余韻冰， 李志輝, 唐 潔， 周 維, 李 倫， 彭其龍

(1.中南林業(yè)科技大學(xué)， 湖南 長沙 410004； 2.湖南省林業(yè)科學(xué)院， 湖南 長沙 410004)

濕地松楓香混交林林分空間結(jié)構(gòu)特征研究

余韻冰1， 李志輝1, 唐 潔2， 周 維1, 李 倫1， 彭其龍1

(1.中南林業(yè)科技大學(xué)， 湖南 長沙 410004； 2.湖南省林業(yè)科學(xué)院， 湖南 長沙 410004)

于湖南省杜家沖林場濕地松楓香混交林內(nèi)設(shè)置4塊具有代表性的樣地進(jìn)行調(diào)查，利用混交度、大小比數(shù)、角尺度3種結(jié)構(gòu)參數(shù)，分析其林分空間結(jié)構(gòu)特征。結(jié)果表明：該林分的平均混交度為0.678，屬于中度偏強(qiáng)混交，說明該森林群落較為復(fù)雜與穩(wěn)定；林分平均角尺度為0.475，林木空間分布格局為均勻到隨機(jī)分布；樣地平均胸徑大小比數(shù)的取值范圍在0.27～0.87之間, 且濕地松(0.27)<楓香(0.47)<香樟(0.59)<木荷(0.87)，說明各樹種在樣地中分化較嚴(yán)重，濕地松和楓香在樣地中較占優(yōu)勢。

空間結(jié)構(gòu)； 林分特征； 重要值； 混交度； 大小比數(shù)； 角尺度

林分空間結(jié)構(gòu)是指林木在林地上的分布格局及其屬性在空間上的排列方式[1]，即林分中樹種及林木大小、分布等的空間關(guān)系。研究林分空間結(jié)構(gòu)的參數(shù)主要有3個(gè)，即體現(xiàn)樹種空間隔離程度的樹種混交度、反映林木個(gè)體分化程度的大小比數(shù)、描述林木個(gè)體在水平地面上分布格局的角尺度[1-5]。因此，林分空間結(jié)構(gòu)決定了樹木之間的競爭優(yōu)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)展方向和經(jīng)營措施[6-8]，是林分結(jié)構(gòu)優(yōu)化的重要依據(jù)。近年來，由角尺度、大小比數(shù)、混交度構(gòu)成的空間分析方法被許多學(xué)者應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)森林經(jīng)營的實(shí)踐中[9-11]。例如曾思齊等人對檫木次生林空間結(jié)構(gòu)的研究[12]，張會儒等人對長白落葉松-云杉-冷杉混交林的林分空間結(jié)構(gòu)的研究[13]。我們對杜家沖林場的濕地松楓香混交林的空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，以為其經(jīng)營提供參考。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于湖南省杜家沖林場，屬長沙市南郊，地理坐標(biāo)為113°01′12″—113°01′40″E，28°06′31″—28°06′52″N。西面與圭塘辦事處的月塘、大塘村交界，北面與黎托鄉(xiāng)的邊山、候照村相鄰，東南面與洞井鎮(zhèn)的板塘、牛頭村接壤。林場土地總面積239.80hm2。場區(qū)海拔大多在60～80m之間，最高海拔108m。土壤的成土母巖為第四紀(jì)網(wǎng)紋層母質(zhì)，為地帶性第四級紅壤，土層深厚肥沃，礫石含量較多，pH值4.0～5.5；年平均氣溫17.2℃，年平均降雨量1411.4mm。其氣候?qū)俚湫偷膩啛釒Т箨懶约撅L(fēng)氣候。

2 研究方法

2.1外業(yè)調(diào)查

在林區(qū)內(nèi)選擇具有代表性的典型地段作為標(biāo)準(zhǔn)地并對標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)的立木空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)查。于濕地松楓香混交林內(nèi)共設(shè)置20m×20m標(biāo)準(zhǔn)地4塊，面積共計(jì)1600m2。采用全面調(diào)查法，對樣地內(nèi)所有胸徑大于起測徑階5cm的林木進(jìn)行每木檢尺，記錄樣地內(nèi)林木的樹種、樹高、活枝下高、胸徑和相對XY坐標(biāo)等[12-16]。各樣地基本情況見表1。

表1 各樣地基本情況Tab1 Allkindsofbasicsituation樣地號平均胸徑(cm)平均樹高(m)平均枝下高(m)密度(株/hm2)坡向坡度(°)1134118552025SW172161128651525NE183123108522225N204124109522350N3

2.2空間結(jié)構(gòu)參數(shù)分析

2.2.1 樹種混交度

樹種混交度(M)可定義為與參照樹最近的n株相鄰木中與參照樹樹種不同的個(gè)體所占的比例。本研究中n=4，其計(jì)算公式為:

Mi=0，零度混交；Mi=0.25，弱度混交；Mi= 0.5，中度混交；Mi=0.75，強(qiáng)度混交；Mi=1，完全混交[15]。

2.2.2 大小比數(shù)

大小比數(shù)(U)可定義為林木的胸徑、樹高或冠幅等大小指標(biāo)大于參照木的相鄰木株數(shù)占其周圍所有最近n株相鄰木株數(shù)的比例。本研究中n=4，其計(jì)算公式為：

Ui= 0，目標(biāo)樹為絕對優(yōu)勢；Ui= 0.25，目標(biāo)樹為亞優(yōu)勢；Ui= 0.5，目標(biāo)樹處于中庸；Ui= 0.75，目標(biāo)樹處于劣態(tài)；Ui= 1，目標(biāo)樹處于絕對劣態(tài)。也就是說，Ui值越小，相鄰木中比參照樹大的越少[16]，在這個(gè)結(jié)構(gòu)單元中參照樹也就越占有優(yōu)勢地位。

2.2.3 角尺度

任意兩個(gè)鄰接最近相鄰木之間的夾角有兩個(gè)，定義較小角為α，最近相鄰木呈均勻分布時(shí)的夾角設(shè)為標(biāo)準(zhǔn)角α0，則角尺度(W)被定義為α角小于標(biāo)準(zhǔn)角α0的個(gè)數(shù)占所有最近n株相鄰木株數(shù)的比例。本研究中n=4，當(dāng)n=4時(shí)，最優(yōu)的標(biāo)準(zhǔn)角α0=720[4-10]，其計(jì)算公式為：

3 結(jié)果與分析

3.1樹種的空間隔離程度

由圖1可以看出: 4塊樣地的混交程度均為中強(qiáng)度混交，其平均混交度為0.678。說明濕地松楓香混交林的森林群落較為復(fù)雜。樹種混交度Mi值越大，林分樹種組成的結(jié)構(gòu)多樣性也就越好。從頻率分布圖中來看，處于強(qiáng)度混交的各樣方比例分別為56%、45%、60%、63%。4號樣地強(qiáng)度混交比例在4塊樣地中最高，為63%，結(jié)合各樣地平均混交度，其平均混交度也最高，為0.7?？梢缘贸觯瑯拥?的林分結(jié)構(gòu)多樣性最好，其樹種之間的隔離度較大，林分的穩(wěn)定性較強(qiáng)；其次為樣地3，第3為樣地1，樣地2相對較差。分析其原因，可能是樣地2中同種林木間多呈聚集分布，且樣地內(nèi)林木密度較小。因此，在林分結(jié)構(gòu)調(diào)整上，可對樣地2所在林班進(jìn)行補(bǔ)植伴生樹種來增加其林分密度，提高其混交程度，以優(yōu)化空間隔離程度及豐富樹種結(jié)構(gòu)。

圖1 各樣地平均混交度及其分布頻率Fig.1 Mean mingling intensity in plots and its frequency distribution

3.2林木胸徑優(yōu)勢度

由圖2、表2可以看出，在樣地中各主要樹種的平均胸徑大小比數(shù)的范圍基本處于0.27～0.87之間，說明在濕地松楓香混交林中各主要樹種胸徑優(yōu)勢度的分化存在很大的差異性。濕地松在所有樣地中的平均胸徑大小比數(shù)最小，為0.27，在各樣地中，濕地松的胸徑大小比數(shù)處于優(yōu)勢和亞優(yōu)勢木的比例分別為50%、61%、85%、100%。而楓香的平均胸徑大小比數(shù)為0.47，在各樣地中，楓香的胸徑大小比數(shù)處于優(yōu)勢和亞優(yōu)勢木的比例分別為26%、30%、53%、55%。說明各樹種胸徑大小比數(shù)為濕地松<楓香<香樟<木荷，因此，大部分濕地松在整個(gè)結(jié)構(gòu)單元中胸徑較大，多為大樹，其劣勢和絕對劣勢木在各樣地中的比例分別為15%，23%，15%，0%，所占比例都較小。說明該林分中濕地松樹種出現(xiàn)嚴(yán)重的兩極分化。分析其原因，可能是濕地松為陽性樹種，需要充足陽光以供生長，而隨著楓香、香樟等闊葉樹逐漸枝繁葉茂，使較小的濕地松得不到充分的陽光而逐漸被淘汰，留下少量大徑級、已生長到林冠層的濕地松林木。在森林經(jīng)營中，可以適時(shí)對闊葉樹進(jìn)行修剪。針對處于劣勢的濕地松，可對其四周的闊葉樹進(jìn)行剪枝或擇伐，為小徑級的濕地松創(chuàng)造良好的生存空間，以促進(jìn)其林木更新能力，避免兩極分化的局面。

圖2 主要樹種平均大小比數(shù)Fig.2 The neighborhood comparison mean values of the main tree species

表2 主要樹種大小比數(shù)頻率分布Tab2 Theneighborhoodcomparisonfrequencydistributionofthemaintreespecies樣方號樹種大小比數(shù)0025050751平均楓香0130130270270200381濕地松020030035010005005香樟022011000011056067楓香000030020020030482濕地松038023015023000027栓皮櫟017026017023017068楓香0240290050190240623濕地松023062000015000031香樟000009036027027049楓香016039029010070574濕地松081019000000000037香樟005010033019033067

3.3林分的水平分布格局

圖3可以看出：樣地中角尺度Wi取值為0或1時(shí)出現(xiàn)的頻率都很低。這說明在林分中絕對不均勻和絕對均勻的結(jié)構(gòu)單元都出現(xiàn)得很少。角尺度Wi取值為0.25或0.75時(shí)出現(xiàn)的頻率稍有增加，角尺度Wi取值為0.5時(shí)出現(xiàn)的頻率最高?？梢姼鱾€(gè)樣地的角尺度取值頻率分布接近于正態(tài)分布；樣地的平均角尺度取值在0.46～0.50之間，各樣地平均角尺度取值分別為0.47、0.46、0.50、0.47。根據(jù)空間分布格局的判定標(biāo)準(zhǔn)[18-21]可知，樣地1、2、4的林分水平空間分布格局屬于均勻分布，樣地3的林分水平空間分布格局屬于隨機(jī)分布。一般情況而言，林分若沒有嚴(yán)重干擾，歷經(jīng)長期的自然演替后，頂極群落的水平分布格局應(yīng)為隨機(jī)分布[18-21]。樣地1、2、4的平均角尺度已經(jīng)十分接近隨機(jī)分布的角尺度取值范圍。由此推斷，在無人干擾或無重大自然災(zāi)害的情況下，濕地松楓香混交林會不斷的向當(dāng)?shù)仨敇O群落發(fā)展，即林木的水平空間分布格局將會逐漸趨近于隨機(jī)分布。

圖3 各樣地平均角尺度及其頻率分布Fig.3 Mean uniform angle index in plots and its frequency distribution

4 結(jié)論與討論

(1) 湖南省杜家沖林場濕地松楓香混交林具備了北亞熱帶針闊混交林樹種結(jié)構(gòu)特征。樣地總體呈中強(qiáng)度混交，混交度大小為樣地4(0.7)﹥樣地3(0.7)﹥樣地1(0.69)﹥樣地2(0.59)。2號樣地為中度混交，由于其中同種林木多呈聚集分布，且林木密度較小，需對其所在林班適度進(jìn)行補(bǔ)植伴生樹種，以加強(qiáng)其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，增加其物種多樣性。

(2) 樣地內(nèi)各主要樹種平均大小比數(shù)為濕地松(0.27)<楓香(0.47)<香樟(0.59)<木荷(0.87)。說明各主要樹種胸徑優(yōu)勢度的分化存在很大的差異性。濕地松的胸徑大小比數(shù)處于優(yōu)勢和亞優(yōu)勢木的比例分別為50%、61%、85%、100%，而處于劣勢和絕對劣勢木的比例分別為15%、23%、15%、0%。說明該林分中濕地松樹種出現(xiàn)嚴(yán)重的兩極分化，濕地松林木更新越來越少，只留下少量大徑級的林木，所以若干年后，楓香極有可能取代濕地松成為優(yōu)勢樹種。因此，需對小徑級濕地松四周的闊葉樹進(jìn)行修剪或擇伐，提高濕地松的更新能力。

(3) 樣地的角尺度取值頻率分布接近于正態(tài)分布，各樣地平均角尺度大小為樣地3(0.5)﹥樣地1(0.47)=樣地4(0.47)﹥樣地2(0.46)。林木空間分布格局為均勻到隨機(jī)分布。其空間分布格局十分接近隨機(jī)分布，在無人干擾或無重大自然災(zāi)害的情況下，經(jīng)過一定的自然演替，林木的水平空間分布格局將會逐漸達(dá)到隨機(jī)分布狀態(tài)，即當(dāng)?shù)氐捻敇O群落。

(4) 杜家沖林場的濕地松楓香混交林森林群落較為復(fù)雜且相對穩(wěn)定，但還需對其林分結(jié)構(gòu)進(jìn)行一些調(diào)整。包括在樣地2所在林班中補(bǔ)值伴生樹種，增加林分密度，以提高混交程度；伐除林分中的不良木及病死木以提高林木質(zhì)量；采取剪枝或擇伐的措施，促進(jìn)小徑級林木生長，提高林木更新能力；適當(dāng)伐除角尺度取值為0的不良木，以促進(jìn)林分向隨機(jī)分布方向發(fā)展。通過以上措施，來優(yōu)化濕地松楓香混交林的結(jié)構(gòu)，提高群落穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)森林的可持續(xù)發(fā)展。

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(文字編校：唐效蓉)

SpatialstructureofmixedPinuselliottiiandLiquidambarformosanastands

YU Yunbing1, LI Zhihui1, TANG Jie2, ZHOU Wei1,LI Lun1, PENG Qilong1

(1.College of Forestry,Central South University of Forestry and Technology,Changsha 410004,China; 2.Hunan Academy of Forestry, Changsha 410004,China)

Spatial structure characteristic of mixedPinuselliottiiandLiquidambarformosanastands was analys by detecting mingling intensity, neighborhood comparison, uniform angle index three structure parameters in Hunan Dujiachong Forest farm of four typical samples.Results indicated the average stand mingling was 0.678, shows a moderate to intensive mingling degree,which indicat that forestry community is complex and stability ;the stand uniform angle index was 0.475, the pattern of tree distribution was found to be between a uniform distribution and a random distribution; the stand neighborhood comparison of breast height size was between 0.27 to 0.87, andPinuselliottii(0.27)

spatial structure; stand characteristics; important index; mingling intensity; neighborhood comparison; uniform angle index

2013-10-29

S 718.54+5

A

1003 — 5710(2014)01 — 0060 — 06

10. 3969/j. issn. 1003 — 5710. 2014. 01. 012