趙 娜 鄭小賢

(森林資源與環(huán)境管理國(guó)家林業(yè)局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(北京林業(yè)大學(xué))，北京，100083)

福建三明擬赤楊混交林的空間結(jié)構(gòu)1)

趙 娜 鄭小賢

(森林資源與環(huán)境管理國(guó)家林業(yè)局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(北京林業(yè)大學(xué))，北京，100083)

通過(guò)對(duì)福建三明擬赤楊混交林的樹種組成、樹冠結(jié)構(gòu)，以及主要樹種的混交度、角尺度、大小比數(shù)、開敞度等調(diào)查分析，研究了擬赤楊混交林的空間結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明：擬赤楊為林分優(yōu)勢(shì)樹種。林分組成樹種豐富，林分的平均混交度為0.7，處于中度混交和強(qiáng)度混交之間；平均角尺度為0.57，屬于聚集分布；平均大小比數(shù)為0.51，接近中庸；開敞度為0.19，生長(zhǎng)空間嚴(yán)重不足，表明林分的空間穩(wěn)定性較低，在空間穩(wěn)定性上落葉樹種優(yōu)于常綠樹種；胸徑和樹高排序?yàn)槁淙~樹種優(yōu)于常綠樹種，次林層的常綠樹種生長(zhǎng)更具競(jìng)爭(zhēng)力。

空間結(jié)構(gòu)；樹冠結(jié)構(gòu)；混交度；角尺度；大小比數(shù)；開敞度

擬赤楊為我國(guó)南方主要用材樹種之一，它生長(zhǎng)快，干形直，材質(zhì)輕軟，切削容易，膠粘性好，是制作膠合板和造紙的優(yōu)良原料[1]。擬赤楊落葉豐富且枯枝落葉極易腐爛分解，具有顯著地改善地力的作用，是理想的防護(hù)林樹種，也是造林值得推廣的優(yōu)良樹種[2]。擬赤楊林是常綠闊葉林采伐后，天然更新過(guò)程中常見(jiàn)的亞熱帶落葉闊葉林類型，屬于常綠闊葉林演替系列的一個(gè)演替階段，也是福建地區(qū)闊葉林常見(jiàn)的林分類型之一。我國(guó)對(duì)擬赤楊林的研究主要集中在林分的分類與演替、生長(zhǎng)與更新、種間競(jìng)爭(zhēng)及提高生產(chǎn)力等方面[3-5]，對(duì)空間結(jié)構(gòu)和樹冠結(jié)構(gòu)的研究鮮少見(jiàn)報(bào)[1-2，6]。

國(guó)內(nèi)對(duì)于林分空間結(jié)構(gòu)的研究已經(jīng)日趨成熟[7-9]，常用的評(píng)價(jià)指標(biāo)有混交度、角尺度、大小比數(shù)等，缺乏樹冠結(jié)構(gòu)調(diào)查分析。傳統(tǒng)樹冠的研究主要局限于冠長(zhǎng)和冠幅的測(cè)定以及胸徑的相互關(guān)系的研究[10-11]。本文在標(biāo)準(zhǔn)地調(diào)查的基礎(chǔ)上，結(jié)合傳統(tǒng)空間結(jié)構(gòu)和樹冠結(jié)構(gòu)的分析方法，旨在通過(guò)全面分析擬赤楊主要樹種(組)的空間結(jié)構(gòu)對(duì)當(dāng)?shù)氐拈熑~林空間結(jié)構(gòu)的影響，并提出林分結(jié)構(gòu)優(yōu)化的建議，為當(dāng)?shù)亻熑~林經(jīng)營(yíng)提供理論依據(jù)和實(shí)際指導(dǎo)方法。

1 研究地概況

福建三明將樂(lè)林場(chǎng)地處武夷山東南麓，金溪河畔，屬于閩西北隆起地帶，海拔400～800 m。屬褶皺山地地貌，山勢(shì)狹長(zhǎng)，山矮坡陡。該地區(qū)位于中亞熱帶，具有海洋性和大陸性氣候特點(diǎn)，年平均氣溫18.7 ℃，極端最高氣溫41.1 ℃，極端最低氣溫-2.5 ℃。年平均降水量1 204 mm，雨季持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，氣候溫潤(rùn)，雨量充足。土壤質(zhì)地一般為沙壤土或輕壤土，塊狀結(jié)構(gòu)，緊實(shí)度適中，腐殖質(zhì)層厚度4.5～15.5 cm，一般為灰黑色。林場(chǎng)占地面積7 113.6 hm2，森林覆蓋率93.8%，常綠闊葉林占有林地面積的13.1%。闊葉林喬木層主要樹種有：栲樹(Castanopsisfargesii)、擬赤楊(Alniphyllumfortunei)、木荷(Schimasuperba)、甜櫧(Castanopsiseyrei)、米櫧(Castanopsiscarlesii)、青岡(Cyclobalanopsischungii)等，其中擬赤楊是當(dāng)?shù)貭I(yíng)造防護(hù)林的重要樹種[12]。

2 研究方法

2.1 樣地調(diào)查

研究地為1958年皆伐后自然恢復(fù)的林分。通過(guò)踏查，在將樂(lè)林場(chǎng)選擇擬赤楊混交林樣地13塊，面積為20 m×30 m。記錄每塊樣地的經(jīng)緯度、海拔、坡度、坡向等基本情況。將每塊樣地分為24個(gè)5 m×5 m的小樣方，對(duì)樣方內(nèi)胸徑大于5 cm的所有喬木個(gè)體的種名、胸徑、樹高、冠幅、枝下高及相對(duì)坐標(biāo)等進(jìn)行調(diào)查記錄。

2.2 空間結(jié)構(gòu)

空間結(jié)構(gòu)分析采用第4鄰體距離判定法[13]消除邊緣木的影響，第4鄰體距離判定法與距離緩沖法在計(jì)算角尺度、大小比數(shù)和混交度方面差異不顯著，并且比緩沖區(qū)法能更好的提高林地內(nèi)信息的有效性。

林分內(nèi)任意一株單株樹木和離它最近的n株相鄰木均可構(gòu)成林分空間結(jié)構(gòu)的基本單元，其中核心樹被稱為參照樹。當(dāng)n=4時(shí)，可以很好地滿足對(duì)林分空間結(jié)構(gòu)分析的要求，因此，本研究取n=4的結(jié)構(gòu)單元，分別計(jì)算混交度、角尺度、大小比數(shù)、開敞度等[14-15]指標(biāo)來(lái)分析林分的空間結(jié)構(gòu)。

分樹種(組)分析冠幅與胸徑的線性關(guān)系，并且分析主要樹種的伸展度、完滿度和投影比[16]，以此分析林分的樹冠結(jié)構(gòu)及各樹種之間的競(jìng)爭(zhēng)狀況。

3 結(jié)果與分析

3.1 林分概況

獲取粒子pi適應(yīng)值后，與當(dāng)前粒子的位置進(jìn)行比較并判斷是否最優(yōu).粒子i達(dá)到過(guò)的最優(yōu)位置記為pbesti=(pi1，pi2，pi3，…，piD)T，整個(gè)粒子群體遍歷到的最優(yōu)位置記為gbest=(pg1，pg2，pg3，…，pgD)T.在傳統(tǒng)的粒子群算法中，每次迭代過(guò)程中的速度更新和位置刷新一般按照以下表達(dá)式:

由表1可知，調(diào)查林分的平均密度為1 472株/hm2，有喬木30種，其中落葉樹種10種，常綠樹種20種，落葉樹種和常綠樹種的蓄積比例為7∶2。根據(jù)斷面積計(jì)算的樹種組成為6擬赤楊+1栲樹+1檵木+1楓香+黃樟+苦櫧+天仙果-檫木-欏木石楠-木荷-杉木，擬赤楊為該林分的優(yōu)勢(shì)樹種。

林分平均胸徑11.0 cm，林分胸徑范圍5.1～56.4 cm；林分的平均樹高8.7 m，樹木高度范圍2.8～28 m，胸徑和樹高的分布范圍的幅度都較大。落葉樹種中，擬赤楊、楓香和檫木的平均樹高分別都大于林分均值；常綠樹種中，除了栲樹、黃樟、苦櫧和欏木石楠外，樹高均小于林分均值。落葉樹種中，擬赤楊、楓香和檫木的平均胸徑都大于林分均值；常綠樹種中，除了栲樹平均胸徑13.6 cm大于林分平均胸徑，其余樹種平均胸徑均小于林分均值。樹種組的胸徑和樹高均值由小到大的順序?yàn)椋撼＞G樹種、全林分、落葉樹種。

由此可見(jiàn)，林分內(nèi)常綠樹種的種類較多，但是平均胸徑和樹高都小于林分均值，落葉樹種的平均胸徑和樹高都大于林分均值，說(shuō)明擬赤楊混交林處于落葉闊葉混交林向常綠闊葉林的正向演替中。

表1 福建三明擬赤楊混交林主要樹種生長(zhǎng)概況

根據(jù)我國(guó)林層劃分的標(biāo)準(zhǔn)及該地區(qū)相關(guān)研究成果[17-18]，將擬赤楊混交林分為三個(gè)林層，各林層特征見(jiàn)表2，由表2可知，各林層株數(shù)由小到大排序?yàn)椋荷狭謱印⒅辛謱雍拖铝謱?，但是蓄積量由小到大排序?yàn)椋合铝謱?、上林層、中林層。上林層林木株?shù)少，但是蓄積量為32.67%，占林分總蓄積的1/3。上林層主要樹種是擬赤楊，中林層以擬赤楊和楓香為主，伴有常綠樹種栲樹和黃樟，下林層大部分為常綠樹種。

表2 林層概況

注：樹高為h，單位m；22

3.2 樹冠結(jié)構(gòu)

很多學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)人工林胸徑和冠幅普遍存在線性關(guān)系[19-20]。本文對(duì)擬赤楊林進(jìn)行線性分析。結(jié)果如下：優(yōu)勢(shì)樹種擬赤楊變量解釋的百分比為84.1%，冠幅基本上隨胸徑的增大線性增加；楓香的擬合率為96%，但由于楓香數(shù)量較少，因此，線性擬合的準(zhǔn)確性有一定影響；栲樹的擬合率為82.3%；黃樟的擬合率只有26.3%。

樹冠形狀指標(biāo)(林木伸展度、完滿度和投影比)可以反映林木的競(jìng)爭(zhēng)狀況，將林木胸徑劃分為大(d≥26 cm)、中(16 cm≤d≤24 cm)、小(d≤14 cm)三個(gè)徑級(jí)組進(jìn)行分析[21](見(jiàn)表3)。

可知，楓香的大徑級(jí)林木伸展度、完滿度和投影比都較大，這是由于大徑級(jí)林木基本處于林分上層，而上層林木只有擬赤楊和楓香，相對(duì)競(jìng)爭(zhēng)較小；黃樟主要處于林分中下層，三個(gè)指標(biāo)都隨著胸徑的增大而減小，符合一般規(guī)律；栲樹中徑級(jí)的伸展度、完滿度和投影比最高，這是由于中徑級(jí)林木處于中林層的常綠樹種較少，落葉樹種的落葉期為栲樹的生長(zhǎng)提供了有利環(huán)境；擬赤楊的完滿度和投影比隨著徑級(jí)的增大而減小，符合一般規(guī)律，但是小徑級(jí)擬赤楊的伸展度最低，這是由于林分的下林層生長(zhǎng)的常綠樹種多，使得下林層對(duì)于空間的競(jìng)爭(zhēng)較大，并且擬赤楊是喜光樹種，因此，下林層的擬赤楊生長(zhǎng)不具有優(yōu)勢(shì)。

3.3 基本空間結(jié)構(gòu)

3.3.1 林木種間關(guān)系

表4為全林分及主要樹種混交度及角尺度分布頻率，林分平均混交度為0.70，介于中度混交和強(qiáng)度混交之間，混交度的頻率分布隨著混交度的增強(qiáng)呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，中度混交、強(qiáng)度混交和極強(qiáng)度混交上的頻率達(dá)到了83%，整個(gè)林分樹種間隔離程度較高。這是由于林分內(nèi)喬木種類較多，導(dǎo)致樹種間隔離程度較大。優(yōu)勢(shì)樹種擬赤楊的混交度為0.59，中度混交以上的樹木達(dá)到了78%。其余落葉樹種均為強(qiáng)度混交或極強(qiáng)度混交；林分內(nèi)常綠樹種中，檵木和欏木石楠的混交度平均值分別為0.41、0.42，介于弱度混交和中度混交之間，其余樹種均為中度混交以上，并且大部分處于強(qiáng)度混交和極強(qiáng)度混交；落葉樹種均處于中度混交以上。落葉樹種和常綠樹種的混交度均值都處于中度混交和強(qiáng)度混交之間，差別不大。

表4 全林分及主要樹種混交度及角尺度頻率分布

3.3.2 林木空間分布格局

由表4可知，林分的角尺度均值為0.57，屬于聚集分布。整個(gè)林分內(nèi)不存在分布均勻的情況，隨機(jī)分布的結(jié)構(gòu)單元所占比例較大，擬赤楊為參照樹的結(jié)構(gòu)單元角尺度的頻率分布與整體林分的頻率分布規(guī)律相似，角尺度均值也是0.57，為聚集分布。這是由于擬赤楊作為優(yōu)勢(shì)樹種，角尺度分布對(duì)整個(gè)林分的角尺度也有一定的影響。落葉樹種和常綠樹種的角尺度均值分別是0.56和0.58，都是聚集分布，差別不大。

3.3.3 林木大小分化程度及開敞度

通過(guò)表5可以了解到，全林分的大小比數(shù)均值為0.51，接近中庸，整個(gè)林分大小比數(shù)的頻率分布比較均衡，每個(gè)生長(zhǎng)狀態(tài)的參照樹占到了20%左右。其中擬赤楊的生長(zhǎng)狀態(tài)較好，大小比數(shù)的均值為0.36，處于亞優(yōu)勢(shì)和中庸之間，占優(yōu)勢(shì)的樹木占到了36%。落葉樹中楓香和檫木也都處于亞優(yōu)勢(shì)和中庸的生長(zhǎng)狀態(tài)之間。常綠樹種中，栲樹、黃樟、楠木等常綠樹種大小比數(shù)均值都處于亞優(yōu)勢(shì)和中庸之間，其余常綠樹種大多處于劣勢(shì)和極劣勢(shì)之間。落葉樹種的大小比數(shù)均值為0.43，處于亞優(yōu)勢(shì)和中庸之間，常綠樹種的大小比數(shù)均值為0.54，處于中庸和亞劣勢(shì)之間。

根據(jù)開敞度標(biāo)準(zhǔn)的5個(gè)區(qū)間，林分開敞度均值為0.19，屬于生長(zhǎng)空間嚴(yán)重不足，各樹種的開敞度中除了楓香和楠木生長(zhǎng)空間達(dá)到了基本充足的標(biāo)準(zhǔn)，其余樹種均處于生長(zhǎng)空間不足，并且大部分處于生長(zhǎng)空間嚴(yán)重不足。其中落葉樹種的開敞度均值為0.22，屬于生長(zhǎng)空間不足，常綠樹種的開敞度均值為0.17，屬于生長(zhǎng)空間嚴(yán)重不足。

表5 林分及主要樹種大小比數(shù)頻率分布及開敞度

4 結(jié)論與討論

通過(guò)對(duì)將樂(lè)林場(chǎng)擬赤楊混交林的空間結(jié)構(gòu)分析，結(jié)果表明：林分內(nèi)喬木層有30個(gè)樹種，常綠樹種比落葉樹種多，常綠樹種的胸徑和樹高均值小于落葉樹種均值。林分的垂直結(jié)構(gòu)可以分為三層，其中上層和中層以擬赤楊和楓香等落葉喬木為主，常綠樹種主要存在于下林層，說(shuō)明林分內(nèi)擬赤楊為主的落葉樹種占優(yōu)勢(shì)，但林分處于落葉闊葉混交林向常綠闊葉林的正向演替中。

林分上層的擬赤楊和楓香的胸徑-冠幅呈現(xiàn)線性關(guān)系，樹冠結(jié)構(gòu)比較理想。林分下層的栲樹等常綠樹種樹冠結(jié)構(gòu)較好，這是由于常綠樹種的幼樹大部分都比較耐陰，林分下層的環(huán)境對(duì)于常綠樹種的生長(zhǎng)更具有優(yōu)勢(shì)。其他樹種的胸徑-冠幅的線性擬合效果較差，主要是由于調(diào)查林分結(jié)構(gòu)復(fù)雜，層次多，樹種多，并且相鄰木之間存在競(jìng)爭(zhēng)。

林分處于弱強(qiáng)度混交，林木為聚集分布，胸徑處于中庸的生長(zhǎng)狀態(tài)，林木生長(zhǎng)空間嚴(yán)重不足，林分的空間結(jié)構(gòu)處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，應(yīng)該對(duì)空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

落葉樹種的大小比數(shù)均值小于常綠樹種，落葉樹種開敞度均值大于常綠樹種，說(shuō)明林分內(nèi)的落葉樹種整體的空間穩(wěn)定性比常綠樹種要好。

擬赤楊混交林是福建地區(qū)闊葉林的主要林分類型之一，也是森林向著常綠闊葉林演替的必要階段。因此，在森林經(jīng)營(yíng)的過(guò)程中，建議采用間伐的方式進(jìn)行空間優(yōu)化。在保證多樣性的情況下提高林分空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，著重提高常綠樹種的空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，以期提高林分穩(wěn)定性的同時(shí)促進(jìn)演替的進(jìn)行，從而使林分及林內(nèi)個(gè)體都朝著健康的方向發(fā)展。

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Spatial Structure ofAlniphyllumfortuneMixed Forest in Sanming, Fujian Province/

Zhao Na, Zheng Xiaoxian(Key Lab of State Forestry Administration for Forest Resources and Environmental Management, Beijing Forestry University, Beijing 100083, P. R. China)//Journal of Northeast Forestry University.-2014,42(1).-23～26

Spatial structure; Canopy structure; Mingling degree; Uniform angle index; Neighborhood comparison; Opening degree

趙娜，女，1989年12月生，森林資源與環(huán)境管理國(guó)家林業(yè)局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(北京林業(yè)大學(xué))，碩士研究生。E-mail:christina_zhaona@163.com。

鄭小賢，森林資源與環(huán)境管理國(guó)家林業(yè)局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(北京林業(yè)大學(xué))，教授。E-mail:zheng8355@126.com。

2013年4月22日。

S758.5+3

1) “十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃(2012BAD22B05)。

責(zé)任編輯：王廣建。

The survey was conducted to study the spatial structure ofAlniphyllumfortunemixed forest in Sanming, Fujian Province by stand structure indexes, including species composition, canopy structure, mingling degree, uniform angle index, neighborhood comparison and opening degree.A.fortuneis advantage species, and the tree species composition is rich with average mingling degree of 0.7 between moderate mixed and intensity of mixed. Average uniform angle index is 0.57 belonging to the aggregate distribution. Average neighborhood comparison is 0.51 near the moderation and average opening degree is 0.19 with serious shortage of growth space around each tree in the stand. The stand space is in lower stability and deciduous trees are better than the evergreen species, also as well as in the diameter at breast height and tree height. Sub-canopy evergreen species are more competitive in growth.