黄龙山林区天然油松针阔混交林空间结构1)

王 庆 李卫忠 邓宏兼 龚直文 王广儒 王道亮

(西北农林科技大学，杨凌，712100) (陕西黄龙县黄龙山林业局) (西北农林科技大学)

黄龙山林区天然油松针阔混交林空间结构1)

王 庆 李卫忠 邓宏兼 龚直文 王广儒 王道亮

(西北农林科技大学，杨凌，712100) (陕西黄龙县黄龙山林业局) (西北农林科技大学)

采用面积为1 hm2(100 m×100 m)的大样地来获取黄龙山林区天然油松针阔混交林的树种、树高和直径等测树因子以及每个树种的坐标，利用混交度、大小比数、角尺度3个指标分析了黄龙山林区天然油松针阔混交林公顷级样地的空间结构特征。结果表明:(1)林分乔木层共包括17个树种，物种丰富度较高。油松、辽东栎和白桦的密度和断面积累积量占有明显优势，是乔木层的优势种。(2)林分密度大，直径在4～44 cm均有分布，但4～10 cm的林木较多。(3)整个林分混交度较高，林木多为中度、强度和极强度混交。优势树种油松、辽东栎和白桦的平均混交度分别为0.480、0.711和0.702。(4)在空间结构单元中，林分中林木的各个大小比数分布均匀，林木较稳定，大部分树种是劣态木和绝对劣态木。(5)黄龙山林区天然油松针阔混交林属于团状分布，整个林分的平均角尺度为0.543。

黄龙山林区；树种组成：直径分布；混交度；大小比数；角尺度

Journal of Northeast Forestry University.-2014,42(7).-32～35,47

We determined stand parameters including the tree height, diameter, basal area, and the coordinate of each tree in a 1-hm2plot (100 m×100 m), and described the spatial structural characteristics of plot-level stand ofPinustabulaeformimixed forest in Huanglong Mountain using mingling degree, neighborhood comparison and uniform angle index. There were 17 species in arbor layer with comparatively higher species richness. Among all the species,Pinustabulaeformi,QuercusliaotanggensisandBetulaplatyphyllamade up three dominant species for their population density and basal area had the obvious advantage. The stand density was high, and the DBH ranged from 4 to 44 cm with the majority extent from 4 to 10 cm. The mingling degree of whole stand was high and most of the woods were moderate, strong and extreme mixed. The mingling degree ofPinustabulaeformi,QuercusliaotanggensisandBetulaplatyphyllawere 0.51, 0.71 and 0.69, respectively. In the spatial structure unit, the number of neighborhood comparison evenly distributed, so the forest was stable. Most woods are in bad state and absolute poor state. The uniform angle index of the whole stand was 0.545, and thePinustabulaeformimixed forest of Huanglong Mountain was aggregative distribution.

Keywords Huanglong Mountain; Species; DBH distribution; Mingling degree; Neighborhood comparison; Uniform angle index

林分空间结构是林分的重要特征属性之一，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大小。因此，空间结构分析已成为天然林经营模拟技术的主要研究内容[1]。传统的方法主要是侧重调查林分直径、树高和蓄积量等非空间结构特征。大量研究表明[2-6]，混交度、大小比数和角尺度3个参数可以清晰地从树种的空间隔离程度、树种的生长优势程度、林木空间分布格局三个方面来描述林分的空间结构。样地面积越大，所估计的每公顷密度和分析的林木空间分布格局越精确，因此，林分的空间结构分析要在足够大的样地上进行[5]。很多学者对种群的空间格局进行了研究，近两年国内外学者对森林空间结构的有很多研究[7-13]，但目前没有关于黄土高原森林公顷级样地的林分格局研究。本研究运用混交度、大小比数、角尺度以及公顷级样地，描述黄龙山林区天然油松针阔混交林的空间结构特征。利用空间结构分析软件Winkelmass1.0处理数据，计算3个空间参数，并用Excel和SPSS软件进行整理。

1 研究区自然概况

样地位于黄龙山林业局虎沟门林场。样地海拔1 430～1 488 m，属于黄土高原南缘的土石山区，地理坐标为109°58′39.6″～110°58′41.8″E，35°37′46.5″～35°37′50″N。属大陆性暖温带半湿润气候类型，四季分明，雨热同期，温差较大。年平均日照2 370 h，无霜期175 d，年降水量600～700 mm，土壤为灰褐色森林土[14]。样地为针阔混交林，其中针叶树主要为油松，阔叶树主要为辽东栎和白桦等萌生阔叶树种。主要乔木树种有油松(Pinustabulaeformi)、辽东栎(Quercusliaotanggensis)、白桦(Betulaplatyphylla)、茶条槭(Acerginnala)、小叶杨(Populussimonii)、杜梨(Pyrusbetulaefoli)、漆树(Toxicodendronvernicifluum)、野山楂(Crataegicuneatae)、小叶杨(Populussimonii)、华北丁香(Syringaoblata)、山桃(Prunusdavidiana)、山核桃(Juglanscathayensis)、红桦(Betulaalbo-sinensis)、梾木(Cornusmacrophylla)、海棠(Mainsspectabilis)、稠李(Prunuspadus)、金银木(Loniceramaackii)和灯台树(Cornuscontroversa)等。

2 研究方法

2.1 样地设置

样地建立于2013年7—8月份，为固定大样地，面积1 hm2(100 m×100 m)。以20 m×20 m小样方为单位，每个样方间隔5 m，每块样地分成16个5 m×5 m的正方形方格为调查单元。将样地内所有直径大于3 cm的乔木用铝合金号牌编号。以每个调查单元(网格)的西南角为坐标原点，用皮尺测量每株树木在该调查单元内的坐标(x，y)，x表示东西方向坐标，y表示南北方向坐标。记录种名、直径和树高以及其所处坐标。坐标先记录测量乔木到其所在20 m×20 m小样方4个边的垂直距离，之后可转换为大样地的坐标。图1为其中一个20 m×20 m小样方01号的样点分布图，其中重叠的部分表示树种萌生，坐标位置偏差小。

图1 01号小样方分布点图

2.2 分析方法

2.2.1 直径分布

直径分布是林分内各种大小直径林木的分配状态。当林分平均直径小于8 cm时，采用1 cm径阶距；当林分平均直径为10～18 cm时，采用2 cm径阶距；当林分平均直径在20～38 cm时，采用4 cm径阶距；当林分平均直径大于等于40 cm时，可以采用8 cm径阶距。这样，可以保证不同径阶距整化的材积误差都不超过1%[15]。通过计算，林木的平均直径是10 cm，所以采用2 cm径阶距。

2.2.2 空间参数

3 结果与分析

3.1 林区混交林树种组成结构

由表1可知。林分的密度为2 452株/hm2，乔木层有17个树种，针叶树种只有油松，其它均为阔叶树种，物种丰富度较高。其中，油松814株，占总株数的33.2%，断面积百分比为31.02%；辽东栎550株，占总株数的22.43%，断面积百分比为27.22%；白桦492株，占总株数的20.07%，断面积百分比为28.15%；所以，油松、辽东栎和白桦在林分中占有绝对优势。林分树种组成式为：3油(油松)3辽(辽东栎)3白(白桦)+茶(茶条槭)+杨(小叶杨)-杜(杜梨)-漆(漆树)-楂(野山楂)。

表1 样地林分概况

注：表中平均直径、平均树高数值为“平均值±标准差”。

3.2 林分的直径分布

由图2可知，黄龙山林区天然油松针混交林中林木随着径阶的增大，株数基本上呈递减趋势。其中，所属径阶为4～10 cm的林木最多，大于等于24 cm的林木很少。所以说明此林分中小径阶的林木较多。

图2 林分直径分布图

3.3 林分的空间结构特征

3.3.1 林分树种空间隔离度

由表2可知，仅有的1棵金银木在缓冲带中，所以以下所研究的3个空间参数均无金银木树种。从表2可知。黄龙山林区天然油松针阔混交林中混交度取值为0、0.25的频率很低；而取值为0.5、0.75、1的频率很高，其频率之和高达0.8。这说明在林分中，林木大多属于中度、强度和极强度混交。其中，小叶杨的混交度是极强度混交，油松为中度混交，其它的树种基本为强度混交。除油松外，零度混交的比例较多；27%的油松属于弱度混交，其它树种弱度混交比例很低；油松、辽东栎、白桦、茶条槭和漆树相对其它树种中度混交比例较高；梾木、稠李、海棠和灯台树由于株数很少，都表现出极强度混交，除油松、辽东栎、白桦、茶条槭和漆树这5个树种外，其它树种也大部分属于极强度混交；各树种株数越少，极强度混交比例越高。整体来讲，黄龙山林区天然油松针混交林的林分混交状况良好，聚集度低，种群隔离度较高。

3.3.2 林木个体大小分化程度

由表2可知。林分中林木的各个大小比数分布均匀，基本保持在20%左右，林木大小差异不明显。这说明在空间结构单元中，林木较稳定。各树种的平均大小比数取值范围为0.31～1，所以林分内树种的空间大小分化存在很大的差异。

平均大小比数还说明黄龙山林区天然油松针阔混交林中只有很小一部分的优势木；除了白桦和小叶杨属于亚优势树种外，其它树种的平均大小比数都在0.5以上，绝对优势树种油松和辽东栎属于中庸木。从各树种大小比数的频率可以看出：白桦和小叶杨以优势木为主，分别占38%和40%；亚优势木除了占最大比例的白桦(27%)以及株数很少的梾木、稠李、海棠、灯台树和金银木外，其它树种的比例在13%～23%；除了株数很少的树种，其它树种都有一定比例的中庸木，优势树种油松、辽东栎和白桦均有20%左右的中庸木；大部分树种是劣态木和绝对劣态木，主要树种油松、辽东栎、茶条槭、野山楂、漆树和杜梨分别累计占有39%、44%、60%、60%、57%和42%，这说明了这些树种可能由于受相邻树种的影响和压迫，生长状况不佳。

3.3.3 林分空间分布格局

由表3可知。黄龙山林区天然油松针阔混交林林分平均角尺度为0.5的频率在50%以上，所以随机的空间结构单元比例最大。全林分的平均角尺度为0.543，整个黄龙山林区天然油松针阔混交林属于团状分布。从各个树种的平均角尺度来看，只有山桃为均匀分布，丁香、灯台树、稠李和海棠属于随机分布，其它树种均属于团状分布。

表2 各树种混交度与大小比数分布

关于各树种分布的频率，均匀和不均匀占有相同的比例，分别为16%、17%，很均匀只有很小的比例，很不均匀占8%。随机分布中，华北丁香占有最大比例；除山核桃以外，其它树种为随机分布的都占有50%以上；主要树种20%左右都为不均匀分布。

表3 各树种角尺度分布

4 结论与讨论

相对以往的研究，本文首次采用了公顷级大面积的样地，以1 hm2样地的树种组成和直径分布分析了林分的基本结构，然后用混交度、大小比数和角尺度3个空间参数研究和分析黄龙山林区森林的空间结构。利用传统林分结构因子和空间结构参数分析林分结构，结合足够大的样地调查，更全面地反映了林分结构的特征。黄龙山林区天然油松针阔混交林林分乔木层树种为17种，丰富度较高，林分密度较大；林木大部分为4～10 cm的小径阶。从空间结构来看，林木大多数为中度、强度和极强度混交，林分混交程度较高；大小比数分布均匀，林木整体大小差异不明显，但树种的空间大小分化存在很大的差异，大部分树种尤其是主要树种属于劣态木或绝对劣态木；全林分的平均角尺度为0.543，属于团状分布。

黄龙山林区天然油松针阔混交林中阔叶树种成林方式以天然萌生为主。经过调查，发现其林分条件较差，林木质量差。在空间结构单元，优势树种优势度不太明显。而且在调查过程中，整个林分的枯立木很多。根据生态学原理，以优化空间结构为目的，可采取间伐调整措施。间伐时可以综合将混交度值较小、直径大小比数较大和角尺度取值较大的单木作为采伐对象，使林分结构更接近于自然状态的林分结构特征，从而提升林分的整体生态服务功能。

[1] 惠刚盈,胡艳波.混交林树种空间隔离程度表达方式的研究[J].林业科学研究,2001,14(1):23-27.

[2] Von G K. Zur bestandesbes chreibung in der forsteinrichtung[J]. Forest and Holz,1993,48(21):602-606.

[3] Hui G Y, Von G K. Das winkemall-theoretische uberlegungen zum optimalen standaerwinkel[J]. Allgemeine Forst und Jagdzeitung,2002,173(9):173-177.

[4] Hui G Y, Gadow K V, Albert M. The neighborhood pattern: a new parameter for describing forest structures[J]. Scientia Slivae Sinicae,1999,35(1):37-42.

[5] 赵阳,余新晓,黄枝英,等.北京西山侧柏水源涵养林空间结构特征研究[J].水土保持研究,2011,18(4):183-188.

[6] 闫东锋,吴明作,杨喜田.宝天曼国家级自然保护区栎类天然林林分空间结构特征[J].东北林业大学学报,2011,39(9):52-53, 77.

[7] 李丽,惠刚盈,惠淑荣,等.不同样地大小对天然林林分的密度估计和格局分析影响研究[J].科技导报,2007,25(9):40-46.

[8] Clark P J U·Evans F C. Distance to nearest neighbor as a measure of spatial relationships in populations[J]. Ecology,1954,35:445-453.

[9] 赵洋毅,王克勤,陈奇伯,等.西南亚热带典型天然常绿阔叶林的空间结构特征[J].西北植物学报,2012,32(1):187-192.

[10] 樊丙玉,郝耀锋,吴开华,等.叶山次生落叶阔叶林主要树种空间结构特征[J].安徽农业大学学报,2012,39(5):765-769.

[11] Satoshi N S, Naoki K. Variability of local spatial structure in a wave-regenerated Abies forest[J]. Ecol Res,2012,27:893-901.

[12] Yuanfa Li, Gangying Hui, Zhonghua Zhao. The bivariate distribution characteristics of spatial structure in natural Korean pine broad-leaved forest[J]. Journal of Vegetation Science,2012,23:1180-1190.

[13] Ren Shaohong, Su Lei, Zhu Jinghai. Fractal researches on the spatial structure of the urban system in Sheyang Economic Zone[J]. Advanced Material Research,2013,689:467-472.

[14] 康永祥,岳军伟,张巧明.黄龙山林区辽东栎群落类型划分及其生物多样性研究[J].西北林学院学报,2007,22(3):7-10.

[15] 何美成.关于林木径阶整化问题[J].林业资源管理,1998(6):34-37.

[16] 惠刚盈,Gadow K V,胡艳波.林分空间结构参数角尺度的标准角选择[J].林业科学研究,2004,17(6):687-692.

[17] 惠刚盈,Gadow K V,胡艳波,等.林木分布格局类型的角尺度均值分析方法[J].生态学报,2004,24(6):1225-1229.

Spatial Structure ofPinustabulaeformiMixed Forest in Huanglong Mountain/

Wang Qing, Li Weizhong, Deng Hongjian, Gong Zhiwen(Northwest Agriculture & Forestry University, Yangling 712100, P. R. China); Wang Guangru(Forestry Bureau of Huanglong); Wang Daoliang(Northwest Agriculture & Forestry University)//

1) 国家自然科学基金项目(31170587)资助。

王庆，女，1987年6月生，西北农林科技大学林学院，硕士研究生。E-mail：wangqing82268@hotmail.com。

李卫忠，西北农林科技大学林学院，副教授。E-mail：wzhli6465@163.com。

2013年11月6日。

S753

责任编辑：王广建。