王 慶 李衛(wèi)忠 鄧宏兼 龔直文 王廣儒 王道亮

(西北農(nóng)林科技大學(xué)，楊凌，712100) (陜西黃龍縣黃龍山林業(yè)局) (西北農(nóng)林科技大學(xué))

黃龍山林區(qū)天然油松針闊混交林空間結(jié)構(gòu)1)

王 慶 李衛(wèi)忠 鄧宏兼 龔直文 王廣儒 王道亮

(西北農(nóng)林科技大學(xué)，楊凌，712100) (陜西黃龍縣黃龍山林業(yè)局) (西北農(nóng)林科技大學(xué))

采用面積為1 hm2(100 m×100 m)的大樣地來獲取黃龍山林區(qū)天然油松針闊混交林的樹種、樹高和直徑等測樹因子以及每個樹種的坐標(biāo)，利用混交度、大小比數(shù)、角尺度3個指標(biāo)分析了黃龍山林區(qū)天然油松針闊混交林公頃級樣地的空間結(jié)構(gòu)特征。結(jié)果表明:(1)林分喬木層共包括17個樹種，物種豐富度較高。油松、遼東櫟和白樺的密度和斷面積累積量占有明顯優(yōu)勢，是喬木層的優(yōu)勢種。(2)林分密度大，直徑在4～44 cm均有分布，但4～10 cm的林木較多。(3)整個林分混交度較高，林木多為中度、強(qiáng)度和極強(qiáng)度混交。優(yōu)勢樹種油松、遼東櫟和白樺的平均混交度分別為0.480、0.711和0.702。(4)在空間結(jié)構(gòu)單元中，林分中林木的各個大小比數(shù)分布均勻，林木較穩(wěn)定，大部分樹種是劣態(tài)木和絕對劣態(tài)木。(5)黃龍山林區(qū)天然油松針闊混交林屬于團(tuán)狀分布，整個林分的平均角尺度為0.543。

黃龍山林區(qū)；樹種組成：直徑分布；混交度；大小比數(shù)；角尺度

Journal of Northeast Forestry University.-2014,42(7).-32～35,47

We determined stand parameters including the tree height, diameter, basal area, and the coordinate of each tree in a 1-hm2plot (100 m×100 m), and described the spatial structural characteristics of plot-level stand ofPinustabulaeformimixed forest in Huanglong Mountain using mingling degree, neighborhood comparison and uniform angle index. There were 17 species in arbor layer with comparatively higher species richness. Among all the species,Pinustabulaeformi,QuercusliaotanggensisandBetulaplatyphyllamade up three dominant species for their population density and basal area had the obvious advantage. The stand density was high, and the DBH ranged from 4 to 44 cm with the majority extent from 4 to 10 cm. The mingling degree of whole stand was high and most of the woods were moderate, strong and extreme mixed. The mingling degree ofPinustabulaeformi,QuercusliaotanggensisandBetulaplatyphyllawere 0.51, 0.71 and 0.69, respectively. In the spatial structure unit, the number of neighborhood comparison evenly distributed, so the forest was stable. Most woods are in bad state and absolute poor state. The uniform angle index of the whole stand was 0.545, and thePinustabulaeformimixed forest of Huanglong Mountain was aggregative distribution.

Keywords Huanglong Mountain; Species; DBH distribution; Mingling degree; Neighborhood comparison; Uniform angle index

林分空間結(jié)構(gòu)是林分的重要特征屬性之一，它在很大程度上決定了林分的穩(wěn)定性、發(fā)展的可能性和經(jīng)營空間大小。因此，空間結(jié)構(gòu)分析已成為天然林經(jīng)營模擬技術(shù)的主要研究內(nèi)容[1]。傳統(tǒng)的方法主要是側(cè)重調(diào)查林分直徑、樹高和蓄積量等非空間結(jié)構(gòu)特征。大量研究表明[2-6]，混交度、大小比數(shù)和角尺度3個參數(shù)可以清晰地從樹種的空間隔離程度、樹種的生長優(yōu)勢程度、林木空間分布格局三個方面來描述林分的空間結(jié)構(gòu)。樣地面積越大，所估計的每公頃密度和分析的林木空間分布格局越精確，因此，林分的空間結(jié)構(gòu)分析要在足夠大的樣地上進(jìn)行[5]。很多學(xué)者對種群的空間格局進(jìn)行了研究，近兩年國內(nèi)外學(xué)者對森林空間結(jié)構(gòu)的有很多研究[7-13]，但目前沒有關(guān)于黃土高原森林公頃級樣地的林分格局研究。本研究運用混交度、大小比數(shù)、角尺度以及公頃級樣地，描述黃龍山林區(qū)天然油松針闊混交林的空間結(jié)構(gòu)特征。利用空間結(jié)構(gòu)分析軟件Winkelmass1.0處理數(shù)據(jù)，計算3個空間參數(shù)，并用Excel和SPSS軟件進(jìn)行整理。

1 研究區(qū)自然概況

樣地位于黃龍山林業(yè)局虎溝門林場。樣地海拔1 430～1 488 m，屬于黃土高原南緣的土石山區(qū)，地理坐標(biāo)為109°58′39.6″～110°58′41.8″E，35°37′46.5″～35°37′50″N。屬大陸性暖溫帶半濕潤氣候類型，四季分明，雨熱同期，溫差較大。年平均日照2 370 h，無霜期175 d，年降水量600～700 mm，土壤為灰褐色森林土[14]。樣地為針闊混交林，其中針葉樹主要為油松，闊葉樹主要為遼東櫟和白樺等萌生闊葉樹種。主要喬木樹種有油松(Pinustabulaeformi)、遼東櫟(Quercusliaotanggensis)、白樺(Betulaplatyphylla)、茶條槭(Acerginnala)、小葉楊(Populussimonii)、杜梨(Pyrusbetulaefoli)、漆樹(Toxicodendronvernicifluum)、野山楂(Crataegicuneatae)、小葉楊(Populussimonii)、華北丁香(Syringaoblata)、山桃(Prunusdavidiana)、山核桃(Juglanscathayensis)、紅樺(Betulaalbo-sinensis)、梾木(Cornusmacrophylla)、海棠(Mainsspectabilis)、稠李(Prunuspadus)、金銀木(Loniceramaackii)和燈臺樹(Cornuscontroversa)等。

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置

樣地建立于2013年7—8月份，為固定大樣地，面積1 hm2(100 m×100 m)。以20 m×20 m小樣方為單位，每個樣方間隔5 m，每塊樣地分成16個5 m×5 m的正方形方格為調(diào)查單元。將樣地內(nèi)所有直徑大于3 cm的喬木用鋁合金號牌編號。以每個調(diào)查單元(網(wǎng)格)的西南角為坐標(biāo)原點，用皮尺測量每株樹木在該調(diào)查單元內(nèi)的坐標(biāo)(x，y)，x表示東西方向坐標(biāo)，y表示南北方向坐標(biāo)。記錄種名、直徑和樹高以及其所處坐標(biāo)。坐標(biāo)先記錄測量喬木到其所在20 m×20 m小樣方4個邊的垂直距離，之后可轉(zhuǎn)換為大樣地的坐標(biāo)。圖1為其中一個20 m×20 m小樣方01號的樣點分布圖，其中重疊的部分表示樹種萌生，坐標(biāo)位置偏差小。

圖1 01號小樣方分布點圖

2.2 分析方法

2.2.1 直徑分布

直徑分布是林分內(nèi)各種大小直徑林木的分配狀態(tài)。當(dāng)林分平均直徑小于8 cm時，采用1 cm徑階距；當(dāng)林分平均直徑為10～18 cm時，采用2 cm徑階距；當(dāng)林分平均直徑在20～38 cm時，采用4 cm徑階距；當(dāng)林分平均直徑大于等于40 cm時，可以采用8 cm徑階距。這樣，可以保證不同徑階距整化的材積誤差都不超過1%[15]。通過計算，林木的平均直徑是10 cm，所以采用2 cm徑階距。

2.2.2 空間參數(shù)

3 結(jié)果與分析

3.1 林區(qū)混交林樹種組成結(jié)構(gòu)

由表1可知。林分的密度為2 452株/hm2，喬木層有17個樹種，針葉樹種只有油松，其它均為闊葉樹種，物種豐富度較高。其中，油松814株，占總株數(shù)的33.2%，斷面積百分比為31.02%；遼東櫟550株，占總株數(shù)的22.43%，斷面積百分比為27.22%；白樺492株，占總株數(shù)的20.07%，斷面積百分比為28.15%；所以，油松、遼東櫟和白樺在林分中占有絕對優(yōu)勢。林分樹種組成式為：3油(油松)3遼(遼東櫟)3白(白樺)+茶(茶條槭)+楊(小葉楊)-杜(杜梨)-漆(漆樹)-楂(野山楂)。

表1 樣地林分概況

注：表中平均直徑、平均樹高數(shù)值為“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”。

3.2 林分的直徑分布

由圖2可知，黃龍山林區(qū)天然油松針混交林中林木隨著徑階的增大，株數(shù)基本上呈遞減趨勢。其中，所屬徑階為4～10 cm的林木最多，大于等于24 cm的林木很少。所以說明此林分中小徑階的林木較多。

圖2 林分直徑分布圖

3.3 林分的空間結(jié)構(gòu)特征

3.3.1 林分樹種空間隔離度

由表2可知，僅有的1棵金銀木在緩沖帶中，所以以下所研究的3個空間參數(shù)均無金銀木樹種。從表2可知。黃龍山林區(qū)天然油松針闊混交林中混交度取值為0、0.25的頻率很低；而取值為0.5、0.75、1的頻率很高，其頻率之和高達(dá)0.8。這說明在林分中，林木大多屬于中度、強(qiáng)度和極強(qiáng)度混交。其中，小葉楊的混交度是極強(qiáng)度混交，油松為中度混交，其它的樹種基本為強(qiáng)度混交。除油松外，零度混交的比例較多；27%的油松屬于弱度混交，其它樹種弱度混交比例很低；油松、遼東櫟、白樺、茶條槭和漆樹相對其它樹種中度混交比例較高；梾木、稠李、海棠和燈臺樹由于株數(shù)很少，都表現(xiàn)出極強(qiáng)度混交，除油松、遼東櫟、白樺、茶條槭和漆樹這5個樹種外，其它樹種也大部分屬于極強(qiáng)度混交；各樹種株數(shù)越少，極強(qiáng)度混交比例越高。整體來講，黃龍山林區(qū)天然油松針混交林的林分混交狀況良好，聚集度低，種群隔離度較高。

3.3.2 林木個體大小分化程度

由表2可知。林分中林木的各個大小比數(shù)分布均勻，基本保持在20%左右，林木大小差異不明顯。這說明在空間結(jié)構(gòu)單元中，林木較穩(wěn)定。各樹種的平均大小比數(shù)取值范圍為0.31～1，所以林分內(nèi)樹種的空間大小分化存在很大的差異。

平均大小比數(shù)還說明黃龍山林區(qū)天然油松針闊混交林中只有很小一部分的優(yōu)勢木；除了白樺和小葉楊屬于亞優(yōu)勢樹種外，其它樹種的平均大小比數(shù)都在0.5以上，絕對優(yōu)勢樹種油松和遼東櫟屬于中庸木。從各樹種大小比數(shù)的頻率可以看出：白樺和小葉楊以優(yōu)勢木為主，分別占38%和40%；亞優(yōu)勢木除了占最大比例的白樺(27%)以及株數(shù)很少的梾木、稠李、海棠、燈臺樹和金銀木外，其它樹種的比例在13%～23%；除了株數(shù)很少的樹種，其它樹種都有一定比例的中庸木，優(yōu)勢樹種油松、遼東櫟和白樺均有20%左右的中庸木；大部分樹種是劣態(tài)木和絕對劣態(tài)木，主要樹種油松、遼東櫟、茶條槭、野山楂、漆樹和杜梨分別累計占有39%、44%、60%、60%、57%和42%，這說明了這些樹種可能由于受相鄰樹種的影響和壓迫，生長狀況不佳。

3.3.3 林分空間分布格局

由表3可知。黃龍山林區(qū)天然油松針闊混交林林分平均角尺度為0.5的頻率在50%以上，所以隨機(jī)的空間結(jié)構(gòu)單元比例最大。全林分的平均角尺度為0.543，整個黃龍山林區(qū)天然油松針闊混交林屬于團(tuán)狀分布。從各個樹種的平均角尺度來看，只有山桃為均勻分布，丁香、燈臺樹、稠李和海棠屬于隨機(jī)分布，其它樹種均屬于團(tuán)狀分布。

表2 各樹種混交度與大小比數(shù)分布

關(guān)于各樹種分布的頻率，均勻和不均勻占有相同的比例，分別為16%、17%，很均勻只有很小的比例，很不均勻占8%。隨機(jī)分布中，華北丁香占有最大比例；除山核桃以外，其它樹種為隨機(jī)分布的都占有50%以上；主要樹種20%左右都為不均勻分布。

表3 各樹種角尺度分布

4 結(jié)論與討論

相對以往的研究，本文首次采用了公頃級大面積的樣地，以1 hm2樣地的樹種組成和直徑分布分析了林分的基本結(jié)構(gòu)，然后用混交度、大小比數(shù)和角尺度3個空間參數(shù)研究和分析黃龍山林區(qū)森林的空間結(jié)構(gòu)。利用傳統(tǒng)林分結(jié)構(gòu)因子和空間結(jié)構(gòu)參數(shù)分析林分結(jié)構(gòu)，結(jié)合足夠大的樣地調(diào)查，更全面地反映了林分結(jié)構(gòu)的特征。黃龍山林區(qū)天然油松針闊混交林林分喬木層樹種為17種，豐富度較高，林分密度較大；林木大部分為4～10 cm的小徑階。從空間結(jié)構(gòu)來看，林木大多數(shù)為中度、強(qiáng)度和極強(qiáng)度混交，林分混交程度較高；大小比數(shù)分布均勻，林木整體大小差異不明顯，但樹種的空間大小分化存在很大的差異，大部分樹種尤其是主要樹種屬于劣態(tài)木或絕對劣態(tài)木；全林分的平均角尺度為0.543，屬于團(tuán)狀分布。

黃龍山林區(qū)天然油松針闊混交林中闊葉樹種成林方式以天然萌生為主。經(jīng)過調(diào)查，發(fā)現(xiàn)其林分條件較差，林木質(zhì)量差。在空間結(jié)構(gòu)單元，優(yōu)勢樹種優(yōu)勢度不太明顯。而且在調(diào)查過程中，整個林分的枯立木很多。根據(jù)生態(tài)學(xué)原理，以優(yōu)化空間結(jié)構(gòu)為目的，可采取間伐調(diào)整措施。間伐時可以綜合將混交度值較小、直徑大小比數(shù)較大和角尺度取值較大的單木作為采伐對象，使林分結(jié)構(gòu)更接近于自然狀態(tài)的林分結(jié)構(gòu)特征，從而提升林分的整體生態(tài)服務(wù)功能。

[1] 惠剛盈,胡艷波.混交林樹種空間隔離程度表達(dá)方式的研究[J].林業(yè)科學(xué)研究,2001,14(1):23-27.

[2] Von G K. Zur bestandesbes chreibung in der forsteinrichtung[J]. Forest and Holz,1993,48(21):602-606.

[3] Hui G Y, Von G K. Das winkemall-theoretische uberlegungen zum optimalen standaerwinkel[J]. Allgemeine Forst und Jagdzeitung,2002,173(9):173-177.

[4] Hui G Y, Gadow K V, Albert M. The neighborhood pattern: a new parameter for describing forest structures[J]. Scientia Slivae Sinicae,1999,35(1):37-42.

[5] 趙陽,余新曉,黃枝英,等.北京西山側(cè)柏水源涵養(yǎng)林空間結(jié)構(gòu)特征研究[J].水土保持研究,2011,18(4):183-188.

[6] 閆東鋒,吳明作,楊喜田.寶天曼國家級自然保護(hù)區(qū)櫟類天然林林分空間結(jié)構(gòu)特征[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報,2011,39(9):52-53, 77.

[7] 李麗,惠剛盈,惠淑榮,等.不同樣地大小對天然林林分的密度估計和格局分析影響研究[J].科技導(dǎo)報,2007,25(9):40-46.

[8] Clark P J U·Evans F C. Distance to nearest neighbor as a measure of spatial relationships in populations[J]. Ecology,1954,35:445-453.

[9] 趙洋毅,王克勤,陳奇伯,等.西南亞熱帶典型天然常綠闊葉林的空間結(jié)構(gòu)特征[J].西北植物學(xué)報,2012,32(1):187-192.

[10] 樊丙玉,郝耀鋒,吳開華,等.葉山次生落葉闊葉林主要樹種空間結(jié)構(gòu)特征[J].安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2012,39(5):765-769.

[11] Satoshi N S, Naoki K. Variability of local spatial structure in a wave-regenerated Abies forest[J]. Ecol Res,2012,27:893-901.

[12] Yuanfa Li, Gangying Hui, Zhonghua Zhao. The bivariate distribution characteristics of spatial structure in natural Korean pine broad-leaved forest[J]. Journal of Vegetation Science,2012,23:1180-1190.

[13] Ren Shaohong, Su Lei, Zhu Jinghai. Fractal researches on the spatial structure of the urban system in Sheyang Economic Zone[J]. Advanced Material Research,2013,689:467-472.

[14] 康永祥,岳軍偉,張巧明.黃龍山林區(qū)遼東櫟群落類型劃分及其生物多樣性研究[J].西北林學(xué)院學(xué)報,2007,22(3):7-10.

[15] 何美成.關(guān)于林木徑階整化問題[J].林業(yè)資源管理,1998(6):34-37.

[16] 惠剛盈,Gadow K V,胡艷波.林分空間結(jié)構(gòu)參數(shù)角尺度的標(biāo)準(zhǔn)角選擇[J].林業(yè)科學(xué)研究,2004,17(6):687-692.

[17] 惠剛盈,Gadow K V,胡艷波,等.林木分布格局類型的角尺度均值分析方法[J].生態(tài)學(xué)報,2004,24(6):1225-1229.

Spatial Structure ofPinustabulaeformiMixed Forest in Huanglong Mountain/

Wang Qing, Li Weizhong, Deng Hongjian, Gong Zhiwen(Northwest Agriculture & Forestry University, Yangling 712100, P. R. China); Wang Guangru(Forestry Bureau of Huanglong); Wang Daoliang(Northwest Agriculture & Forestry University)//

1) 國家自然科學(xué)基金項目(31170587)資助。

王慶，女，1987年6月生，西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院，碩士研究生。E-mail：wangqing82268@hotmail.com。

李衛(wèi)忠，西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院，副教授。E-mail：wzhli6465@163.com。

2013年11月6日。

S753

責(zé)任編輯：王廣建。