汨罗市国外松公益林胸径分布规律及树冠结构通径分析

康华荣， 朱 昕， 杨 蕊， 田育新,4

1. 汨罗市林业局， 湖南 汨罗 414400；2.湖南省林业局， 湖南 长沙 410004；3.湖南省林业科学院， 湖南长沙 410004；4.湖南慈利森林生态系统国家定位观测研究站， 湖南 慈利 427200)

森林是陆地生态系统的主体之一，具有涵养水源、固碳释氧、水土保持、保护生物多样性、维持生态系统平衡等作用。由于社会经济快速发展，森林生态系统的压力越来越大，森林资源也日渐减少。近年来我国林业开始向现代林业转变，形成了系统的森林分类经营理论，将我国森林分为商品林和生态公益林。生态公益林主要以保护和改善人类社会生存环境为目的，其经营目的主要包括保持生态平衡、维持生物多样性、保存种质资源、旅游休憩、国防等[1]。

国外松泛指20世纪30年代从国外引进的湿地松、火炬松和加勒比松等针叶树种。由于其速生和高产量的特性，国外松已成为我国亚热带地区主要造林树种之一[2]。近期研究表明，由于造林密度过大、管理不到位等原因，导致国外松林分生长不良，更新较慢等。林分的胸径结构是指林分内不同胸径的林木个体按照径阶的分布情况，是反映林分结构最为直观的指标之一[3]，是进行造林、规划、采伐、政策制定等管理活动的重要参考指标[4]。对于当代林业来说，森林经营正向多功能型发展，生态保护与木材产量同样重要，培育大径材已成为当代森林经营的主要目标之一[5-6]。一般来说，树冠结构对树木生产力具有决定性作用[7]，其中冠幅(crown length)和冠高比(crown ratio)是树冠结构的两个最主要参数和重要的变量[8-9]。冠幅受到地理条件的影响，常作为评价林木间竞争关系的指标，而冠高比是指冠幅与树高的比值，常用于预测树木生长量[10-11]。如何获得林分的冠幅值是目前森林经营中的难题之一，因此，很多学者开展了相关研究，建立了一些冠幅预测模型。但实际上冠幅受经营、立地条件等因素的干扰，冠幅与各因素之间的关系十分复杂[12]，因此，仅使用相关分析并不能阐明胸径等因子与冠幅之间的关系，而通径分析同时考虑到变量因子对因变量的直接与间接作用，其结果更加精确且符合实际[13]。

本研究以岳阳汨罗市国外松公益林为研究对象，利用正态分布函数拟合样地国外松的胸径分布，建立通径模型预测国外松胸径和树高对冠幅的影响，为汨罗国外松林经营、改造和管理提供依据。

1 研究区概况

汨罗市地处湖南省东北部，紧靠东洞庭湖，位于汨罗江下游，属幕阜山脉与洞庭湖平原的过渡地带，地处112°51′—113° 27′E，28°28′—29°27′N，其地势东南部偏高、西北部偏低，整体由山地向滨湖平原呈梯降过渡。汨罗市的公益林面积为16885.6hm2，总蓄积量为9359310m3；保护率为26.46%，低于全省平均水平。该区气候为亚热带湿润性气候，四季较为分明，年平均气温为17℃，热量充足，雨水集中。

2 研究方法

2.1 固定样地设置

在汨罗市公益林内选取具有代表性的国外松林分设置固定样地。选择地形、土壤和植物种类分布较一致，群落结构相对完整的地段设置面积为25m(垂直等高线)×40m(平行等高线)=1000m2的样地。随后调查样地林分年龄，测量每木胸径、树高、第一活枝高以及东、西、南、北4个方向的冠幅。林分胸径等级的划分采用2 cm径阶进行划分。固定样地的坐标为113.0922°E，28.8550°N，地貌为丘陵，海拔为33m，林龄为15 a。

2.2 数据分析

正态分布函数是拟合同龄林胸径分布的常用函数。本研究选择正态分布函数对林分的胸径分布进行拟合。偏度系数反映随机变量分布的不对称程度。峰度系数反映与正态分布相比，分布变量的尖锐度，因此，分别计算样本分布的偏度系数与峰度系数。

本研究中，冠幅长度为4个方向冠幅长度的平均值，冠高为树高减去第一个活枝的高度，冠高比为冠高与树高的比值。随后利用通径分析模型分别计算胸径、树高与树冠结构的通径系数。通径分析模型的公式如下：

Pyi=bisi/sy；

Pyij=rijPyi。

式中：rij代表相关系数；Pyi代表直接通径系数；Pyij代表间接通径系数；b代表目的性状(y)对原因性状(i)的偏回归系数，si、sy分别为原因性状i与目的性状y的标准差[14]。

3 结果与分析

3.1 国外松公益林胸径分布规律

样地中共有国外松47株，胸径的范围为5.7～26.0cm，平均值为16.4cm；树高的范围为5～14m，平均树高为10m。根据每木检尺结果，绘制径阶与株数分布关系的直方图(图1)。由图1可知，样地中的国外松径阶分布呈单峰曲线，处于中间径阶(12～20cm)的个体数量最多，而小径阶(低于12cm)和大径阶(高于20cm)的个体数量较少。从密度分布来看，胸径密度分布曲线和正态分布概率密度曲线较为接近，表明胸径的分布接近正态分布。

图1 汨罗市国外松公益林胸径分布Fig.1 DBH distribution of exotic pines in Miluo City

表1显示由shapiro wilk统计量检验的P值为0.20，表明样本均来自正态分布总体。随后根据计算结果，分布的偏度系数为-0.08，表明样本的胸径分布偏右较为明显，峰度系数为-0.54，表明样本的胸径分布较平坦，径阶分布离散程度较大。整体来说，上述林分一般密度较大，单株之间互相重叠，林冠产生分化，下层植被光照不足，而优势木之间竞争剧烈，对大径阶的个体生长不利。以上结果表明汨罗市国外松公益林的结构有待进行调整，以促进形成合理、稳定的结构。

表1 径阶分布正态分布检验结果Tab.1 Test results of normal distribution of radial DBH distribution统计量值总数值个数47.00最小值4.00最大值26.00中位数16.00平均值15.49Shapiro wilk统计量0.97Shapiro wilk检验P值0.20标准误差平均0.39方差7.01标准差2.66变异系数0.34偏度系数-0.08峰度系数-0.54

3.2 国外松公益林树冠结构的通径分析

通过通径模型计算冠幅及冠高比与胸径和树高之间的关系，计算结果(表2)表明:胸径对冠幅的通径系数为0.632，显著性为极显著(P<0.001)；树高对冠幅的通径系数为0.302，显著性为极显著(P<0.001)。胸径和树高的间接通径系数分别为0.568和0.260，均低于直接通径系数。以上结果表明： 胸径和树高对于冠幅的作用均为正向作用，且直接作用大于间接作用；同时，无论是直接作用还是间接作用，胸径对于冠幅的影响均大于树高的。由此可知，在实际经营活动中进行冠幅判定和快速计算时，通过胸径预测具有更高的可靠性和精准度。

由胸径和树高对冠高比的分析结果(表2)可知：胸径对于冠高比的直接通径系数和间接通径系数分别为-0.005和-0.003，且作用不显著(P>0.05)，表明胸径对冠高比几乎无影响。树高对于冠高比的直接通径系数达到了0.663，显著性为极显著(P<0.001)，其间接通径系数也达到了0.437，表明树高是冠高比的重要影响因素，起到了正向影响作用，其直接作用大于间接作用。

表2 冠幅、冠高比与胸径和树高间的通径系数Tab.2 Path coefficient among crown width, crown height ratio with the DBH and tree height参数冠幅冠高比胸径树高胸径树高直接通径系数0.6320.302-0.0050.663标准差0.0610.0510.0120.111检验P值4.15e-257.51e-70.9672.23e-9间接通径系数0.5680.260-0.0030.437

4 结论与讨论

汨罗市国外松公益林的胸径结构概率分布曲线为右偏的单峰曲线，其概率分布曲线的偏度系数和峰度系数均为负值，表明该地区的国外松林分结构不合理。

一般来说，在正常生长的、未遭受灾害的同龄纯林，其胸径结构近似地服从正态分布[15]。从本研究的结果可知，汨罗国外松人工林大部分个体集中分布在中间径级(12～20 cm)，大径阶和小径阶的个体较少，径阶多样性不高。其主要原因可能是植株间距离较小，导致林木之间的激烈竞争，影响了大径阶个体的生长[16-17]。而由于林冠覆盖导致林下光照不足，小径阶的个体获取光照困难，且林下地被物较厚，林下更新的幼苗少[18]。针对这样的现状，在调整径级结构时，应该降低胸径接近平均值的个体比例，在保证个体生长空间的基础上，保留干形良好、无病害、胸径较大的个体，然后栽植国外松幼苗来增加小胸径个体的比例。此外，根据适地适树原则，引入高价值的优良乡土树种。这样既提升了林分的胸径多样性，也增加了树种的多样性[19]，可充分发挥该地区公益林的生态效能。

对国外松林分冠幅的研究表明:胸径和树高对于冠幅均有显著的正向影响，且利用胸径快速估测冠幅值具有更高的准确度，该结果与杉木林的研究结果相似[14]；胸径对冠高比无显著影响，而树高对冠高比具有强烈的正向影响，该结果与杉木林的研究结果相反[14]，说明不同树种的规律不一致。在接下来的研究中，应扩大取样，考虑不同林龄、不同立地条件等因素，以为树冠结构快速预测模型的构建打下坚实基础，也为国外松林的经营管理提供更多依据。