王 剛

（遼寧省森林經(jīng)營(yíng)研究所，遼寧 丹東 118002）

林分空間對(duì)林分的生長(zhǎng)、穩(wěn)定、經(jīng)營(yíng)等有著十分重要的影響。為研究林分空間分布情況，1954年Clark等研究提出，林木中林分的分布格局為隨機(jī)分布、均勻分布、團(tuán)狀分布[1]。1999年，惠剛盈采用角尺度對(duì)個(gè)體林木分布格局進(jìn)行探索研究[2]。經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，角尺度已經(jīng)成為研究林分空間分布情況的重要參數(shù)。在相關(guān)研究中，采用距離緩沖區(qū)、8鄰域平移式、8鄰域?qū)ΨQ式和第4鄰體距離判定法對(duì)形狀規(guī)整的樣地進(jìn)行研究[3-4]。由于樣地邊界形狀不規(guī)則，很難采用以上方法進(jìn)行研究。本文嘗試采用剔除邊界木的方法研究調(diào)查樣地的空間分布情況。

調(diào)查樣地具有較長(zhǎng)的人為經(jīng)營(yíng)行為干擾歷程，研究該樣地當(dāng)前的林木空間結(jié)構(gòu)狀況，檢驗(yàn)樣地林木生長(zhǎng)狀況，分析歷史經(jīng)營(yíng)行為的效果，為進(jìn)一步提高森林經(jīng)營(yíng)效果提供參考。

1 研究區(qū)概況

研究樣地位于遼寧省本溪市本溪滿族自治縣草河口鎮(zhèn)（123.908° E，40.869° N），地處沈丹屋脊，長(zhǎng)白山余脈，平均海拔310 m，四周皆山，山嶺重疊，林地坡度為10°～20°。屬溫帶氣候，溫度低，雨量大，冬季干冷，年均氣溫6.5 °C，最低氣溫-31.7 °C，最高氣溫36.7 °C，≥10℃的年積溫2 829.7℃，年均降水量926.3 mm，年蒸發(fā)量900～1 000 mm。相對(duì)濕度74%，無(wú)霜期150 d左右。土壤為山地棕色森林土，土層厚度為30～50 cm，pH值為5.5～6.5，疏松肥沃，透水性良好，有機(jī)質(zhì)含量3%～5%。研究區(qū)于1949年春造林，林齡73 a，為我國(guó)解放后第一片人工紅松林，主要樹(shù)種為紅松Pinus koraiensis。灌木有榛子、忍冬、繡線菊等。草本植物有羊胡苔草、烏頭、大葉獐、和尚草、鳳毛菊等。自造林以來(lái)，根據(jù)經(jīng)營(yíng)需求，長(zhǎng)期對(duì)樣地林木進(jìn)行修枝、撫育等人為措施，2013年進(jìn)行輕度擇伐1次。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)采集與樣地概況

2018年10 月，使用佳明GPSmap（621sc）測(cè)量GPS坐標(biāo)，對(duì)樣地內(nèi)紅松林木進(jìn)行每木檢尺，記錄胸徑、GPS坐標(biāo)。

調(diào)查樣地林地面積4.9 hm2，坡向東北，平均樹(shù)高22.0 m，樣地林木為463株。圖1中位于坐標(biāo)（100，260）附近的空白區(qū)域?yàn)樯铰方徊婵凇?/p>

圖1 林木分布情況

2.2 指標(biāo)分析方法

利用林分空間結(jié)構(gòu)參數(shù)中的角尺度值分析樣地林木格局，參照角尺度（Wi）概念[2，5-7]，

式中：當(dāng)?shù)趈個(gè)α角小于標(biāo)準(zhǔn)角α0時(shí)，zij為1，否則zij為0。取相鄰木個(gè)數(shù)n=4。Wi=0.50的林木為隨機(jī)木，Wi為0或0.25為均勻木，Wi為0.75或1為聚集木。

2.3 數(shù)據(jù)處理與計(jì)算

采用forest模塊腳本[8]在python（3.9.1）中完成相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算。geohash（1.0）默認(rèn)采用Peano曲線空間填充算法[9]，根據(jù)Peano曲線填充算法索引目標(biāo)樹(shù)8鄰位區(qū)域，在索引區(qū)域內(nèi)計(jì)算距離最近的4株相鄰木。如圖1所示，樣地區(qū)域?yàn)椴灰?guī)則圖形，距離緩沖區(qū)、8鄰域平移式、8鄰域?qū)ΨQ式和第4鄰體距離判定法不適用于調(diào)查樣地，為排除邊界木的影響，采用剔除邊界木的方法，代替設(shè)置距離緩沖區(qū)。利用alphashape（1.3.1）庫(kù)，descartes（1.1.0）庫(kù)選取邊界木，從全部樣本參數(shù)中剔除邊界木角尺度值，對(duì)目標(biāo)木進(jìn)行分析。在選取邊界木的計(jì)算中，當(dāng)alpha＞18時(shí)，alphashape庫(kù)的計(jì)算結(jié)果會(huì)將樣地劃分為兩塊樣地，故選取alpha=18進(jìn)行選取邊界木。

將調(diào)查樣地內(nèi)全部林木分為目標(biāo)樹(shù)和邊界木兩部分，將邊界木設(shè)為樣地緩沖區(qū)，目標(biāo)樹(shù)為除邊界木以外的所有林木，用目標(biāo)樹(shù)的分析結(jié)果代表調(diào)查樣地林木空間分布情況。

3 結(jié)果與分析

3.1 角尺度分布特征

全部林木、目標(biāo)樹(shù)、邊界木的角尺度平均值分別為0.67、0.65、0.73。全部林木、目標(biāo)樹(shù)、邊界木的角尺度的分布情況如圖2所示。

圖2 全部林木、目標(biāo)樹(shù)、邊界木角尺度分布數(shù)量相對(duì)頻率

邊界木的角尺度均大于零，以聚集分布為主，均勻分布數(shù)量?jī)H占2.7%。其中有兩株位于邊界處的林木呈現(xiàn)均勻分布，猜測(cè)邊界木中出現(xiàn)均勻木與樣地邊界形狀不規(guī)則有關(guān)，調(diào)查樣地相關(guān)數(shù)據(jù)較少，有待進(jìn)一步研究。

3.2 林分穩(wěn)定性特征

參照角尺度描述森林穩(wěn)定性的研究結(jié)果[6]，林木株數(shù)的相對(duì)頻率能夠表達(dá)林分結(jié)構(gòu)的數(shù)量分布特征。目標(biāo)樹(shù)中角尺度為0.25、0.5、0.75和1的相對(duì)頻度分別為12.34%、24.94%、49.61%和12.6%，處于聚集分布的林木居多，林分整體呈聚集分布。

3.3 林分質(zhì)量特征

胸徑可以表達(dá)林分結(jié)構(gòu)的質(zhì)量特征[6]。紅松林樣地林分質(zhì)量特征見(jiàn)圖3。

圖3 全部林木、目標(biāo)樹(shù)、邊界木的角尺度分布的平均胸徑

如圖3所示，分別將角尺度為0.25、0.5、0.75、1的林木進(jìn)行單因素方差分析，結(jié)果表明不同角尺度紅松胸徑無(wú)顯著差異（P＞0.05）。說(shuō)明林分空間分布格局對(duì)紅松胸徑生長(zhǎng)影響不顯著。

4 討論

本研究結(jié)果表明，邊界木的角尺度以≥0.5為主，如果未排除邊界區(qū)域的影響，樣地分布情況會(huì)更偏向于聚集分布，影響林木空間結(jié)構(gòu)分析的準(zhǔn)確性，與安慧君[3]、周紅敏等[4]的研究結(jié)果一致。本研究中，邊界木對(duì)樣地林木空間結(jié)構(gòu)分析結(jié)果的影響偏小，未起到?jīng)Q定性作用。邊界木對(duì)結(jié)果影響偏小這種情況，可能有以下兩個(gè)原因：（1）選取的邊界木偏少，導(dǎo)致設(shè)置的緩沖區(qū)偏小，未能完全剔除邊界木對(duì)整體樣地分析結(jié)果的影響；（2）邊界木和林分整體具有相同的林分空間分布特征。調(diào)查樣地中邊界木占全林木數(shù)量的16%，對(duì)全林分的空間結(jié)構(gòu)分析結(jié)果影響在16%左右，從角尺度平均值來(lái)看，邊界木對(duì)空間結(jié)構(gòu)分析結(jié)果僅產(chǎn)生了約3%的影響。從圖1林木分布情況來(lái)看，調(diào)查樣地的林木空間分布呈現(xiàn)不規(guī)則分布狀態(tài)，與本文的分析結(jié)果一致。由此推斷，該調(diào)查樣地中，邊界木和林分整體具有相同的林分空間分布特征。

調(diào)查樣地的林木多以聚集分布為主，林分空間分布類型為聚集分布。從角尺度參數(shù)分析結(jié)果來(lái)看，林分空間分布格局對(duì)樣地紅松生長(zhǎng)影響不顯著，說(shuō)明角尺度株樹(shù)占比表達(dá)了數(shù)量分布特征，不能表明林分空間結(jié)構(gòu)的質(zhì)量特征，與惠剛盈[6]在研究森林穩(wěn)定性中提出的觀點(diǎn)相同。該樣地的角尺度參數(shù)可作為補(bǔ)植苗木的參考，提高經(jīng)濟(jì)效益。自樣地造林以來(lái)，一直受到人為經(jīng)營(yíng)行為的干擾，經(jīng)歷擇伐和自然稀疏過(guò)程，這可能是造成樣地呈現(xiàn)聚集分布的重要原因。參考胸徑生長(zhǎng)情況分析結(jié)果，長(zhǎng)期的修枝、撫育等人為措施可能有利于森林健康生長(zhǎng)。

剔除邊界木法屬于設(shè)置距離緩沖區(qū)法。與8鄰域平移式、8鄰域?qū)ΨQ式和第4鄰體距離判定法相比較[3]，該方法未人為新增設(shè)緩沖區(qū)，與距離緩沖區(qū)法相比，該方法在邊界形狀不規(guī)則的樣地中具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。針對(duì)調(diào)查樣地，剔除邊界木法得到了與實(shí)際情況相符的結(jié)論，該方法或可以成為新的緩沖區(qū)設(shè)置方法。邊界木的選取方法尚有不足，有待近一步研究探索。