王勝楠，薛 帥

（1.承德市灤平國有林場管理處老虎溝林場，河北 灤平068253；2.沙河市林業(yè)局，河北 沙河 054100）

林木空間結構為林木在林地中的分布格局和屬性在空間上的組合，即林木的分布、大小、樹種等空間關系的結合[1]。林木空間結構是林分的重要特征，對于了解林木的生長、發(fā)育、更新過程有特別重大的意義[2]。林分空間結構對林分的穩(wěn)定性、經(jīng)營措施及發(fā)展方向有決定性作用，能反映出林木之間的空間生態(tài)位和競爭優(yōu)勢[3]。由惠剛盈提出的大小比數(shù)，即中心樹的直徑大于相鄰樹木的數(shù)量觀察周邊全部相鄰樹木的比例[4]。大小比數(shù)的參照指標有林木直徑、樹高、冠幅等，其中林木直徑應用方便簡單，使用較多[5-6]。大小比數(shù)是描述空間結構的參數(shù)之一，可用來度量相鄰樹木之間的生長差異。

樺樹（Betua platyphylla）是次生林破壞后次生裸地天然更新的先鋒樹種，通過伐樁萌芽[7]和天然下種[8－9]更新，生長迅速，材質優(yōu)良。落葉松（Larix principic-rupprechtii.）屬于人工更新的樹種，生長迅速，生產(chǎn)力高，適應性強，易于栽培，其木材密度高、纖維長，是一種優(yōu)良的造林樹種[10]。但是，現(xiàn)階段大部分樺落混交林經(jīng)營水平還很低，生態(tài)平衡能力較低，生態(tài)效益較低。而且目前對樺落混交林的空間結構與生長之間的關系的研究還很少，因此，本研究可以為提高針闊混交林的現(xiàn)代化經(jīng)營管理水平，制定更合理的經(jīng)營管理方案，優(yōu)化林分結構，實現(xiàn)森林的可持續(xù)利用提供一定的理論基礎，具有一定的現(xiàn)實意義[11]。

1 研究區(qū)概況

本研究在圍場縣西部桃山林場，位于燕山山脈余脈。平均海拔1400m，地理坐標為E116°32′～118°14′，N41°35′～42°40′，屬于中溫帶向寒溫帶、半干旱向半濕潤過度、典型大陸性季風型的高原山地氣候，年平均氣溫為3℃，無霜期為110d，年均降水量450 mm，主要集中在7～9月。喬木樹種主要有山楊（Pobulus davidi-anaDode）、白樺（Betula platyphyllaSuk.）、樟子松（Pinue sylvescrisvar.mongolicaLitv.）、 落 葉 松 （Larix principic-rupprechtii.），灌木主要有榛子（Corylus heterophyllaFisch.ex Bess.Corylus heterophyllaFisch.ExBess.var）、白丁香、胡枝子（Lespedeza bicolorTurcz.），草本主要有玉竹（Polygonatum odoratum）、龍牙草（Agrimonia pilosa）、歪頭菜（Vicia unijuga）、茜草（Rubiacordifolia）、 獨 活 （Heracleumhemsleyanum）等。

2 研究方法

2.1 樣地調查

通過對研究地的調查及觀測，用羅盤儀設置一個50m×30m的樣地，樣地內共計390株樹，然后對樣地內的樹木進行每木檢尺，對測得的胸徑按徑階排列好，然后從不同徑階中按比例抽取具有代表性的樹木共36株，用測高器對其進行測高，并做好記錄。

2.2 樣木選取與木芯的采集

本研究主要選擇大小比數(shù)為1和0.5，劃分大小比數(shù)的標準依據(jù)為胸徑。按照以n=4，即中心樹及其周圍4株相鄰木組成的結構單元為基礎，即每組樹木的數(shù)量為5。找到滿足條件的5株樹后，用生長錐在距地面1m左右處鉆取中心樹和周圍4株樹中最粗一株的木芯，所鉆出的木芯必須過髓心，同時測量中心樹和周圍樹之間的距離、角度及每株樹的胸徑、冠幅、樹高，并做好記錄。

樺落混交林有株間混交、塊狀混交等，本研究地為塊狀混交。選取以落葉松為中心樹大小比數(shù)為0.5和1的樹木組合分別為19、20組；以樺樹為中心樹大小比數(shù)為0.5和1的樹木組合分別為 21、19組。

2.3 木芯的處理

2.3.1 野外處理

將采集的木芯按照“樹種+大小比數(shù)+組號+株號”形式進行編號，然后用紙進行包裝并集中保存，在自然風干過程中要時常觀看翻晾，防止失水過度或發(fā)霉。

2.3.2 室內處理

采集的木芯自然風干后，用白乳膠固定在木槽內；然后先用粗砂紙后用細砂紙打磨木芯，直到木芯樣本表面發(fā)光發(fā)亮且年輪清晰為止；再將打磨好的木芯用掃描儀掃描到電腦上進行保存，所用分辨率為1200。

2.3.3 年輪測量

定年畫線：在Photoshop軟件中將掃描的圖片用交叉定年法確定年限，然后畫一條垂直于年輪且過髓心的直線，保存?zhèn)溆谩?/p>

定點取坐標：將上步處理好的圖片在CooRecorder7軟件中打開，然后在年輪與線的交點處點點，即得到每點的坐標。

計算年輪寬度：將得到的坐標導入Excel中，根據(jù)兩點之間的距離公式

計算年輪的寬度。

2.4 林分的空間結構

計算林分大小比數(shù)、角尺度、混交度等林分結構參數(shù)時，利用空間結構分析軟件計算，緩沖區(qū)邊緣設置為5m，這樣可以消除林分邊緣對空間結構參數(shù)計算的影響，公式如下：

式中vij、zij、kij均為離散型變量。當中心樹i與第j株相鄰木非同種時vij＝1，

反之，vij＝0；當相鄰木 j比中心樹 i大時 kij＝1，反之，kij＝0；當?shù)趈個 α 角小于標準角 α（0α0＝72°）時 zij＝1，反之，zij＝0。

3 結果分析

3.1 林分的空間結構

林分直徑分布是指林分中的各徑階樹木的分布情況，它的特征展現(xiàn)出了林分生長及其組成結構情況，可以直接影響林木的樹高、樹冠、材積及樹種等因子[6]。直徑分布見圖1，從圖1中可以看出直徑分布幾乎為正態(tài)分布，林分的平均直徑所在徑階中的林木數(shù)量最多，其他徑階中的林木數(shù)量向兩端逐漸減少。

圖1 林分直徑分布

由圖1可以看出：林木大多集中于10～16cm徑階，大徑階林木比例不大，這就表明林分內的樹種結構和組成限制了林木的生長，需要對其進行間伐，促進林木的合理分布。

混交度是以相鄰最近單株中非同種單株所占比例來描述樹種間空間隔離關系的結構參數(shù)。樺落混交林林分混交度分布規(guī)律性明顯，混交度比例隨Mi值的增大而減小，林分的平均混交度為0.105263，以零度混交為主，中度、強度和極強度混交的林木比例較小。說明林分空間隔離狀況較差，混交程度較低，林分中同種樹種大多與本種伴生，呈聚集分布，見圖2。

圖2 樺落混交林大小比數(shù)、混交度及角尺度的分布

大小比數(shù)是以大于中心樹的相鄰木占全部相鄰木的比例來描述林分空間結構復雜性的結構參數(shù)。由圖2可以看出，林分大小比數(shù)株數(shù)頻率分布于［0.177，0.213］區(qū)間，5種狀態(tài)的林木分布較均勻，林分平均大小比數(shù)為0.48，說明林分內個體分化較為明顯，不同徑級林木分布較為均勻。由樹種大小比數(shù)分析樹種優(yōu)勢度可以得出，種群林木優(yōu)勢狀態(tài)分布較為平均。

角尺度是以相鄰樹木圍繞中心樹的均勻性來描述林木水平分布格局的結構參數(shù)。由圖2可以看出，角尺度呈顯著單峰分布，峰值出現(xiàn)在Wi＝0.5，頻率達 58.5%并向兩側遞減，Wi＝0.25 和 Wi＝0.75 的分布頻率分別為 15．0%和 27.0%，Wi＝0 和Wi＝1的分布頻率均為0%，數(shù)量差異較大。林分內處于Wi＝0.5等級的林木最多，其株數(shù)比例超過總株的1/2，說明林木大多為聚集生長，即團狀分布。從林分平均角尺度來看，W＝0.530471，也說明該群落內林木水平格局呈團狀分布，但聚集程度較低，接近隨機分布。

3.2 樺樹的大小比數(shù)與直徑生長

以中心樹為大小比數(shù)0.5的空間結構單元，與其最粗木比較，分3種情況：一直處于劣態(tài)共10組，前后期處于劣態(tài)中期競爭生長共4組，前期處于劣態(tài)中后期競爭生長共7組。每種情況選取具有代表性的一組見圖3。

由圖3可知，中心樹連年生長量較小，一直處于劣態(tài)。但是后期差異減小的趨勢不明顯，說明中心樹的生長受到抑制；中期中心樹與最粗樹競爭生長，主要集中于8～20a；競爭開始時間是從第7年開始。但是最粗樹的生長優(yōu)勢不太明顯。

圖3 樺樹中心樹和最粗樹的直徑連年生長量變化

3.3 落葉松的大小比數(shù)與直徑生長

以中心樹為大小比數(shù)0.5的空間結構單元，與其最粗木比較，分3種情況：一直處于劣態(tài)共12組，前后期處于劣態(tài)中期競爭生長共3組，前期處于劣態(tài)中后期競爭生長共4組。每種情況選取具有代表性的一組見圖4。

由圖4可知，中心樹的連年生長量一直低于最粗樹，說明中心樹雖然受到抑制，但抑制較?。恢行臉湓谇昂笃谔幱诹討B(tài)，中期兩者差異較小競爭生長。據(jù)統(tǒng)計，兩者競爭主要集中于8～15a，較大小比數(shù)為1的競爭時間長2～3a，可能因為這種生長關系的林木附近林分充分郁閉，對營養(yǎng)空間的爭奪激烈，競爭持續(xù)時間長；中心樹與最粗樹的競爭開始于第8年。

通過對比分析得出，樺樹和落葉松的生長過程基本一致。中心樹的生長過程都分3種情況：一直處于劣態(tài)；前后期處于劣態(tài)，中期競爭生長；前期處于劣態(tài)，中后期競爭生長。與最粗樹的競爭主要集中于8～15a，這樣樺樹與落葉松混交容易撫育管理，充分發(fā)揮混交林的作用。

圖4 落葉松中心樹和最粗樹的直徑連年生長量變化

3.4 不同大小比數(shù)木的直徑生長差異

將不同大小比數(shù)的樣本以2cm為徑階排列，從每徑階中選取一株具有代表性的樹木，然后將其直徑生長量平均后做成折線圖。

圖5 落葉松不同大小比數(shù)木直徑連年生長量

圖5可以看出，劣態(tài)木的連年生長量一直低于優(yōu)勢木和中庸木，生長受到抑制，處于被壓狀態(tài)。1～7a為落葉松的速生階段，隨后生長量逐漸下降，23a以后趨于穩(wěn)定。

圖6 樺樹不同大小比數(shù)木直徑連年生長量

圖6可以看出，1～9a之間，優(yōu)勢木、中庸木和劣態(tài)木三者分化明顯，優(yōu)勢木一直處于優(yōu)勢，而劣態(tài)木一直處于被壓狀態(tài)；9a以后中庸木與優(yōu)勢木生長量相當，兩者競爭生長，甚至中庸木占一定優(yōu)勢，劣態(tài)木一直被壓。可能是因為中庸木周圍樹木因為自燃稀疏而死亡，為中庸木創(chuàng)造了足夠的生長空間，生長加速。

綜上，樺樹和落葉松出現(xiàn)競爭的年限基本一致，9a以后連年生長量都下降很快，因此第9年需要進行撫育采伐，保留優(yōu)勢林木。

由圖7可知：樺樹和落葉松的生長趨勢基本一致，總生長量曲線隨年齡的增長呈直線上升，優(yōu)勢木和中庸木的生長量總是比劣態(tài)木大。但是樺樹的優(yōu)勢木與中庸木隨著時間的推移差異沒有明顯變化，劣態(tài)木與中庸木在9a之前差距極小，隨后差距逐漸增大。而落葉松的優(yōu)勢木與中庸木在9a之前差距極小，隨后逐漸增大，劣態(tài)木始終被壓。

圖7 不同大小比數(shù)木直徑總生長量

4 結論與討論

（1）樺樹和落葉松的中心樹直徑生長過程基本一致。對于大小比數(shù)為0.5的空間結構單元，與相鄰最粗樹比較，分3種情況：一直處于劣態(tài)；前后期處于劣態(tài)，中期競爭生長；前期處于劣態(tài)，中后期競爭生長。

（2）不同大小比數(shù)木的林木之間的競爭主要集中于8～15a。

（3）樺樹和落葉松的生長趨勢基本一致，總生長量曲線隨年齡的增長呈直線上升，9a之前差異極小，之后逐漸增大。

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