桂花林场苦槠林分空间结构规律研究

马 欣，宋武刚，吕 勇，吴 斌，马 艳

(1．中南林业科技大学，长沙410004;2．湖北省崇阳县林业局，湖北 崇阳437500;3．天津市北辰区农林局，天津300400)

桂花林场苦槠林分空间结构规律研究

马 欣1，宋武刚2，吕 勇1，吴 斌1，马 艳3

(1．中南林业科技大学，长沙410004;2．湖北省崇阳县林业局，湖北 崇阳437500;3．天津市北辰区农林局，天津300400)

利用混交度、大小比数和角尺度3种结构参数，结合树种组成，对湖北桂花林场4块苦槠混交林样地的林分空间结构进行分析。结果表明，苦槠为优势树种，多单种聚集生长，其他树种强度混交、极强度混交的比例大;枫香在大小分化上占有一定的优势，其他树种则分化严重;从林木水平空间格局上来看，该试验地树种分布格局以团状分布为主。

空间结构;混交度;大小比数;角尺度;苦槠

林分空间结构是指林木在林地上的分布格局，以及它的属性在空间上的排列方式，也就是林木之间树种、大小、分布等的空间关系。林分空间结构决定了树木之间的竞争势及其空间生态位，它在很大程度上决定了林分的稳定性、发展的可能性和经营空间的大小［1］。分析林分空间结构及其树种组成，有助于制定科学合理的森林经营措施。苦槠林是我国亚热带的一种常见常绿阔叶林类型，也是原生境遭到破坏后，次生演替过程中最早出现的常绿阔叶林类型之一［2］。本文利用混交度、大小比数、角尺度这3个参数，对湖北桂花林场苦槠混交林空间结构进行分析，为该地区的苦槠混交林合理经营提供依据。

1 试验区概况

试验区设在湖北省崇阳县桂花林场，崇阳县位于113°43'—114°21'E，29°21'—29°41'N，地处低山丘陵与江汉平原的过渡地带，平均海拔高度为400 m，地带性土壤为棕红壤与山地黄红壤。该区属亚热带季风气候，年平均气温16.7℃，年降水量1 460～1 570 mm，林区内土壤深厚、肥沃，植被繁多。

试验区以苦槠(Castanopsis sclerophylla)为优势树种，伴生树种为枫香(Liquidambar formosana)、小叶栎(Quercus chenii)、马尾松(Pinus massoniana)等。

2 研究方法

2.1 样地调查

在试验区选择具有代表性的典型地段设立4块样地，分别记为 P1，P2，P3，P4;样地大小 20 m ×20 m，每个样地内又设5 m×5 m的小样方16个。记录样地的经纬度、海拔、坡度、坡向等基本情况，绘制样地的方位示意图;采用全面调查法调查样地内所有大于起测径阶(5 cm)的林木特征值，包括树木的相对XY坐标、树种、胸径、树高、冠幅等。

2.2 分析方法

森林群落是由不同植物种类组成的，重要值是用来表示某一树种在群落中的地位和作用的相对数量指标，是根据密度、频度和优势度(树木胸高断面积)的相对值来确定森林群落中某一树种的相对重要性。某一树种的重要值越大，表明该树种在样地中的优势越大，因此可用其表征群落物种的结构变化状况。其计算公式为［3］:

式中:IV为重要值，RF为相对频度，RA为相对多度，RS为相对优势度;Fi为某物种的频度;Ni为某物种个体总数;Ai为某物种胸高断面积之和。

林分内任意一株单株树木和离它最近的n株相邻木均可构成林分空间结构的基本单位——林分空间结构单元。空间结构单元的核心树被称为参照树。而最邻近的n株相邻树木则被称为相邻木。有学者对此进行过深入研究:n的取值不同，则由参照树和相邻木构成的结构单元大小也不同。惠刚盈等［4］研究发现，当n=4时，可以很好地满足对林分空间结构分析的要求。本文采用这一结论，利用混交度、大小比数、角尺度这三种空间结构参数来分析苦槠混交林的空间结构规律。

混交度用来说明混交林种树种空间隔离程度，它被定义为参照树的最邻近木与参照树属于不同种的个体所占的比例，即:

式中:Mi为参照树i的混交度;vij为离散变量。vij值定义为:若参照树i与第j株相邻木非同种时，vij=1;反之，vij=0。

大小比数反映了相邻木与参照树之间的个体优势程度，它被定义为大于参照树的相邻木数占全部最近相邻木的比例，即:

式中:Ui为参照树的大小比数，Ui越小，说明比参照树大的相邻木越少，参照树越占优势;kij为离散变量。kij值定义为:若参照树i比相邻木j小，kij=1;反之，kij=0。

角尺度是用来描述相邻木围绕参照树均匀性的指标，被定义为α角小于标准角α0的个数占所考察的最近相邻木的比例，即:

式中:zij为离散变量。其值定义为，当第j个α角小于标准角 α0时，zij=1;反之，zij=0。

3 结果与分析

3.1 树种组成

通过对群落结构的频度、多度和相对优势度的调查分析，得出各样地乔木层主要树种组成及重要值，见表1。

从表1中可以看出:4块样地中苦槠都呈绝对优势，尤其是样地P1中苦槠的重要值达到了0.760;枫香在各样地中的重要值各亦，但仍有一定优势;小叶栎与马尾松的重要值较低，散生分布。

3.2 林木空间隔离程度

根据混交度的定义，将林木空间混交度划分为:M=0，零度混交;M=0.25，弱度混交;M=0.5，中度混交;M=0.75，强度混交;M=1，极强度混交。图1和图2显示了苦槠混交林林分平均混交度及其频率分布。

从图1和图2中可以看出，样地P2为极强度混交、中度混交、弱度混交的比例最高，没有出现零度混交，其平均混交度在0.60左右，说明此样地林木空间隔离程度较大，大多树木与最邻近的4株树木属不同种的比例较高;样地P1、样地P4中零度混交的比例最高，平均混交度最低，为0.3左右，说明该两块样地中多数树木与最邻近的4株树木属同种的比例较高，同树种聚集生长。

表1 各样地乔木层主要树种组成及重要值

图1 苦槠混交林林分混交度频率分布

图2 苦槠混交林林分平均混交度分布

按树种分析，结果见表2。从表2中可以看出，苦槠的平均混交度最低，只有0.23，其他3种树木的平均混交度都在0.75以上，小叶栎和马尾松的平均混交度达到了1.00。从总体上看，在这种混交林分中，苦槠多呈现单种聚集生长，其他树种强度混交、极强度混交的比例大，与最邻近木属不同种的情况较为常见。

深入分析可知:在零度混交和弱度混交时，只有苦槠，无其他树种分布;在中度混交和强度混交时只有苦槠和枫香，且枫香占的比例较高;小叶栎和马尾松只有极强度混交，其次比例较高的是枫香，苦槠最低。

表2 苦槠混交林各树种混交度及频率分布

从以上分析可知，调查的4块苦槠混交林分中，苦槠平均混交度最低，说明该树种呈现聚集分布，其他3种树木平均混交度很高，散生在苦槠中。林分内树种隔离程度不高，树种组成相对简单，多样性较低。随着林分的演替，该林分很可能会演替成苦槠纯林。

3.3 林木大小分化程度

大小比数反映了结构单元中参照树与相邻木的个体优势关系。根据大小比数的定义，其值越低，说明参照树越大，参照树个体越占优势。图3显示了4块样地中林分平均大小比数分布状况。

图3说明，这4块样地的林分平均大小比数差距不大，平均林分大小比数分布在［0.455，0.539］。其中样地P3的平均大小比数最大，达到了0.539，其他3块样地的平均大小比数均在0.5左右，说明这4块样地内的林木直径大小分化程度不明显，林木生长基本处于优势和中庸状态，生长有一定的优势。

图3 苦槠混交林林分平均大小比数分布

依据树种计算大小比数的平均值，能更好地反映林分中林木分化程度之间的差异性。某一树种的大小比数平均值越小，说明该树种与其他树种在某一指标(胸径、树高、冠幅等)上更占优势。表3描述了苦槠混交林林分内各主要树种的平均大小比数及频率分布。

表3 苦槠混交林各树种平均大小比数及频率分布

从表3可以看出，各树种的平均大小比数的取值范围从0.39到0.75，反应了树种空间大小分化程度有较大的差异。苦槠、枫香、小叶栎的大小比数平均值都超过0.50，这表明在以上述树种为参照树的结构单元中，相邻木直径较大的树木居多，平均为2株以上。尤其是马尾松的大小比数平均值为最大，达到了0.75，说明以此树种为参照树的结构单元中，有3株最邻近木的直径大于马尾松的情况较多，生长处于劣势状态。

枫香的平均大小比数最小，为0.39，介于0.25与0.5之间，说明相对其他3种树种，在以枫香为参照树的结构单元中，相邻木的直径大于该树种的情况较少，生长上介于亚优势和中庸之间，总体而言处于较为优势状态。枫香处于优势和亚优势的树木比例为52.3%，处于绝对劣态和劣态的比例仅为28.6%。

苦槠各种状态都有，平均大小比数为0.5，说明在以苦槠为参照树的结构单元中，大于和小于苦槠的相邻木各占一半，生长上处于中庸状态。苦槠处于优势和亚优势的树木比例为37.2%，处于绝对劣态和劣态的比例为37.5%，所占比例基本相同。

小叶栎、马尾松的平均大小比数均大于0.5，马尾松最高，为0.75，说明以这两个树种的单木构成的结构单元中，两三株相邻木直径较大的情况经常发生，处于从中庸向劣态过渡的状态。这两种树木受压较为严重，小叶栎处于绝对劣态和劣态的比例总计达到了66.6%;而马尾松完全处于劣态，达到了100%。

以该林分中最主要的两种树木苦槠、枫香来看，这两种树木处于优势和亚优势的比例均在37%以上，处于绝对劣态和劣态的比例均在37%以下;而小叶栎和马尾松处于绝对劣态和劣态的比例较高，都在66%以上，受压较为严重，且这两种树木的株数较少。综合分析，该苦槠混交林林分随时间的变化有可能变为以苦槠和枫香为主的混交林，而小叶栎和马尾松有在林分中消失的危险。

3.4 林木个体水平空间分布格局

用角尺度分析林分内林木的个体水平分布时，主要是考虑林木个体之间的方位关系，不需确定林木的距离，也不必分树种统计，只要考虑整个林分的角尺度分布和取值即可［1，5］。根据参照树与相邻木的方位角关系，得出各样地角尺度频率分布图和平均角尺度分布图，见图4和图5。

图4 苦槠混交林各样地角尺度频率分布

图5 苦槠混交林各样地平均角尺度分布

根据角尺度的定义，Wi的值越大，则说明参照树周围的相邻木分布越不均匀。如图4和图5所示，各样地林分中Wi为0的情况不存在，说明林分中不存在绝对均匀。各样地角尺度为0.5的比例都较高，其中样地P2，P3，P4最高;样地P1在角尺度为0.75所占比例最高。各样地的平均角尺度取值在0.554～0.625。由于随机分布的角尺度取值范围为0.475≤≤0.517，当＜0.475就是均匀分布＞0.517就是团状分布［6］。本文以此作为调查林分林木分布的判别标准。

从图中可以看出:P2样地的林分平均角尺度最小，为0.554;样地 P1和P4的平均角尺度最大，为0.625。4块样地的平均角尺度均大于0.517，则表明该苦槠混交林林分分布格局均为团状分布。

4 结论

通过对4块苦槠林样地的空间结构分析，结论如下:①林分平均混交度较低，分布在［0.311，0.563］之间。其中苦槠平均混交度最低，为0.23，其他树种均在0.75以上，表明苦槠多呈现单种聚集生长，其他树种强度混交、极强度混交的比例很大。②林分平均大小比数差距不大，分布在［0.455，0.539］之间。枫香平均大小比数最小，为0.39，在空间大小对比上占有一定的优势，其他树种均在0.50以上，优势不太明显。③各样地平均角尺度均大于0.517，表明该林分以团状分布为主。通过对苦槠林分空间结构的分析，有利于了解其规律特征和性质，在苦槠次生林的保护和合理经营等方面具有积极的实践意义。

［1］胡艳波，惠刚盈，戚继忠，等．吉林蛟河天然红松阔叶林的空间结构分析［J］．林业科学研究，2003，16(5):523 －530．

［2］张欣，徐高福，沈栋伟，等．千岛湖岛屿苦槠(Castanopsis sclerophylla)种群的维持和天然更新［J］．生态学报，2007，27(2):424－431.

［3］邱仁辉，陈涵．择伐作业对常绿阔叶林乔木层树种结构及物种多样性的影响［J］．中国生态农业学报，2005，13(3):158 －161.

［4］惠刚盈，克劳斯·冯佳多(德).德国现代森林经营技术［M］.北京:中国科学技术出版社，2001:66－134.

［5］Von Gadow K，Hui G Y．Characterzing forest spatial structure and diversity［A］.In:Proceedings of the SUFOR International Workshop“Sustainable Forestry in Temperate Regions”［C］．Sweden:Lund University，2002．

［6］惠刚盈.角尺度——一个描述林木个体分布格局的结构参数［J］. 林业科学，1999，35(1):37 －42．

Study on the Stand Spatial Structure of Castanopsis sclerophylla
Forest in Guihua Forest Farm

MA Xin1，SONG Wugang2，LV Yong1，WU Bin1，MA Yan3

(1．Central South University of Forestry and Technology，Changsha 410004，Hunan，China;2．Forestry Bureau of Chongyang County in Hubei Province，Chongyang 437500，Hubei，China;3．Bureau of Agriculture and Forestry in Beichen District，Tianjin 300400，China)

Abstyact:Stand spatial structure of four Castanopsis sclerophylla mixed forest plots in Guihua forest farm was investigated by using three structure parameters(mingling，neighborhood comparison，and uniform angle index―neighboring tree distribution pattern).The results showed that Castanopsis sclerophylla was the dominant species in mixed forest，which exhibited aggregation of single species，and the rest tree species were more or most intensive in mingling.When using neighborhood comparison method to characterize the size differentiation of trees，Liquidambar formosana Hance had an advantage over other species which differentiated seriously both in dominant species and suppressed species.Considering tree distribution pattern using uniform angle index，the stands in this community was found to be a clumped distribution.

spatial structure;mingling;neighborhood comparison;uniform angle index;Castanopsis sclerophylla

S 718.54

A

1003—6075(2012)01—0049—05

2011—10—28

2011—11—18

国家林业局林业公益性行业科研专项项目“南方集体林区次生林抚育间伐与高效利用技术研究”(201004032)。

马欣(1985—)，男，河北石家庄人，硕士研究生，研究方向:林业系统工程与社会林业。