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        華北落葉松天然林樹種結構及其生長特征研究①

        2019-04-04 06:42:28王艷軍王麗華孔慶成于文慧李大勇
        熱帶農業(yè)工程 2019年4期
        關鍵詞:花楸株數(shù)天然林

        王艷軍 王麗華 魏 然 宮 宇 孔慶成 于文慧 李大勇 封 茜

        (河北省木蘭圍場國有林場管理局 河北承德068450)

        樹種組成是森林的重要林學特征之一。華北落葉松(Larix principis-rupprechti Mayr)天然林的樹種結構能反映種群結構特征,揭示林分中主體種群和一般種群的生長特征及更替規(guī)律。主體種群是指林分中占絕對優(yōu)勢的樹種群落,無論是株數(shù)比例還是斷面積比例在林分所有樹種中均為最大,由一個或多個樹種構成;一般種群是指林分中除優(yōu)勢樹種之外的樹種群落,由一個或多個樹種構成,與主體群落相互依存、相互作用的樹種群落。本文通過對華北落葉松天然林樹種結構特征及生長特征進行研究,分析主體種群華北落葉松與一般種群間的結構特征、樹種組成、空間分布,探討各個種群間的相互作用、生長特征以及種群結構的發(fā)展、變化趨勢,進而為華北落葉松天然林的近自然經營技術提供依據(jù),也為華北落葉松人工純林的可持續(xù)經營提供參考。

        1 材料與方法

        1.1 研究地概況

        研究地位于河北省圍場縣西南部,木蘭圍場國有林場管理局龍頭山林場吉字營林區(qū),南與隆化縣接壤。地理位置為東經117°39′39″,北緯41°51′52″,屬大陸性季風型山地氣候。海拔750~1 790 m,年平均氣溫-1.4~4.7℃,最高氣溫為39℃,最低氣溫為-42.9℃。無霜期為67~128 d,年降水量為380~560 mm[1]。地貌為山地,坡向東北,棕壤厚土層。

        研究地林分起源為天然林,主體種群為華北落葉松,一般種群有花楸(Sorbus pohuashanensis)、白樺(Betula platyphylla)、五角楓(Acer mono)、黑樺(Betula duburica)、蒙古櫟(Quercus mongolica)、山楊(Poplus davidiana)等。

        1.2 方法

        1.2.1 樣地處理

        2017 年10 月,于河北省承德市圍場縣吉字營林區(qū)的半截溝天然落葉松林區(qū)設置100 m×100 m的固定樣地,按照劃分好的小樣方對每棵活立木編號,檢尺每木(調查胸徑、樹高、樹種),調查樣地內灌木、草本物種多樣性。對每株活立木進行精確定位,確定基部的三維坐標(X,Y,Z)位置,計算樹木空間結構指數(shù)。

        1.2.2 樹種組成

        樹種組成采用十分法,即各樹種組成系數(shù)之和為10;樹種多樣性主要利用Margalef 豐富度指數(shù)、Simpson 多樣性指數(shù)、Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)、Pielou 均勻度指數(shù)及Jaccard 相似性指數(shù)[2]。各指標計算公式如下:

        豐富度指數(shù):以樣方中物種的數(shù)目表示物種豐富度。

        Simpson多樣性指數(shù):

        Shannon-Wiener多樣性指數(shù):

        Pielou均勻度指數(shù):

        E = H′lnS

        式中:i=1,2,…,S;S 為樣方中出現(xiàn)的物種數(shù)量;Pi為物種ⅰ的個體數(shù)占群落總個體數(shù)的比。

        Jaccard相似性指數(shù):

        式中:q 為林分相似性系數(shù);c 為兩個林分共有的物種數(shù)目;a 和b 分別代表兩個林分的物種總數(shù)。0.00<q≤0.25 表示極不相似,0.25<q≤0.50表示中等不相似,0.50<q≤0.75 表示中等相似,0.75<q≤1.00表示極相似。

        1.2.3 林分空間結構

        林分空間結構一般用角尺度等結構參數(shù)表示,這些結構參數(shù)能夠準確分析森林群落內林木個體空間的分布特征,均以中心木和圍繞四周的4株最相鄰木為基本結構單元進行計算[3]。使用winkelmass、RStudio 軟件計算角尺度、混交度、大小比數(shù)和密集度等指數(shù)。

        2 結果與分析

        2.1 樹種組成

        樣地中共有10 個樹種,樹種組成為6 落3花1 雜。無論是株數(shù)比例還是斷面積比例,華北落葉松在林分所有樹種都是最大的,均占全林分的50% 以上,平均胸徑達28.2 cm,最大為48.8 cm。樣地中花楸的株數(shù)比例達30%,但平均胸徑僅6.2 cm,白樺株數(shù)較少,占全林分總株數(shù)的6%,但胸徑較大,平均胸徑達25.1 cm[4]。樣地中其他樹種,如黑樺、白榆、山楊、五角楓、蒙古櫟、黃花柳、蒙椴等的株數(shù)比例和斷面積比例均較低。因此,吉字營林區(qū)華北落葉松天然林中,主體種群為華北落葉松,一般種群有花楸、白榆、山楊、五角楓及蒙古櫟等樹種[5]。

        2.2 林分空間結構

        運用RTK 對樣地內所有林木進行定位,用林分空間結構分析軟件winkelmass、RStudio 等對吉字營林區(qū)華北落葉松天然林的空間結構特征進行分析。由圖1 可知,該林分的平均角尺度為0.513 9,說明林分內林木的分布格局為隨機分布。由圖2 可知,林分平均混交度為0.547 1,說明樣地內林木屬于高度混交向強度混交過渡的狀態(tài)。

        樣地內林木的大小分化程度及各樹種的競爭狀態(tài)運用大小比數(shù)和密集度進行分析[6]。由圖3 可知,林分平均大小比數(shù)為0.490 8,說明林分分布大小差異明顯。由圖4 可知,林分平均密集度為0.912 0,說明林木間競爭相當激烈。

        樣地內更新種群調查統(tǒng)計結果顯示,五角楓占更新幼樹總數(shù)的80%,花楸、蒙古櫟各占10%。

        圖1 角尺度分布頻率

        圖2 混交度分布頻率

        圖3 大小比數(shù)分布頻率

        圖4 密集度分布頻率

        3 結論和討論

        華北落葉松天然林的主體種群為華北落葉松,一般種群里花楸株數(shù)較多,白樺胸徑較大。華北落葉松胸徑為4.0~48.8 cm,花楸胸徑為3~24 cm,白樺胸徑為11~44 cm,但株數(shù)比例只占6%。說明主體種群優(yōu)勢明顯,花楸為輔助樹種,白樺樹種進入更替期,數(shù)量將越來越少[7]。

        華北落葉松天然林在空間結構方面屬隨機分布、中度混交,平均密集度在0.9以上,林分密度偏大,需用心經營。

        從林分更新種群來看,該林分自然演替后的主體種群將成為華北落葉松和五角楓。

        根據(jù)吉字營林區(qū)華北落葉松天然林的樹種結構及自然生長特征,經營中應充分尊重自然規(guī)律,促進演替進程,改善林分質量,實現(xiàn)可持續(xù)經營,以更好更充分地發(fā)揮森林的多種功能。

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