湿地松枫香混交林林分空间结构特征研究

余韵冰， 李志辉, 唐 洁， 周 维, 李 伦， 彭其龙

(1.中南林业科技大学， 湖南 长沙 410004； 2.湖南省林业科学院， 湖南 长沙 410004)

湿地松枫香混交林林分空间结构特征研究

余韵冰1， 李志辉1, 唐 洁2， 周 维1, 李 伦1， 彭其龙1

(1.中南林业科技大学， 湖南 长沙 410004； 2.湖南省林业科学院， 湖南 长沙 410004)

于湖南省杜家冲林场湿地松枫香混交林内设置4块具有代表性的样地进行调查，利用混交度、大小比数、角尺度3种结构参数，分析其林分空间结构特征。结果表明：该林分的平均混交度为0.678，属于中度偏强混交，说明该森林群落较为复杂与稳定；林分平均角尺度为0.475，林木空间分布格局为均匀到随机分布；样地平均胸径大小比数的取值范围在0.27～0.87之间, 且湿地松(0.27)<枫香(0.47)<香樟(0.59)<木荷(0.87)，说明各树种在样地中分化较严重，湿地松和枫香在样地中较占优势。

空间结构； 林分特征； 重要值； 混交度； 大小比数； 角尺度

林分空间结构是指林木在林地上的分布格局及其属性在空间上的排列方式[1]，即林分中树种及林木大小、分布等的空间关系。研究林分空间结构的参数主要有3个，即体现树种空间隔离程度的树种混交度、反映林木个体分化程度的大小比数、描述林木个体在水平地面上分布格局的角尺度[1-5]。因此，林分空间结构决定了树木之间的竞争优势及其空间生态位，在很大程度上决定了林分的稳定性、发展方向和经营措施[6-8]，是林分结构优化的重要依据。近年来，由角尺度、大小比数、混交度构成的空间分析方法被许多学者应用于现实森林经营的实践中[9-11]。例如曾思齐等人对檫木次生林空间结构的研究[12]，张会儒等人对长白落叶松-云杉-冷杉混交林的林分空间结构的研究[13]。我们对杜家冲林场的湿地松枫香混交林的空间结构进行分析，以为其经营提供参考。

1 研究区概况

研究区位于湖南省杜家冲林场，属长沙市南郊，地理坐标为113°01′12″—113°01′40″E，28°06′31″—28°06′52″N。西面与圭塘办事处的月塘、大塘村交界，北面与黎托乡的边山、候照村相邻，东南面与洞井镇的板塘、牛头村接壤。林场土地总面积239.80hm2。场区海拔大多在60～80m之间，最高海拔108m。土壤的成土母岩为第四纪网纹层母质，为地带性第四级红壤，土层深厚肥沃，砾石含量较多，pH值4.0～5.5；年平均气温17.2℃，年平均降雨量1411.4mm。其气候属典型的亚热带大陆性季风气候。

2 研究方法

2.1外业调查

在林区内选择具有代表性的典型地段作为标准地并对标准地内的立木空间结构进行调查。于湿地松枫香混交林内共设置20m×20m标准地4块，面积共计1600m2。采用全面调查法，对样地内所有胸径大于起测径阶5cm的林木进行每木检尺，记录样地内林木的树种、树高、活枝下高、胸径和相对XY坐标等[12-16]。各样地基本情况见表1。

表1 各样地基本情况Tab1 Allkindsofbasicsituation样地号平均胸径(cm)平均树高(m)平均枝下高(m)密度(株/hm2)坡向坡度(°)1134118552025SW172161128651525NE183123108522225N204124109522350N3

2.2空间结构参数分析

2.2.1 树种混交度

树种混交度(M)可定义为与参照树最近的n株相邻木中与参照树树种不同的个体所占的比例。本研究中n=4，其计算公式为:

Mi=0，零度混交；Mi=0.25，弱度混交；Mi= 0.5，中度混交；Mi=0.75，强度混交；Mi=1，完全混交[15]。

2.2.2 大小比数

大小比数(U)可定义为林木的胸径、树高或冠幅等大小指标大于参照木的相邻木株数占其周围所有最近n株相邻木株数的比例。本研究中n=4，其计算公式为：

Ui= 0，目标树为绝对优势；Ui= 0.25，目标树为亚优势；Ui= 0.5，目标树处于中庸；Ui= 0.75，目标树处于劣态；Ui= 1，目标树处于绝对劣态。也就是说，Ui值越小，相邻木中比参照树大的越少[16]，在这个结构单元中参照树也就越占有优势地位。

2.2.3 角尺度

任意两个邻接最近相邻木之间的夹角有两个，定义较小角为α，最近相邻木呈均匀分布时的夹角设为标准角α0，则角尺度(W)被定义为α角小于标准角α0的个数占所有最近n株相邻木株数的比例。本研究中n=4，当n=4时，最优的标准角α0=720[4-10]，其计算公式为：

3 结果与分析

3.1树种的空间隔离程度

由图1可以看出: 4块样地的混交程度均为中强度混交，其平均混交度为0.678。说明湿地松枫香混交林的森林群落较为复杂。树种混交度Mi值越大，林分树种组成的结构多样性也就越好。从频率分布图中来看，处于强度混交的各样方比例分别为56%、45%、60%、63%。4号样地强度混交比例在4块样地中最高，为63%，结合各样地平均混交度，其平均混交度也最高，为0.7。可以得出，样地4的林分结构多样性最好，其树种之间的隔离度较大，林分的稳定性较强；其次为样地3，第3为样地1，样地2相对较差。分析其原因，可能是样地2中同种林木间多呈聚集分布，且样地内林木密度较小。因此，在林分结构调整上，可对样地2所在林班进行补植伴生树种来增加其林分密度，提高其混交程度，以优化空间隔离程度及丰富树种结构。

图1 各样地平均混交度及其分布频率Fig.1 Mean mingling intensity in plots and its frequency distribution

3.2林木胸径优势度

由图2、表2可以看出，在样地中各主要树种的平均胸径大小比数的范围基本处于0.27～0.87之间，说明在湿地松枫香混交林中各主要树种胸径优势度的分化存在很大的差异性。湿地松在所有样地中的平均胸径大小比数最小，为0.27，在各样地中，湿地松的胸径大小比数处于优势和亚优势木的比例分别为50%、61%、85%、100%。而枫香的平均胸径大小比数为0.47，在各样地中，枫香的胸径大小比数处于优势和亚优势木的比例分别为26%、30%、53%、55%。说明各树种胸径大小比数为湿地松<枫香<香樟<木荷，因此，大部分湿地松在整个结构单元中胸径较大，多为大树，其劣势和绝对劣势木在各样地中的比例分别为15%，23%，15%，0%，所占比例都较小。说明该林分中湿地松树种出现严重的两极分化。分析其原因，可能是湿地松为阳性树种，需要充足阳光以供生长，而随着枫香、香樟等阔叶树逐渐枝繁叶茂，使较小的湿地松得不到充分的阳光而逐渐被淘汰，留下少量大径级、已生长到林冠层的湿地松林木。在森林经营中，可以适时对阔叶树进行修剪。针对处于劣势的湿地松，可对其四周的阔叶树进行剪枝或择伐，为小径级的湿地松创造良好的生存空间，以促进其林木更新能力，避免两极分化的局面。

图2 主要树种平均大小比数Fig.2 The neighborhood comparison mean values of the main tree species

表2 主要树种大小比数频率分布Tab2 Theneighborhoodcomparisonfrequencydistributionofthemaintreespecies样方号树种大小比数0025050751平均枫香0130130270270200381湿地松020030035010005005香樟022011000011056067枫香000030020020030482湿地松038023015023000027栓皮栎017026017023017068枫香0240290050190240623湿地松023062000015000031香樟000009036027027049枫香016039029010070574湿地松081019000000000037香樟005010033019033067

3.3林分的水平分布格局

图3可以看出：样地中角尺度Wi取值为0或1时出现的频率都很低。这说明在林分中绝对不均匀和绝对均匀的结构单元都出现得很少。角尺度Wi取值为0.25或0.75时出现的频率稍有增加，角尺度Wi取值为0.5时出现的频率最高。可见各个样地的角尺度取值频率分布接近于正态分布；样地的平均角尺度取值在0.46～0.50之间，各样地平均角尺度取值分别为0.47、0.46、0.50、0.47。根据空间分布格局的判定标准[18-21]可知，样地1、2、4的林分水平空间分布格局属于均匀分布，样地3的林分水平空间分布格局属于随机分布。一般情况而言，林分若没有严重干扰，历经长期的自然演替后，顶极群落的水平分布格局应为随机分布[18-21]。样地1、2、4的平均角尺度已经十分接近随机分布的角尺度取值范围。由此推断，在无人干扰或无重大自然灾害的情况下，湿地松枫香混交林会不断的向当地顶极群落发展，即林木的水平空间分布格局将会逐渐趋近于随机分布。

图3 各样地平均角尺度及其频率分布Fig.3 Mean uniform angle index in plots and its frequency distribution

4 结论与讨论

(1) 湖南省杜家冲林场湿地松枫香混交林具备了北亚热带针阔混交林树种结构特征。样地总体呈中强度混交，混交度大小为样地4(0.7)﹥样地3(0.7)﹥样地1(0.69)﹥样地2(0.59)。2号样地为中度混交，由于其中同种林木多呈聚集分布，且林木密度较小，需对其所在林班适度进行补植伴生树种，以加强其结构稳定性，增加其物种多样性。

(2) 样地内各主要树种平均大小比数为湿地松(0.27)<枫香(0.47)<香樟(0.59)<木荷(0.87)。说明各主要树种胸径优势度的分化存在很大的差异性。湿地松的胸径大小比数处于优势和亚优势木的比例分别为50%、61%、85%、100%，而处于劣势和绝对劣势木的比例分别为15%、23%、15%、0%。说明该林分中湿地松树种出现严重的两极分化，湿地松林木更新越来越少，只留下少量大径级的林木，所以若干年后，枫香极有可能取代湿地松成为优势树种。因此，需对小径级湿地松四周的阔叶树进行修剪或择伐，提高湿地松的更新能力。

(3) 样地的角尺度取值频率分布接近于正态分布，各样地平均角尺度大小为样地3(0.5)﹥样地1(0.47)=样地4(0.47)﹥样地2(0.46)。林木空间分布格局为均匀到随机分布。其空间分布格局十分接近随机分布，在无人干扰或无重大自然灾害的情况下，经过一定的自然演替，林木的水平空间分布格局将会逐渐达到随机分布状态，即当地的顶极群落。

(4) 杜家冲林场的湿地松枫香混交林森林群落较为复杂且相对稳定，但还需对其林分结构进行一些调整。包括在样地2所在林班中补值伴生树种，增加林分密度，以提高混交程度；伐除林分中的不良木及病死木以提高林木质量；采取剪枝或择伐的措施，促进小径级林木生长，提高林木更新能力；适当伐除角尺度取值为0的不良木，以促进林分向随机分布方向发展。通过以上措施，来优化湿地松枫香混交林的结构，提高群落稳定性，实现森林的可持续发展。

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(文字编校：唐效蓉)

SpatialstructureofmixedPinuselliottiiandLiquidambarformosanastands

YU Yunbing1, LI Zhihui1, TANG Jie2, ZHOU Wei1,LI Lun1, PENG Qilong1

(1.College of Forestry,Central South University of Forestry and Technology,Changsha 410004,China; 2.Hunan Academy of Forestry, Changsha 410004,China)

Spatial structure characteristic of mixedPinuselliottiiandLiquidambarformosanastands was analys by detecting mingling intensity, neighborhood comparison, uniform angle index three structure parameters in Hunan Dujiachong Forest farm of four typical samples.Results indicated the average stand mingling was 0.678, shows a moderate to intensive mingling degree,which indicat that forestry community is complex and stability ;the stand uniform angle index was 0.475, the pattern of tree distribution was found to be between a uniform distribution and a random distribution; the stand neighborhood comparison of breast height size was between 0.27 to 0.87, andPinuselliottii(0.27)

spatial structure; stand characteristics; important index; mingling intensity; neighborhood comparison; uniform angle index

2013-10-29

S 718.54+5

A

1003 — 5710(2014)01 — 0060 — 06

10. 3969/j. issn. 1003 — 5710. 2014. 01. 012