格氏栲人工林直徑分布結構特征

沈彩霞

摘 要：明確林分直徑結構對森林可持續經營中具有重要意義。筆者基于5種概率分布對格氏栲人工林5種不同群落類型的格氏栲直徑結構進行分析。結果表明：格氏栲人工林中b分布和Weibull分布均能較好地反映格氏栲種群直徑分布結構特征，與林分平均胸徑等特征因子存在顯著相關，格氏栲種群直徑分布范圍較大，中徑材占多數。對比分析格氏栲人工林與天然林直徑結構分布，b分布在格氏栲天然林和人工林的擬合效果均較好，而格氏栲人工林基本為同齡林，人為干擾較大導致Weibull分布的擬合效果較好。分析格氏栲人工林直徑分布結構特征，對森林培育與經營具有重要意義。

關鍵詞：格氏栲；人工林；天然林；直徑分布

中圖分類號：S758.6 文獻標志碼：A 論文編號：2014-0293

Structure Feature of Diameter Distribution in Castanopsis kawakamii Artificial Forests

Shen Caixia

（Natural Reserve of Castanopsis kawakamii， Sanming 365002， Fujian， China）

Abstract： To assure the forest diameter structure has great significance in forest sustainable management. Diameter structure in 5 different communities of C. kawakamii artificial forest was studied by applying 5 different probability distributions. The results showed that the structure feature of C. kawakamiis diameter distribution could be well reflected by b distribution and Weibull distribution， which had significant correlation with average bosom diameter of standing forest. The deviate degree being different and the peak value being negative and smooth， which indicated that the diameter structure of the superiority had a large scope and the medium bosom diameter was in the majority. Comparing the diameter structure of C. kawakamii population in artificial and natural forest， b distribution imitates well in different forest origins. However， as a result of human disturbance， Weibull distribution was well reflected the diameter structure of C. kawakamii population as which were same age in artificial forest. The author analyzed the diameter distribution structure feature of C. kawakamii population in artificial forest， which had great significance in cultivating and managing C. kawakamii population.

Key words： C. kawakamii； Artificial Forest； Natural Forest； Diameter Distribution

0 引言

林分直徑結構分布對模擬與預測各徑階樹木株數和蓄積動態，測定林木生長量及材積，為按徑階的木材利用方式提供理論基礎，對森林經營與管理具有科學指導意義[1]。自開展林分直徑結構研究以來，許多學者應用正態分布[2-4]、對數正態分布[2-4]、Weibull分布[2，4-7]、G分布[2-3]、b分布[2-3]等概率分布函數對不同樹種人工林林分直徑結構建立預測模型，并探討了其生長方程。黃慶豐[5]以馬尾松（Pinus massoniana）同齡林為對象選用3個參數Weibull函數其直徑結構表；王鵬[2]對馬尾松人工混交林直徑分布規律進行研究；阮若江等[6]對杉木人工林直徑分布規律進行研究；舒洪嵐等[7]對樟樹（Cinnamomum camphora）苗期直徑結構運用Weibull分布進行研究；陳永富[3]對短周期桉樹（Eucalyptus robusta）人工林直徑分布模型研究等。他們主要針對同一林種相同林分類型研究，尚未開展不同起源林分和同一起源不同林種的比較研究。

格氏栲（Castanopsis kawakamii）是中國中亞熱帶南緣特有的殼斗科常綠闊葉高大喬木，三明格氏栲林有近700 hm2以瀕危植物格氏栲占優勢的林分，自1958年鄭萬鈞教授建議建立格氏栲自然保護區以來，引起了許多學者極大關注并相應開展格氏栲林生物學、生態學等方面研究[8-15]。為保護這一片天然林，保護區于1967年進行格氏栲人工造林，目前人工林林相整齊，森林樹種組成較少，層次結構簡單，如何根據現有林分直徑分布結構確定人工林未來經營與管理方向已成為亟待解決的生產實踐問題。相關學者已有關于格氏栲天然林直徑分布規律研究[8-15]，而格氏栲人工林直徑分布規律研究尚未報道。為此，筆者對格氏栲人工林直徑分布進行擬合，對比分析不同起源格氏栲林和其他人工林的直徑分布結構，以期為格氏栲人工林培育和經營提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

格氏栲自然保護區位于三明市西南26 km的莘口鄉，總面積約1125.6 hm2，位于26°07′—26°10′N、117°24′—117°27′E，屬福建武夷山東伸支脈地帶，保護區東南方為戴云山脈，屬低山谷地與丘陵地帶。

1.2 試驗材料

格氏栲天然林群落冠層種類主要以格氏栲、木荷（Schima superba）、馬尾松組成，其中格氏栲占絕對優勢。格氏栲人工林面積1.2 hm2，分布于低丘，林地前茬為格氏栲天然林，1966年皆伐、劈雜、煉山，挖穴整地規格為40 cm×30 cm×30 cm，挖穴后回表土，1967年春用1年生格氏栲實生苗造林，苗木來自格氏栲天然林，初植密度3000株/hm2，但造林成活率較低，造林后1～4年每年全面鋤草2次，造林后5～8年每年全面劈草2次，林分郁閉后未經撫育間伐。

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗設計 以格氏栲人工林為研究對象，選取5種不同生境條件的群落類型，記錄海拔、坡向、坡度、土壤條件和群落類型等因子。隨機設置10塊樣方，面積為20 m×20 m，劃分為4個10 m×10 m樣方，對樣方內喬灌木進行每木檢尺。格氏栲人工林內格氏栲種群直徑分布的基本特征因子，見表1。

1.3.2 分析方法 研究林分直徑分布結構的正態分布的概率密度函數、對數正態分布的概率密度函數、Weibull分布的概率密度函數、G分布的概率密度函數、b分布的概率密度函數的計算公式見文獻[15]，除用分布概率外，可用于說明直徑分布的特征數還有：①變動系數[c=（s/[x]）×100%]，反映分布范圍大小，c大則離散程度大，分布范圍亦大；②偏度（ɑ3=μ3/σ3），ɑ3>0為左偏，ɑ3<0為右偏；③峰度（ɑ4=μ4/σ4-3），用于說明峰態變化，ɑ4值愈大，概率密度曲線愈尖峭，反之概率密度曲線愈平坦。

2 結果與分析

2.1 格氏栲人工林種群直徑分布擬合

應用5種概率分布，對人工林不同群落格氏栲種群直徑分布進行擬合，結果見表2。Weibull分布和b分布對不同群落格氏栲種群直徑分布擬合效果較好，均在c20.05值檢驗范圍內；G分布和對數正態分布擬合卡方值在c20.05值范圍外，不被卡方檢驗接受；人工林除群落1中正態分布卡方值在c20.05范圍外，不被卡方檢驗接受，其余4個群落均被接受。通過分析不同群落類型的格氏栲種群直徑分布結構可知，除群落1為非正態分布，其余4個群落格氏栲種群直徑分布均符合正態分布；5個群落格氏栲種群直徑分布均不符合G分布和對數正態分布，具有一定的統一性；b分布和Weibull分布具有較強的靈活性和適應性，并可擬合不同偏度、峰度的胸徑分布特征，表明可采用b分布和Weibull分布確定格氏栲種群直徑結構的分布規律。

5個人工林中格氏栲種群直徑結構的變動系數差異不大，均為中等大小，與人工林林相比較整齊，種群直徑分布變化較平緩有關。人工林不同群落類型的格氏栲種群偏度存在差異，群落3和群落5的偏度為負值，表明該群落中格氏栲種群直徑分布曲線的頂峰呈右偏，林分中大徑階的林木占多數；而其余群落直徑分布曲線頂峰呈左偏，林分中小徑階的林木占多數。不同群落類型的格氏栲種群直徑分布曲線為平峰，種群胸徑平均值與標準差差異不明顯，且標準差的值較小，說明林木胸徑大小波動范圍不大，在一定程度上體現了人工林同齡林特點。

2.2 格氏栲人工林種群直徑結構特征

人工林不同生境決定不同格氏栲群落的直徑結構分布曲線，格氏栲種群直徑分布曲線變化取決于形狀參數值m、n、b、c，形狀參數值與群落林分特征因子有關，可采用遵從b分布的參數m、n值與斷面積平均胸徑[Dg]及林分算術平均胸徑[D]建立回歸關系，求得b分布參數方程。

m=0.0311-6.3431ΔX+0.959ΔX2，ΔX=[Dg]-[D]（R=0.9012， P=0.0083）…（1）

[n=0.0012+21.3973Dg-27.2422Dg2+9.3402Dg3]（R=0.9923， P=0.0115）…（2）

與b分布的分析法類似，結合Weibull分布形狀參數b、c與所調查樣方斷面積平均胸徑[Dg]及林分算術平均胸徑D—建立回歸關系，求得Weibull分布參數方程。

b=-0.1647+39.9193ΔX-16.4625ΔX2，ΔX=[Dg]-[D] （R=0.9361， P=0.0162）…（3）

[c=-0.0016+6.1175Dg-3.9503Dg2+0.2834Dg3] （R=0.9821， P=0.0267）…（4）

根據b分布和Weibull分布密度函數可預測林分各徑級株數及其動態變化，根據人工林格氏栲種群直徑分布檢驗（見表2）可知為Weibull分布得出格氏栲種群直徑結構分布規律精度更高，采用Weibull分布密度函數編制出格氏栲林分胸徑分布預估表，可為格氏栲人工林合理經營與利用提供參考依據。

3 結論與討論

在格氏栲人工林中，b分布和Weibull分布對格氏栲種群直徑結構分布的擬合效果較好，其余3種分布擬合效果不夠理想。比較格氏栲人工林與天然林[15]，b分布對2種林分擬合效果都很好，而Weibull分布對人工林擬合效果好，正態分布對天然林擬合效果好；比較格氏栲人工林、馬尾松人工林[2]、杉木人工林[6]和短期桉樹林[3]，幾種林種均符合Weibull分布，馬尾松人工林、杉木短期桉樹林也符合b分布，而正態分布對杉木人工林擬合效果好。從整體上看，b分布和Weibull分布符合格氏栲人工林直徑結構分布規律，對未來人工林森林經營技術與編制經營數表具有著重要實踐意義。

格氏栲人工林與天然林為同一林種不同林分結構類型，由于本身具有一定遺傳特征，表現出對一定環境的適應性。人工林由于大多為同齡林，人為干擾較大。因此，格氏栲人工林直徑結構分布規律與格氏栲天然林直徑結構分布規律[15]存在差異，b分布以其特有的靈活性和適應性，均較好地擬合了2種林分類型，而林木直徑Weibull分布規律受林分郁閉度、平均直徑、最大直徑等因子的影響，可較好地擬合人工林格氏栲種群直徑結構分布。

筆者基于b分布和weibull分布模型，計算斷面積平均胸徑與算術平均胸徑的2個特征因子對其直徑結構分布影響，而不同年齡，立地條件等林分特征因子變化是否影響格氏栲種群直徑分布規律有待于進一步研究。通過格氏栲林林木直徑分布結構特征的研究，可模擬與預估各徑階的林木株數和蓄積量的變化，在森林經營過程中生長量測定與收獲預估及材積測算中具有重要作用。

參考文獻

[1] 孟憲宇.測樹學（第三版）[M].北京：中國林業出版社，2006：82-86.

[2] 王鵬.馬尾松人工混交林直徑分布規律的研究[J].江西林業科技，2005（4）：06-07.

[3] 陳永富.短周期桉樹人工林直徑分布模型研究[J].林業科學研究，2008，21（S）：50-54.

[4] David M Nanang. Suitability of the Normal， Log-normal and Weibull distributions for fitting diameter distributions of neem plantations in Northern Ghana[J].Forest Ecology and Management，1998，103：1-7.

[5] 黃慶豐.馬尾松林分直徑結構規律的研究[J].安徽農業大學學報，1998（1）：23-25.

[6] 阮若江，溫秋根，周啟水，潘維旺.杉木人工林直徑分布規律研究[J].南昌水專學報，1998（9）：28-32.

[7] 舒洪嵐，徐素芬.樟樹苗期直徑結構Weibull分布的研究[J].江西林業科技，2004（5）：04-09.

[8] 中國森林編輯委員會.中國森林（第3卷闊葉林）[M].北京：中國林業出版社，2000：1549-1558.

[9] Liu J F， Hong W， Pan D M， et al. A study on multidimensional time series of individual ages measurement in Castanopsis kawakamii population[J].Acta Ecological Sinica，2009，29（4）：232-236.

[10] He Z S， Liu J F， Wu C T， et al. Effects of forest gaps on some microclimate variables in Castanopsis kawakamii natural forest[J].Journal of Mountain Science，2012，9（5）：706-714.

[11] 陽含熙，盧澤愚，楊周南.植物群落數量分類的研究[J].林業科學，1979，15（4）：245-255.

[12] 林鵬，丘喜昭.福建三明瓦坑的赤枝栲林[J].植物生態學與地植物學學報，1986，10（4）：241-253.

[13] Zhang Q S， Zak J C. Effects of gap size on litter decomposition and microbial activity in a subtropical forest[J].Ecology，1995，76（7）：2196-2204.

[14] Yang Y S， Guo J F， Lin P， et al. Nutrient dynamics of decomposing leaf litter in natural and monoculture plantation forests of Castanopsis kawakamii in subtropical China[J].Acta Ecologica Sinica，2004，24（2）：201-208.

[15] 劉金福，洪偉，林升學.格氏栲天然林主要種群直徑分布結構特征[J].福建林學院學報，2001，21（4）：325-328.