孟 楚，鄭小賢

（北京林業(yè)大學 森林資源與環(huán)境管理國家林業(yè)局重點實驗室，北京100083）

馬尾松是我國南方分布十分廣泛的用材林樹種，在森林資源的構(gòu)成中占有非常重要的地位。近年來，有關(guān)馬尾松人工林生態(tài)系統(tǒng)生物量［1-4］和碳儲量［5-6］的研究較多，對馬尾松天然林的研究較少，且主要涉及馬尾松胸徑與根徑等的關(guān)系［7］、生物量與根系分布特征［8］、碳儲量及碳密度特征［9-10］等。關(guān)于馬尾松天然林空間結(jié)構(gòu)特征的研究鮮有報道。

林分功能的實現(xiàn)由林分結(jié)構(gòu)來決定，所以良好林分功能的實現(xiàn)的基礎是合理林分結(jié)構(gòu)。而林分結(jié)構(gòu)包括林分基本結(jié)構(gòu)和林分空間結(jié)構(gòu)。以往的研究多以研究林分基本結(jié)構(gòu)為主，如樹種組成、直徑分布、樹高分布、個體數(shù)量等［11-13］。近年來，人們越來越重視對林分空間結(jié)構(gòu)特征及其相關(guān)分析的研究。林分的空間結(jié)構(gòu)特征不僅體現(xiàn)了樹木在空間上的分布格局，對樹木間的競爭勢以及空間生態(tài)位起了決定作用，并且很大程度上對林分穩(wěn)定性、發(fā)展的方向以及其經(jīng)營措施起了決定作用［14］。分析研究天然林的結(jié)構(gòu)特征，不僅有助于弄清天然林群落的種內(nèi)、種間關(guān)系等，還能夠為次生林經(jīng)營或人工林改造提供理論依據(jù)［15］。本研究將全面分析福建將樂林場馬尾松天然林的角尺度、混交度、大小比數(shù)和林層比等空間結(jié)構(gòu)特征，以期為馬尾松天然林經(jīng)營提供科學依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

福建省三明市將樂國有林場（117°05′-117°40′E、26°26′-27°04′N）地處武夷山東南麓，金溪河畔，為褶皺山地地貌，山矮坡陡，平均海拔在400～800m。該地區(qū)屬于亞熱帶季風氣候，年平均氣溫18.7℃，氣候較為溫潤。土壤質(zhì)地多為沙壤土或者輕壤土，腐殖質(zhì)層多為灰黑色，其厚度為4.5～15.5 cm。林場土地總面積為7 113.6hm2，森林覆蓋率94.8%。有林地面積為6 568.9hm2，針葉林面積占86.9%。馬尾松為該地區(qū)主要用材樹種。

2 材料與方法

2.1 樣地調(diào)查

綜合考慮該地區(qū)馬尾松天然林的區(qū)域分布、立地條件等因素，通過踏查，于2014年7月在將樂林場選擇人為干擾較少的、具有代表性的馬尾松天然林林分設置樣地9塊（表1）。記錄好各樣地的經(jīng)緯度、海拔、坡度和坡向等基本情況。然后把每塊樣地分成若干個10m×10m的小樣方，調(diào)查并且記錄各個樣方內(nèi)所有喬木（D≥5cm）的種名、冠幅、胸徑、樹高、枝下高及其相對坐標。

表1 樣地基本情況Table 1 Base situation of sample plot

2.2 空間結(jié)構(gòu)特征研究

林分空間結(jié)構(gòu)的基本單元可由林分內(nèi)任意的單株樹木及其附近最近的n株相鄰木構(gòu)成，核心樹則被稱作參照樹。當n=4時，能夠較大程度的滿足對林分空間結(jié)構(gòu)分析的需求［16］。故選取n=4的結(jié)構(gòu)單元。

運用Winkelmass1.0分析林分空間結(jié)構(gòu)：①描述林木個體空間分布格局的角尺度（Wi）、②描述樹種空間隔離程度的混交度（Mi）、③描述樹木大小分化程度的大小比數(shù)（Ui）、④描述林木個體生長空間的開敞度（Ki）、⑤描述林木的空間配置情況的林層比（Si）［17-18］。為了避免邊緣效應可能對林分結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響，計算空間結(jié)構(gòu)參數(shù)時，設置3m緩沖區(qū)。

3 結(jié)果與分析

3.1 林分概況

調(diào)查林分的平均密度為1 616株／hm2。由表2可知，林分內(nèi)有喬木樹種25種，其中落葉樹種有3種，常綠樹種有22種，落葉樹種與常綠樹種蓄積比例為1∶9。以胸高斷面積計算的樹種組成為：6馬尾松1甜櫧1木荷+黃潤楠+栲樹+米櫧+微毛山礬-苦櫧-刨花潤楠-福建冬青。馬尾松為該林分的優(yōu)勢樹種，其重要值為39.5%。

林分的平均胸徑為13.7cm，胸徑范圍為5.0～49.9cm；林分平均樹高為11.1m，樹高范圍為3.2～21.7m。胸徑和樹高分布的范圍幅度都較大。平均胸徑和平均樹高由大到小排序為：常綠樹種＞全林分＞落葉樹種。楓香、擬赤楊以及栓皮櫟等落葉樹種的胸徑和樹高均值都小于林分均值；馬尾松、甜櫧、栲樹、米櫧和青岡等常綠樹種的胸徑和樹高均值都大于林分均值。全林分胸徑和樹高的最大值和最小值均為常綠樹種。全林分平均冠幅為3.2m，落葉樹種的平均冠幅大于常綠樹種。

表2 將樂林場馬尾松天然林主要樹種生長狀況Table 2 The growth status of main tree species of P.massoniannatural forest in Jiangle forest farm

根據(jù)我國林層劃分的標準［19］以及研究區(qū)相關(guān)研究成果［20-22］，將馬尾松天然林劃分為3個林層，各林層概況見表3。各林層株數(shù)由多到少的順序為下林層、中林層、上林層；蓄積量由大到小的順序為中林層、上林層、下林層。上林層的林木株數(shù)占3.96%，而蓄積量占整個林分的近20%。上林層主要樹種是馬尾松和甜櫧，中林層主要樹種為馬尾松，下林層主要樹種為木荷和馬尾松等。落葉樹種中楓香、擬赤楊和栓皮櫟主要集中在下林層。

表3 林層概況Table 3 Greneral situation of forest story

3.2 空間結(jié)構(gòu)

3.2.1 林木個體水平空間分布格局 通過表4能夠看出，全林分角尺度的均值是0.57，呈現(xiàn)聚集分布，角尺度為0.50所占的頻率最高，達到55%。落葉樹種的角尺度均值為0.58，常綠樹種的角尺度均值為0.57，都屬于聚集分布，差別不大。

通過分析林分內(nèi)各樹種的角尺度均值可以得出，馬尾松角尺度的頻率分布與全林分角尺度的頻率分布比較相似，角尺度均值也是0.57，屬于聚集分布。這是因為馬尾松為該林分的優(yōu)勢樹種，其角尺度分布對全林分角尺度分布有一定的影響。其他常綠樹種中，檵木、楊梅、杉木角尺度均值在0.475以下，屬于均勻分布；苦櫧、黃瑞木、福建冬青、茅栗屬于隨機分布，其余樹種均屬于聚集分布；落葉樹種中，楓香和栓皮櫟均屬于聚集分布。

表4 全林分及主要樹種混交度及角尺度頻率分布Table 4 Frequency distribution of angle index and mingling degress of the whole forest stand and main tree species

3.2.2 林木空間隔離程度 由表4可知，全林分混交度的均值是0.56，介于中度混交與強度混交之間。整個林分處于中度混交、強度混交和極強度混交的累計頻率達到68%，表明了林分中樹種的較高的間隔離程度。落葉樹種和常綠樹種混交度的均值都為0.56。

從各樹種混交度平均值分析，馬尾松混交度均值為0.44，介于弱度混交和中度混交之間，中度混交以上的累計頻率高達57%。林分內(nèi)其他常綠樹種中，木荷、甜櫧、微毛山礬、黃潤楠、刨花潤楠和黃瑞木的混交度均值都處于中度混交和強度混交之間，其余的混角度均值都為強度混交以上；落葉樹種混交度均值均處于中度混交以上。

3.2.3 林木開闊程度分析 由表4可知，全林分的平均開敞度為0.17，為生長空間嚴重不足。落葉樹種的平均開敞度僅為0.09，而常綠樹種平均開敞度僅為0.17，都表現(xiàn)出了生長空間嚴重不足。

對各樹種的開敞度均值進行分析可以得出，除紅葉樹以及青岡的生長空間達到基本充足狀態(tài)、楊梅達到充足狀態(tài)以外，其余的各樹種全都處于生長空間不足的狀態(tài)，并且絕大多數(shù)樹種都處于生長空間嚴重不足的狀態(tài)。由于紅葉樹、青岡和楊梅數(shù)量較少，可能對計算結(jié)果產(chǎn)生了影響。

3.2.4 林木個體大小分化程度 以胸徑、樹高和冠幅計算全林分的大小比數(shù)分別為0.49、0.48和0.53，均接近于中庸狀態(tài)。分別用這3個指標對重要值在前5位的樹種（馬尾松、甜櫧、木荷、黃潤楠、微毛山礬）的大小比數(shù)進行計算（表5）。

表5 馬尾松天然林中主要樹種不同生長指標的大小比數(shù)Table 5 The neighborhood comparison of different growth index of main tree species in P.massoniannatural forest

由表5可以看出，同一樹種根據(jù)不同指標計算的大小比數(shù)均值略有差別。馬尾松為林分中的優(yōu)勢樹種，不同指標的大小比數(shù)的分布頻率差異不大，說明林分中馬尾松的胸徑、樹高、冠幅大小分化差異明顯。以胸徑計算的平均大小比數(shù)表明，馬尾松和甜櫧在結(jié)構(gòu)單元中處于亞優(yōu)勢到中庸狀態(tài)；木荷和黃潤楠處于中庸到劣勢狀態(tài)；而微毛山礬處于劣勢到絕對劣勢狀態(tài)。以樹高計算的平均大小比數(shù)表明，馬尾松和甜櫧在結(jié)構(gòu)單元中處于亞優(yōu)勢到中庸狀態(tài)；木荷、黃潤楠、微毛山礬處于中庸到劣勢狀態(tài)。以冠幅計算的平均大小比數(shù)表明，甜櫧在結(jié)構(gòu)單元中處于亞優(yōu)勢到中庸狀態(tài)；馬尾松、木荷、黃潤楠、微毛山礬處于中庸到劣勢狀態(tài)，接近中庸狀態(tài)。

3.2.5 林層比 由表6可以看出，全林分的林層比平均值為0.43，表明平均只有1.72株非同一林層相鄰木與參照樹組成結(jié)構(gòu)單元。林層比為0.25所占的頻率最高，達到31%，表明參照樹周圍4株最近相鄰木中有1株與參照樹不屬于同一林層的情況最多。參照樹周圍4株最近相鄰木與參照樹均不屬于同一林層的情況最少，僅為9%。落葉樹種的林層比均值為0.22，常綠樹種的林層比均值為0.44，常綠樹種的垂直林層結(jié)構(gòu)較落葉樹種復雜。

從各樹種林層比平均值分析，常綠樹種中，馬尾松、米櫧、檵木、茅栗4個樹種林層比均值超過0.50，說明以這些樹種為參照數(shù)的結(jié)構(gòu)單元相鄰木平均有2株以上與參照樹不屬于同一林層，其他樹種林層比均＜0.50；落葉樹種中楓香和栓皮櫟的林層比平均值分別為0和0.25，均＜0.50，垂直方向上的成層性較為簡單。

表6 全林分及主要樹種林層比頻率分布Table 6 Frequency distribution of over story of the whole forest stand and main tree species

4 結(jié)論與討論

對將樂林場馬尾松天然林結(jié)構(gòu)特征進行分析，旨在為研究區(qū)馬尾松天然林經(jīng)營提供依據(jù)。研究結(jié)果表明，林分內(nèi)共出現(xiàn)25個喬木樹種，馬尾松為該林分的優(yōu)勢樹種。林分中，常綠樹種的種類遠多于落葉樹種，且常綠樹種胸徑和樹高的均值都大于落葉樹種，平均冠幅小于落葉樹種。林分的中、上林層主要是以馬尾松和甜櫧等常綠樹種為主，楓香、擬赤楊和栓皮櫟等落葉樹種主要集中在下林層。

選用角尺度、混交度、大小比數(shù)、開敞度和林層比5個空間結(jié)構(gòu)指標全面分析了馬尾松天然林的空間結(jié)構(gòu)特征。林木屬于聚集分布，林分處于中強度混交之間，胸徑、樹高以及冠幅的生長全都接近中庸狀態(tài)，林木的生長空間處于嚴重不足狀態(tài)、林分垂直方向上的成層性較為簡單。林分的空間結(jié)構(gòu)處于不穩(wěn)定的狀態(tài)。在森林經(jīng)營的過程中，在保證多樣性的基礎上，建議通過補植和封育等措施來調(diào)整林分的密度和樹種組成，提高林分空間結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

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