qiáng)度混交。麻櫟零度與弱度混交的林木株數(shù)占總株數(shù)77.7%，中度以上混交只占總株數(shù)22.3%;青岡櫟、馬尾松和苦櫧中度以上混交林木占總株數(shù)57.8%、88.1%和71.4%，但馬尾松和苦櫧強(qiáng)度以上混交林木占總株數(shù)69.3%和56.2%。

表2 各樣方林分空間結(jié)構(gòu)參數(shù)

3.2.2 林木大小分化程度

天然混交林樹種組成較豐富，但林木個(gè)體生長存在差異，大小比數(shù)是用來分析各樹種林木大小分化程度的林分空間結(jié)構(gòu)參數(shù)。由表2知，20個(gè)樣方林木平均大小比數(shù)在0.45～0.53，大樣地平均大小比數(shù)為0.49，說明林分各樹種在生長上基本處于中庸?fàn)顟B(tài)，也就是參照樹周圍有兩棵相鄰木比參照樹大，樹種空間大小分化差異較小。

表3 林分主要樹種平均混交度、大小比數(shù)及角尺度分布

林分主要組成樹種大小比數(shù)分布如表3，各主要組成樹種平均大小比數(shù)在0.38～0.60，說明各主要組成樹種在生長上介于亞優(yōu)勢和劣勢木之間。麻櫟平均大小比數(shù)為0.44，但優(yōu)勢和亞優(yōu)勢木的比例之和為46.3%，接近一半的比例，中庸木的比例為21.6%，劣勢和絕對(duì)劣勢木的比例之和為32.1%，說明麻櫟在生長上占有一定優(yōu)勢，結(jié)合其林分樹種組成系數(shù)可以判定麻櫟為優(yōu)勢樹種;青岡櫟和苦櫧的平均大小比數(shù)分別為0.59和0.60，在生長上總體處于中庸與劣態(tài)之間，但其劣勢和絕對(duì)劣勢木的比例之和分別為54.4%和55.3%，說明有一半以上青岡櫟和苦櫧為劣態(tài)木，在林分中處于受壓迫狀態(tài)，為受壓樹種;馬尾松平均大小比數(shù)為0.38，在生長上總體處于亞優(yōu)勢和中庸之間，但優(yōu)勢和亞優(yōu)勢木的比例之和為55.5%，說明有一半以上的馬尾松為優(yōu)勢木且為大樹。結(jié)合樹種混交度和林木株數(shù)組成系數(shù)，馬尾松的混交度很高，大多馬尾松的大樹周圍聚集了相對(duì)小的其它樹種。分析其原因主要是馬尾松作為封育早期的先鋒樹種，先期占領(lǐng)林地獲得更新，隨著麻櫟、青岡櫟等其它樹種的進(jìn)入并到達(dá)林冠層，林分環(huán)境發(fā)生變化，馬尾松是陽性樹種，因得不到陽光而逐漸被淘汰，林木株數(shù)越來越少，只留下少量大徑級(jí)林木。

3.2.3 林木空間分布格局

角尺度是通過描述相鄰木圍繞參照樹的均勻性來進(jìn)行林木分布格局的判定。與其他的描述分布格局的指數(shù)相比，角尺度具有調(diào)查費(fèi)用低、結(jié)果的體現(xiàn)既可用均值也可用頻率分布的形式，對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的解析能力，在結(jié)構(gòu)復(fù)雜天然林的可持續(xù)經(jīng)營中將發(fā)揮十分重要作用［13－14］。林木空間分布有均勻分布、隨機(jī)分布和集聚分布3種情況。角尺度W＜0.475時(shí)為均勻分布，0.475≤W≤0.517 時(shí)為隨機(jī)分布，W＞0.517 時(shí)為聚集分布［13］。由表2知，20個(gè)樣方平均角尺度在0.445～0.612，大樣地平均角尺度為0.513，說明樣地林木空間分布格局為隨機(jī)分布。由表3知，優(yōu)勢樹種麻櫟平均角尺度為0.46，均勻分布的林木比例之和為30%，隨機(jī)分布林木比例為52.8%，可見麻櫟空間分布格局為均勻到隨機(jī)分布，不均勻分布的比例很小只有17.2%。青岡櫟平均角尺度0.5，說明其空間分布格局總體為隨機(jī)分布，隨機(jī)分布林木比例為57.5%。馬尾松和苦櫧平均角尺度都大于0.517，說明馬尾松和苦櫧林木總體為聚集分布，但Wi=0.5的比例高于Wi=0.75和Wi=1的比例之和，也就是隨機(jī)分布的單元多于不均勻的單元。

4 結(jié)論與討論

經(jīng)過50多a的保護(hù)封育，該森林類型落葉闊葉樹林木株數(shù)和斷面積分別占大樣地的66.3%和59.3%，常綠闊葉樹林木株數(shù)和斷面積分別占大樣地的23.8%和22.8%，針葉樹林木株數(shù)和斷面積分別占大樣地的6.1%和15.5%，從林木株數(shù)和斷面積比例系數(shù)來看，該森林群落屬于落葉與常綠闊葉混交林，且以落葉樹數(shù)量居多，常綠闊葉樹種數(shù)量較少，具備了北亞熱帶低山落葉與常綠闊葉混交林樹種結(jié)構(gòu)特征。林分直徑結(jié)構(gòu)呈偏左正態(tài)分布，具有同齡林林分直徑結(jié)構(gòu)特征。

該林分總體呈弱度混交，優(yōu)勢樹種麻櫟總體為弱度混交，伴生樹種青岡櫟接近中度混交，馬尾松為強(qiáng)度混交，苦櫧為中度到強(qiáng)度混交。

林分主要組成樹種在生長上介于亞優(yōu)勢和劣勢木之間，但麻櫟在生長上占有一定優(yōu)勢，結(jié)合其樹種組成系數(shù)可以判定麻櫟為優(yōu)勢樹種;青岡櫟和苦櫧在生長上總體處于中庸與劣態(tài)之間，有半數(shù)以上青岡櫟和苦櫧為劣態(tài)木，在林分中處于受壓迫狀態(tài)，為受壓樹種;馬尾松在生長上總體處于亞優(yōu)勢和中庸之間，有半數(shù)以上的馬尾松為優(yōu)勢木、且為大樹。

林木空間分布格局為隨機(jī)分布。優(yōu)勢樹種麻櫟空間分布格局為均勻到隨機(jī)分布，不均勻分布的比例很小只有17.2%。青岡櫟空間分布格局總體為隨機(jī)分布，隨機(jī)分布林木比例為57.5%。馬尾松和苦櫧林木總體為聚集分布，這一結(jié)果告知我們?cè)跔I造針闊混交林時(shí)，馬尾松和苦櫧塊狀混交效果好。

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