怀化市鹤城区针阔混交林林分结构研究

王志牧， 吴林世， 陈小平， 康华海， 舒海禹， 杨春芳

(1.怀化市鹤城区林业局， 湖南 怀化 418400； 2.湖南省森林植物园， 湖南 长沙 410004)

怀化市鹤城区针阔混交林林分结构研究

王志牧1， 吴林世2， 陈小平1， 康华海1， 舒海禹1， 杨春芳1

(1.怀化市鹤城区林业局， 湖南 怀化 418400； 2.湖南省森林植物园， 湖南 长沙 410004)

以怀化市鹤城区针阔混交林为研究对象，选择具有代表性的11块20 m×20 m标准地，进行树种组成结构分析，并利用Weibull分布函数开展直径分布研究。结果表明： (1)标准地内乔木层阔叶树以檫木、枫香、木荷为主，针叶树以杉木、马尾松、柏木为主。林木总蓄积量比重值位于前5位的树种是：杉木、枫香、马尾松、楠木、檫木，分别占总蓄积量的18.52%、18.36%、18.13%、12.88%、12.70%。(2)林分直径结构分析表明，树木直径分布曲线均呈不规则单山峰状曲线，应用Weibull分布函数拟合反映直径分布，并进行x2检验，效果比较理想。(3)各标准地林分的混交度均值都大于0.7，各优势树种的平均混交度比较高，按从大到小排序为马尾松>杉木>木荷>檫木>苦槠>白栎>枫香>楠木>柏木。

针阔混交林； 林分结构； Weibull分布函数； 混交度

森林作为陆地生态系统的主体，在满足人类生存和提供物质产品及环境服务中有着不可替代的作用。林分通常是指森林的内部结构特征，即森林起源、树种组成、林层或林相、林龄、出材量、林型、地位级及其他因子大致相似，且和邻近地段又有明显不同的森林地段[1-4]。合理的林分结构是充分发挥森林多功能的基础，林分结构的研究对森林经营和优化决策具有重要的理论和实际意义。

怀化市鹤城区针阔混交林较为普遍，存在结构复杂、功能多样的特征，具有重要的生态价值，在区域自然保护和环境建设、生物多样性保护中发挥着重要作用。本文对怀化市鹤城区针阔混交林林分结构进行了研究，以期为更好地保护和经营该区域针阔混交林提供参考依据。

1 研究区概况

怀化市鹤城区位于湖南省西部，东经109°45′—110°29′，北纬27°16′—27°28′，位于雪峰山与武陵山中间，境内地貌类型多样，以山地、丘陵为主，约占全区总面积74%，该地区属中亚热带季风气候区，四季分明，光热资源丰富，雨量充沛，且雨热同步，对农作物生长有利。年均无霜期为287天，年均日照时数为1303.5～1519.2 h，年均降雨量在1300～1600 mm。土壤母质母岩以板页岩、石灰岩类为主，其次是紫色砂页岩、石灰岩、砂砾岩，土壤有机质含量为2%～4.7%，土层厚度40～80 cm，土壤肥沃[5]。怀化市鹤城区林地面积4.58万hm2，森林覆盖率 69.4%，森林蓄积量68.5万m3。主要的优势树种包括马尾松、杉木、柏木、枫香、檫木、白栎、木荷等，其中用材林以马尾松和杉木为主。

2 研究方法

2.1标准地选择

按照《国家森林资源连续清查技术规定》、《中华人民共和国林业部林业专业调查主要技术规定》、《湖南省森林资源规划设计调查技术方法》规定的技术标准和方法，在怀化市鹤城区针阔混交林选择具有代表性的11块20 m×20 m标准地。各标准地的概况如表1所示。

表1 11块针阔混交林标准地基本情况Tab.1Thebasicconditionsof11sampleplotsofconiferousandbroad-leavedmixedforest标准地号经纬度标准地位置代表性乔灌木海拔(m)地貌坡向坡度(°)郁闭度土壤类型母岩平均年龄1E109°59'54″、N27°28'47″龙形村檫木、枫香495低山西200.5红壤板页岩172E110°02'58″、N27°25'33″白马村檫木、马尾松790低山东北150.8山地黄壤石灰岩303E109°55'38″、N27°30'42″凤坪村枫香、马尾松365丘陵西北150.6紫色土紫色岩104E109°48'15″、N27°39'44″贺家田村白栎、杉木284低山北200.6紫色土紫色岩305E109°50'05″、N27°39'06″板栗坪村楠木、杉木503低山无坡向200.7紫色土紫色岩456E109°52'30″、N27°40'26″老寨溪村杉木、檫木362低山东南250.6紫色土紫色岩157E109°51'15″、N27°43'01″大竹林村马尾松、木荷357低山东南200.5紫色土紫色岩188E109°49'25″、N27°43'39″枫木潭村马尾松、木荷386低山东北150.4紫色土紫色岩149E109°53'04″、N27°44'20″蒿菜坪村枫香、马尾松284丘陵东北200.4紫色土紫色岩610E109°53'03″、N27°46'17″罗家溪村枫香、马尾松329低山无坡向200.3紫色土紫色岩811E109°59'09″、N27'43'44″长潭村枫香、杉木315低山西南150.5紫色土紫色岩8

2.2数据筛选

采用每木检尺的方法对胸径在5 cm以上的树木进行每木检尺，记录树种、树高、胸径、枝下高、郁闭度等，并对每块标准地的土壤类型、海拔、坡向、坡度等进行记录。灌木层记录是指在每块标准地的中心和四角位置各设置5 m×5 m的小样方，调查灌木层的种类等。

2.3数据处理

用Excel和VB程序编程对林分结构研究所需的各项林分因子(如平均胸径、平均树高、断面积、蓄积量等)进行计算。

2.4模型选择

运用数理统计原理、计算机编程技术、对比分析及图表分析等技术方法，对多个数据进行分析比较，得出怀化市鹤城区针阔混交林的各树种组成结构及分布情况、蓄积、直径结构、树高结构、混交度等方面现状，主要模型为现有林分直径结构模型。

直径结构模型

拟合直径分布的主要内容之一就是选择合适的统计分布概率密度函数。

通过对调查资料的收集和整理，并对怀化市鹤城区林分的直径分布的形状、特点及变化规律进行初步的探究后，拟选择三参数的Weibull分布函数对林木的直径分布进行拟合，拟合结果用x2检验法进行检验。

三参数Weibull分布的密度函数为：

式中:a——位置参数(一般指林分的最小直径)；

b——尺度参数；

c——形状参数；

x——径阶中值。

在林业研究中，通过使用三参数Weibull分布密度函数拟合林分直径分布时，b、c两参数有很多的求解方法，如最大似然估计法、线性求解法、百分位数法等等[6]，其中较为复杂的是最大似然估计法，但其结果往往比较准确[7]。因此，本文拟采用最大似然估计法[8]估算各参数。

3 结果与分析

3.1树种组成分析

根据标准地调查统计结果，怀化市鹤城区针阔混交林树种多为湖南省常见种，具地域性及典型性，乔木层以檫木(Sassafrastzumu)、枫香(Liquidambarformosana)、杉木(Cunninghamialanceolata)、马尾松(Pinusmassoniana)、木荷(Schimasuperba)、白栎(Quercusfabri)、柏木(Mourningcypress.)、樟树(Cinnamomumcamphora) 、楠木(Phoebezhennan)、苦槠(Castanopsissclerophylla)为主，偶见青冈(Cyclobalanopsisglauca)；灌木层以盐肤木(Rhuschinensis)、檵木(Loropetalumchinense)、杜鹃(Rhododendronsimsii)、黄荆(Vitexnegundo) 等居多。

3.2优势种分析

蓄积量是鉴定森林数量的重要指标，单位面积的蓄积大小可以标志林地生产力的高低，在森林可开发利用的资源中，木材资源依然是最大的经济利用价值。因此蓄积量为森林经营和管理提供了重要的依据[9]。本文以树种组成系数(通常用百分法)表示针阔混交林中各树种在组成林分中所占的成分，以蓄积量确定树种组成。具体的各标准地树种组成分析见表2。

由表2可以看出，怀化市鹤城区主要优势树种为杉木、枫香、马尾松、楠木、檫木、白栎、苦槠、木荷、柏木等，基本上每块标准地都有分布。

表2 各标准地主要树种组成Tab.2 Themaintreespeciescompositionineachsampleplot标准地号树种树种蓄积量(m3/hm2)标准地蓄积量(m3/hm2)各树种组成系数各树种相对优势度檫木35.620.5081枫香31.6170.130.45150.8%檫木、45.1%枫香+4.1%柏木柏木2.900.041檫木15.500.4882马尾松10.4031.770.32748.8%檫木、32.7%马尾松、18.5%白栎白栎5.870.185枫香15.900.464马尾松10.070.294334.2446.4%枫香、29.4%马尾松、19.4%杉木+4.7%樟树杉木6.650.194樟树1.620.047白栎38.580.6884杉木11.6456.070.20868.8%白栎、20.8%杉木、10.4%马尾松马尾松5.850.104楠木67.770.641杉木29.520.2795105.6664.1%楠木、27.9%杉木、6.0%马尾松、1.9%枫香马尾松6.360.060枫香2.010.019杉木34.140.491檫木15.670.225669.5049.1%杉木、22.5%檫木、14.9%枫香、13.5%樟树枫香10.330.149樟树9.360.135马尾松33.950.6717木荷11.5550.630.22867.1%马尾松、22.8%木荷、10.1%柏木柏木5.130.101马尾松21.760.5118木荷11.8842.530.27951.1%马尾松、27.9%木荷、20.9%樟树樟树8.890.209枫香8.320.734911.3473.4%枫香、26.6%马尾松马尾松3.020.266枫香6.750.6301010.7163.0%枫香、37.0%马尾松马尾松3.960.370枫香21.650.49811杉木15.4843.460.35649.8%枫香、35.6%杉木、14.6%苦槠苦槠6.330.146

根据调查结果进行统计分析，11块标准地共有 10个主要树种，计算群落各树种的蓄积量(见表3)，11块标准地内胸径 5 cm以上的树木总蓄积量为 526.03 m3/hm2。蓄积量比重值位于前 5位的树种是：杉木、枫香、马尾松、楠木、檫木，分别占总蓄积量的 18.52%、18.36%、18.13%、12.88%、12.70%。马尾松、杉木、枫香、楠木、檫木是湖南省常见树种，蓄积量占了标准地总蓄积量的 80.59%，其余五种优势树种的蓄积量占了标准地总蓄积量的19.41%。

表3 11块标准地主要树种蓄积量Tab.3 Thevolumeofthemainspeciesin11sampleplots树种树种蓄积量(m3/hm2)占林分总蓄积量的比重(%)杉木97.4318.52枫香96.5618.36马尾松95.3718.13楠木67.7712.88檫木66.7912.7白栎44.458.45木荷23.434.45樟树19.883.78柏木8.041.53苦槠6.331.2小计526.03100

3.3混交度分析

树种多样性混交度能够充分反映各标准地林分的树种隔离程度。图1为各标准地的林木平均混交度，图2是各标准地 5种混交度的分布频率。

由图1和图2可知， 11 块标准地的混交度均值都大于 0.7，其中 5号标准地和 6号标准地的平均混交度分别达到了 0.86、0.82。强度混交与极强度混交在各标准地中出现的频率最高，说明林分向稳定群落发展。另外，零度混交占的比例几乎为零，也就是说，标准地中大多数树周围都是其他树种，树木单种聚集的情况比较少，有利于不同的树种占据各自有利的生态位，从而促进种间关系趋于协调互利，维持群落的稳定状态。

从不同优势树种的混交情况可以看出(见表4)，马尾松的平均混交度为0.93，而且各级比例中极强度混交的比例占到了75%，强度混交的比例占到了21%；杉木混交度的平均值是0.92，木荷的平均混交度为0.91。其它树种的平均混交度均在0.75 以上。总的来说，这11 块标准地中，树种极强度混交和强度混交占了很大的比例。另外，马尾松、杉木、木荷、檫木、苦槠等各树种的零度混交比例几乎都为零。由此可见，标准地中单种聚集的情况比较少，大多呈散生状态。

图1 各标准地林分平均混交度Fig.1 The average mingling index of stand in each sample plot

图2 各标准地林分平均混交度及其频率分布Fig.2 The mean mingling index and its frequency distribution of stand in each sample plot

表4 各优势树种平均混交度及其组成Tab.4 Themeanminglingindexandcompositionofthedom-inanttreespecies树种混交度Mi0.000.250.500.751.00均值檫木0.000.000.080.260.660.90枫香0.000.080.160.340.420.77马尾松0.000.010.030.210.750.93杉木0.000.000.030.240.730.92白栎0.000.080.170.260.500.78楠木0.000.070.170.350.410.76木荷0.000.000.020.210.780.91柏木0.000.090.170.320.420.75苦槠0.000.030.080.280.610.82

3.4林分直径结构

3.4.1 径阶分布状况 在林分内各种大小直径林木的分配状态，称作林分直径结构，亦称林分直径分布。林分直径结构是最为重要、最为基本的林分结构，直接影响林木的树高、树冠和材枳等因子的变化，且它的测定较为方便，成为森林经营技术和森林调查等的理论依据[10-12]，同时也为预测未来林分直径结构提供了基础依据。各标准地所有优势树种的径阶分布情况见表5。

表5 径阶分布统计表Tab.5 Thediameterdistributionofstand标准地号直径分布范围(cm)主要分布径阶范围(cm)最多株数径阶(cm)占林分总株数(%)最大胸径(cm)18～26 6～1816～1846.352628～26 8～2214～1838.022636～18 8～16 8～1244.251846～2814～2016～1834.092858～2814～2216～2024.142868～2414～2216～1844.232478～2616～2216～1837.822686～24 8～1812～1626.352496～14 6～10 6～828.1014106～16 6～12 8～1050.0116116～16 6～12 8～1050.4616

由表5可以看出，各标准地林分径阶分布范围较广，主要集中分布在几个径阶内，林分内也存在少数的大径级个体。

现从11块标准地中选择 3块立地状况和经营方式相似的标准地:10号(8年生)、6号(15年生)和4号(30年生)标准地，进行林分的直径结构规律研究。根据每木检尺的结果，各标准地林分的直径，以2 cm合并成同一径阶，6 cm为最小的径级，28 cm为最大的径级，各个直径阶级内株数的分布情况如图3所示。

图3 直径静态分布图Fig.3 Diameter distribution

由图3可知，标准地林分直径结构分布类型受林分年龄结构、采伐方式及立地条件等多种因素影响，林分中林木株数分布最多是处于中间径阶的，而从中间径阶向最小径阶和最大径阶的林木株数呈逐渐减少的趋势，林分直径主要呈现出偏度为左偏的单峰山状分布。

3.4.2 直径分布拟合及检验 选择三参数的Weibull分布函数对11块标准地林分的直径分布进行拟合。各标准地林分的直径分布拟合及x2检验结果见表6。

从表6可以看出，除4号、5号和8号标准地外，其余8块标准地林分的直径分布都服从Weibull分布，拟合效果较为乐观[13]。也就是说，可以采用 Weibull 分布密度函数拟合，描述本研究地区林分直径分布规律[14]。从4号、5号和 8号标准地的树种组成和直径分布规律来看，这3块标准地出现不服从Weibull分布的原因可能是林分结构规律因林分内大径级、小径级株数比例相差太大而被打乱。

表6 直径分布拟合及检验Tab.6 Thefittingandcheckingofdiameterdistribution标准地号平均直径(cm)abcWeibull分布显著性11688.7462.126*21888.3742.078*31068.5642.658*41867.8893.08451868.9293.52661688.9123.515*71687.4622.017*81486.9872.8979867.4823.521*10868.8653.748*11867.2652.598* 注:在0.05水平上检验,其中“*”表示显著,“”表示不显著。

4 结论与讨论

以怀化市鹤城区针阔混交林为研究对象，通过调查分析各标准地树种组成及各树种蓄积量比重值，确定了各标准地的优势树种。本研究区的优势树种为杉木、枫香、马尾松、楠木、檫木、白栎、苦槠、木荷、柏木等，都是湖南省常见树种。乔木层阔叶树以檫木、枫香、木荷、白栎、楠木、樟树、苦槠为主，针叶树以杉木、马尾松、柏木为主[15-16]。11块标准地内胸径 5 cm以上的林木总蓄积量比重值位于前5位的树种是：杉木、枫香、马尾松、楠木、檫木，各占总蓄积量的 18.52%、18.36%、18.13%、12.88%、12.70%。

结合林分直径结构分析可知，林分中的大径级林木主要是马尾松、白栎、杉木。应用Weibull分布函数拟合反映该种类型的直径分布并予以x2检验，效果比较理想。4号、5号和8号标准地出现不服从Weibull分布的原因可能是林分结构规律因林分内大径级、小径级林木株数比例相差太大而被打乱[17]。从林分总体看，林分的平均树高接近于株数最多的树高。

从混交度分析可知，11块标准地的平均混交度均大于0.7，各标准地的平均混交度为0.7650，属于强度混交。除个别标准地混交度较低外，其余多数标准地均为中强度混交；各优势树种中，混交度较低的仅有柏木、枫香和白栎，说明各标准地丛生林木较少，多为散生状态，群落结构比较稳定。

总的来看，怀化市鹤城区针阔混交林目前生长良好，针对该区混交林经营管理存在的问题，以提高林分的产量和质量为目标，以林业可持续发展为依托，提出如下措施和建议：首先，建立具有物种多样性的复层混交林，森林林分结构对于林木抗风袭机械受损能力具有重要影响；其次，确定某一立地条件下的适宜造林密度，林分密度适当，可最大限度地利用空间，使林分具有最大平均高度，从而达到速生、丰产、优质的目的。同时，可在“林窗″内少量补植顶级阔叶树种，如云山青冈(Cyclobalanopsissessilifolia)、长叶石栎(Lithocarpusharlandii)、米槠(Castanopsiscarlesii)等，从而增加林分的树种混交和层次结构，提高林分稳定性。

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Thestandstructureofconiferousandbroad-leavedmixedforestinHechengDistrictofHuaihua

WANG Zhimu1, WU Linshi2, CHEN Xiaoping1,KANG Huahai1, SHU Haiyu1, YANG Chunfang1

(1.Forestry Bureau of Hecheng District in Huaihua, Huaihua 418400, China; 2.Hunan Forest Botanical Garden，Changsha 410004，China)

Taken coniferous and broad-leaved mixed forest in Hecheng District of Huaihua City as the object,the 11 pieces of 20 m×20 m standard plots were selected to study the tree species composition structure, and the diameter distribution was researched using Weibull distribution function. The results showed that, the dominant broadleaf trees in tree layer wereSassafrastzumu,Liquidambarformosana,Schimasuperba, and the dominant coniferous trees in tree layer wereCunninghamialanceolata,PinusmassonianaandCupressusfunebris. The top 5 tree species of volume wereC.lanceolata,L.formosana,P.massoniana,PhoebezhennanandS.tzumu, which accounted for 18.52%, 18.36%,18.13%, 12.88% and 12.70% to total volume, respectively. Diameter distribution analysis showed that the tree diameter distribution curve was irregular single peak curve, the application of Weibull distribution function fitting could reflect the diameter distribution in this area, and the effect was ideal. In all plots, the average mingling degree of stand was higher than 0.7,and the average mingling degree of the dominant tree species was also quite high, in the order ofP.massoniana>C.lanceolata>S.superba>S.tzumu>Castanopsissclerophylla>Quercusfabri>L.formosana>P.zhennan>C.funebris.

coniferous and broad-leaved mixed forest； stand structure； Weibull distribution function； mingling index

2016-06-20

王志牧(1978-)，男，湖南怀化人，林业工程师，主要从事林业生产工作。

S 718.5

A

1003-5710(2016)05-0092-06

10. 3969/j. issn. 1003-5710. 2016. 05. 019

(文字编校：张 珉)