仙居縣天然闊葉林林分空間結(jié)構(gòu)研究

張豪杰 張哲艇 朱巍巍 王思娜 柯志軍

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仙居縣天然闊葉林林分空間結(jié)構(gòu)研究

張豪杰1張哲艇2朱巍巍1王思娜1柯志軍1

（1浙江省仙居縣林業(yè)局 317300；2浙江省仙居中學(xué) 浙江仙居 317300）

以仙居縣淡竹鄉(xiāng)天然闊葉林為研究對(duì)象，利用角尺度、混交度和大小比數(shù)3種空間結(jié)構(gòu)參數(shù)分析其空間結(jié)構(gòu)特征。結(jié)果表明，林分角尺度為0.497～0.523，其空間分布格局為隨機(jī)偏弱聚集分布；混交度為0.618～0.760，林木個(gè)體種間結(jié)構(gòu)屬中強(qiáng)度混交；大小比數(shù)為0.490～0.503，林木空間大小對(duì)比上除馬尾松呈明顯優(yōu)勢(shì)，山合歡明顯受壓外，其余樹種大小比總體分布均勻，既有占優(yōu)勢(shì)樹種也有受壓樹種。

天然闊葉林；空間結(jié)構(gòu)；參數(shù)分析；仙居

據(jù)仙居縣森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查成果（2017年），仙居縣天然闊葉林面積45530 hm2，淡竹鄉(xiāng)天然闊葉林面積6928hm2，占全縣20個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)（街道）和2個(gè)林場(chǎng)天然闊葉林總面積的15.22%。從最近二期（2007年、2017年）森動(dòng)態(tài)，得出全縣闊葉類樹種面積在森林面積結(jié)構(gòu)中比重由37.16%上升到56.67%，原因是松材線蟲病造成的松木枯死在仙居森林中蔓延，政府每年組織力量對(duì)松枯死木采伐和闊葉類彩色樹種補(bǔ)植，及經(jīng)封育管護(hù)大量的闊葉中幼林成林，在林分結(jié)構(gòu)中面積所占比重速增，而松杉類針葉林大都為近成過(guò)熟林，商業(yè)采伐與林分主要樹種轉(zhuǎn)換造成松杉類針葉林面積遞減，故仙居縣森林結(jié)構(gòu)正在發(fā)生重大調(diào)整。大量科學(xué)研究表明，森林功能的發(fā)揮很大程度上取決于森林空間結(jié)構(gòu)是否合理，因此要通過(guò)優(yōu)化森林空間結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)培育多功能森林的目 標(biāo)，就必須了解森林空間結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀[1]。研究利用角尺度、混交度、大小比數(shù)空間結(jié)構(gòu)指標(biāo)，分析仙居縣淡竹鄉(xiāng)天然闊葉林林分空間結(jié)構(gòu)，為制定和實(shí)施科學(xué)的森林經(jīng)營(yíng)及保護(hù)規(guī)劃提供參考依據(jù)。

1 研究區(qū)的概況

淡竹鄉(xiāng)天然闊葉林研究區(qū)位于仙霞嶺延伸至縉云分叉、綿亙仙居南北、成鉗形對(duì)峙的南支線上，位于仙居縣城外西南部，距縣城39km,其地理坐標(biāo)為北緯28°40′22.69"、東經(jīng)120°34′17.89"。該區(qū)為山區(qū)鄉(xiāng)，屬低山丘陵地貎，具典型的火山流紋巖地質(zhì)特點(diǎn)，地勢(shì)南高北低，山崖陡峻，溝谷狹長(zhǎng)，最高峰為大青崗、海拔1193m，最低處為下葉村、海拔107m，海拔高差1086m。該區(qū)為原始森林、國(guó)家級(jí)森林公園、自然保護(hù)區(qū)聚集區(qū)，植物資源豐富，具有最典型的亞熱帶原始林溝谷常綠闊葉林。該區(qū)土地總面積19061hm2，其中林地面積18031hm2，非林地面積1030hm2。天然林面積11318hm2，其中闊葉林面積6928hm2，占61.21%；針闊混交林面積2970hm2，占26.24%；針葉林面積1420hm2，占12.55%；森林覆蓋率93.31%，林木綠化率93.64%[2]。土壤以紅壤為主，土層厚度20～100cm，坡度15o～45o。屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年均氣溫18.2℃，極端最高溫38.4℃，極端最低溫-3.4℃，年均降水量1707.8mm，年無(wú)霜期288d[3，4]。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

2016年2月，在研究區(qū)內(nèi)按海拔不同，分上、中、下3個(gè)區(qū)域各選取1個(gè)林相結(jié)構(gòu)完整、能代表該區(qū)域天然闊葉林林分特征的地段，用羅盤儀閉合導(dǎo)線法設(shè)置28.28m×28.28m樣地，要求閉合差不大于1/200[5]。樣地調(diào)查方法[6]，以每個(gè)樣地的西南角作為坐標(biāo)原點(diǎn)，用皮尺測(cè)量胸徑大于或等于5cm活立木在該樣地內(nèi)的x、y坐標(biāo)，x表示東西方向，y表示南北方向，并對(duì)樣地內(nèi)樣木逐株確定樹種名稱并編號(hào)、測(cè)定胸徑、樹高、繪制樣木位置圖、填寫樣地調(diào)查記錄表等。3塊調(diào)查樣地的基本情況見(jiàn)表1。

表1 各樣地基本情況

2.2 數(shù)據(jù)處理及分析方法

2.2.1空間結(jié)構(gòu)單元的確定

植物群落由不同樹種構(gòu)成，重要值（Importance valiue）是反映樹種在群落中的地位和作用的相對(duì)數(shù)量指標(biāo)[7]。重要值=相對(duì)多度+相對(duì)優(yōu)勢(shì)度+相對(duì)頻度[8]，相對(duì)多度（Relative abundance）指群落中某一物種的個(gè)體數(shù)占所有物種個(gè)體數(shù)之和的百分比；相對(duì)優(yōu)勢(shì)度（Relative superiority）指群落中某物種胸高斷面積占所有物種胸高斷面積之和的百分比；相對(duì)頻度（Relative freguency）指某物種周圍出現(xiàn)同物種的概率。重要值越大，物種在群落中地位越重要，因此可用其表征群落物種的結(jié)構(gòu)變化狀況[9]。

林分內(nèi)任意一株單木和離它最近的n株相鄰木均可構(gòu)成林分空間結(jié)構(gòu)的基本單位—林分空間結(jié)構(gòu)單元?？臻g結(jié)構(gòu)單元核心的那株樹被稱為參照樹，而最近的n株樹則被稱為相鄰木，n的取值不同，空間結(jié)構(gòu)單元框架大小就不同。采用惠剛盈等[10-13]，取n=4來(lái)分析林分空間結(jié)構(gòu)特征。

2.2.2空間結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算

利用角尺度（uniform angle index- neighboring tree distribution pattern）[12]、混交度（mingling）[10]、大小比數(shù)（neighborhood comparison）[11]等3個(gè)空間結(jié)構(gòu)參數(shù)來(lái)描述天然闊葉林林分空間結(jié)構(gòu)。

角尺度（Wi）被定義為α角（2相鄰木與參照樹的較小夾角）小于標(biāo)準(zhǔn)角α0（=720）的個(gè)數(shù)占所考察的4個(gè)α角的比例，用來(lái)描述林木水平分布格局的參數(shù)。表達(dá)式為：

其中，角尺度的取值為zij，當(dāng)αij＜α0，zij=1，反之zij=0。取值由小變大表示林木的水平分布從均勻向團(tuán)狀變化，當(dāng)Wi取值范圍在［0.475，0.517］之間，表示隨機(jī)分布，小于0.475是均勻分布，大于0.517是聚集分布[14]。

混交度（Mi）為相鄰木與參照樹不是同一樹種的個(gè)體所占的比例，是描述不同樹種間相互隔離的參數(shù)。表達(dá)式為：

其中，混交度的取值為vij，當(dāng)參照樹i與第j株相鄰木不同樹種時(shí)vij=1，否則vij=0。

大小比數(shù)（Ui）為大于參照樹的相鄰木個(gè)數(shù)所占的比例，是主要用來(lái)分析林木個(gè)體大小分化程度的參數(shù)。采用胸徑作為特征因子[12]，表達(dá)式為：

其中，大小比數(shù)的取值為kij，當(dāng)參照樹i小于相鄰木j時(shí)，kij=1，否則kij=0。

為避免邊緣效應(yīng)，將樣地內(nèi)距邊緣線2m的環(huán)形區(qū)域設(shè)為緩沖區(qū)，其中的標(biāo)記林木只作相鄰木，中心區(qū)域作為核心區(qū)[15]。測(cè)定核心區(qū)內(nèi)的每株單木3個(gè)空間結(jié)構(gòu)參數(shù)值及每個(gè)參數(shù)不同參數(shù)值出現(xiàn)的頻度，計(jì)算各個(gè)參數(shù)平均值，分析天然闊葉林林分空間結(jié)構(gòu)分布。

3 結(jié)果分析

3.1 林木個(gè)體空間分布格局

用角尺度描述林分中林木個(gè)體分布格局時(shí)，關(guān)注林木個(gè)體之間方位關(guān)系，不需要分樹種統(tǒng)計(jì)，只考慮整個(gè)樣地林木角尺度取值情況即可[16]。根據(jù)角尺度定義，Wi的值越接近中值，且中值兩側(cè)對(duì)稱性越強(qiáng)，則隨機(jī)分布的概率越高。

表2 各樣地林木角尺度分布頻率及均值

3.2 樹種組成

從表1可以看出，種數(shù)(樹種種類)上，樣地2最多、樣地1次之、樣地3最少，說(shuō)明天然闊葉林林分內(nèi)物種豐富度在垂直分布上中部區(qū)域最為豐富、下部次之、頂部最差；林分群落結(jié)構(gòu)上，樣地1和樣地2為完整，樣地3為較完整，說(shuō)明天然闊葉林群落結(jié)構(gòu)總體較完整，林木生長(zhǎng)狀況良好。

表3所示為天然闊葉林各樣地喬木層的重要值?？梢钥闯?，樣地1甜櫧、石櫟重要值最大，分別為87.158、86.219，相差0.939；樣地2石櫟、青岡（不考慮杉木）重要值最大，分別為105.689、79.424，相差26.265；樣地3 木荷、青岡重要值最大，分別為107.853、55.074，相差57.779。前2個(gè)主要闊葉樹種的重要值差值分別為0.939、26.265、57.779，說(shuō)明樣地1→3海拔由低到高，林分樹種組成結(jié)構(gòu)由幾個(gè)闊葉樹種共同占主導(dǎo)遞減到1個(gè)闊葉樹種為主。在3塊樣地中，樣地1、樣地3主要樹種都為闊葉樹，只有樣地2中有杉木（重要值占第2）、馬尾松（重要值占第4），說(shuō)明天然闊葉林林分中杉、松木等針葉樹作為主要樹種只在垂直分布的中部區(qū)域的林分中出現(xiàn)。

表3 各樣地喬木層主要樹種的重要值

3.3 林木個(gè)體種間結(jié)構(gòu)

表4展示了3塊樣地林木混交度分布頻率及均值。樣地1、2、3強(qiáng)度混交（1株單木周圍有3株相鄰木屬其它樹，Mi=0.75）、極強(qiáng)混交（1株單木周圍有4株相鄰木屬其它樹，Mi=1）之和，分別為0.73、0.50、0.56，混交度均值都在0.6以上，說(shuō)明大多數(shù)樹木周圍有2株以上其他樹種存在；中度混交（Mi=0.5）所占比例在3塊樣地相差不大，都在1/4上下；樣地1強(qiáng)度混交最高、極強(qiáng)混交次之，說(shuō)明樣地中1株單木周圍有4株或3株不同樹種概率最大；樣地2中度混交最高，說(shuō)明樣地中1株單木周圍有2株不同樹種概率大，其中度、強(qiáng)度、極 強(qiáng)混交比例相近，說(shuō)明1株單木周圍出現(xiàn)2、3、4株不同樹種的概率相近；樣地3強(qiáng)度混交最高，說(shuō)明樣地中1株單木周圍有3株不同樹種概率大，其弱度、極強(qiáng)混交相同，該樣地1株單木周圍有2株或4株不同樹種概率一致；3塊樣地零混交比例都很低，說(shuō)明1株單木周圍有4株相同樹種的情況很小，其中樣地1弱度混交比例也很小，該樣地1株單木周圍有3株相同樹種情況也不大。

表4 各樣地樹種混交度分布頻率及均值

3.3 林木個(gè)體分化程度

表5反映了3塊樣地林木大小比數(shù)分布頻率及均值。從表中可以看出，3塊樣地大小比數(shù)均值都在［0.475，0.517］之間，且5種大小比數(shù)的分布頻率都在0.2左右，說(shuō)明每1株單木周圍的4株相鄰木，其胸徑大于參照樹的株數(shù)存在著5種可能的概率相近。

表5 各樣地林木大小比數(shù)分布頻率及均值

表6 各樹種大小比數(shù)分布頻率及均值

根據(jù)大小比數(shù)的定義，Ui越大代表相鄰木越大，而參照樹不占優(yōu)勢(shì)。從表6可以看出，馬尾松在單木構(gòu)成的單元結(jié)構(gòu)中全部處于優(yōu)勢(shì)或絕對(duì)優(yōu)勢(shì)地位、不存在受壓現(xiàn)象，山合歡基本上處于受壓狀態(tài)，其它樹種既有占優(yōu)勢(shì)也有受壓情況。木荷、苦櫧、甜櫧、青岡4個(gè)樹種在單木構(gòu)成的單元結(jié)構(gòu)中占優(yōu)勢(shì)地位的比例較高，特別是苦櫧占0.56，說(shuō)明苦櫧在單木構(gòu)成的單元結(jié)構(gòu)中優(yōu)勢(shì)明顯。甜櫧、苦櫧、青岡大小比數(shù)為1的頻率都小于0.1，說(shuō)明這3種樹種完全受壓的情況很少，木荷處于優(yōu)勢(shì)的頻率雖然只占0.41，但在樣地3中因其重要值最大，達(dá)107.853，遠(yuǎn)高于該樣地第2重要樹種青岡55.074，故在樣地3中木荷優(yōu)勢(shì)地位明顯。石櫟、杉木在樣地中的重要值都較高，大小比數(shù)均值都為0.533，略高于0.5，生長(zhǎng)狀況總體來(lái)說(shuō)稍處劣勢(shì)。除馬尾松外，上述7個(gè)主要樹種大小比數(shù)處于0.5的頻率范圍為0.21～0.33，即處于中庸生長(zhǎng)勢(shì)的比例還是較高的。

4 結(jié)論與討論

淡竹鄉(xiāng)天然闊葉林林分角尺度為0.497～0.523，混交度為0.618～0.760，大小比數(shù)為0.490～0.503。林分空間分布格局為隨機(jī)偏弱聚集分布，林木個(gè)體種間結(jié)構(gòu)關(guān)系屬中強(qiáng)度混交，林木空間大小對(duì)比上，除馬尾松在空間大小對(duì)比上占明顯優(yōu)勢(shì)、山合歡處于受壓外，其余樹種大小比分布均勻，既有占優(yōu)勢(shì)樹種，也有受壓樹種。森林進(jìn)展演替后，頂級(jí)群落的水平分布格局應(yīng)為隨機(jī)分布[17]。林分空間結(jié)構(gòu)參數(shù)研究對(duì)森林撫育作業(yè)具有直接的操作意義，研究中除樣地3林分角尺度在隨機(jī)分布取值范圍內(nèi)，樣地1、樣地2林分角尺度略大于隨機(jī)分布取值范圍上限，屬弱聚集分布，撫育作業(yè)時(shí)可在作業(yè)區(qū)相鄰木密度較大的一側(cè)確定少量的擇伐木，撫育作業(yè)設(shè)計(jì)力求做到對(duì)目的樹種、珍貴樹種、生物多樣性保護(hù)。3塊樣地混交度均值都在0.6以上，零度、弱度混交都很低，中、強(qiáng)度混交占1/2以上，極強(qiáng)度混交比例較大但不同樣地差距明顯，說(shuō)明3塊樣地總體混交度較強(qiáng)，大多數(shù)樹木周圍都會(huì)出現(xiàn)2、3或4株其它樹種，其中樣地1參照樹周圍出現(xiàn)3、4株不同樹種相鄰木的概率最大。3塊樣地大小比數(shù)均值都在［0.475，0.517］之間，且5種大小比數(shù)的分布頻率都在0.2左右，說(shuō)明3塊樣地中，參照樹周圍的4株相鄰木，存在的0～4株胸徑大于參照樹的5種可能，其概率都接近1/5。

天然闊葉林林分樹種組成結(jié)構(gòu)及分布受垂直高差影響。海拔由低到高：①林分樹種結(jié)構(gòu)由幾個(gè)闊葉樹種共同占主導(dǎo)遞減到1個(gè)闊葉樹種為主，②松杉等針葉樹作為天然闊葉林分的主要混交樹種最有可能在垂直分布的中部區(qū)域林分中出現(xiàn)。由于樣地個(gè)數(shù)及樣地取點(diǎn)不同，可能對(duì)不同區(qū)域幾個(gè)或單個(gè)闊葉樹種占主導(dǎo)及松杉等針葉樹種作為天然闊葉林主要混交樹種出現(xiàn)機(jī)會(huì)產(chǎn)生偏差，其結(jié)果有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

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Study on the spatial structure of natural broad-leaved forest stands in Xianju county

Zhang Haojie1, Zhang Zheting2, Zhu Weiwei1, Wang Sina1, Ke Zhijun1

Stand spatial structure of natural broad-leaved forest in Danzhu of Xianju County was investigated using three structure parameters(uniform angle index, neighborhood comparison, mingling— neighboring tree distribution pattern). The results shows that the uniform angle index is 0.497～0.523 which means the spatial distribution pattern is random weakly concentrated distribution. The mingling index is 0.618～0.760 which means that The individual species of tree species are mixed with medium strength. The neighborhood comparison is 0.490～0.503 which shows that The masson pine has obvious advantage, the mountain acacia is obviously under pressure, the remaining tree species is distributed evenly, that is, the dominant tree species also has the pressure tree.

Natural Broad-leaved Forest; Spatial Structure; Parameter analysis; Xianju County

S718.54+2

A

1004-7743（2018）04-0006-05

2018-06-24

張豪杰（1970- ），男，漢族，浙江仙居人，林業(yè)工程師，從事林業(yè)調(diào)查規(guī)劃和森林資源監(jiān)測(cè)工作。