孟 楚，鄭小賢

（北京林業(yè)大學(xué) 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，北京100083）

馬尾松是我國(guó)南方分布十分廣泛的用材林樹(shù)種，在森林資源的構(gòu)成中占有非常重要的地位。近年來(lái)，有關(guān)馬尾松人工林生態(tài)系統(tǒng)生物量［1-4］和碳儲(chǔ)量［5-6］的研究較多，對(duì)馬尾松天然林的研究較少，且主要涉及馬尾松胸徑與根徑等的關(guān)系［7］、生物量與根系分布特征［8］、碳儲(chǔ)量及碳密度特征［9-10］等。關(guān)于馬尾松天然林空間結(jié)構(gòu)特征的研究鮮有報(bào)道。

林分功能的實(shí)現(xiàn)由林分結(jié)構(gòu)來(lái)決定，所以良好林分功能的實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)是合理林分結(jié)構(gòu)。而林分結(jié)構(gòu)包括林分基本結(jié)構(gòu)和林分空間結(jié)構(gòu)。以往的研究多以研究林分基本結(jié)構(gòu)為主，如樹(shù)種組成、直徑分布、樹(shù)高分布、個(gè)體數(shù)量等［11-13］。近年來(lái)，人們?cè)絹?lái)越重視對(duì)林分空間結(jié)構(gòu)特征及其相關(guān)分析的研究。林分的空間結(jié)構(gòu)特征不僅體現(xiàn)了樹(shù)木在空間上的分布格局，對(duì)樹(shù)木間的競(jìng)爭(zhēng)勢(shì)以及空間生態(tài)位起了決定作用，并且很大程度上對(duì)林分穩(wěn)定性、發(fā)展的方向以及其經(jīng)營(yíng)措施起了決定作用［14］。分析研究天然林的結(jié)構(gòu)特征，不僅有助于弄清天然林群落的種內(nèi)、種間關(guān)系等，還能夠?yàn)榇紊纸?jīng)營(yíng)或人工林改造提供理論依據(jù)［15］。本研究將全面分析福建將樂(lè)林場(chǎng)馬尾松天然林的角尺度、混交度、大小比數(shù)和林層比等空間結(jié)構(gòu)特征，以期為馬尾松天然林經(jīng)營(yíng)提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

福建省三明市將樂(lè)國(guó)有林場(chǎng)（117°05′-117°40′E、26°26′-27°04′N(xiāo)）地處武夷山東南麓，金溪河畔，為褶皺山地地貌，山矮坡陡，平均海拔在400～800m。該地區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫18.7℃，氣候較為溫潤(rùn)。土壤質(zhì)地多為沙壤土或者輕壤土，腐殖質(zhì)層多為灰黑色，其厚度為4.5～15.5 cm。林場(chǎng)土地總面積為7 113.6hm2，森林覆蓋率94.8%。有林地面積為6 568.9hm2，針葉林面積占86.9%。馬尾松為該地區(qū)主要用材樹(shù)種。

2 材料與方法

2.1 樣地調(diào)查

綜合考慮該地區(qū)馬尾松天然林的區(qū)域分布、立地條件等因素，通過(guò)踏查，于2014年7月在將樂(lè)林場(chǎng)選擇人為干擾較少的、具有代表性的馬尾松天然林林分設(shè)置樣地9塊（表1）。記錄好各樣地的經(jīng)緯度、海拔、坡度和坡向等基本情況。然后把每塊樣地分成若干個(gè)10m×10m的小樣方，調(diào)查并且記錄各個(gè)樣方內(nèi)所有喬木（D≥5cm）的種名、冠幅、胸徑、樹(shù)高、枝下高及其相對(duì)坐標(biāo)。

表1 樣地基本情況Table 1 Base situation of sample plot

2.2 空間結(jié)構(gòu)特征研究

林分空間結(jié)構(gòu)的基本單元可由林分內(nèi)任意的單株樹(shù)木及其附近最近的n株相鄰木構(gòu)成，核心樹(shù)則被稱(chēng)作參照樹(shù)。當(dāng)n=4時(shí)，能夠較大程度的滿(mǎn)足對(duì)林分空間結(jié)構(gòu)分析的需求［16］。故選取n=4的結(jié)構(gòu)單元。

運(yùn)用Winkelmass1.0分析林分空間結(jié)構(gòu)：①描述林木個(gè)體空間分布格局的角尺度（Wi）、②描述樹(shù)種空間隔離程度的混交度（Mi）、③描述樹(shù)木大小分化程度的大小比數(shù)（Ui）、④描述林木個(gè)體生長(zhǎng)空間的開(kāi)敞度（Ki）、⑤描述林木的空間配置情況的林層比（Si）［17-18］。為了避免邊緣效應(yīng)可能對(duì)林分結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響，計(jì)算空間結(jié)構(gòu)參數(shù)時(shí)，設(shè)置3m緩沖區(qū)。

3 結(jié)果與分析

3.1 林分概況

調(diào)查林分的平均密度為1 616株／hm2。由表2可知，林分內(nèi)有喬木樹(shù)種25種，其中落葉樹(shù)種有3種，常綠樹(shù)種有22種，落葉樹(shù)種與常綠樹(shù)種蓄積比例為1∶9。以胸高斷面積計(jì)算的樹(shù)種組成為：6馬尾松1甜櫧1木荷+黃潤(rùn)楠+栲樹(shù)+米櫧+微毛山礬-苦櫧-刨花潤(rùn)楠-福建冬青。馬尾松為該林分的優(yōu)勢(shì)樹(shù)種，其重要值為39.5%。

林分的平均胸徑為13.7cm，胸徑范圍為5.0～49.9cm；林分平均樹(shù)高為11.1m，樹(shù)高范圍為3.2～21.7m。胸徑和樹(shù)高分布的范圍幅度都較大。平均胸徑和平均樹(shù)高由大到小排序?yàn)椋撼＞G樹(shù)種＞全林分＞落葉樹(shù)種。楓香、擬赤楊以及栓皮櫟等落葉樹(shù)種的胸徑和樹(shù)高均值都小于林分均值；馬尾松、甜櫧、栲樹(shù)、米櫧和青岡等常綠樹(shù)種的胸徑和樹(shù)高均值都大于林分均值。全林分胸徑和樹(shù)高的最大值和最小值均為常綠樹(shù)種。全林分平均冠幅為3.2m，落葉樹(shù)種的平均冠幅大于常綠樹(shù)種。

表2 將樂(lè)林場(chǎng)馬尾松天然林主要樹(shù)種生長(zhǎng)狀況Table 2 The growth status of main tree species of P.massoniannatural forest in Jiangle forest farm

根據(jù)我國(guó)林層劃分的標(biāo)準(zhǔn)［19］以及研究區(qū)相關(guān)研究成果［20-22］，將馬尾松天然林劃分為3個(gè)林層，各林層概況見(jiàn)表3。各林層株數(shù)由多到少的順序?yàn)橄铝謱印⒅辛謱?、上林層；蓄積量由大到小的順序?yàn)橹辛謱?、上林層、下林層。上林層的林木株?shù)占3.96%，而蓄積量占整個(gè)林分的近20%。上林層主要樹(shù)種是馬尾松和甜櫧，中林層主要樹(shù)種為馬尾松，下林層主要樹(shù)種為木荷和馬尾松等。落葉樹(shù)種中楓香、擬赤楊和栓皮櫟主要集中在下林層。

表3 林層概況Table 3 Greneral situation of forest story

3.2 空間結(jié)構(gòu)

3.2.1 林木個(gè)體水平空間分布格局 通過(guò)表4能夠看出，全林分角尺度的均值是0.57，呈現(xiàn)聚集分布，角尺度為0.50所占的頻率最高，達(dá)到55%。落葉樹(shù)種的角尺度均值為0.58，常綠樹(shù)種的角尺度均值為0.57，都屬于聚集分布，差別不大。

通過(guò)分析林分內(nèi)各樹(shù)種的角尺度均值可以得出，馬尾松角尺度的頻率分布與全林分角尺度的頻率分布比較相似，角尺度均值也是0.57，屬于聚集分布。這是因?yàn)轳R尾松為該林分的優(yōu)勢(shì)樹(shù)種，其角尺度分布對(duì)全林分角尺度分布有一定的影響。其他常綠樹(shù)種中，檵木、楊梅、杉木角尺度均值在0.475以下，屬于均勻分布；苦櫧、黃瑞木、福建冬青、茅栗屬于隨機(jī)分布，其余樹(shù)種均屬于聚集分布；落葉樹(shù)種中，楓香和栓皮櫟均屬于聚集分布。

表4 全林分及主要樹(shù)種混交度及角尺度頻率分布Table 4 Frequency distribution of angle index and mingling degress of the whole forest stand and main tree species

3.2.2 林木空間隔離程度 由表4可知，全林分混交度的均值是0.56，介于中度混交與強(qiáng)度混交之間。整個(gè)林分處于中度混交、強(qiáng)度混交和極強(qiáng)度混交的累計(jì)頻率達(dá)到68%，表明了林分中樹(shù)種的較高的間隔離程度。落葉樹(shù)種和常綠樹(shù)種混交度的均值都為0.56。

從各樹(shù)種混交度平均值分析，馬尾松混交度均值為0.44，介于弱度混交和中度混交之間，中度混交以上的累計(jì)頻率高達(dá)57%。林分內(nèi)其他常綠樹(shù)種中，木荷、甜櫧、微毛山礬、黃潤(rùn)楠、刨花潤(rùn)楠和黃瑞木的混交度均值都處于中度混交和強(qiáng)度混交之間，其余的混角度均值都為強(qiáng)度混交以上；落葉樹(shù)種混交度均值均處于中度混交以上。

3.2.3 林木開(kāi)闊程度分析 由表4可知，全林分的平均開(kāi)敞度為0.17，為生長(zhǎng)空間嚴(yán)重不足。落葉樹(shù)種的平均開(kāi)敞度僅為0.09，而常綠樹(shù)種平均開(kāi)敞度僅為0.17，都表現(xiàn)出了生長(zhǎng)空間嚴(yán)重不足。

對(duì)各樹(shù)種的開(kāi)敞度均值進(jìn)行分析可以得出，除紅葉樹(shù)以及青岡的生長(zhǎng)空間達(dá)到基本充足狀態(tài)、楊梅達(dá)到充足狀態(tài)以外，其余的各樹(shù)種全都處于生長(zhǎng)空間不足的狀態(tài)，并且絕大多數(shù)樹(shù)種都處于生長(zhǎng)空間嚴(yán)重不足的狀態(tài)。由于紅葉樹(shù)、青岡和楊梅數(shù)量較少，可能對(duì)計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生了影響。

3.2.4 林木個(gè)體大小分化程度 以胸徑、樹(shù)高和冠幅計(jì)算全林分的大小比數(shù)分別為0.49、0.48和0.53，均接近于中庸?fàn)顟B(tài)。分別用這3個(gè)指標(biāo)對(duì)重要值在前5位的樹(shù)種（馬尾松、甜櫧、木荷、黃潤(rùn)楠、微毛山礬）的大小比數(shù)進(jìn)行計(jì)算（表5）。

表5 馬尾松天然林中主要樹(shù)種不同生長(zhǎng)指標(biāo)的大小比數(shù)Table 5 The neighborhood comparison of different growth index of main tree species in P.massoniannatural forest

由表5可以看出，同一樹(shù)種根據(jù)不同指標(biāo)計(jì)算的大小比數(shù)均值略有差別。馬尾松為林分中的優(yōu)勢(shì)樹(shù)種，不同指標(biāo)的大小比數(shù)的分布頻率差異不大，說(shuō)明林分中馬尾松的胸徑、樹(shù)高、冠幅大小分化差異明顯。以胸徑計(jì)算的平均大小比數(shù)表明，馬尾松和甜櫧在結(jié)構(gòu)單元中處于亞優(yōu)勢(shì)到中庸?fàn)顟B(tài)；木荷和黃潤(rùn)楠處于中庸到劣勢(shì)狀態(tài)；而微毛山礬處于劣勢(shì)到絕對(duì)劣勢(shì)狀態(tài)。以樹(shù)高計(jì)算的平均大小比數(shù)表明，馬尾松和甜櫧在結(jié)構(gòu)單元中處于亞優(yōu)勢(shì)到中庸?fàn)顟B(tài)；木荷、黃潤(rùn)楠、微毛山礬處于中庸到劣勢(shì)狀態(tài)。以冠幅計(jì)算的平均大小比數(shù)表明，甜櫧在結(jié)構(gòu)單元中處于亞優(yōu)勢(shì)到中庸?fàn)顟B(tài)；馬尾松、木荷、黃潤(rùn)楠、微毛山礬處于中庸到劣勢(shì)狀態(tài)，接近中庸?fàn)顟B(tài)。

3.2.5 林層比 由表6可以看出，全林分的林層比平均值為0.43，表明平均只有1.72株非同一林層相鄰木與參照樹(shù)組成結(jié)構(gòu)單元。林層比為0.25所占的頻率最高，達(dá)到31%，表明參照樹(shù)周?chē)?株最近相鄰木中有1株與參照樹(shù)不屬于同一林層的情況最多。參照樹(shù)周?chē)?株最近相鄰木與參照樹(shù)均不屬于同一林層的情況最少，僅為9%。落葉樹(shù)種的林層比均值為0.22，常綠樹(shù)種的林層比均值為0.44，常綠樹(shù)種的垂直林層結(jié)構(gòu)較落葉樹(shù)種復(fù)雜。

從各樹(shù)種林層比平均值分析，常綠樹(shù)種中，馬尾松、米櫧、檵木、茅栗4個(gè)樹(shù)種林層比均值超過(guò)0.50，說(shuō)明以這些樹(shù)種為參照數(shù)的結(jié)構(gòu)單元相鄰木平均有2株以上與參照樹(shù)不屬于同一林層，其他樹(shù)種林層比均＜0.50；落葉樹(shù)種中楓香和栓皮櫟的林層比平均值分別為0和0.25，均＜0.50，垂直方向上的成層性較為簡(jiǎn)單。

表6 全林分及主要樹(shù)種林層比頻率分布Table 6 Frequency distribution of over story of the whole forest stand and main tree species

4 結(jié)論與討論

對(duì)將樂(lè)林場(chǎng)馬尾松天然林結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行分析，旨在為研究區(qū)馬尾松天然林經(jīng)營(yíng)提供依據(jù)。研究結(jié)果表明，林分內(nèi)共出現(xiàn)25個(gè)喬木樹(shù)種，馬尾松為該林分的優(yōu)勢(shì)樹(shù)種。林分中，常綠樹(shù)種的種類(lèi)遠(yuǎn)多于落葉樹(shù)種，且常綠樹(shù)種胸徑和樹(shù)高的均值都大于落葉樹(shù)種，平均冠幅小于落葉樹(shù)種。林分的中、上林層主要是以馬尾松和甜櫧等常綠樹(shù)種為主，楓香、擬赤楊和栓皮櫟等落葉樹(shù)種主要集中在下林層。

選用角尺度、混交度、大小比數(shù)、開(kāi)敞度和林層比5個(gè)空間結(jié)構(gòu)指標(biāo)全面分析了馬尾松天然林的空間結(jié)構(gòu)特征。林木屬于聚集分布，林分處于中強(qiáng)度混交之間，胸徑、樹(shù)高以及冠幅的生長(zhǎng)全都接近中庸?fàn)顟B(tài)，林木的生長(zhǎng)空間處于嚴(yán)重不足狀態(tài)、林分垂直方向上的成層性較為簡(jiǎn)單。林分的空間結(jié)構(gòu)處于不穩(wěn)定的狀態(tài)。在森林經(jīng)營(yíng)的過(guò)程中，在保證多樣性的基礎(chǔ)上，建議通過(guò)補(bǔ)植和封育等措施來(lái)調(diào)整林分的密度和樹(shù)種組成，提高林分空間結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

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［22］ 向玉國(guó)，鄭小賢，劉波云，等.福建將樂(lè)林場(chǎng)杉木碳儲(chǔ)量密度控制圖的編制［J］.西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2014，42（8）：99-104.XIANG Y G，ZHENG X X，LIU B Y，et al.Establishment of carbon storage density management diagram for Chinese fir in Jiangle forest farm of Fujian Province［J］.Journal of Northwest A &F University：Nat.Sci.Edi.，2014，42（8）：99-104.（in Chinese）