白樺天然林林分結構與空間分布格局特征分析

摘要" 本文基于天然次生林結構化經營技術，對白樺天然林進行撫育間伐，同時在林冠下栽植華北落葉松和云杉，測定試驗地經營前后的直徑分布、喬灌草蓋度和角尺度，以此分析試驗地林分結構和空間分布格局。結果表明，經營后的試驗地林分大徑級林木占比增加，促進了林分結構的完整性和穩定性，同時增加了林分的生產力；經營后試驗地林分的灌木層、草本層蓋度均有所增加，林分垂直層結構較完整，屬于復雜結構；經營后試驗地的角尺度約0.50，林分空間分布格局呈隨機分布。綜上，使用天然次生林結構化經營技術在一定程度上促進了林分的穩定性以及林分空間結構的分配，提高了林分的生產力。本研究為白樺天然次生林的經營提供參考。

關鍵詞" 林分結構；白樺；空間分布格局；角尺度

中圖分類號" S718"""""" 文獻標識碼" A"""""" 文章編號" 1007-7731（2025）06-0055-04

DOI號" 10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2025.06.014

Analysis of stand structure and spatial distribution pattern characteristics of natural Betula platyphylla Sukaczev forest

XU Bing""" FU Lihua""" ZHANG Fei""" ZHANG Yan

（Saihanba Mechanical Forest Farm of Hebei， Weichang 068466， China）

Abstract" Based on the structured management technology of natural secondary forest， the natural forest of Betula platyphylla Sukaczev was tended and thinned， and Larix gmelinii and Picea asperata under the canopy were planted. The diameter distribution， cover of trees and grasses， and angular scale of the experimental plots were measured before and after management， so as to analyze the stand structure and spatial distribution pattern. The results showed that， after management， the proportion of large-diameter trees increased， which promoted the integrity and stability of the stand structure， and increased the productivity of the stand; after management， the coverage of shrub layer and herbaceous layer of the experimental stand increased， and the vertical layer structure of the stand was complete and belonged to complex structure; after management， the angular scale of the experimental land was about 0.50， and the spatial distribution pattern of the stand was random. In conclusion， the structural management of natural secondary forest can promote the stability of stand and the distribution of stand spatial structure to a certain extent， and improve the productivity of stand. This study provides references for the management of natural Betula platyphylla Sukaczev secondary forest.

Keywords" stand structure; Betula platyphylla Sukaczev; spatial distribution pattern; angular scale

林分空間結構與分布格局是指林分內各樹種數量在空間和時間上的變化規律，能客觀地反映森林演化的趨勢和林木個體間的相互關系^[1-2]。分析林分空間結構與分布格局，對深入了解林分的生長發育情況以及更新演替規律具有重要意義。近年來，為指導具體的森林經營和森林保護工作，相關學者對森林結構與格局的研究越來越多。韋朝敏等^[3]研究發現，廣西金秀的馬尾松天然林空間結構不夠均勻，基于此，提出補植優良鄉土樹種等策略；王剛^[4]對遼東地區的紅松人工林空間結構進行研究，認為該地區的森林經營活動有利于提高紅松人工林的林木質量；鄧善寶等^[5]研究表明，3個不同年齡的尾巨桉人工林均未達到理想林分狀態和大徑材培育目標，同時提出在林分不同生長階段采取不同的優化方式來調整空間結構，以促進林分結構的穩定性，實現大徑材的培育目標。

白樺次生林分布廣泛，是冀北地區的一種典型次生林類型，在涵養水源、水土保持方面發揮著重要作用。長期以來，林木經營管理水平有待進一步提高，導致林分結構與格局較差，進而影響了林分的生態功能和經濟功能。因此，科學合理經營對于優化林分結構具有重要意義。本文根據塞罕壩地區白樺天然次生林的特點，結合天然次生林結構化經營理論，對其采取了一定的撫育間伐措施，并分析經營前后林分的結構和空間分布格局，為該區域白樺次生林的經營提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

2021年秋季，根據北曼甸林場和千層板林場的白樺天然林分布，隨機設計了2組試驗地（每組3次重復），共計6塊樣地，其規格為30"m×30"m，試驗樣地基本情況如表1所示。

1.2 經營技術

參考張菲等^[6]的研究結果，伐除質量較差的白樺，合理調整林分空間。撫育后試驗地1白樺的保留密度150株/hm²，試驗地2白樺的保留密度375株/hm²，且在試驗地1和2林冠下分別栽植華北落葉松和云杉幼苗。

1.3 測定指標及方法

2021年秋季和2024年春季，分別測定試驗樣地實施天然次生林結構化經營技術前后的樹木胸徑、樹高、蓋度、冠幅、密度、相對位置和生物多樣性等指標。

1.3.1 林分結構特征 林分結構特征從水平結構和垂直結構2個層面分析，水平結構采用林分直徑結構分析，垂直結構采用林分垂直分層分析。（1）直徑結構分析：按照2"cm為1個徑級，統計6塊樣地的所有林木胸徑分布。（2）垂直結構分析：將林分的垂直層次劃分為喬木層、灌木層和草本層3層，測定試驗地3個層次的蓋度，以蓋度大于50%為標準^[7]。

1.3.2 空間分布格局 采用角尺度分析林分空間分布格局，以5個林木為1個單元劃分6塊樣地內林木^[8-9]，即1株參照木與其周圍4株相鄰木為1個單元，根據調查時的相對位置計算樣地每株林木的角尺度，計算如式（1）。

式中：W_i為第i株的角尺度，Z_ij為與i株相鄰的第j株之間的夾角。當Z_ijlt;標準角（72"°）時，Z_ij取值為1，反之取值為0。對于單個參照木來說，當角尺度為0時，其與周圍4株林木屬于絕對均勻分布；當角尺度為0.25時，其與周圍4株林木屬于均勻分布；當角尺度為0.50時，其與周圍4株林木屬于隨機分布；當角尺度為0.75時，其與周圍4株林木屬于聚集分布；當角尺度為1時，其與周圍4株林木屬于絕對聚集分布。

2 結果與分析

2.1 林分結構

2.1.1 林分直徑結構 林分直徑結構是指林分內不同林木胸徑的分布規律，可根據林木胸徑預估林分的樹高、蓄積和生長量等指標，因此林分直徑結構是基礎的林分結構之一，也是森林經營研究的重點之一。由圖1可知，試驗地1實施經營技術前林分胸徑分布范圍在4～32"cm，林木胸徑多為22"cm，胸徑gt;20"cm的林木占比42.55%；試驗地1實施經營技術后，林分胸徑分布范圍變小，在12～34"cm，以胸徑22"cm居多，胸徑gt;20"cm林木占比68.07%。說明經營后試驗地1林分直徑結構向大徑級轉變，增加了林分的生產力，經營前后林分結構上缺少低徑級的幼樹，可在林冠營造華北落葉松幼林，進行人工更新，在提高林分生產力的基礎上提高了林分的穩定性。

由圖2可知，試驗地2實施經營技術前林分直徑分布范圍在10～40"cm，林木直徑多為22"cm，直徑gt;20"cm的林木占比55.41%；實施經營技術后直徑分布范圍在14～40"cm，以直徑22"cm居多，直徑gt;20"cm的林木占比80.34%，經營后大徑級的林木占比增加。試驗樣地2林分直徑結構特點與試驗地1類似，經營前后林分直徑向大徑級轉化，實施經營技術促進林分結構的穩定性，從而提高林分的生產力。

2.1.2 林分垂直結構 林分垂直層次結構特征在一定程度上反映了森林群落垂直結構的特征。由表2可知，試驗地1實施經營技術前林分的喬木層、灌木層和草本層蓋度分別為75.00%、43.36%和100.73%；經營后，林分的喬木層、灌木層和草本層蓋度分別為55.00%、58.67%和117.30%。試驗地2與試驗地1出現了相同的規律，經營前林分的喬木層、灌木層和草本層蓋度分別為95.00%、34.30%和95.80%；經營后，林分的喬木層、灌木層和草本層蓋度分別為70.00%、50.67%和115.00%。說明樣地經營后，釋放了林分空間，林分密度下降，喬木層蓋度下降；由于林下陽光照射增多，林下灌木層和草本層蓋度增加。

馮楷斌^[7]研究認為，一個林分喬、灌和草的蓋度均大于50%，說明該林分垂直層結構比較完整，屬于復雜結構；如果喬、灌、草3層中只有2層蓋度gt;50%，說明垂直結構不完整，屬于簡單結構。綜合來看，2個試驗地經營前的垂直層結構不完整，屬于簡單結構；經營后的垂直層結構較完整，屬于復雜結構。說明實施經營技術有利于完善垂直結構。

2.2 空間分布格局特征

由表3可知，試驗地1和2經營前角尺度分別為0.43、0.37，經營后角尺度分別為0.57、0.49。整體上看，試驗地1經營前后角尺度差距不大，屬于隨機分布；試驗地2經營前接近均勻分布，經營后屬于隨機分布。

由圖3可知，試驗地1經營前均勻分布（角尺度0.25）和隨機分布（角尺度0.50）單元較多，其分布頻率分別為39.86%和46.32%。經營后試驗地1以隨機分布單元較多，其分布頻率為60.40%。說明使用天然次生林經營技術后林分內的林木隨機分布單元占主導地位。

試驗地2經營前均勻分布（角尺度0.25）最多，其次是隨機分布（角尺度0.50）單元，其分布頻率分別為52.54%和43.81%；經營后試驗地2以隨機分布（角尺度0.50）單元最多，其分布頻率為60.02%，聚集分布（角尺度0.75）和均勻分布單元分布頻率接近，分別為19.49%和20.49%。說明試驗地2與試驗地1實施經營技術后情況基本相同，林分水平格局屬于隨機分布（圖4）。

3 結論與討論

韓豪等^[10]研究發現，齡級結構呈倒“J”型分布的森林種群是穩定型森林種群，幼齡個體數量多，其生命期望較高。中低齡級林木數量較少時，一旦中老齡林木出現死亡，難以提供有效個體進行補充，在遭遇強烈環境波動時，可能造成森林種群結構的不穩定。本研究表明，2個試驗地經營前后低徑級的幼樹占比均較低，試驗地經營后大徑級林木占比增加，同時在林冠下栽植華北落葉松、云杉幼齡樹木，可促進林分生產力的提高和增加林分的穩定性。朱佳琪^[11]針對青海大通河流域青杄林存在大徑木占比偏大的問題，提出采取人工補植或人工制造林窗等方式，促進林分更新。林分垂直層次結構合理、完整，一定程度上能夠反映出森林群落垂直結構完整、健康。研究表明，2個試驗地通過使用天然次生林結構化經營技術，經營后林分的灌木層、草本層蓋度均有所增加，林分垂直層結構較完整，屬于復雜結構，說明在白樺林中使用的天然次生林結構化經營技術較合理。

試驗地1經營后隨機分布單元占比由46.32%提高至60.40%，試驗地2經營后由均勻分布占比較高轉變為隨機分布占比較高，2個試驗地林分空間分布格局均屬于隨機分布，林分狀態較為穩定。申鵬等^[12]研究認為，近自然經營后的種群分布格局呈聚集—均勻—隨機分布趨勢，隨機分布格局是較為穩定的天然林格局，有利于提高林分生產力和優化林分結構空間，本研究結果與此基本一致。

綜上，本試驗通過使用天然次生林經營技術，對白樺天然林采取一定的撫育間伐措施，包括伐除質量較差的白樺、合理調整林分空間等。實施該經營技術后的試驗地樹木徑級結構有所調整，灌木層、草本層蓋度增加，垂直層結構轉變為復雜結構，林分空間分布格局屬于隨機分布格局，促進了林分生產力的提高。

參考文獻

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[12] 申鵬，周雯，柴宗政. 近自然經營對馬尾松種群結構及分布格局的影響[J]. 西南林業大學學報（自然科學），2024，44（3）：35-42.

（責任編輯：吳思文）

基金項目 河北省林業和草原科技推廣示范項目“天然次生林結構化經營技術示范推廣”（冀TG〔2021〕013號）。

作者簡介 徐冰（1990—），男，河北圍場人，工程師，從事森林經營管理研究。

收稿日期 2024-08-16