基于小班尺度的红松次生混交林类型划分及树种组成特征

2024-09-23 00:00刘奇鹏祝旭加杨燕超王琦王创业张良
防护林科技 2024年5期

摘要以牡丹江市城区现有365块红松次生混交林小班2017年调查数据为研究对象,选取小班树种种类、数量、胸高断面积等数据,通过聚类分析方法,将红松次生混交林划分为四大类型,并通过计算相对多度、相对频度、相对优势度和重要值,分析了不同类型红松次生混交林的树种组成特征。结果表明:红松次生混交林可划分椴树红松阔叶次生混交林、云冷杉红松针阔叶次生混交林、杨桦红松阔叶次生混交林、蒙古栎红松阔叶次生混交林等四大类型。

关键词红松;次生林;树种组成;林分分类;小班

中图分类号:S791.247.06文献标识码:Adoi:10.13601/j.issn.1005-5215.2024.05.017

Type Classification and Tree Species Composition Characteristics of Pinus koraiensis Secondary Mixed Forest Based on Subcompartment Scale

Liu Qipeng Zhu Xujia Yang Yanchao Wang Qi Wang Chuangye Zhang Liang

(1.Heilongjiang Academy of Forestry,Harbin 150081,China;2. Mudanjiang Branch of Heilongjiang Academy of Forestry,Mudanjiang 157010,China)

AbstractThe existing survey data of 365 subcompartments of secondary mixed forest of Pinus koraiensis in Mudanjiang City in 2017 were taken as the research objects,the varieties,quantity and section area of breast height of subcompartments tree species were selected. Through cluster analysis,the secondary mixed forest of Pinus koraiensis was divided into four types. By calculating the relative abundance,relative frequency,relative dominance and importance value,the tree species composition characteristics of different types of secondary mixed forest of Pinus

koraiensis were analyzed. The results showed that the Pinus koraiensis secondary mixed forest could be divided into four types,including broadleaved secondary mixed forest of Tilia and Pinus koraiensis,coniferous and broadleaved secondary mixed forest of sprucefir and Pinus koraiensis,broadleaved secondary mixed forest of poplarbirch and Pinus koraiensis,broadleaved secondary mixed forest of Quercus mongolica and Pinus koraiensis.

Key wordsPinus koraiensis;secondary forest;tree species composition;stand classification;subcompartment

近代以来,黑龙江具有地带性顶级植被特征的原始阔叶红松林受到大面积的破坏,天然次生林成为黑龙江东部山地森林独具特色的自然景观[1,2],在经过森林生态系统长期的自然演替恢复和经营后,形成了不同演替阶段的天然次生林及人工林镶嵌于次生林的森林生态景观[2-4]。而天然次生林中缺少或缺失红松等顶级群落主要建群树种成为普遍现象[5],因此,针对东北东部山区的地带性顶极植被类型阔叶红松林遭受严重破坏,诸多学者对次生林进行了研究[6-14],具体提出了“栽针保阔”的经营思想,形成了完整的“栽针保阔的动态经营体系”,将东北次生林人工诱导成“异龄复层针阔混交林”也逐渐形成了共识[2,15]。本研究选择牡丹江市城区现有365个小班的红松次生林调查数据,通过计算相对多度、相对频度、相对优势度、重要值,利用聚类分析方法确定了红松次生林主要树种组成,划分了红松次生林类型,为进一步开展混交林诱导和退化林分修复奠定了基础。

1研究区概况

研究区位于黑龙江省牡丹江市城区,129°18′—130°09′E,44°11′—44°59′N。辖区森林植被类型为温带湿润针阔叶混交林区,森林面积99 131 hm2,其中乔木林面积98 987 hm2,灌木林面积117 hm2,疏林地面积27 hm2,森林总蓄积量1 371万m3。辖区地貌属长白山脉张广才岭支脉中部山地地貌,平均海拔230 m。辖区气候属受季风影响的北温带大陆性湿润山地气候,相对湿度64%,近20年年均气温4.97 ℃,年降水量582.3 mm,年日照时数2 253 h。土壤主要以暗棕壤为主,土层深厚,有机质含量高,呈微酸性[16]。

该区植被类型属于长白山植物区系,温带分布型占比为主,植物种类复杂[16]。森林类型属典型的北温带区系的针阔混交林[16]。主要乔木有红松(Pinus koraiensis)、红皮云杉(Picea koraiensis)、鱼鳞云杉(Picea jezoensis)、臭冷杉(Abies nephrolepis)、沙冷杉(Abies holophylla)、蒙古栎(Quercus mongolica)、色木槭(Acer pictum)、山杨(Populus davidiana)、白桦(Betula platyphylla)、黑桦(Betula dahurica)、水曲柳(Fraxinus mandshurica)、黄檗(Phellodendron amurense)、胡桃楸(Juglans mandshurica)、紫椴(Tilia amurensis)、枫桦(Betula costata)、东北槭(Acer mandshuricum)、青楷槭(Acer tegmentosum)、花楷槭(Acer ukurunduense)、拧筋槭(Acer triflorum)、大青杨(Populus ussuriensis)、裂叶榆(Ulmus laciniata)、香杨(Populus koreana)、稠李(Prunus padus)、大果榆(Ulmus macrocarpa)等[16]。

2材料与方法

2.1材料来源

本研究选取牡丹江市城区内天然起源类型含有红松树种的小班共365块,主要分布于牡丹江市郊的牡丹峰自然保护区、三道林场、四道林场、代马沟林场。选取小班树种种类、数量、胸高断面积等数据作为本文研究基础,数据调查时间为2017年。

2.2数据处理

2.2.1类型划分

系统聚类分析是通过把个体逐个地合并成一些子集,直到整个总体都在一个集合之内为止,凡是具有数值特征的变量都可以通过选择不同的距离和系统聚类方法获得满意的分类效果。本研究选择小班内树种种类及数量为基础,将数据进行标准化处理,采用欧式距离中间距离法进行系统聚类分析,划分红松次生混交林的林分类型。系统聚类在SPSS19.0中完成。

2.2.2树种组成特征

在林分类型划分的基础上,通过计算同一类型中不同树种相对多度、相对频度和相对优势度来计算重要值。以重要值作为依据确定不同林分类型中优势树种、亚优势树种、伴生树种和偶见种。相对密度、相对频度、相对优势度和重要值的计算公式[17]如下:

重要值(IV)=相对多度+相对频度+相对优势度/3(1)

相对密度(RD)=某个物种的株数/所有物种总株数×100%(2)

相对频度(RF)=某个物种出现的次数/所有物种出现的总次数×100%(3)

相对优势度(RP)=某一物种的胸高断面积/所有物种的胸高断面积和×100%(4)

3结果与分析

3.1红松次生混交林类型划分

采用SPSS19.0系统聚类方法对样地进行系统聚类分析。聚类

结果显示,在11~12的距离上,可将365块样地划分为8类,其中第5类因包含样地数较多,为更好了解红松次生林特征,在参考5~10的聚类分类距离上,又划分为A、B、C、D、E、F、G等7类。通过对乔木层主要树种分布特征的分析,最终将365块样地分为四大类型,8小类型,具体分类划分结果见表1。

从表1中可知,牡丹江城区红松次生混交林乔木树种有红松、椴树、云杉、冷杉、色树、枫桦、水曲柳、山杨、白桦、蒙古栎、槭树、核桃楸、黄檗、黑桦、榆树、山槐、落叶松、赤杨等共18种,分属11科15属。

根据系统聚类结果,结合表1,根据包含树种株数由多至少,将红松次生混交林可分为四大类型,其中第1类型为椴树红松阔叶次生混交林,第2类型为云冷杉红松针阔叶次生混交林,第3类型为杨桦红松阔叶次生混交林,第4类型为蒙古栎红松阔叶次生混交林。

3.2不同类型树种组成特征

3.2.1椴树红1SFsPPB85ambb9gBV5GHag==松阔叶次生混交林

此分类类型除红松外,混生树种都为阔叶树种,其中椴树占比较高,均在前3。由表2可知,1小类槭树占比最高,槭树的相对频度和相对密度均为100,而相对优势度仅为32,这说明槭树虽数量较多,但其胸径较小,处于幼龄阶段,根据重要值可知,除了槭树(77),还有山杨(61)、红松(59)、椴树(62)、水曲柳(42)的重要值高于40,这说明1小类处于竞争较为激烈的软、硬阔叶林次生演替阶段的后期,随着树木的生长,再加上合理的经营,最终可形成红松针阔叶混交林。2小类红松、椴树的相对密度为100、45,重要值为91、52,红松、椴树已成为整个群落的建群树种,且占据优势地位,再加上在2小类中,重要值居于20~40的树种有山杨、水曲柳、色树,重要值居于10~20的树种白桦、云杉,因此,2小类可认为是以红松、椴树为优势建群种,以山杨、水曲柳、色树、白桦、云杉为亚优势种的典型红松椴树次生混交林。3小类和4小类处于硬阔叶林次生演替阶段,除了红松、椴树为优势的建群种外,水曲柳、核桃楸、榆树、色树等硬阔树种更替趋势明显,其中3小类为硬阔演替阶段的前期,4小类为硬阔演替阶段的中后期。

此分类代表着较干潮润系列的不同次生演替阶段的红松阔叶次生混交林,随次生演替阶段和分布地段生境的不同,建群树种有椴树、红松、槭树、水曲柳,亚优势有槭树、椴树、山杨、水曲柳、色树、枫桦等,伴生树种有白桦、枫桦、云冷杉、核桃楸、榆树等,偶见种有柞树、云杉、落叶松、冷杉、榆树、核桃楸、黑桦、赤杨、黄檗、山槐等。

3.2.2云冷杉红松针阔叶次生混交林

由表3可知,此分类中,除红松、云冷杉两类别的针叶树种外,软阔叶树种椴树、枫桦的相对多度为36~100,硬阔叶树种水曲柳的相对多度为21~80。其中5-A小类中,色树、白桦、山杨的相对多度为100、30、40。5-B小类中,色树、白桦、山杨的相对多度为36、43、29。5-F小类中,色树、白桦、山杨的相对多度为85、57、48。这些小类中,除5-G外,其他小类乔木树种较为丰富,包含了红松、云冷杉、软阔(椴树、白桦、山杨、枫桦)、硬阔(水曲柳、色树、核桃楸、榆树)等,其中5-C、5-D、5-E三个小类中,除了红松、云冷杉为优势种外,软阔树种椴树、枫桦也处于优势地位,硬阔树种水曲柳、色树等处于演替层,可以认为是这3小类为红松针阔次生混交林中的软阔次生演替中后期,逐渐进入到了硬阔次生演替阶段,重要的表现是水曲柳优势逐渐显现。5-A小类中,重要值大于50的树种有红松,重要值在25~50的树种有冷杉、椴树、枫桦、水曲柳、色树,重要值在10~25的树种有柞树、白桦、山杨和云杉,可以认为,5-A小类软阔与硬阔之间竞争相对剧烈,处于软阔次生演替后期,硬阔次生演替初期。5-B和5-F两个小类中,红松、云冷杉为建群种,椴树为亚优势种,白桦、山杨、枫桦、水曲柳、色树为伴生树种,因此,5-B和5-F两小类为软阔次生演替中期。而5-G小类中,建群树种为云冷杉,红松、椴树和水曲柳处于演替层,还未形成剧烈竞争。

此分类代表着潮润系列或潮湿系列红松阔叶混交林次生演替后期,红松针阔混交林植被类型基本形成,但种间竞争依旧存在,随林分分布地段和演替阶段的不同,建群种为红松、云冷杉,亚优势种为椴树、枫桦、水曲柳、色树等,伴生树种为椴树、枫桦、水曲柳、色树、白桦、山杨等,偶见树种为柞树、黑桦、榆树、核桃楸、槭树、赤杨、黄檗、山槐等。

3.2.3杨桦红松阔叶次生混交林

由表4可知,此分类的主要特点为除红松外,软阔叶树种山杨或白桦的重要值均在60以上,不同小类中椴树、枫桦、色树、云杉等树种的重要值也较高。椴树在3个小类中重要值均大于30,6小类中重要值大于30的树种还有枫桦、色树,7-2小类中重要值大于30的树种还有冷杉。硬阔树种水曲柳、色树、榆树在三个小类均有分布。三个小类可以认为是椴树红松次生林经次生演替后形成的杨桦红松软阔次生混交林向硬阔次生混交林演替的中间过程。此分类中,重要值大于40以上的树种6小类中有红松和山杨,7-1小类有红松、椴树、白桦和山杨,7-2小类中有红松、白桦和椴树,且重要值大于10以上的树种6小类中有7种,7-1小类中有6种,7-2小类中有9种,因此,可以认定,7-1小类为杨桦红松软阔次生林向硬阔次生混交林演替的初期阶段,6小类为中间阶段,7-2小类为后期阶段。

此分类代表着潮润系列较干或较湿条件下的椴树红松次生混交林经次生演替形成的杨桦红松软阔次生混交林向硬阔次生混交林演替的中间过程,随林分分布地段和演替阶段的不同,建群种为红松、白桦、山杨、椴树,亚优势种为椴树、枫桦、色树、冷杉等,伴生树种为冷杉、云杉、色树、水曲柳、榆树、椴树、枫桦等,偶见树种为柞树、黑桦、黄檗、榆树、核桃楸、赤杨等。

3.2.4蒙古栎红松阔叶次生混交林 由表5可知,此分类的主要特点为除红松相对频度排列第1外,蒙古栎的相对密度、相对优势度和重要值为78、32、70,均排在第1。重要值30以上的树种有蒙古栎、红松、白桦、椴树,重要值大于10以上的树种有色树、黑桦,虽然色树、核桃楸的相对频度分别为44、11,但其重要值为20、6,虽然落叶松的重要值为9,但查阅原始资料后发现落叶松仅出现序号14的小班中,此小班中除落叶松外,仅包括蒙古栎983株、椴树393株、红松197株,14小班可认为是落叶松采伐后形成的蒙古栎红松次生林。因此,此分类可以认为是经天然林保护工程的多年实施,此分类已由包含单一硬阔树种蒙古栎的红松软、硬阔叶次生林次生演替为包含蒙古栎、色木、核桃楸等多种硬阔树种的红松软、硬阔叶次生林。在此分类中,由于红松种源的缺乏,红松相对密度还较低,在后续经营中,应根据林分立地条件和林木生长情况,因地制宜择伐部分蒙古栎,保护或人工引入红松、云冷杉等针叶树种和水曲柳、核桃楸、色木等硬阔树种,加快此类型的次生演替进程。

此分类代表着干旱系列的蒙古栎红松阔叶次生混交林在经多年保护条件下,已由包含单一的硬阔树种的红松软、硬阔叶次生林次生演替为包含多种硬阔树种的红松软、硬阔叶次生林。此分类中包含树种较少,红松、蒙古栎为建群树种,亚优势种为椴树、白桦等,伴生树种为黑桦、色树等,偶见树种为落叶松、山杨、核桃楸。

4结论

4.1椴树红松阔叶次生混交林。此分类代表着较干潮润系列的不同次生演替阶段的红松阔叶次生混交林,主要建群树种有椴树、红松,亚优势种有槭树、椴树、山杨、水曲柳、色树、枫桦等,伴生树种有白桦、枫桦、云冷杉、核桃楸、榆树等,偶见种有柞树、云杉、落叶松、冷杉、榆树、核桃楸、黑桦、赤杨、黄檗、山槐等。

4.2云冷杉红松针阔叶次生混交林。此分类代表着潮润系列或潮湿系列红松阔叶混交林次生演替后期,红松针阔混交林植被类型基本形成,但种间竞争依旧存在,随林分分布地段和演替阶段的不同,主要建群种为红松、云冷杉,亚优势种为椴树、枫桦、水曲柳、色树等,伴生树种为椴树、枫桦、水曲柳、色树、白桦、山杨等,偶见树种为柞树、黑桦、榆树、核桃楸、槭树、赤杨、黄檗、山槐等。

4.3杨桦红松阔叶次生混交林。此分类代表着潮润系列较干或较湿条件下的椴树红松次生混交林经次生演替形成的杨桦红松软阔次生混交林向硬阔次生混交林演替的中间过程,随林分分布地段和演替阶段的不同,主要建群种为红松、白桦、山杨,亚优势种为椴树、枫桦、色树、冷杉等,伴生树种为冷杉、云杉、色树、水曲柳、榆树、椴树、枫桦等,偶见树种为柞树、黑桦、黄檗、榆树、核桃楸、赤杨等。

4.4蒙古栎红松阔叶次生混交林。此分类代表着干旱系列的蒙古栎红松阔叶次生混交林在经多年保护条件下,已由包含单一的硬阔树种的红松软、硬阔叶次生林次生演替为包含多种硬阔树种的红松软、硬阔叶次生林。此分类中包含树种较少,主要建群种为红松、蒙古栎,亚优势种为椴树、白桦等,伴生树种为黑桦、色树等,偶见树种为落叶松、山杨、核桃楸。

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