仙居县天然阔叶林林分空间结构研究

张豪杰 张哲艇 朱巍巍 王思娜 柯志军



仙居县天然阔叶林林分空间结构研究

张豪杰1张哲艇2朱巍巍1王思娜1柯志军1

（1浙江省仙居县林业局 317300；2浙江省仙居中学 浙江仙居 317300）

以仙居县淡竹乡天然阔叶林为研究对象，利用角尺度、混交度和大小比数3种空间结构参数分析其空间结构特征。结果表明，林分角尺度为0.497～0.523，其空间分布格局为随机偏弱聚集分布；混交度为0.618～0.760，林木个体种间结构属中强度混交；大小比数为0.490～0.503，林木空间大小对比上除马尾松呈明显优势，山合欢明显受压外，其余树种大小比总体分布均匀，既有占优势树种也有受压树种。

天然阔叶林；空间结构；参数分析；仙居

据仙居县森林资源规划设计调查成果（2017年），仙居县天然阔叶林面积45530 hm2，淡竹乡天然阔叶林面积6928hm2，占全县20个乡镇（街道）和2个林场天然阔叶林总面积的15.22%。从最近二期（2007年、2017年）森动态，得出全县阔叶类树种面积在森林面积结构中比重由37.16%上升到56.67%，原因是松材线虫病造成的松木枯死在仙居森林中蔓延，政府每年组织力量对松枯死木采伐和阔叶类彩色树种补植，及经封育管护大量的阔叶中幼林成林，在林分结构中面积所占比重速增，而松杉类针叶林大都为近成过熟林，商业采伐与林分主要树种转换造成松杉类针叶林面积递减，故仙居县森林结构正在发生重大调整。大量科学研究表明，森林功能的发挥很大程度上取决于森林空间结构是否合理，因此要通过优化森林空间结构来实现培育多功能森林的目 标，就必须了解森林空间结构的现状[1]。研究利用角尺度、混交度、大小比数空间结构指标，分析仙居县淡竹乡天然阔叶林林分空间结构，为制定和实施科学的森林经营及保护规划提供参考依据。

1 研究区的概况

淡竹乡天然阔叶林研究区位于仙霞岭延伸至缙云分叉、绵亘仙居南北、成钳形对峙的南支线上，位于仙居县城外西南部，距县城39km,其地理坐标为北纬28°40′22.69"、东经120°34′17.89"。该区为山区乡，属低山丘陵地貎，具典型的火山流纹岩地质特点，地势南高北低，山崖陡峻，沟谷狭长，最高峰为大青岗、海拔1193m，最低处为下叶村、海拔107m，海拔高差1086m。该区为原始森林、国家级森林公园、自然保护区聚集区，植物资源丰富，具有最典型的亚热带原始林沟谷常绿阔叶林。该区土地总面积19061hm2，其中林地面积18031hm2，非林地面积1030hm2。天然林面积11318hm2，其中阔叶林面积6928hm2，占61.21%；针阔混交林面积2970hm2，占26.24%；针叶林面积1420hm2，占12.55%；森林覆盖率93.31%，林木绿化率93.64%[2]。土壤以红壤为主，土层厚度20～100cm，坡度15º～45º。属亚热带季风气候，年均气温18.2℃，极端最高温38.4℃，极端最低温-3.4℃，年均降水量1707.8mm，年无霜期288d[3，4]。

2 研究方法

2.1 数据来源

2016年2月，在研究区内按海拔不同，分上、中、下3个区域各选取1个林相结构完整、能代表该区域天然阔叶林林分特征的地段，用罗盘仪闭合导线法设置28.28m×28.28m样地，要求闭合差不大于1/200[5]。样地调查方法[6]，以每个样地的西南角作为坐标原点，用皮尺测量胸径大于或等于5cm活立木在该样地内的x、y坐标，x表示东西方向，y表示南北方向，并对样地内样木逐株确定树种名称并编号、测定胸径、树高、绘制样木位置图、填写样地调查记录表等。3块调查样地的基本情况见表1。

表1 各样地基本情况

2.2 数据处理及分析方法

2.2.1空间结构单元的确定

植物群落由不同树种构成，重要值（Importance valiue）是反映树种在群落中的地位和作用的相对数量指标[7]。重要值=相对多度+相对优势度+相对频度[8]，相对多度（Relative abundance）指群落中某一物种的个体数占所有物种个体数之和的百分比；相对优势度（Relative superiority）指群落中某物种胸高断面积占所有物种胸高断面积之和的百分比；相对频度（Relative freguency）指某物种周围出现同物种的概率。重要值越大，物种在群落中地位越重要，因此可用其表征群落物种的结构变化状况[9]。

林分内任意一株单木和离它最近的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。空间结构单元核心的那株树被称为参照树，而最近的n株树则被称为相邻木，n的取值不同，空间结构单元框架大小就不同。采用惠刚盈等[10-13]，取n=4来分析林分空间结构特征。

2.2.2空间结构参数的计算

利用角尺度（uniform angle index- neighboring tree distribution pattern）[12]、混交度（mingling）[10]、大小比数（neighborhood comparison）[11]等3个空间结构参数来描述天然阔叶林林分空间结构。

角尺度（Wi）被定义为α角（2相邻木与参照树的较小夹角）小于标准角α0（=720）的个数占所考察的4个α角的比例，用来描述林木水平分布格局的参数。表达式为：

其中，角尺度的取值为zij，当αij＜α0，zij=1，反之zij=0。取值由小变大表示林木的水平分布从均匀向团状变化，当Wi取值范围在［0.475，0.517］之间，表示随机分布，小于0.475是均匀分布，大于0.517是聚集分布[14]。

混交度（Mi）为相邻木与参照树不是同一树种的个体所占的比例，是描述不同树种间相互隔离的参数。表达式为：

其中，混交度的取值为vij，当参照树i与第j株相邻木不同树种时vij=1，否则vij=0。

大小比数（Ui）为大于参照树的相邻木个数所占的比例，是主要用来分析林木个体大小分化程度的参数。采用胸径作为特征因子[12]，表达式为：

其中，大小比数的取值为kij，当参照树i小于相邻木j时，kij=1，否则kij=0。

为避免边缘效应，将样地内距边缘线2m的环形区域设为缓冲区，其中的标记林木只作相邻木，中心区域作为核心区[15]。测定核心区内的每株单木3个空间结构参数值及每个参数不同参数值出现的频度，计算各个参数平均值，分析天然阔叶林林分空间结构分布。

3 结果分析

3.1 林木个体空间分布格局

用角尺度描述林分中林木个体分布格局时，关注林木个体之间方位关系，不需要分树种统计，只考虑整个样地林木角尺度取值情况即可[16]。根据角尺度定义，Wi的值越接近中值，且中值两侧对称性越强，则随机分布的概率越高。

表2 各样地林木角尺度分布频率及均值

3.2 树种组成

从表1可以看出，种数(树种种类)上，样地2最多、样地1次之、样地3最少，说明天然阔叶林林分内物种丰富度在垂直分布上中部区域最为丰富、下部次之、顶部最差；林分群落结构上，样地1和样地2为完整，样地3为较完整，说明天然阔叶林群落结构总体较完整，林木生长状况良好。

表3所示为天然阔叶林各样地乔木层的重要值。可以看出，样地1甜槠、石栎重要值最大，分别为87.158、86.219，相差0.939；样地2石栎、青冈（不考虑杉木）重要值最大，分别为105.689、79.424，相差26.265；样地3 木荷、青冈重要值最大，分别为107.853、55.074，相差57.779。前2个主要阔叶树种的重要值差值分别为0.939、26.265、57.779，说明样地1→3海拔由低到高，林分树种组成结构由几个阔叶树种共同占主导递减到1个阔叶树种为主。在3块样地中，样地1、样地3主要树种都为阔叶树，只有样地2中有杉木（重要值占第2）、马尾松（重要值占第4），说明天然阔叶林林分中杉、松木等针叶树作为主要树种只在垂直分布的中部区域的林分中出现。

表3 各样地乔木层主要树种的重要值

3.3 林木个体种间结构

表4展示了3块样地林木混交度分布频率及均值。样地1、2、3强度混交（1株单木周围有3株相邻木属其它树，Mi=0.75）、极强混交（1株单木周围有4株相邻木属其它树，Mi=1）之和，分别为0.73、0.50、0.56，混交度均值都在0.6以上，说明大多数树木周围有2株以上其他树种存在；中度混交（Mi=0.5）所占比例在3块样地相差不大，都在1/4上下；样地1强度混交最高、极强混交次之，说明样地中1株单木周围有4株或3株不同树种概率最大；样地2中度混交最高，说明样地中1株单木周围有2株不同树种概率大，其中度、强度、极 强混交比例相近，说明1株单木周围出现2、3、4株不同树种的概率相近；样地3强度混交最高，说明样地中1株单木周围有3株不同树种概率大，其弱度、极强混交相同，该样地1株单木周围有2株或4株不同树种概率一致；3块样地零混交比例都很低，说明1株单木周围有4株相同树种的情况很小，其中样地1弱度混交比例也很小，该样地1株单木周围有3株相同树种情况也不大。

表4 各样地树种混交度分布频率及均值

3.3 林木个体分化程度

表5反映了3块样地林木大小比数分布频率及均值。从表中可以看出，3块样地大小比数均值都在［0.475，0.517］之间，且5种大小比数的分布频率都在0.2左右，说明每1株单木周围的4株相邻木，其胸径大于参照树的株数存在着5种可能的概率相近。

表5 各样地林木大小比数分布频率及均值

表6 各树种大小比数分布频率及均值

根据大小比数的定义，Ui越大代表相邻木越大，而参照树不占优势。从表6可以看出，马尾松在单木构成的单元结构中全部处于优势或绝对优势地位、不存在受压现象，山合欢基本上处于受压状态，其它树种既有占优势也有受压情况。木荷、苦槠、甜槠、青冈4个树种在单木构成的单元结构中占优势地位的比例较高，特别是苦槠占0.56，说明苦槠在单木构成的单元结构中优势明显。甜槠、苦槠、青冈大小比数为1的频率都小于0.1，说明这3种树种完全受压的情况很少，木荷处于优势的频率虽然只占0.41，但在样地3中因其重要值最大，达107.853，远高于该样地第2重要树种青冈55.074，故在样地3中木荷优势地位明显。石栎、杉木在样地中的重要值都较高，大小比数均值都为0.533，略高于0.5，生长状况总体来说稍处劣势。除马尾松外，上述7个主要树种大小比数处于0.5的频率范围为0.21～0.33，即处于中庸生长势的比例还是较高的。

4 结论与讨论

淡竹乡天然阔叶林林分角尺度为0.497～0.523，混交度为0.618～0.760，大小比数为0.490～0.503。林分空间分布格局为随机偏弱聚集分布，林木个体种间结构关系属中强度混交，林木空间大小对比上，除马尾松在空间大小对比上占明显优势、山合欢处于受压外，其余树种大小比分布均匀，既有占优势树种，也有受压树种。森林进展演替后，顶级群落的水平分布格局应为随机分布[17]。林分空间结构参数研究对森林抚育作业具有直接的操作意义，研究中除样地3林分角尺度在随机分布取值范围内，样地1、样地2林分角尺度略大于随机分布取值范围上限，属弱聚集分布，抚育作业时可在作业区相邻木密度较大的一侧确定少量的择伐木，抚育作业设计力求做到对目的树种、珍贵树种、生物多样性保护。3块样地混交度均值都在0.6以上，零度、弱度混交都很低，中、强度混交占1/2以上，极强度混交比例较大但不同样地差距明显，说明3块样地总体混交度较强，大多数树木周围都会出现2、3或4株其它树种，其中样地1参照树周围出现3、4株不同树种相邻木的概率最大。3块样地大小比数均值都在［0.475，0.517］之间，且5种大小比数的分布频率都在0.2左右，说明3块样地中，参照树周围的4株相邻木，存在的0～4株胸径大于参照树的5种可能，其概率都接近1/5。

天然阔叶林林分树种组成结构及分布受垂直高差影响。海拔由低到高：①林分树种结构由几个阔叶树种共同占主导递减到1个阔叶树种为主，②松杉等针叶树作为天然阔叶林分的主要混交树种最有可能在垂直分布的中部区域林分中出现。由于样地个数及样地取点不同，可能对不同区域几个或单个阔叶树种占主导及松杉等针叶树种作为天然阔叶林主要混交树种出现机会产生偏差，其结果有待进一步验证。

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Study on the spatial structure of natural broad-leaved forest stands in Xianju county

Zhang Haojie1, Zhang Zheting2, Zhu Weiwei1, Wang Sina1, Ke Zhijun1

Stand spatial structure of natural broad-leaved forest in Danzhu of Xianju County was investigated using three structure parameters(uniform angle index, neighborhood comparison, mingling— neighboring tree distribution pattern). The results shows that the uniform angle index is 0.497～0.523 which means the spatial distribution pattern is random weakly concentrated distribution. The mingling index is 0.618～0.760 which means that The individual species of tree species are mixed with medium strength. The neighborhood comparison is 0.490～0.503 which shows that The masson pine has obvious advantage, the mountain acacia is obviously under pressure, the remaining tree species is distributed evenly, that is, the dominant tree species also has the pressure tree.

Natural Broad-leaved Forest; Spatial Structure; Parameter analysis; Xianju County

S718.54+2

A

1004-7743（2018）04-0006-05

2018-06-24

张豪杰（1970- ），男，汉族，浙江仙居人，林业工程师，从事林业调查规划和森林资源监测工作。