基于抗風性的湛江湖光巖風景區(qū)天然林群落空間結構分析

黃劍堅，韓維棟，李際平，劉素青，劉沛奇，羅 杰

（1.中南林業(yè)科技大學，湖南 長沙 410004；2.廣東海洋大學，廣東 湛江524088）

基于抗風性的湛江湖光巖風景區(qū)天然林群落空間結構分析

黃劍堅1,2，韓維棟2，李際平1，劉素青2，劉沛奇2，羅 杰2

（1.中南林業(yè)科技大學，湖南 長沙 410004；2.廣東海洋大學，廣東 湛江524088）

開展基于群落空間結構抗風性研究，對于雷州半島沿海防護林的構建具有重要的意義。以湛江湖光巖風景區(qū)天然林為研究對象，應用傳統(tǒng)林分結構因子，結合混交度、角尺度、大小比數(shù)3個林分結構空間參數(shù)，開展抗風性天然林空間結構調(diào)查。結果表明：湖光巖風景區(qū)天然林內(nèi)植物種類豐富度高，樣方共30種喬木樹種，林分水平結構分布均衡，空間分配合理，垂直結構層次明顯，以9 m、15 m為界點可分為三林層；林分平均混交度為0.605，屬中強度混交林，樹種隔離程度較高，結構穩(wěn)定；林分平均角度尺為0.582，為弱度團狀分布；平均大小比數(shù)為0.491，屬大小分化均衡。因此，湛江湖光巖風景區(qū)天然林的空間結構林分處于抗風性穩(wěn)定演替狀態(tài)。

天然林；群落空間結構；湖光巖風景區(qū)；混交度；角尺度；大小比數(shù)；抗風性

廣東雷州半島地處中國熱帶季風氣候區(qū)，是臺風影響最嚴重的地區(qū)之一，平均每10年有6次以上12級臺風襲過，是我國臺風登陸最集中區(qū)域之一。臺風的襲擊成為雷州半島各種自然災害之首。無論從防災減災還是從改善當?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境來看，加強雷州半島沿海人工或者天然防護林的抗風性經(jīng)營尤為重要。國內(nèi)林木抗風性研究眾多，從不同株行距、林分密度、造林密度、行間走向、林帶結構、高徑比等方面進行了樹種的抗風性研究[1-6]，而樹高、胸徑和木材密度與風害率最為密切[6]，其次是和抗風性狀相關的林木類型、冠幅、冠形、干形通直度、氣干密度、葉層狀況、根系狀況等[7-9]。從空間結構研究抗風性方面，林分空間結構的變化導致抗風功能轉變或者提高等問題已經(jīng)得到初步解決[10]。目前，雷州半島天然林空間結構處于抗風性的何種狀態(tài)，成為了空間結構抗風性研究必須要解決的首要基礎問題。因此，基于群落空間結構開展抗風性研究，恢復和增強森林生態(tài)系統(tǒng)的功能，發(fā)揮減災防災效益，對于雷州半島沿海防護林的構建與改造具有重要的意義。因此，筆者應用傳統(tǒng)林分結構因子，配合混交度、角度尺和大小比數(shù)等3個林分空間結構參數(shù)，以湛江湖光巖風景區(qū)的天然林為代表，開展空間結構調(diào)查，旨在了解其空間結構風性狀態(tài)的特征。

1 研究地概況

湛江湖光巖風景區(qū)天然林位于廣東省湛江市西南部（東經(jīng) 109°31′～ 110°55′，北緯 20°30′～21°35′），地勢北高南低，海拔在50～250 m之間。屬亞熱帶氣候，受海洋氣候調(diào)節(jié)，冬暖夏熱，暑長寒短，溫差不大，氣溫年平均23.2℃，降雨充沛，年降水量達1 700～1 800 mm。湖光巖風景區(qū)內(nèi)，天然林林地環(huán)湖而成圓帶狀，南北方向最長1.5 km，東西方向最長1.8 km，帶寬平均為150 m。調(diào)查樣地均勻分布于圓帶狀林分各點，立地條件好，土層及枯落物層較厚，裸巖率及含石率較低，調(diào)查樣地內(nèi)主要樹種包括：鴨腳木Scheff l era octophylla、銀合歡Leucaena glauca、臺灣相思Acacia confusa、 木 麻 黃 Casuarina equisetifolia、海南蘿芙木Rauvolf i a verticillata var. hainanensis、南洋楹Albizia falcataria、黃花夾竹桃Thevetia peruviana、樸樹Celtis sinensis、九節(jié)Psychotria rubra、大蕉Musa sapientum、假柿木姜子Litsea monopetala、苦楝Melia azedarach、對葉榕Ficus hispida、紅花羊蹄甲Bauhinia blakeana、陰香Cinnamomum burmannii等。

2 研究方法

2.1 調(diào)查方法

在整個環(huán)狀林帶內(nèi)，精選10個分布均勻、林相完整、具有代表性的20 m×20 m典型樣地，樣地內(nèi)四角設置2 m×2 m小樣方。記錄樣地群落類型、海拔、坡度、土壤等立地條件因子，然后對樣地內(nèi)進行常規(guī)的每木檢尺調(diào)查。同時，調(diào)查因子還包括參照木的胸徑、4 棵相鄰木的胸徑以及參照木與4棵相鄰木的距離、角尺度、健康序等。

2.2 分析方法

2.2.1 混交度分析

樹種混交度（mingling intensity）[10-15]用公式表示為：

式（1）中：Mi是參照樹i的混交度；Vij是離散變量，當參照樹i與第j株相鄰木非同種時，Vij=1，反之，Vij=0?；旖欢鹊娜≈涤?、0.25、0.5、0.75、1.00，其對應的樹種隔離程度分別是零度混交、弱度混交、中度混交、強度混交、極強度混交。對林分而言，常用林分混交度均值（）來表征林分樹種的隔離程度，即

式（2）中：N是觀測林分的總株數(shù)。

2.2.2 角度尺分析

角度尺（unifonm angle index）[10-15]用來描述4株相鄰木圍繞參照樹的均勻性，被定義為a角小于標準角a0的個數(shù)占所考察4個夾角的比例，a0=72°，用公式表示為：

式（3）中：Wi為參照樹i的角度尺；Zij為離散變量。林分中全部Wi的平均值（）則反映了一個林分內(nèi)林木的整體分布格局，即

2.2.3 大小比數(shù)分析

大小比數(shù)（neighborhood comparison）[10-16]描述林木大小分化程度，指胸徑、樹高或冠幅等大于參照樹的相鄰木數(shù)占4株最近相鄰木的比例，用公式表示為：

式（5）中：Ui為參照樹i的大小比數(shù)；Kij為離散變量，若參照樹i比相鄰木j小，則Kij=1，否則，Kij=0。

3 結果與分析

3.1 群落林分基本分析

樣地內(nèi)群落喬木層有30個樹種，主要樹種的林分密度為765株· hm-2（見表1），占總株數(shù)的91.62%。數(shù)量最多的樹種為鴨腳木（150株），占全林分的17.96%；銀合歡與臺灣相思各占16.77%、13.77%，余下樹種所占比例2%～7%不等。群落主要樹種斷面積為22.50 m2·hm-2，占93.75%，其中臺灣相思的斷面積占較大優(yōu)勢，115株的斷面積為9.58 m2·hm-2。臺灣相思的平均胸徑居于主要樹種之首，為30.35 cm，其次為苦楝、大蕉和假柿木姜子。該群落主要分為大于15、15～9、小于9 m等3個林層，數(shù)量最多的鴨腳木、銀合歡以及臺灣相思的樹高平均值分別為7.21、7.56、11.5 m，處于中下層；中上層林木為苦楝、木麻黃、厚皮樹Lannea coromandelica、銀合歡和臺灣相思等大株喬木。

表1 群落主要樹種基本分析Table 1 Basic analysis of main tree species in community

3.2 混交度分析

鴨腳木和臺灣相思超過80%以上為中度、強度和極強度混交（見表2），說明其伴生樹種有一半以上為異種；銀合歡80%以上處于零度、弱度和中度混交區(qū)間，說明該樹種空間結構為同種伴生為主。全林分各個區(qū)間的混交度頻度差異小，頻度最大的極強度混交僅占25.7%，平均混交度為0.65，屬強度混交。在所有喬木樹種中，只有銀合歡、木麻黃以及黃花夾竹桃3個樹種為弱度混交，其余樹種均為強度混交。綜上表明，湛江湖光巖風景區(qū)天然林屬中強度混交林。

3.3 角度尺分析

調(diào)查樣地內(nèi)角尺度分布很不均勻和很均勻所占比例較?。ㄒ姳?），分別為1.5%和7.8%，均勻和不均勻的比例稍大，隨機比例最大，高達46.7%。角度尺分布呈現(xiàn)出較為對稱的分布特征，團狀分布略大于均勻分布。全林分平均角度尺為0.582，屬弱度團狀分布。九成以上的樹種角度尺大于0.517，其中銀合歡、對葉榕、羊蹄甲和苦楝4個樹種的角度尺超過0.6；屬于均勻分布的樹種只有大蕉，其平均角度尺為0.425，且數(shù)量僅占全林分的3%。因此，該群落大部分樹種為團狀分布，但團狀程度不高。

表2 不同樹種混交度頻度分布?Table 2 Frequency distribution of mixed forest mingling of different tree species

表3 湛江湖光巖風景區(qū)林分角度尺統(tǒng)計?Table 3 Statistics of stand’s neighborhood pattern frequency of Huguangyan scenic spot, Zhanjiang city

3.4 大小比數(shù)分析

各個區(qū)間的分布頻度較為均衡（見表4），全林分大小比數(shù)均值為0.491，各樹種總體生長狀態(tài)為中庸狀態(tài)，生長空間分配均勻，林木個體水平分布格局較為合理。其中，臺灣相思大小比數(shù)平均值最小，為0.185，表明其生長環(huán)境為絕對優(yōu)勢；數(shù)量較少的假柿木姜子和苦楝的大小比數(shù)分別為0.282和0.188，為林分中的亞優(yōu)勢種。株數(shù)總和超過全林分40%的鴨腳木、銀合歡以及木麻黃3個樹種，大小比數(shù)均在0.5左右，生長狀態(tài)中庸，海南蘿芙木、九節(jié)、羊蹄甲和陰香等樹種大小比數(shù)超過0.75，屬于劣勢樹種。

表4 湛江湖光巖風景區(qū)林分大小比數(shù)統(tǒng)計?Table 4 Statistics of stand’s neighborhood comparison frequency of Huguangyan scenic spot,Zhanjiang city

3.5 樣方群落對比分析

混交度大于0.75以上的樣方有樣方1、樣方2和樣方4（見表5），樣方內(nèi)樹種豐富，隔離程度高，競爭態(tài)勢良好，屬于極強度混交群落，說明鴨腳木以及臺灣相思等樹種具有良好的林分調(diào)節(jié)功能，伴生樹種豐富，種間競爭不激烈?；旖欢茸钚〉氖菢臃?，該樣方所代表群落內(nèi)樹種單一，木麻黃占據(jù)絕對優(yōu)勢地位。角度尺最大的是樣方10，達到0.708，表明該群落水平方向分布不均勻，為團狀分布，而其余各樣方所代表群落均為隨機分布，水平方向上空間結構合理。大小比數(shù)最大是樣方6，最小是樣方9。

表5 不同樣方空間結構分析Table 5 Analysis on spatial structure of different quadrats

4 討論與結論

新時代森林經(jīng)營的主要目標是培育健康穩(wěn)定的森林，即維護森林多樣性、功能性，優(yōu)化林分空間結構，使其處于自然健康的生長狀態(tài)。臺風是雷州半島人工林或者天然林的主要自然影響因子之一，對林分空間結構的變化起著重要的作用。利用以空間結構單元為基礎的樹種混交度、角度尺以及大小比數(shù)等參數(shù)分析抗風性強的林分空間結構，是建立抗風性強的林分空間優(yōu)化模式和抗風性空間結構模型的基礎。湛江湖光巖風景區(qū)林分喬木樹種多達30種，為典型復林層結構特征。林分平均混交度屬中強度混交林，樹種隔離程度較高，結構穩(wěn)定；林分平均角度尺為弱度團狀分布；林分平均大小比數(shù)為中庸生長狀態(tài)，大小分化均衡，結構也較為合理。以鴨腳木和臺灣相思為優(yōu)勢種的群落，群落內(nèi)樹種豐富，隔離程度高，競爭態(tài)勢良好；以木麻黃為優(yōu)勢種的群落，則物種豐富度低，伴生樹種單一，屬較為典型的單樹種群落。群落無明顯優(yōu)勢種，數(shù)量多的樹種均處于林分中層，樹高及冠幅優(yōu)勢明顯的樹種并沒有對其他樹種造成明顯的生長壓迫，胸徑優(yōu)勢明顯的臺灣相思在隔離程度上和分布程度上也處于合理結構水平。因此，湖光巖風景區(qū)林分水平結構分布合理，垂直結構層次分明，水平生長空間分配均衡，屬良性競爭，處于抗風性穩(wěn)定演替狀態(tài)和較高水平的抗風性演替階段。由于調(diào)查樣方較少，分析方法只用了基礎的3個指標，只對目標林分的空間結構特征做出了基礎描述及分析。以后還需要增加更多的天然林和人工林的抗風性空間結構調(diào)查，并進行多種指標的分析和多種林分的空間結構指標的比較?？偟膩碚f，通過對空間結構各種指標的分析與應用，可以調(diào)整林分水平分布格局，改善林木競爭關系，優(yōu)化林分空間結構，從而加速林分向功能更強、穩(wěn)定性更好的抗風性態(tài)勢發(fā)展。

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Analyses on natural community spatial structure based on wind resistance in Huguangyan scenic spot, Zhanjiang city

HUANG Jian-jian1,2, HAN Wei-dong2, LI Ji-ping1, LIU Su-qing2, LIU Pei-qi2, LUO Jie2
(1.Central South University of Forestry & Technology, Changsha 410004, Huann, China; 2. Guangdong Ocean University, Zhanjiang 524088, Guangdong, China)

The study based on wind resistance of community spatial structure has great important signif i cance for the construction of coastal shelterbelt in Leizhou Peninsula. By taking the forests of Huguangyan scenic spot in Zhanjiang city as the studied objects, and applying three traditional forest structure factors, combined with mingling, neighborhood pattern and neighborhood comparison, the investigations on natural spatial structure’s wind resistance were carried out. The results show that the plant species richness in the natural forest was high in Zhanjiang Huguangyan scenic plot; There were 30 kinds of tree species in the survey sample, the natural communities’ stand structure distribution were in balanced state, the space allocation was reasonable, the vertical structure was obvious and can be divided into three layers when with the 9th meter and 15th meter points as the boundary points; The average mingling of the stand was 0.605, belonging to medium strength mixed forest, its species isolation was high and the structure was stability; Average neighborhood pattern of the stand was 0.582, with weak degree slug distribution; The average neighborhood comparison was 0.491,belonging to Size differentiation balanced. So, the spatial structure of natural forest succession is in a steady wind resistance state in Huguangyan scenic spot, Zhanjiang city.

natural forest; community spatial structure characteristic; Huguangyan scenic spot; mingling; neighborhood pattern;neighborhood comparison; wind resistance

S718.54+2

A

1673-923X(2014)07-0050-05

2013-12-10

國家自然科學基金(31170511)；廣東自然科學基金（S2013020012779）；廣東海洋漁業(yè)局項目（A201201I02-3）；國家級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目

黃劍堅（1981-），男，廣東清遠人，講師，博士研究生，主要從事林業(yè)系統(tǒng)方面的研究

韓維棟（1963-），男,江西會昌人,教授,博士,主要從事林學教學與研究工作

[本文編校：謝榮秀]