五指山市乔木林动态变化特征分析

刘立武，佘济云，程玉娜

（中南林业科技大学 林学院，湖南 长沙 410004）

五指山市乔木林动态变化特征分析

刘立武，佘济云，程玉娜

（中南林业科技大学 林学院，湖南 长沙 410004）

为了了解五指山市乔木林的空间分布特征，掌握主要林分因子的发展趋势，结合海南省五指山市四期森林资源连续清查数据，运用ArcGIS10.0、SPSS软件，对五指山市连续15 a乔木林地的变化进行分析。结果表明：（1）乔木林为五指山市主要的用地类型，且数目逐年增加；（2）乔木林分主要分布在海拔在500～1 000 m、坡度在15 °～35 °之间向阳的空间范围内；（3）平均年龄为28.54，平均树高为11.41 m，平均胸径为13.46 m，平均每亩蓄积为8.86 m3，平均郁闭度为0.609。从龄组结构来看，大多属于中龄林与幼龄林，处于正演替阶段。

空间分布；林分；动态变化；五指山市

用地类型的空间分布体现了不同地类的分布格局及其属性在空间上的排列方式，决定了不同地类的竞争态势及其空间生态位。林分的空间分布及其生长特征是森林恢复与管理中必须关注的重要特征，它们直接影响着森林的生态功能和生产功能。林分因子的特征，在一定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[1-3]，龄组的合理搭配对林分的健康发展有着积极的作用。本研究通过分析五指山市乔木林地的空间分布特征，及林分因子的动态变化，达到掌握五指山市乔木林主要林分因子的变化趋势，从而为今后五指山市森林的管理及合理规划提供理论指导，为该地环境的健康发展提供参考。

1 研究区概况

五指山市位于海南岛中南部，地处109°19′～ 109°44′E、18°38′～ 19°02′N 之 间。 东 邻 琼 中县、西毗乐东县、南临保亭县、北至白沙县。全境东西宽43.1 km，南北长45.0 km，总面积1 169 km2，最低处为布伦河口，海拔165 m，最高处为五指山，海拔1 867 m，有“海南屋脊、森林公园”之称；年平均气温22.7 ℃，属热带雨林季风气候；水资源丰富，年平均降水量1 771.8 mm；境内植物种类繁多，森林覆盖率为86.44%，具有常绿、复层、混交、异龄、多树种组成等特点，主要的用地类型为乔木林地，主要的优势树种为阔叶混交林。

2 数据来源与处理

2.1 数据来源

本研究主要应用1993年、1998年、2003年、2008年海南省四期森林资源连续清查数据。森林资源连续清查按4 km×3 km的网格布设样地，每个网格内布设一个25.8 m×25.8 m（约为1亩）的样地，在五指山市境域内均匀布设91个样点[4]。在每个样地内调查的生境指标包括：海拔、坡度、坡向、坡位、土壤厚度等；调查的因子包括：林种、优势树种、龄组、平均树高、平均胸径（大于5 cm每木检尺）、林分蓄积、郁闭度[5]等。

2.2 数据处理

将五指山市四期的森林资源连续清查数据属性输入ArcGIS10.0，并建立属性数据库，其样点的分布见图1。

图1 五指山市一类清查样点分布Fig. 1 Sample distribution of Forest Resources Continuous Investigation in Wuzhishan

利用ArcGIS10.0软件中的空间分析工具将其与该地的DEM数据进行叠加处理，提取分析，并对不同高程、坡度、坡向数据进行重分类，分别提取不同属性的地类。针对乔木林，结合五指山市TIN模型，进一步计算不同年份的乔木林的平均年龄、平均树高、平均胸径、平均每亩蓄积等林分因子的特征值。根据不同时期乔木林样点的林分因子，在SPSS中做出所需的动态变化图，从而更好的观察乔木林分因子的变化趋势。

3 结果与分析

3.1 样点个数动态变化分析

由表1可知，五指山市91块样地主要由乔木林、经济林、宜林荒山、农地、牧地等用地类型组成[6]。其中乔木林地所占比例最高，分别占各年份的47.253%、59.341%、64.835%、80.220%，为主要的用地类型，且在研究时间范围内的连续15 a中呈明显的增长趋势，这与五指山市开展林地保护及植树造林的政策是分不开的。

表1 五指山市样点地类动态变化Table 1 Dynamics changes of land type of sample points in Wuzhishan

在ArcGIS10.0中，利用交相原理将四期数据进行相交分析得，1993年至1998年，有部分竹林地、灌木林地、牧地转化成为乔木林地；1998年至2003年，部分农用地变为乔木林地；2003年至2008年，大量经济林变为乔木林，说明五指山市在追求经济的同时，更加注重对环境的保护，部分乔木林与宜林地相互转化，表明该地乔木林有伐有造，使其始终处于动态平衡之中[7]。

3.2 空间分布特征分析

由表2知，乔木林主要分布在海拔在500 m～1 000 m的山地，其次分布在海拔在500 m以下的丘陵地区，很少分布在海拔在1 000 m的高原地带，这表明：中海拔地区温度适中，适合乔木林的生长；低海拔地区主要是受人为因素影响，使得乔木林的生长受到威胁，进一步探究发现，低海拔的丘陵地带农用地、建设用地分布较多，这种分布特征与人们的生活习性是密切相关。高海拔地区由于温度原因不适合乔木林的生长。乔木林样点个数随着海拔的升高[8]，呈现先增加后减小趋势，这也有可能是因为适地适树，即高低海拔下树种不同的原因所致。

表2 不同海拔下乔木林样地个数Table 2 Numbers of arbor forest sample plots at different altitudes

由表3可知，乔木林主要分布在坡度在15°～25°陡坡及坡度在25°～35°的急坡上，这说明：在有一定坡度的山地上，阳光照射均匀，树种能有效利用太阳能和种间关系，提高森林产量，因此，比较适合乔木林的生长；平缓坡上乔木林的分布较少，即乔木林中的主要优势树种阔叶混交林的分布也相对较少，表明混交林中林分的垂直结构分布较紧密，林分的混交度相对较高，分层现象较为明显[9]。在坡度大于35°的急峭坡上乔木林较少，说明阔叶林的生长需要一定的水分，而坡度太大，不宜保持水土，从而不利于阔叶林的生长。

表3 不同坡度下乔木林样地个数Table 3 Numbers of arbor forest sample plots at different slope degrees

由表4知，乔木林主要分布在半阳坡与阳坡上，阴坡与半阴坡上较少，这表明：乔木林大多为喜阳性植物，受坡向影响较大，且他的生长对日照时数、太阳辐射等自然条件要求较高[10]，因阳坡与半阳坡区域的日照时间相对较长，从而有利于林分的生长[11]。

表4 不同坡向下乔木林样地个数Table 4 Numbers of arbor forest sample plots at different aspects

3.3 林分因子特征分析

由图2可知，五指山市乔木林平均年龄分布情况是：1993年为28.74 a，1998年为28.17 a，2003年为29.32 a，2008年为27.93 a，1993年到2008年连续15 a的平均年龄为28.54 a，平均年龄呈现出先减小后增加再减小的循环往复现象，说明五指山市乔木林处于动态平衡当中，即不断的有大树的砍伐和小树的植入。

图2 乔木林平均年龄变化Fig.2 Average tree-age changes of arbor

由图3知，五指山市乔木林平均胸径分别是：1993年为14.42 cm，1998年为12.93 cm， 2003年为13.17 cm，2008年为12.33 cm，1993年到2008年连续15 a的平均胸径为13.46 cm，平均胸径呈现先急剧减小后缓慢增加的现象，这表明在1993至1998年有大量的幼龄林出现，即植树造林现象明显。

图3 乔木林平均胸径变化Fig.3 Average DBH changes of arbor

由图4知，五指山市各年乔木林平均树高分别为：1993年11.36 m，1998年为11.16 m， 2003年11.46 m，2008年为11.63 m，1993年到2008年连续15 a的平均树高为11.41 m，平均树高表现为先减小后增加，但变化幅度很小均不超过0.5 m，这与平均胸径的变化步调一致，但幅度有所不同，表明：幼龄林的植入对平均树高的影响小于对平均胸径的影像；胸径与树高的关系不是简单的正比例关系，而是由多个函数组成的正相关关系[12]。

图4 乔木林平均树高变化Fig.4 Average height changes of arbor

由图5可知，五指山市乔木林平均每亩蓄积量分别为：1993年为10.18×15 m3/hm2，1998年为 8.11×15 m3/hm2，2003 年为 8.91×15 m3/hm2，2008年为 8.25×15 m3/hm2，1993年到 2008年连续15 a的平均值为8.86×15 m3/hm2，平均每公顷蓄积量呈现减小后增加再减小的循环往复现象，与平均年龄的变化步调较为一致，这表明：蓄积量的大小与年龄有密切的正相关关系。

图5 乔木林平均每亩蓄积变化Fig.5 Average per acre accumulation changes of arbor

但通过对比图2与图5可知，两者的最大值与最小值并没有在同一时间段内出现，这可能是由于乔木林的内部树种组成发生了很大的调整，即用材林与经济林、薪炭林、防护林等其他林种之间发生了变动。比较图2至图5可知，乔木林每亩蓄积由其平均胸径和平均树高等因子共同决定，且呈正相关关系[13]，平均树高与平均胸径变化趋势一致，符合树木生长曲线。通过观察4个图中曲线的变化可知，无论是从乔木林的平均胸径、平均树高还是每亩蓄积来讲，1998年的数据均表现出奇异现象，通过查找相关资料，可知1998年海南省遭到厄尔尼诺肆虐， 干旱严重，这些自然灾害直接影响了乔木林的生长。

由图6可知，在研究时间范围内，五指山市乔木林年均郁闭度分别为：1993年0.591，1998年 0.607，2003年 0.693，2008年 0.592，1993年到2008年连续15 a的郁闭度的年均变化量为先增加后减小，且在2003年郁闭度达到最大。表明：2003年五指山市的植冠盖度、乔木树冠彼此相接而遮蔽地面的程度较大。

图6 乔木林年均郁闭度变化Fig.6 Average crown density changes of arbor

由表5可知，五指山市1993～2008年近15 a乔木林总的动态趋势是逐年增加，且中龄林、幼龄林占绝对优势，成熟林及过熟林所占比重较低。说明五指山市现阶段可利用的森林资源匮乏, 而后备资源较为丰富[14]。其中幼龄林比例由1993年的23.26%增加到2008年的34.25%，呈现明显的增长趋势，中龄林的比例由1993年的60.47%下降到2008年的31.51%，呈明显的下降趋势。因此，五指山市在今后的发展过程中，应该更注重培养异龄林，使各龄组均衡发展，以便达到：维持林地生产力，增加森林的优美景观；较好地发挥森林的公益效能；增加生物多样性；有利于防止病虫害等自然灾害；减少造林抚育工资等效果[15]。

表5 乔木林龄组样点个数动态变化Table 5 Average crown density changes of arbor

由图7可知，2003年至2008年，五指山市乔木林龄组间相互转化速度较为迅速，表明这5年内该地的环境适宜，乔木林生长较快，由于乔木林样点中的优势树种均为阔叶混交林，因此本研究没有针对具体的树种分析，而是忽略了树种的变化进行统计说明。1993～2008年从新增样地的数值来看，乔木林正逐渐增加，各龄组样点个数的年平均增加个数分别为：幼龄林2个、中龄林1、近熟林1.2个、成熟林0.46个、过熟林0.13个。由此可知，幼龄林在现阶段增长速度最快，其次为中龄林、近熟林，成熟林和过熟林增加速度较慢[16]。从龄组间的内部转化速度来看，由成熟林长为过熟林所需时间最长，幼龄林长为中龄林、中龄林长为近熟林、近熟林长为成熟林相对时间较短，充分说明了树木的生长曲线为先增加后减小最终趋于平稳状态。

图7 乔木林样点龄组间的相互转化Fig.7 Mutual transformation between age groups of arbor sample plots

4 结论与讨论

运用五指山市四期的森林资源连续清查（一调固定样地）的调查数据，分析了五指山市不同用地类型所占比例及主要的用地类型乔木林地在空间上的动态变化特征。通过对用地类型占绝对优势的乔木林进行提取，分析其在不同海拔坡、坡度、坡向下的分布特征，找出适合乔木林生长的最佳地理位置，再通过分析乔木林分因子的动态变化规律[17-20]，最终得出：

(1)五指山市的主要用地类型为乔木林地，且呈逐年增长趋势，这在一定程度上，有利于五指山市的生态环境。农地、牧草地等逐渐减少，应该引起相关部门的重视，合理的调整用地类型，使五指山市各种用地类型平衡发展。

（2）乔木林主要分布在海拔在500 m～1 000 m海拔、坡度在15°～35°的陡坡或急坡、坡向为阳坡或半阳坡的空间范围内，为今后五指山市的植树造林提供了理论借鉴。

（3）乔木林龄组中，幼龄林、中龄林所占比重较大，成熟林过熟林比重较小。这一结论使得五指山市在以后经营过程中应适当调整林分结构，培育大径材，走近自然经营模式，从而为今后该地乔木林地的合理经营提供方向性的指导。

由于本研究的主要数据为森林资源的一类清查数据，只是按一定距离的地理位置进行布点调查分析的，没能全面的分析整个五指山市境域范围内的乔木林地的分布情况，在以后的研究过程中，可考虑用森林资源的二类调查或土地利用调查等相关数据进行研究，使得研究更为全面准确，结论更为精确。

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Analysis of dynamic changing characteristics of arbor forests in Wuzhishan

LIU Li-wu, SHE Ji-yun, CHENG Yu-na
(Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, Hunan, China)

In order to understand the spatial distribution characteristics of the arbor forests in Wuzhishan, and grasp the development trend of the major forest factors, by combining the data of Four Forestry Resources Inventory of Hainan Wuzhishan, and using ArcGIS10.0 and SPSS software, the dynamic changes of land use types and arbor forests were analyzed for 15 consecutive years. The results show that (1) the arbor forest land was the main land use types in Wuzhishan area, and the number increased year by year; (2) the arbor forests mainly range in 500～1 000 meters above sea level, and the slope ranges were within the 15 °～ 35 ° and are adretto; (3) the arbor forest’s average age was 28.54 year-old, average tree height was 11.41 meters, average diameter was 13.45 cm, average per acre accumulation was 8.86 m3, the average canopy density was 6.09. In terms of the structure of age groups, the arbor forests mostly belong to mid-maturation and young forest, in the positive succession stage.

arbor forest; spatial distribution; standing forest; dynamic change; Wuzhishan city of Hainan province

S718.55+7

A

1673-923X(2014)04-0001-05

2013-03-17

海南省林业厅重点科研项目“海南省五大河流域植被恢复与保护研究”；湖南省教育厅学位与研究生教育项目（603-00051）；湖南省“十二五”重点学科“森林经理学科”(034-0014)资助

刘立武（1979-），男，湖南岳阳人，高级工程师，博士，主要从事林业信息工程研究；E-mail：liuliwu@yahoo.com.cn

佘济云（1966-），男，湖南邵东人，教授，博士，主要从事森林经理和林业资源管理等方面的教学科研工作；

E-mail：shejiyun@126.com

[本文编校：文凤鸣]