馬尾松公益林胸徑分布規(guī)律及冠幅影響因子分析

李 灝，任珅志，田育新，成其書(shū)，鄧 楠

（1.湖南省林業(yè)科學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410004； 2.慈利縣林業(yè)局，湖南 慈利 427000； 3.湖南慈利森林生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家定位觀測(cè)研究站，湖南 慈利 427200； 4.湖南省青羊湖國(guó)有林場(chǎng)，湖南 寧鄉(xiāng) 410627）

合理的林分結(jié)構(gòu)是森林效益最大化的基礎(chǔ)［1］，其中徑級(jí)結(jié)構(gòu)是森林經(jīng)營(yíng)效益的重要影響因子［2-3］。分析徑級(jí)結(jié)構(gòu)能估算林分的出材量、林木的枯損量，以制定輪伐周期，指導(dǎo)撫育間伐等［4］。對(duì)林分徑級(jí)結(jié)構(gòu)的研究一直是國(guó)內(nèi)外林業(yè)研究的熱點(diǎn)［5-7］。目前，分析林分徑級(jí)結(jié)構(gòu)的方法有概率分布函數(shù)模型、相對(duì)直徑法、理論生長(zhǎng)方程等方法［8］，其中描述林分胸徑累積百分比分布是分析徑級(jí)結(jié)構(gòu)最有效和可靠的方法［9-10］。除胸徑結(jié)構(gòu)外，冠幅也是林分結(jié)構(gòu)的重要影響因子［11］。冠幅的測(cè)量需耗費(fèi)大量的人力和財(cái)力，因此，常通過(guò)模型來(lái)預(yù)測(cè)冠幅。預(yù)測(cè)冠幅廣泛使用的模型有線性模型、冪函數(shù)（Power）模型、指數(shù)函數(shù)（Exponential）模型等［12-15］。利用通徑分析模型分析胸徑、樹(shù)高和冠幅之間的關(guān)系，解析各因子相互間的直接與間接影響，可確保模型的精度［16］。本研究以慈利縣境內(nèi)國(guó)家級(jí)公益林為研究對(duì)象，利用分布函數(shù)對(duì)馬尾松的胸徑分布進(jìn)行擬合，并使用通徑分析模型預(yù)測(cè)了馬尾松胸徑和樹(shù)高對(duì)冠幅的影響，可為慈利縣的馬尾松經(jīng)營(yíng)提供參考。

1 研究區(qū)概況

慈利縣隸屬于湖南省張家界市，地處武陵山脈東部邊緣，澧水的中游，其四面分別與石門(mén)縣、桃源縣、桑植縣和張家界的永定區(qū)接壤，總面積達(dá)3 480 km2。慈利縣屬中亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候區(qū)，其年均氣溫為16.8℃，林地面積為24.7萬(wàn)hm2，森林覆蓋率為66.53%，公益林國(guó)土空間保護(hù)率為36.65%。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與分析方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

分析用數(shù)據(jù)來(lái)源于湖南省公益林2019年面上固定樣地的調(diào)查數(shù)據(jù)。固定樣地的面積為25 m（垂直等高線） ×40 m（平行等高線），調(diào)查方法為每木檢尺法。以其中位于慈利縣的15個(gè)固定樣地的調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，提取其中包括胸徑（D）、冠幅（CW）和樹(shù)高（H）的馬尾松調(diào)查數(shù)據(jù)。這15個(gè)固定樣地中共有116株馬尾松。

2.2 數(shù)據(jù)分析方法

選取馬尾松胸徑的調(diào)查數(shù)據(jù)，將胸徑進(jìn)行分組，以5 cm為組距進(jìn)行徑階劃分，分別計(jì)算每個(gè)徑階株數(shù)占總株數(shù)的比例與組距的比值（密度），并繪制密度分布圖。隨后以正態(tài)分布函數(shù)對(duì)林分的胸徑分布進(jìn)行擬合，同時(shí)，計(jì)算樣本分布的偏度系數(shù)與峰度系數(shù)。采用Shapiro-Wilk法檢驗(yàn)數(shù)據(jù)分布是否符合正態(tài)分布，并計(jì)算統(tǒng)計(jì)量W的值。當(dāng)W的值越接近于1，且顯著性水平小于0.05時(shí)，則拒絕原假設(shè)。使用通徑分析模型分析冠幅與胸徑、樹(shù)高的相關(guān)性。通徑分析模型的公式如下：

式中：b代表目的性狀（y）對(duì)原因性狀（i）的偏回歸系數(shù)；si、sy分別代表原因性狀i與目的性狀y的標(biāo)準(zhǔn)差［17］。

3 結(jié)果與分析

3.1 胸徑分布規(guī)律

馬尾松胸徑的分布范圍為5.6～32.8 cm，平均胸徑為16.3 cm。胸徑分布圖（圖1）顯示：慈利縣馬尾松公益林的胸徑分布呈單峰曲線，其中胸徑小于15 cm的個(gè)體較多，胸徑超過(guò)25 cm的個(gè)體很少，胸徑的密度分布曲線和正態(tài)分布概率密度曲線差距較大，表明樣地的馬尾松胸徑分布為非正態(tài)分布。Shapiro-Wilk檢驗(yàn)結(jié)果表明，統(tǒng)計(jì)量W 為0.956 26，檢驗(yàn)的P值為0.000 815 8，表明馬尾松胸徑分布不符合正態(tài)分布，與密度分布圖的結(jié)果（圖1）一致。

圖1 馬尾松公益林胸徑分布圖Fig.1 DBH distribution of Pinusmassoniana

從胸徑分布統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)結(jié)果（表1）來(lái)看：馬尾松胸徑的方差（45.55）和變異系數(shù)（0.41）較大，說(shuō)明其個(gè)體間胸徑差異較大，導(dǎo)致離散程度較高。胸徑分布的偏度系數(shù)為0.39，表明胸徑分布偏右較為明顯，其均值在峰值的右邊；峰度系數(shù)為-0.88，表明胸徑分布曲線與正態(tài)分布曲線相比較為平坦，為平頂峰曲線。以上結(jié)果說(shuō)明，該馬尾松林分總體質(zhì)量欠佳，這是因?yàn)榱址置芏冗^(guò)大，出現(xiàn)了大量小徑階的個(gè)體，導(dǎo)致優(yōu)勢(shì)木之間競(jìng)爭(zhēng)劇烈，森林整體演替較慢或者受阻。

表1 胸徑分布統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)結(jié)果Tab.1 Fitting results of DBH distribution

3.2 胸徑和樹(shù)高對(duì)冠幅的影響

表2結(jié)果表明：胸徑對(duì)冠幅的直接通徑系數(shù)為0.63，樹(shù)高對(duì)冠幅的直接通徑系數(shù)為-0.62，胸徑和樹(shù)高對(duì)冠幅的影響均達(dá)極顯著（P＜0.001）。胸徑和樹(shù)高對(duì)冠幅的間接通徑系數(shù)分別為0.31和-0.29，均低于直接通徑系數(shù)，說(shuō)明胸徑對(duì)冠幅的影響為正向的，樹(shù)高對(duì)冠幅的影響為負(fù)向的；胸徑和樹(shù)高對(duì)冠幅的直接影響均大于間接影響，且胸徑對(duì)冠幅的直接影響和間接影響均略大于樹(shù)高的。由此可知，在實(shí)際經(jīng)營(yíng)活動(dòng)中對(duì)冠幅進(jìn)行判定和快速計(jì)算時(shí)，通過(guò)胸徑或者樹(shù)高預(yù)測(cè)均具有較高的可靠性和精準(zhǔn)度。

表2 冠幅與胸徑和樹(shù)高間的通徑系數(shù)Tab.2 Path coefficient between DBH，height and crown size

4 結(jié)論與討論

林分的胸徑結(jié)構(gòu)是林業(yè)工作者關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題之一［18］。慈利縣馬尾松公益林的胸徑分布呈現(xiàn)右偏的單峰曲線，為平頂峰曲線，其中小徑階個(gè)體占大部分。胸徑的變異系數(shù)較大，說(shuō)明個(gè)體間胸徑差異較大，胸徑離散程度較大，胸徑分布不均勻。一般情況下，健康林分的胸徑呈正態(tài)或者近似正態(tài)分布［19］。以上結(jié)果說(shuō)明，慈利縣馬尾松公益林胸徑多樣性較差，林相單一。造成這一情況的主要原因可能是造林密度過(guò)大，導(dǎo)致林分內(nèi)個(gè)體間競(jìng)爭(zhēng)較大，目標(biāo)樹(shù)生長(zhǎng)緩慢。因此，在未來(lái)的經(jīng)營(yíng)管理中，應(yīng)該及時(shí)進(jìn)行間伐和疏伐，結(jié)合近自然森林經(jīng)營(yíng)理論，培育大徑階個(gè)體，并且遵循適地適樹(shù)的原則，引入高價(jià)值闊葉樹(shù)種，提高林分結(jié)構(gòu)多樣性。大量研究表明，樹(shù)高和胸徑與冠幅的關(guān)系會(huì)隨著林分生長(zhǎng)狀況的不同而變化［20］。在本研究中，馬尾松的冠幅與胸徑呈正相關(guān)關(guān)系，與樹(shù)高呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與國(guó)外松、杉木的研究結(jié)果有一定的差異［17-18］，這可能是因?yàn)榱址值纳L(zhǎng)狀況不同所致。