華北落葉松天然林樹種結(jié)構(gòu)及其生長特征研究①

王艷軍 王麗華 魏 然 宮 宇 孔慶成 于文慧 李大勇 封 茜

（河北省木蘭圍場國有林場管理局 河北承德068450）

樹種組成是森林的重要林學特征之一。華北落葉松（Larix principis-rupprechti Mayr）天然林的樹種結(jié)構(gòu)能反映種群結(jié)構(gòu)特征，揭示林分中主體種群和一般種群的生長特征及更替規(guī)律。主體種群是指林分中占絕對優(yōu)勢的樹種群落，無論是株數(shù)比例還是斷面積比例在林分所有樹種中均為最大，由一個或多個樹種構(gòu)成；一般種群是指林分中除優(yōu)勢樹種之外的樹種群落，由一個或多個樹種構(gòu)成，與主體群落相互依存、相互作用的樹種群落。本文通過對華北落葉松天然林樹種結(jié)構(gòu)特征及生長特征進行研究，分析主體種群華北落葉松與一般種群間的結(jié)構(gòu)特征、樹種組成、空間分布，探討各個種群間的相互作用、生長特征以及種群結(jié)構(gòu)的發(fā)展、變化趨勢，進而為華北落葉松天然林的近自然經(jīng)營技術(shù)提供依據(jù)，也為華北落葉松人工純林的可持續(xù)經(jīng)營提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究地概況

研究地位于河北省圍場縣西南部，木蘭圍場國有林場管理局龍頭山林場吉字營林區(qū)，南與隆化縣接壤。地理位置為東經(jīng)117°39′39″，北緯41°51′52″，屬大陸性季風型山地氣候。海拔750～1 790 m，年平均氣溫-1.4～4.7℃，最高氣溫為39℃，最低氣溫為-42.9℃。無霜期為67～128 d，年降水量為380～560 mm［1］。地貌為山地，坡向東北，棕壤厚土層。

研究地林分起源為天然林，主體種群為華北落葉松，一般種群有花楸（Sorbus pohuashanensis）、白樺（Betula platyphylla）、五角楓（Acer mono）、黑樺（Betula duburica）、蒙古櫟（Quercus mongolica）、山楊（Poplus davidiana）等。

1.2 方法

1.2.1 樣地處理

2017 年10 月，于河北省承德市圍場縣吉字營林區(qū)的半截溝天然落葉松林區(qū)設(shè)置100 m×100 m的固定樣地，按照劃分好的小樣方對每棵活立木編號，檢尺每木（調(diào)查胸徑、樹高、樹種），調(diào)查樣地內(nèi)灌木、草本物種多樣性。對每株活立木進行精確定位，確定基部的三維坐標（X，Y，Z）位置，計算樹木空間結(jié)構(gòu)指數(shù)。

1.2.2 樹種組成

樹種組成采用十分法，即各樹種組成系數(shù)之和為10；樹種多樣性主要利用Margalef 豐富度指數(shù)、Simpson 多樣性指數(shù)、Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)、Pielou 均勻度指數(shù)及Jaccard 相似性指數(shù)［2］。各指標計算公式如下：

豐富度指數(shù)：以樣方中物種的數(shù)目表示物種豐富度。

Simpson多樣性指數(shù)：

Shannon-Wiener多樣性指數(shù)：

Pielou均勻度指數(shù)：

E = H′lnS

式中：i=1，2，…，S；S 為樣方中出現(xiàn)的物種數(shù)量；Pi為物種ⅰ的個體數(shù)占群落總個體數(shù)的比。

Jaccard相似性指數(shù)：

式中：q 為林分相似性系數(shù)；c 為兩個林分共有的物種數(shù)目；a 和b 分別代表兩個林分的物種總數(shù)。0.00＜q≤0.25 表示極不相似，0.25＜q≤0.50表示中等不相似，0.50＜q≤0.75 表示中等相似，0.75＜q≤1.00表示極相似。

1.2.3 林分空間結(jié)構(gòu)

林分空間結(jié)構(gòu)一般用角尺度等結(jié)構(gòu)參數(shù)表示，這些結(jié)構(gòu)參數(shù)能夠準確分析森林群落內(nèi)林木個體空間的分布特征，均以中心木和圍繞四周的4株最相鄰木為基本結(jié)構(gòu)單元進行計算［3］。使用winkelmass、RStudio 軟件計算角尺度、混交度、大小比數(shù)和密集度等指數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 樹種組成

樣地中共有10 個樹種，樹種組成為6 落3花1 雜。無論是株數(shù)比例還是斷面積比例，華北落葉松在林分所有樹種都是最大的，均占全林分的50% 以上，平均胸徑達28.2 cm，最大為48.8 cm。樣地中花楸的株數(shù)比例達30%，但平均胸徑僅6.2 cm，白樺株數(shù)較少，占全林分總株數(shù)的6%，但胸徑較大，平均胸徑達25.1 cm［4］。樣地中其他樹種，如黑樺、白榆、山楊、五角楓、蒙古櫟、黃花柳、蒙椴等的株數(shù)比例和斷面積比例均較低。因此，吉字營林區(qū)華北落葉松天然林中，主體種群為華北落葉松，一般種群有花楸、白榆、山楊、五角楓及蒙古櫟等樹種［5］。

2.2 林分空間結(jié)構(gòu)

運用RTK 對樣地內(nèi)所有林木進行定位，用林分空間結(jié)構(gòu)分析軟件winkelmass、RStudio 等對吉字營林區(qū)華北落葉松天然林的空間結(jié)構(gòu)特征進行分析。由圖1 可知，該林分的平均角尺度為0.513 9，說明林分內(nèi)林木的分布格局為隨機分布。由圖2 可知，林分平均混交度為0.547 1，說明樣地內(nèi)林木屬于高度混交向強度混交過渡的狀態(tài)。

樣地內(nèi)林木的大小分化程度及各樹種的競爭狀態(tài)運用大小比數(shù)和密集度進行分析［6］。由圖3 可知，林分平均大小比數(shù)為0.490 8，說明林分分布大小差異明顯。由圖4 可知，林分平均密集度為0.912 0，說明林木間競爭相當激烈。

樣地內(nèi)更新種群調(diào)查統(tǒng)計結(jié)果顯示，五角楓占更新幼樹總數(shù)的80%，花楸、蒙古櫟各占10%。

圖1 角尺度分布頻率

圖2 混交度分布頻率

圖3 大小比數(shù)分布頻率

圖4 密集度分布頻率

3 結(jié)論和討論

華北落葉松天然林的主體種群為華北落葉松，一般種群里花楸株數(shù)較多，白樺胸徑較大。華北落葉松胸徑為4.0～48.8 cm，花楸胸徑為3～24 cm，白樺胸徑為11～44 cm，但株數(shù)比例只占6%。說明主體種群優(yōu)勢明顯，花楸為輔助樹種，白樺樹種進入更替期，數(shù)量將越來越少［7］。

華北落葉松天然林在空間結(jié)構(gòu)方面屬隨機分布、中度混交，平均密集度在0.9以上，林分密度偏大，需用心經(jīng)營。

從林分更新種群來看，該林分自然演替后的主體種群將成為華北落葉松和五角楓。

根據(jù)吉字營林區(qū)華北落葉松天然林的樹種結(jié)構(gòu)及自然生長特征，經(jīng)營中應充分尊重自然規(guī)律，促進演替進程，改善林分質(zhì)量，實現(xiàn)可持續(xù)經(jīng)營，以更好更充分地發(fā)揮森林的多種功能。