不同齡組杉木生態公益林空間結構特征分析

賴乙銘

摘 要 杉木生態公益林不只是經營為目的的具有杉木林的森林或者林地，更重要的是具有保護環境、維持生態平衡、為科學提供試驗地等不可忽視的作用。樹林以及森林都是一個系統，其空間結構的特征決定著功能，同時生態公益林的空間結構更是有助于發揮樹林的多樣功能。杉木生態公益林的空間結構主要包含杉木在空間屬性的排列方式及其分布的格局等，這些因素都會對杉木的穩定性以及經營發展方向起到決定性影響。杉木的經營策略可以分析生態公益林的空間結構，這是質量調控的前提和重要基礎。基于此，從不同齡組的杉木生態公益林的空間結構特征進行分析，從概述、方法、目的等幾個方面進行詳細分析。

關鍵詞 不同齡組；杉木；生態公益林；空間結構

中圖分類號：S791.27 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.15.059

我國的公益林相對森林而言占比達58%，對生態公益林的良好經營不但能夠改善生態公益林區的林農生活和提高公益林資源的利用率，而且最為重要的是能夠維護國家生態安全[1]。不過生態公益林由于采用人工純林的造林方式，對自然災害的抗擊能力不強，會影響功能發揮。

1 杉木生態公益林的空間結構特征

1.1 采樣研究區概述

考慮到研究生態公益林空間結構的問題，要特別留意中齡林區的撫育和間隔采伐的策略，而且馬褂木、闊葉樹種的欒樹要補充種植在幼齡的杉木之間[2]。在幼齡樹木中，各種補種的欒樹、柳杉以及馬褂木的組合中的樹木要達到一半左右，而中齡樹木中要對馬褂木、深山含笑以及闊葉樹種的欒樹進行栽種，比例也是一半左右，但是近熟林當中要對紅豆杉進行補種，杉木的比例相對樹種的比例達到3/4左右。另外毛竹、紅豆杉屬于混交樹種，其樹木值比例所占的比相加起來要有1/4左右。對樣區的挑選在亞熱帶之內的過渡氣候帶，屬于濕潤的大陸性季風氣候才可以。這樣的氣候中樹木群落較多且植被繁茂，非常適合生態公益林的生長，不過樣區內的杉木林屬于杉木人工林，林間的疏密分布不均是受自然環境的影響，但是不影響樣區的屬性。

1.2 利用ArcGIS軟件的研究方法

數字的調查方法需要利用杉木生態公益林中的代表性區域來劃分區域，利用羅盤儀來設置標準塊，分別以中齡、幼齡、成熟的林區對標準地進行劃分[3]。需要注意調查單元內應該對這3塊標準塊用網格的劃分法劃分小的樣方，選定每個小樣方的一個方向來將其作為原始的坐標，并且需要用皮尺測量杉木所在位置和樣方相對位置坐標，橫坐標是東西方向，縱坐標是南北方向，用此記錄每棵杉木的樹種、樹高、冠幅以及胸徑的數據，并以此記錄相關樣地的坐標系原點位置。在9塊小樣方內的樹木相對位置中標記的坐標，需要和整個樣地范圍的坐標系進行轉換，目的是需要確認不同小樣方內杉木的位置在整個樣方中的相對位置情況，利用ArcCIS軟件對進行轉換后的杉木坐標數據繪制杉木空間的位置分布圖。對于樣地情況，需要對杉木的類型、年齡、胸徑、郁閉度、樹高、密度、坡位、坡向和坡度等參數的情況進行列表，然后再對其進行數據處理和數據分析。

1）要確定空間結構單元。基于杉木的坐標數據可以從ArcCIS軟件的泰森多邊形工具創建得知Voronoi圖的情況，杉木緊鄰的木株數是其邊數的表達，旁邊接壤的多邊形的杉木表達是鄰近杉木的具體方位，從而可以對參照的杉木確定空間結構單元。2）需要計算空間的結構參數。主要確認混交度，其是對杉木間相互隔離程度進行描述的參數。然后，矯正邊緣，利用Voronoi的圖形對邊緣進行矯正。最后，需要計算角尺度，其定義就是空間結構單元中的中心木受旁邊杉木的圍繞形成的水平分布格局。

2 利用加權法分析不同齡組的杉木生態公益林空間結構

2.1 杉木的空間隔離度

從杉木的隔離理論而言，有3種混交區分：弱度混交的是全部的中齡杉木，平均混角度是0.15左右；還有一種情況就是近熟的杉木的混角度是0.25左右，其表達的是幼齡的杉木之間要比近熟林的混交程度要高；中度混交屬于幼齡杉木，平均混角度是0.35左右。從數據對比得知，杉木中空間的隔離程度最低的是中齡杉木。總體而言它們是3種不同的齡組組成的，除了數量占據優勢，值得一提之外，其他都會暴露杉木是較差群落以及較低的整體混交程度。杉木中的平均混角度是最小的，從數據上就能夠顯而易見的；從不同齡組的杉木混交度不同可以知道，優勢樹種的杉木在林分中占大部分，其還會對樹種出現明顯的單種聚集現象。

2.2 杉木的大小分化

從統計杉木的不同齡組可以看出，優勢成長的杉木是幾組齡組杉木中的最小比例，相對的，絕對劣勢的杉木在比例為1/3左右，而中庸或者亞劣勢中的杉木占到的比例達到1/5左右，故而可以明白不同齡組下具備較為明顯的杉木胸徑大小分化。全部樣區內的樹木大小比值和幾種不同齡組下的杉木大小的比值，在允許取值的范圍中的頻率分布情況以及變化的走向是相同的。杉木作為不同齡組下的平均大小比數要更為接近全林分的平均大小的比數，故而可以認為，杉木的胸徑大小比數可以對整個樣區中的林木大小分化的情況進行衡量。林分中樹種優勢的情況反應需要根據樹種的平均大小比數。越大的大小比值，在生長過程中就越占優勢。

2.3 林分的空間結構單元

隨著科學技術的發展，軟件的力量是不能忽視的，ArcCIS在不同齡組中杉木生態公益林的空間結構分析中起著非常重要的作用。利用常規的Voronoi圖來對最近的杉木株數的分布進行確定，但是其處在分散的狀態之中，木株數的鄰近需要幾種在5株當中占比要高于50%左右，利用這種方法可以知道杉木的平均樹木數量。利用Voronoi圖做過的研究表明，林分的平均綜合權重與中心木的綜合權重接近的話，就有兩種方法確定中心鄰近的木株樹數量，占中心木的比例高達22%；

中心木的綜合權重和林分的平均綜合權重兩者關系不同的時候就會導致中心木鄰近的木株數會有所不同。前者大于后者的時候，中心木鄰近的木株數經過加權的Voronoi的圖像要比未加權的圖像的中心木鄰近木株數多，此時比例還沒有達到1/3，同理可知道前者小于后者的時候，比例會增加。所以得知，Voronoi確定杉木生態公益林空間結構的單元會隨著綜合單元的權重變大而變大，這也就是說杉木中的綜合權重決定著其受到的影響范圍。

3 結語

從不同齡組下的杉木生態公益林空間的結構特征分析出發，分別利用大小比數、混角度、角尺度等不同的方法進行分析。3組不同齡組的混交程度越低其穩定性越差，所以必須引進闊葉樹種，能夠增加林分中的混交度。而3組不同齡組下的平均大小則對杉木的個體差異進行說明，而且還掌握了杉木的分化嚴重程度。生態公益林的空間結構合理性關系著林分的穩定性以及功能多樣化。這也能為我國生態公益林的改進以及優化提供借鑒，學無止境，研究公益林空間結構的主題依舊需要努力。

參考文獻：

[1] 曹小玉，李際平，封堯，等.杉木生態公益林林分空間結構分析及評價[J].林業科學，2015，51（7）：37-48.

[2] 張彩彩，李際平，曹小玉，等.基于加權Voronoi圖的杉木生態公益林空間結構分析[J].中南林業科技大學學報，2015，35（4）：19-26.

[3] 曹小玉，李際平，封堯，等.不同齡組杉木生態公益林空間結構[J].浙江農林大學學報，2015，32（1）：84-91.

（責任編輯：趙中正）