桂花林場苦櫧林分空間結構規律研究

馬 欣，宋武剛，呂 勇，吳 斌，馬 艷

(1．中南林業科技大學，長沙410004;2．湖北省崇陽縣林業局，湖北 崇陽437500;3．天津市北辰區農林局，天津300400)

桂花林場苦櫧林分空間結構規律研究

馬 欣1，宋武剛2，呂 勇1，吳 斌1，馬 艷3

(1．中南林業科技大學，長沙410004;2．湖北省崇陽縣林業局，湖北 崇陽437500;3．天津市北辰區農林局，天津300400)

利用混交度、大小比數和角尺度3種結構參數，結合樹種組成，對湖北桂花林場4塊苦櫧混交林樣地的林分空間結構進行分析。結果表明，苦櫧為優勢樹種，多單種聚集生長，其他樹種強度混交、極強度混交的比例大;楓香在大小分化上占有一定的優勢，其他樹種則分化嚴重;從林木水平空間格局上來看，該試驗地樹種分布格局以團狀分布為主。

空間結構;混交度;大小比數;角尺度;苦櫧

林分空間結構是指林木在林地上的分布格局，以及它的屬性在空間上的排列方式，也就是林木之間樹種、大小、分布等的空間關系。林分空間結構決定了樹木之間的競爭勢及其空間生態位，它在很大程度上決定了林分的穩定性、發展的可能性和經營空間的大小［1］。分析林分空間結構及其樹種組成，有助于制定科學合理的森林經營措施。苦櫧林是我國亞熱帶的一種常見常綠闊葉林類型，也是原生境遭到破壞后，次生演替過程中最早出現的常綠闊葉林類型之一［2］。本文利用混交度、大小比數、角尺度這3個參數，對湖北桂花林場苦櫧混交林空間結構進行分析，為該地區的苦櫧混交林合理經營提供依據。

1 試驗區概況

試驗區設在湖北省崇陽縣桂花林場，崇陽縣位于113°43'—114°21'E，29°21'—29°41'N，地處低山丘陵與江漢平原的過渡地帶，平均海拔高度為400 m，地帶性土壤為棕紅壤與山地黃紅壤。該區屬亞熱帶季風氣候，年平均氣溫16.7℃，年降水量1 460～1 570 mm，林區內土壤深厚、肥沃，植被繁多。

試驗區以苦櫧(Castanopsis sclerophylla)為優勢樹種，伴生樹種為楓香(Liquidambar formosana)、小葉櫟(Quercus chenii)、馬尾松(Pinus massoniana)等。

2 研究方法

2.1 樣地調查

在試驗區選擇具有代表性的典型地段設立4塊樣地，分別記為 P1，P2，P3，P4;樣地大小 20 m ×20 m，每個樣地內又設5 m×5 m的小樣方16個。記錄樣地的經緯度、海拔、坡度、坡向等基本情況，繪制樣地的方位示意圖;采用全面調查法調查樣地內所有大于起測徑階(5 cm)的林木特征值，包括樹木的相對XY坐標、樹種、胸徑、樹高、冠幅等。

2.2 分析方法

森林群落是由不同植物種類組成的，重要值是用來表示某一樹種在群落中的地位和作用的相對數量指標，是根據密度、頻度和優勢度(樹木胸高斷面積)的相對值來確定森林群落中某一樹種的相對重要性。某一樹種的重要值越大，表明該樹種在樣地中的優勢越大，因此可用其表征群落物種的結構變化狀況。其計算公式為［3］:

式中:IV為重要值，RF為相對頻度，RA為相對多度，RS為相對優勢度;Fi為某物種的頻度;Ni為某物種個體總數;Ai為某物種胸高斷面積之和。

林分內任意一株單株樹木和離它最近的n株相鄰木均可構成林分空間結構的基本單位——林分空間結構單元。空間結構單元的核心樹被稱為參照樹。而最鄰近的n株相鄰樹木則被稱為相鄰木。有學者對此進行過深入研究:n的取值不同，則由參照樹和相鄰木構成的結構單元大小也不同。惠剛盈等［4］研究發現，當n=4時，可以很好地滿足對林分空間結構分析的要求。本文采用這一結論，利用混交度、大小比數、角尺度這三種空間結構參數來分析苦櫧混交林的空間結構規律。

混交度用來說明混交林種樹種空間隔離程度，它被定義為參照樹的最鄰近木與參照樹屬于不同種的個體所占的比例，即:

式中:Mi為參照樹i的混交度;vij為離散變量。vij值定義為:若參照樹i與第j株相鄰木非同種時，vij=1;反之，vij=0。

大小比數反映了相鄰木與參照樹之間的個體優勢程度，它被定義為大于參照樹的相鄰木數占全部最近相鄰木的比例，即:

式中:Ui為參照樹的大小比數，Ui越小，說明比參照樹大的相鄰木越少，參照樹越占優勢;kij為離散變量。kij值定義為:若參照樹i比相鄰木j小，kij=1;反之，kij=0。

角尺度是用來描述相鄰木圍繞參照樹均勻性的指標，被定義為α角小于標準角α0的個數占所考察的最近相鄰木的比例，即:

式中:zij為離散變量。其值定義為，當第j個α角小于標準角 α0時，zij=1;反之，zij=0。

3 結果與分析

3.1 樹種組成

通過對群落結構的頻度、多度和相對優勢度的調查分析，得出各樣地喬木層主要樹種組成及重要值，見表1。

從表1中可以看出:4塊樣地中苦櫧都呈絕對優勢，尤其是樣地P1中苦櫧的重要值達到了0.760;楓香在各樣地中的重要值各亦，但仍有一定優勢;小葉櫟與馬尾松的重要值較低，散生分布。

3.2 林木空間隔離程度

根據混交度的定義，將林木空間混交度劃分為:M=0，零度混交;M=0.25，弱度混交;M=0.5，中度混交;M=0.75，強度混交;M=1，極強度混交。圖1和圖2顯示了苦櫧混交林林分平均混交度及其頻率分布。

從圖1和圖2中可以看出，樣地P2為極強度混交、中度混交、弱度混交的比例最高，沒有出現零度混交，其平均混交度在0.60左右，說明此樣地林木空間隔離程度較大，大多樹木與最鄰近的4株樹木屬不同種的比例較高;樣地P1、樣地P4中零度混交的比例最高，平均混交度最低，為0.3左右，說明該兩塊樣地中多數樹木與最鄰近的4株樹木屬同種的比例較高，同樹種聚集生長。

表1 各樣地喬木層主要樹種組成及重要值

圖1 苦櫧混交林林分混交度頻率分布

圖2 苦櫧混交林林分平均混交度分布

按樹種分析，結果見表2。從表2中可以看出，苦櫧的平均混交度最低，只有0.23，其他3種樹木的平均混交度都在0.75以上，小葉櫟和馬尾松的平均混交度達到了1.00。從總體上看，在這種混交林分中，苦櫧多呈現單種聚集生長，其他樹種強度混交、極強度混交的比例大，與最鄰近木屬不同種的情況較為常見。

深入分析可知:在零度混交和弱度混交時，只有苦櫧，無其他樹種分布;在中度混交和強度混交時只有苦櫧和楓香，且楓香占的比例較高;小葉櫟和馬尾松只有極強度混交，其次比例較高的是楓香，苦櫧最低。

表2 苦櫧混交林各樹種混交度及頻率分布

從以上分析可知，調查的4塊苦櫧混交林分中，苦櫧平均混交度最低，說明該樹種呈現聚集分布，其他3種樹木平均混交度很高，散生在苦櫧中。林分內樹種隔離程度不高，樹種組成相對簡單，多樣性較低。隨著林分的演替，該林分很可能會演替成苦櫧純林。

3.3 林木大小分化程度

大小比數反映了結構單元中參照樹與相鄰木的個體優勢關系。根據大小比數的定義，其值越低，說明參照樹越大，參照樹個體越占優勢。圖3顯示了4塊樣地中林分平均大小比數分布狀況。

圖3說明，這4塊樣地的林分平均大小比數差距不大，平均林分大小比數分布在［0.455，0.539］。其中樣地P3的平均大小比數最大，達到了0.539，其他3塊樣地的平均大小比數均在0.5左右，說明這4塊樣地內的林木直徑大小分化程度不明顯，林木生長基本處于優勢和中庸狀態，生長有一定的優勢。

圖3 苦櫧混交林林分平均大小比數分布

依據樹種計算大小比數的平均值，能更好地反映林分中林木分化程度之間的差異性。某一樹種的大小比數平均值越小，說明該樹種與其他樹種在某一指標(胸徑、樹高、冠幅等)上更占優勢。表3描述了苦櫧混交林林分內各主要樹種的平均大小比數及頻率分布。

表3 苦櫧混交林各樹種平均大小比數及頻率分布

從表3可以看出，各樹種的平均大小比數的取值范圍從0.39到0.75，反應了樹種空間大小分化程度有較大的差異。苦櫧、楓香、小葉櫟的大小比數平均值都超過0.50，這表明在以上述樹種為參照樹的結構單元中，相鄰木直徑較大的樹木居多，平均為2株以上。尤其是馬尾松的大小比數平均值為最大，達到了0.75，說明以此樹種為參照樹的結構單元中，有3株最鄰近木的直徑大于馬尾松的情況較多，生長處于劣勢狀態。

楓香的平均大小比數最小，為0.39，介于0.25與0.5之間，說明相對其他3種樹種，在以楓香為參照樹的結構單元中，相鄰木的直徑大于該樹種的情況較少，生長上介于亞優勢和中庸之間，總體而言處于較為優勢狀態。楓香處于優勢和亞優勢的樹木比例為52.3%，處于絕對劣態和劣態的比例僅為28.6%。

苦櫧各種狀態都有，平均大小比數為0.5，說明在以苦櫧為參照樹的結構單元中，大于和小于苦櫧的相鄰木各占一半，生長上處于中庸狀態。苦櫧處于優勢和亞優勢的樹木比例為37.2%，處于絕對劣態和劣態的比例為37.5%，所占比例基本相同。

小葉櫟、馬尾松的平均大小比數均大于0.5，馬尾松最高，為0.75，說明以這兩個樹種的單木構成的結構單元中，兩三株相鄰木直徑較大的情況經常發生，處于從中庸向劣態過渡的狀態。這兩種樹木受壓較為嚴重，小葉櫟處于絕對劣態和劣態的比例總計達到了66.6%;而馬尾松完全處于劣態，達到了100%。

以該林分中最主要的兩種樹木苦櫧、楓香來看，這兩種樹木處于優勢和亞優勢的比例均在37%以上，處于絕對劣態和劣態的比例均在37%以下;而小葉櫟和馬尾松處于絕對劣態和劣態的比例較高，都在66%以上，受壓較為嚴重，且這兩種樹木的株數較少。綜合分析，該苦櫧混交林林分隨時間的變化有可能變為以苦櫧和楓香為主的混交林，而小葉櫟和馬尾松有在林分中消失的危險。

3.4 林木個體水平空間分布格局

用角尺度分析林分內林木的個體水平分布時，主要是考慮林木個體之間的方位關系，不需確定林木的距離，也不必分樹種統計，只要考慮整個林分的角尺度分布和取值即可［1，5］。根據參照樹與相鄰木的方位角關系，得出各樣地角尺度頻率分布圖和平均角尺度分布圖，見圖4和圖5。

圖4 苦櫧混交林各樣地角尺度頻率分布

圖5 苦櫧混交林各樣地平均角尺度分布

根據角尺度的定義，Wi的值越大，則說明參照樹周圍的相鄰木分布越不均勻。如圖4和圖5所示，各樣地林分中Wi為0的情況不存在，說明林分中不存在絕對均勻。各樣地角尺度為0.5的比例都較高，其中樣地P2，P3，P4最高;樣地P1在角尺度為0.75所占比例最高。各樣地的平均角尺度取值在0.554～0.625。由于隨機分布的角尺度取值范圍為0.475≤≤0.517，當＜0.475就是均勻分布＞0.517就是團狀分布［6］。本文以此作為調查林分林木分布的判別標準。

從圖中可以看出:P2樣地的林分平均角尺度最小，為0.554;樣地 P1和P4的平均角尺度最大，為0.625。4塊樣地的平均角尺度均大于0.517，則表明該苦櫧混交林林分分布格局均為團狀分布。

4 結論

通過對4塊苦櫧林樣地的空間結構分析，結論如下:①林分平均混交度較低，分布在［0.311，0.563］之間。其中苦櫧平均混交度最低，為0.23，其他樹種均在0.75以上，表明苦櫧多呈現單種聚集生長，其他樹種強度混交、極強度混交的比例很大。②林分平均大小比數差距不大，分布在［0.455，0.539］之間。楓香平均大小比數最小，為0.39，在空間大小對比上占有一定的優勢，其他樹種均在0.50以上，優勢不太明顯。③各樣地平均角尺度均大于0.517，表明該林分以團狀分布為主。通過對苦櫧林分空間結構的分析，有利于了解其規律特征和性質，在苦櫧次生林的保護和合理經營等方面具有積極的實踐意義。

［1］胡艷波，惠剛盈，戚繼忠，等．吉林蛟河天然紅松闊葉林的空間結構分析［J］．林業科學研究，2003，16(5):523 －530．

［2］張欣，徐高福，沈棟偉，等．千島湖島嶼苦櫧(Castanopsis sclerophylla)種群的維持和天然更新［J］．生態學報，2007，27(2):424－431.

［3］邱仁輝，陳涵．擇伐作業對常綠闊葉林喬木層樹種結構及物種多樣性的影響［J］．中國生態農業學報，2005，13(3):158 －161.

［4］惠剛盈，克勞斯·馮佳多(德).德國現代森林經營技術［M］.北京:中國科學技術出版社，2001:66－134.

［5］Von Gadow K，Hui G Y．Characterzing forest spatial structure and diversity［A］.In:Proceedings of the SUFOR International Workshop“Sustainable Forestry in Temperate Regions”［C］．Sweden:Lund University，2002．

［6］惠剛盈.角尺度——一個描述林木個體分布格局的結構參數［J］. 林業科學，1999，35(1):37 －42．

Study on the Stand Spatial Structure of Castanopsis sclerophylla
Forest in Guihua Forest Farm

MA Xin1，SONG Wugang2，LV Yong1，WU Bin1，MA Yan3

(1．Central South University of Forestry and Technology，Changsha 410004，Hunan，China;2．Forestry Bureau of Chongyang County in Hubei Province，Chongyang 437500，Hubei，China;3．Bureau of Agriculture and Forestry in Beichen District，Tianjin 300400，China)

Abstyact:Stand spatial structure of four Castanopsis sclerophylla mixed forest plots in Guihua forest farm was investigated by using three structure parameters(mingling，neighborhood comparison，and uniform angle index―neighboring tree distribution pattern).The results showed that Castanopsis sclerophylla was the dominant species in mixed forest，which exhibited aggregation of single species，and the rest tree species were more or most intensive in mingling.When using neighborhood comparison method to characterize the size differentiation of trees，Liquidambar formosana Hance had an advantage over other species which differentiated seriously both in dominant species and suppressed species.Considering tree distribution pattern using uniform angle index，the stands in this community was found to be a clumped distribution.

spatial structure;mingling;neighborhood comparison;uniform angle index;Castanopsis sclerophylla

S 718.54

A

1003—6075(2012)01—0049—05

2011—10—28

2011—11—18

國家林業局林業公益性行業科研專項項目“南方集體林區次生林撫育間伐與高效利用技術研究”(201004032)。

馬欣(1985—)，男，河北石家莊人，碩士研究生，研究方向:林業系統工程與社會林業。