王勝楠，薛 帥

（1.承德市灤平國(guó)有林場(chǎng)管理處老虎溝林場(chǎng)，河北 灤平068253；2.沙河市林業(yè)局，河北 沙河 054100）

林木空間結(jié)構(gòu)為林木在林地中的分布格局和屬性在空間上的組合，即林木的分布、大小、樹(shù)種等空間關(guān)系的結(jié)合[1]。林木空間結(jié)構(gòu)是林分的重要特征，對(duì)于了解林木的生長(zhǎng)、發(fā)育、更新過(guò)程有特別重大的意義[2]。林分空間結(jié)構(gòu)對(duì)林分的穩(wěn)定性、經(jīng)營(yíng)措施及發(fā)展方向有決定性作用，能反映出林木之間的空間生態(tài)位和競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)[3]。由惠剛盈提出的大小比數(shù)，即中心樹(shù)的直徑大于相鄰樹(shù)木的數(shù)量觀察周邊全部相鄰樹(shù)木的比例[4]。大小比數(shù)的參照指標(biāo)有林木直徑、樹(shù)高、冠幅等，其中林木直徑應(yīng)用方便簡(jiǎn)單，使用較多[5-6]。大小比數(shù)是描述空間結(jié)構(gòu)的參數(shù)之一，可用來(lái)度量相鄰樹(shù)木之間的生長(zhǎng)差異。

樺樹(shù)（Betua platyphylla）是次生林破壞后次生裸地天然更新的先鋒樹(shù)種，通過(guò)伐樁萌芽[7]和天然下種[8－9]更新，生長(zhǎng)迅速，材質(zhì)優(yōu)良。落葉松（Larix principic-rupprechtii.）屬于人工更新的樹(shù)種，生長(zhǎng)迅速，生產(chǎn)力高，適應(yīng)性強(qiáng)，易于栽培，其木材密度高、纖維長(zhǎng)，是一種優(yōu)良的造林樹(shù)種[10]。但是，現(xiàn)階段大部分樺落混交林經(jīng)營(yíng)水平還很低，生態(tài)平衡能力較低，生態(tài)效益較低。而且目前對(duì)樺落混交林的空間結(jié)構(gòu)與生長(zhǎng)之間的關(guān)系的研究還很少，因此，本研究可以為提高針闊混交林的現(xiàn)代化經(jīng)營(yíng)管理水平，制定更合理的經(jīng)營(yíng)管理方案，優(yōu)化林分結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)森林的可持續(xù)利用提供一定的理論基礎(chǔ)，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義[11]。

1 研究區(qū)概況

本研究在圍場(chǎng)縣西部桃山林場(chǎng)，位于燕山山脈余脈。平均海拔1400m，地理坐標(biāo)為E116°32′～118°14′，N41°35′～42°40′，屬于中溫帶向寒溫帶、半干旱向半濕潤(rùn)過(guò)度、典型大陸性季風(fēng)型的高原山地氣候，年平均氣溫為3℃，無(wú)霜期為110d，年均降水量450 mm，主要集中在7～9月。喬木樹(shù)種主要有山楊（Pobulus davidi-anaDode）、白樺（Betula platyphyllaSuk.）、樟子松（Pinue sylvescrisvar.mongolicaLitv.）、 落 葉 松 （Larix principic-rupprechtii.），灌木主要有榛子（Corylus heterophyllaFisch.ex Bess.Corylus heterophyllaFisch.ExBess.var）、白丁香、胡枝子（Lespedeza bicolorTurcz.），草本主要有玉竹（Polygonatum odoratum）、龍牙草（Agrimonia pilosa）、歪頭菜（Vicia unijuga）、茜草（Rubiacordifolia）、 獨(dú) 活 （Heracleumhemsleyanum）等。

2 研究方法

2.1 樣地調(diào)查

通過(guò)對(duì)研究地的調(diào)查及觀測(cè)，用羅盤(pán)儀設(shè)置一個(gè)50m×30m的樣地，樣地內(nèi)共計(jì)390株樹(shù)，然后對(duì)樣地內(nèi)的樹(shù)木進(jìn)行每木檢尺，對(duì)測(cè)得的胸徑按徑階排列好，然后從不同徑階中按比例抽取具有代表性的樹(shù)木共36株，用測(cè)高器對(duì)其進(jìn)行測(cè)高，并做好記錄。

2.2 樣木選取與木芯的采集

本研究主要選擇大小比數(shù)為1和0.5，劃分大小比數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)為胸徑。按照以n=4，即中心樹(shù)及其周?chē)?株相鄰木組成的結(jié)構(gòu)單元為基礎(chǔ)，即每組樹(shù)木的數(shù)量為5。找到滿(mǎn)足條件的5株樹(shù)后，用生長(zhǎng)錐在距地面1m左右處鉆取中心樹(shù)和周?chē)?株樹(shù)中最粗一株的木芯，所鉆出的木芯必須過(guò)髓心，同時(shí)測(cè)量中心樹(shù)和周?chē)鷺?shù)之間的距離、角度及每株樹(shù)的胸徑、冠幅、樹(shù)高，并做好記錄。

樺落混交林有株間混交、塊狀混交等，本研究地為塊狀混交。選取以落葉松為中心樹(shù)大小比數(shù)為0.5和1的樹(shù)木組合分別為19、20組；以樺樹(shù)為中心樹(shù)大小比數(shù)為0.5和1的樹(shù)木組合分別為 21、19組。

2.3 木芯的處理

2.3.1 野外處理

將采集的木芯按照“樹(shù)種+大小比數(shù)+組號(hào)+株號(hào)”形式進(jìn)行編號(hào)，然后用紙進(jìn)行包裝并集中保存，在自然風(fēng)干過(guò)程中要時(shí)常觀看翻晾，防止失水過(guò)度或發(fā)霉。

2.3.2 室內(nèi)處理

采集的木芯自然風(fēng)干后，用白乳膠固定在木槽內(nèi)；然后先用粗砂紙后用細(xì)砂紙打磨木芯，直到木芯樣本表面發(fā)光發(fā)亮且年輪清晰為止；再將打磨好的木芯用掃描儀掃描到電腦上進(jìn)行保存，所用分辨率為1200。

2.3.3 年輪測(cè)量

定年畫(huà)線(xiàn)：在Photoshop軟件中將掃描的圖片用交叉定年法確定年限，然后畫(huà)一條垂直于年輪且過(guò)髓心的直線(xiàn)，保存?zhèn)溆谩?/p>

定點(diǎn)取坐標(biāo)：將上步處理好的圖片在CooRecorder7軟件中打開(kāi)，然后在年輪與線(xiàn)的交點(diǎn)處點(diǎn)點(diǎn)，即得到每點(diǎn)的坐標(biāo)。

計(jì)算年輪寬度：將得到的坐標(biāo)導(dǎo)入Excel中，根據(jù)兩點(diǎn)之間的距離公式

計(jì)算年輪的寬度。

2.4 林分的空間結(jié)構(gòu)

計(jì)算林分大小比數(shù)、角尺度、混交度等林分結(jié)構(gòu)參數(shù)時(shí)，利用空間結(jié)構(gòu)分析軟件計(jì)算，緩沖區(qū)邊緣設(shè)置為5m，這樣可以消除林分邊緣對(duì)空間結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算的影響，公式如下：

式中vij、zij、kij均為離散型變量。當(dāng)中心樹(shù)i與第j株相鄰木非同種時(shí)vij＝1，

反之，vij＝0；當(dāng)相鄰木 j比中心樹(shù) i大時(shí) kij＝1，反之，kij＝0；當(dāng)?shù)趈個(gè) α 角小于標(biāo)準(zhǔn)角 α（0α0＝72°）時(shí) zij＝1，反之，zij＝0。

3 結(jié)果分析

3.1 林分的空間結(jié)構(gòu)

林分直徑分布是指林分中的各徑階樹(shù)木的分布情況，它的特征展現(xiàn)出了林分生長(zhǎng)及其組成結(jié)構(gòu)情況，可以直接影響林木的樹(shù)高、樹(shù)冠、材積及樹(shù)種等因子[6]。直徑分布見(jiàn)圖1，從圖1中可以看出直徑分布幾乎為正態(tài)分布，林分的平均直徑所在徑階中的林木數(shù)量最多，其他徑階中的林木數(shù)量向兩端逐漸減少。

圖1 林分直徑分布

由圖1可以看出：林木大多集中于10～16cm徑階，大徑階林木比例不大，這就表明林分內(nèi)的樹(shù)種結(jié)構(gòu)和組成限制了林木的生長(zhǎng)，需要對(duì)其進(jìn)行間伐，促進(jìn)林木的合理分布。

混交度是以相鄰最近單株中非同種單株所占比例來(lái)描述樹(shù)種間空間隔離關(guān)系的結(jié)構(gòu)參數(shù)。樺落混交林林分混交度分布規(guī)律性明顯，混交度比例隨Mi值的增大而減小，林分的平均混交度為0.105263，以零度混交為主，中度、強(qiáng)度和極強(qiáng)度混交的林木比例較小。說(shuō)明林分空間隔離狀況較差，混交程度較低，林分中同種樹(shù)種大多與本種伴生，呈聚集分布，見(jiàn)圖2。

圖2 樺落混交林大小比數(shù)、混交度及角尺度的分布

大小比數(shù)是以大于中心樹(shù)的相鄰木占全部相鄰木的比例來(lái)描述林分空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜性的結(jié)構(gòu)參數(shù)。由圖2可以看出，林分大小比數(shù)株數(shù)頻率分布于［0.177，0.213］區(qū)間，5種狀態(tài)的林木分布較均勻，林分平均大小比數(shù)為0.48，說(shuō)明林分內(nèi)個(gè)體分化較為明顯，不同徑級(jí)林木分布較為均勻。由樹(shù)種大小比數(shù)分析樹(shù)種優(yōu)勢(shì)度可以得出，種群林木優(yōu)勢(shì)狀態(tài)分布較為平均。

角尺度是以相鄰樹(shù)木圍繞中心樹(shù)的均勻性來(lái)描述林木水平分布格局的結(jié)構(gòu)參數(shù)。由圖2可以看出，角尺度呈顯著單峰分布，峰值出現(xiàn)在Wi＝0.5，頻率達(dá) 58.5%并向兩側(cè)遞減，Wi＝0.25 和 Wi＝0.75 的分布頻率分別為 15．0%和 27.0%，Wi＝0 和Wi＝1的分布頻率均為0%，數(shù)量差異較大。林分內(nèi)處于Wi＝0.5等級(jí)的林木最多，其株數(shù)比例超過(guò)總株的1/2，說(shuō)明林木大多為聚集生長(zhǎng)，即團(tuán)狀分布。從林分平均角尺度來(lái)看，W＝0.530471，也說(shuō)明該群落內(nèi)林木水平格局呈團(tuán)狀分布，但聚集程度較低，接近隨機(jī)分布。

3.2 樺樹(shù)的大小比數(shù)與直徑生長(zhǎng)

以中心樹(shù)為大小比數(shù)0.5的空間結(jié)構(gòu)單元，與其最粗木比較，分3種情況：一直處于劣態(tài)共10組，前后期處于劣態(tài)中期競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)共4組，前期處于劣態(tài)中后期競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)共7組。每種情況選取具有代表性的一組見(jiàn)圖3。

由圖3可知，中心樹(shù)連年生長(zhǎng)量較小，一直處于劣態(tài)。但是后期差異減小的趨勢(shì)不明顯，說(shuō)明中心樹(shù)的生長(zhǎng)受到抑制；中期中心樹(shù)與最粗樹(shù)競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)，主要集中于8～20a；競(jìng)爭(zhēng)開(kāi)始時(shí)間是從第7年開(kāi)始。但是最粗樹(shù)的生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)不太明顯。

圖3 樺樹(shù)中心樹(shù)和最粗樹(shù)的直徑連年生長(zhǎng)量變化

3.3 落葉松的大小比數(shù)與直徑生長(zhǎng)

以中心樹(shù)為大小比數(shù)0.5的空間結(jié)構(gòu)單元，與其最粗木比較，分3種情況：一直處于劣態(tài)共12組，前后期處于劣態(tài)中期競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)共3組，前期處于劣態(tài)中后期競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)共4組。每種情況選取具有代表性的一組見(jiàn)圖4。

由圖4可知，中心樹(shù)的連年生長(zhǎng)量一直低于最粗樹(shù)，說(shuō)明中心樹(shù)雖然受到抑制，但抑制較??；中心樹(shù)在前后期處于劣態(tài)，中期兩者差異較小競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，兩者競(jìng)爭(zhēng)主要集中于8～15a，較大小比數(shù)為1的競(jìng)爭(zhēng)時(shí)間長(zhǎng)2～3a，可能因?yàn)檫@種生長(zhǎng)關(guān)系的林木附近林分充分郁閉，對(duì)營(yíng)養(yǎng)空間的爭(zhēng)奪激烈，競(jìng)爭(zhēng)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)；中心樹(shù)與最粗樹(shù)的競(jìng)爭(zhēng)開(kāi)始于第8年。

通過(guò)對(duì)比分析得出，樺樹(shù)和落葉松的生長(zhǎng)過(guò)程基本一致。中心樹(shù)的生長(zhǎng)過(guò)程都分3種情況：一直處于劣態(tài)；前后期處于劣態(tài)，中期競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)；前期處于劣態(tài)，中后期競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)。與最粗樹(shù)的競(jìng)爭(zhēng)主要集中于8～15a，這樣樺樹(shù)與落葉松混交容易撫育管理，充分發(fā)揮混交林的作用。

圖4 落葉松中心樹(shù)和最粗樹(shù)的直徑連年生長(zhǎng)量變化

3.4 不同大小比數(shù)木的直徑生長(zhǎng)差異

將不同大小比數(shù)的樣本以2cm為徑階排列，從每徑階中選取一株具有代表性的樹(shù)木，然后將其直徑生長(zhǎng)量平均后做成折線(xiàn)圖。

圖5 落葉松不同大小比數(shù)木直徑連年生長(zhǎng)量

圖5可以看出，劣態(tài)木的連年生長(zhǎng)量一直低于優(yōu)勢(shì)木和中庸木，生長(zhǎng)受到抑制，處于被壓狀態(tài)。1～7a為落葉松的速生階段，隨后生長(zhǎng)量逐漸下降，23a以后趨于穩(wěn)定。

圖6 樺樹(shù)不同大小比數(shù)木直徑連年生長(zhǎng)量

圖6可以看出，1～9a之間，優(yōu)勢(shì)木、中庸木和劣態(tài)木三者分化明顯，優(yōu)勢(shì)木一直處于優(yōu)勢(shì)，而劣態(tài)木一直處于被壓狀態(tài)；9a以后中庸木與優(yōu)勢(shì)木生長(zhǎng)量相當(dāng)，兩者競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)，甚至中庸木占一定優(yōu)勢(shì)，劣態(tài)木一直被壓?？赡苁且?yàn)橹杏鼓局車(chē)鷺?shù)木因?yàn)樽匀枷∈瓒劳?，為中庸木?chuàng)造了足夠的生長(zhǎng)空間，生長(zhǎng)加速。

綜上，樺樹(shù)和落葉松出現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)的年限基本一致，9a以后連年生長(zhǎng)量都下降很快，因此第9年需要進(jìn)行撫育采伐，保留優(yōu)勢(shì)林木。

由圖7可知：樺樹(shù)和落葉松的生長(zhǎng)趨勢(shì)基本一致，總生長(zhǎng)量曲線(xiàn)隨年齡的增長(zhǎng)呈直線(xiàn)上升，優(yōu)勢(shì)木和中庸木的生長(zhǎng)量總是比劣態(tài)木大。但是樺樹(shù)的優(yōu)勢(shì)木與中庸木隨著時(shí)間的推移差異沒(méi)有明顯變化，劣態(tài)木與中庸木在9a之前差距極小，隨后差距逐漸增大。而落葉松的優(yōu)勢(shì)木與中庸木在9a之前差距極小，隨后逐漸增大，劣態(tài)木始終被壓。

圖7 不同大小比數(shù)木直徑總生長(zhǎng)量

4 結(jié)論與討論

（1）樺樹(shù)和落葉松的中心樹(shù)直徑生長(zhǎng)過(guò)程基本一致。對(duì)于大小比數(shù)為0.5的空間結(jié)構(gòu)單元，與相鄰最粗樹(shù)比較，分3種情況：一直處于劣態(tài)；前后期處于劣態(tài)，中期競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)；前期處于劣態(tài)，中后期競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)。

（2）不同大小比數(shù)木的林木之間的競(jìng)爭(zhēng)主要集中于8～15a。

（3）樺樹(shù)和落葉松的生長(zhǎng)趨勢(shì)基本一致，總生長(zhǎng)量曲線(xiàn)隨年齡的增長(zhǎng)呈直線(xiàn)上升，9a之前差異極小，之后逐漸增大。

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