山河屯林业局红松阔叶混交林林分空间结构特征

    孙清芳 刘滨凡 马燕娥

    

    

    

    摘?要：林分結构是研究森林可持续经营与管理的理论依据，为获得红松阔叶混交林的林分结构特征，采用混交度、大小比、角尺度林分空间结构参数和单木竞争指数等方法对山河屯林业局红松阔叶混交林进行研究。结果表明：研究区域内优势树种主要为色木槭、榆树、水曲柳和红松等，占林木总株数的74.46%;优势树种的竞争指数较低 （1.22～4.71），占据较多空间生态位;各样地混交度平均值为0.77，空间隔离程度较强;优势树种大小比数分布于0.38～0.71，表现为竞争均势，各样地大小比数出现频率相差不大;1～6号样地在平均角尺度值0.5出现的频率较高，分别为44.07%、55.56%、40.98%、45.24%、39.22%和63.16%，说明大部分林木的分布格局属于随机分布，较少林木的角尺度值为0.75和1，分布格局由随机状态向团状聚集状态过渡。综上所述，山河屯林业局红松阔叶混交林的树种组成丰富，空间隔离度高，林木整体处于竞争均势呈随机状态分布;优势树种以聚集分布为主，可采取适当经营管理措施以达到林分结构合理的目标。

    关键词：混交度;大小比;角尺度;竞争指数;红松阔叶混交林

    中图分类号：S718.5????文献标识码：A???文章编号：1006-8023（2019）06-0001-05

    Spatial Structure Characteristics of Pinus koraiensis Mixed

    Broad-leaved Forest in Shanhetun Forestry Bureau

    SUN Qingfang1，2， LIU Binfan3， MA Yane4

    （1.Forest Engineering and Environment Research Institute of Heilongjiang Province， Harbin 150081; 2.Key Laboratory of

    Forest Ecology and Forestry Ecological Engineering in Heilongjiang Province， Harbin 150081; 3.Heilongjiang Academy of Forestry，

    Harbin 150081; 4.Investigation Planning and Design Institute of State Forestry and Grassland Administration， Beijing 100714）

    Abstract：Spatial structure is the theoretical basis for studying sustainable management of forests. The spatial structure of pinus koraiensis mixed broad-leaved forest was studied in Shanhetun forestry bureau by using mingling index， neighborhood comparison， angle index and competition index. The results showed that the dominant tree species were acer mono， ulmus pumila， fraxinus mandshurica and pinus koraiensis， etc.， with the percentage of 74.46% of the total quantity of trees. Dominant tree species occupied more spatial niche with lower competition indexes （1.22～4.71）. The spatial isolation degree of trees in different plots was high， and the average mingling index was 0.77. The dominant tree species showed competitive equilibrium with the neighborhood comparison between 0.38～0.71， and little difference was founded in the frequency of the neighborhood comparison among different plots. The frequency of the mean angle indexes of six plots appeared higher on 0.5 than other angle indexes， with the frequency of 44.07%， 55.56%， 40.98%， 45.24%， 39.22% and 63.16%， and showed that most forest trees belonged to random distribution. A small number of trees were changed from random state to aggregate state with mean angle index of 0.75 and 1. In conclusion， the species composition of pinus koraiensis mixed broad-leaved forest was abundant and its spatial isolation degree was high， the whole forest was in a competitive equilibrium showing a random distribution; the dominant tree species were mainly clustered and distributed， and appropriate management measures should be taken to achieve the goal of rational stand structure.

    Keywords：Mingling index; neighborhood comparison; angle index; competition index; Pinus koraiensis mixed broad-leaved forest

    收稿日期：2019-05-10

    基金项目：黑龙江省应用技术研究与开发计划项目（GA19C006-3）

    第一作者简介：孙清芳，博士，副研究员。研究方向：林业碳汇。E-mail：[email protected]

    引文格式：孙清芳， 刘滨凡， 马燕娥. 山河屯林业局红松阔叶混交林林分空间结构特征 [J]. 森林工程，2019，35（6）：1-5.

    0?引言

    林分结构是森林生态系统的重要属性之一，决定了群落内林木之间的空间位置及其竞争关系，表现出林木的整体生长状态[1-2]。林分空间结构是指林木在林地上的水平或垂直分布及其属性在空间上的排列方式，即林木树种的异质性，对林木生长和林分稳定有着重要的影响[3]。林分结构的稳定性和发展是实现森林可持续经营的基础[4]。

    红松阔叶混交林是我国东北地区主要森林类型，具有重要的生态、经济和社会效益;五常市山河屯林业局地处长白山脉张广才岭西坡，因地理条件优越、施业区内物种丰富、品种齐全，“三大硬阔”与红松为其代表的针阔混交林，拥有“天然东北植物园”称号。近年来，关于长白山地区林分结构的研究主要集中于云冷杉针阔混交林[5-6]，对红松阔叶混交林的研究较少。本研究采用混交度、大小比、角尺度指数研究林分空间结构，采用单木竞争指数分析林木间竞争关系，從空间格局表征山河屯林业局红松阔叶混交林群落结构，为协调种间关系，为该地区森林经营管理以及林业生态环境建设提供理论依据。

    1?研究区域概况

    研究区域隶属黑龙江省五常市山河屯林业局奋斗林场 （E：127°28′18″～128°14′36″，N： 44°03′34″～44°38′34″），属于温带大陆性季风气候区，年均气温2.7～3.0 ℃，年均降水量达600～800 mm，土壤分布有亚高山草甸土、棕色针叶林土、暗棕壤和沼泽土。

    2?研究方法

    2.1?样地设置

    2018年10月，在山河屯林业局奋斗林场内选择红松阔叶混交林作为试验地，建立20 m×30 m样地6块，每块样地内设置5 m×5 m样方共计24个，对样地内所有胸径≥5 cm的树种进行调查，测定树高、胸径和冠幅等指标，并记录每个被检测个体的位置，以坐标 （x，y） 表示，坐标值单位均为距离，样地基本情况见表1。研究区域内树种组成主要以红松阔叶混交林为主，详细信息见表1。

    2.2?计算方法

    2.2.1?优势树种

    统计所有样地内各树种的相对频度RF、相对多度RA、相对显著度RD，计算出各树种的重要值IV，从而确定林分的优势树种。

    相对频度RF=某树种出现的样方数/所有树种的样方数。 ?（1）

    相对多度RA=某树种的个体数/所有树种的个体数。（2）

    相对显著度RD=某树种的胸径之和/所有树种的胸径之和。 ?（3）

    重要值公式IV=（RF+RA+RD）/3。 （4）

    2.2.2?竞争指数

    采用单木竞争指数[7-8]：

    CI=∑Nj=1DiDjLij。

    式中：CI为竞争指数;Di为对象木i的胸径;Dj为竞争木的胸径;Lij为两者之间的距离;N为竞争木株数（以对象木为中心，5 m为竞争半径，内部所有树木均为竞争木），竞争指数越大，竞争越激烈。

    2.2.3?混交度

    在参照树i的4株相邻木中，与每个参照树i不同种类的个体占据的比例，公式为：

    Mi=1n∑nj=1vij。

    式中：当参照树i与第j株相邻木属于非同种时vij=1，反之vij=0。Mi有5种取值，分别为0 （零度混交） 、0.25 （弱度混交） 、0.50 （中度混交）、0.75 （强度混交） 和1.00 （极强度混交） 。

    2.2.4?大小比

    胸径大于参照树i的相邻木个体数占全部4株最近相邻木的比例[9]，公式为：

    Ui=1n∑nj=1kij。

    式中：当参照树的胸径比第j株相邻木小时kij=1，反之kij=0;Ui有5种取值，分别为0 （绝对劣势） 、0.25 （劣势） 、0.50 （均势） 、0.75 （亚优势） 和1.00 （优势） 。

    2.2.5?角尺度

    在两个相邻木的邻接夹角中选择其中的小角α，与标准角α0 （相邻木均匀分布时的夹角为90°） 进行比较。此时角尺度的定义为：α角小于标准角α0的个数占4个邻接夹角的比例[10]，公式为：

    Wi=14∑4j=1Zij。

    式中：当第j个α角的值小于标准角α0时，Zi=1，反之Zi=0;当Wi在0.475～0.517之间时林分为随机分布，小于0.475为均匀分布，大于0.517时则为团状分布。

    3?结果与分析

    3.1?优势树种林分结构指数及竞争分析

    调查结果表明样地内胸径≥5 cm的树木共计325株，21个树种。重要值在0.20以上的为色木槭（acer mono）、榆树（ulmus pumila）、水曲柳（fraxinus mandshurica）、红松（pinus koraiensis）、黄菠萝（Phellodendron amurense Rupr）、花楸（Sorbus L.）、蒙古栎（Quercus mongolica Fisch. ex Ledeb.）和青楷槭（Acer tegmentosum Maxim.）8个树种，属于该区域森林群落的绝对优势树种，见表2。优势树种的平均胸径断面积占所有林木胸径断面积的34.53%，占林木总株数的74.46%，构成了该区域红松阔叶混交林群落类型。

    各優势树种的林分结构指数平均值见表3：优势树种的混交度平均值在0.7～1.0之间，属于强度混交向极强度混交过渡;黄菠萝的混交度平均值为1，表明该树种为极强度混交。优势树种的大小比平均值为0.38～0.71，黄菠萝和花楸的大小比平均值分别为0.71和0.70，表现出竞争优势地位;青楷槭的大小比平均值为0.38，竞争优势较低;其他优势树种的大小比平均值为0.44～0.67，表现为竞争均势。角尺度平均值为0.50～0.79，说明大部分优势树种在林分中以聚集分布为主;蒙古栎平均角尺度为0.50，分布状态为随机分布。

    优势树种的竞争指数平均值在1.22～4.71之间。黄菠萝、花楸的竞争指数最低，分别为1.22和1.83，同大小比和混交度的表达相一致，即该树种处于竞争优势地位。此外，蒙古栎和红松的竞争指数也较小（2.05，2.91），进一步说明在林分中所承受来自周边林木的竞争压力较小，在竞争中处于优势地位。

    3.2?样地林分树种隔离度

    样地林分的平均树种多样性混交度为0.77，表明所调查的红松阔叶混交林为高度混交林，各样地平均混交度如图1所示：0.74 （1#）、0.88 （2#）、0.79 （3#）、0.79 （4#）、0.86 （5#）、0.53 （6#）; 1～5号样地混交度均在0.7以上，属于强度混交;6号样地平均混交度低于其他样地，属于中度混交。

    各样地混交度均值的频率分布如图2所示，6号样地林木的混交度在0.5分布居多，该样地林木多为中度混交;其他样地林木混交度平均值多集中于0.75和1，说明林木为强度混交向极强度混交过渡，单一树种聚集生长的概率较低，林分群落相对稳定。

    3.3?样地林木大小分化程度

    各样地平均大小比均在0.50以上 （图3），变化范围为0.50～0.54，不同样地之间林木竞争差异不大。各样地林木大小比频率值如图4所示：1、4、5号样地表现为中庸木分布较多（Ui=0.5），大小比数值分布频率较为一致，分别为25.42%、26.19%、25.49%，说明不同胸径大小的林木在其各自空间结构单元中分布都较为均匀。2、3、5号样地在Ui=1 （优势） 分布上表现一致，其频率值分别为25.00%、24.59%、25.49%。以上说明5号样地林木在空间分布上表现出由均势向优势地位的过渡。6号样地在Ui=0.5出现频率值最高为28.95%，表明样地内林木竞争处于中庸地位。2号样地在Ui=0.25的频率值为27.78%，说明林木的分布多处于竞争劣势地位。

    3.4?样地林木水平分布格局

    不同样地角尺度平均值分布于0.567～0.611之间 （图5），各样地之间角尺度差别较小。样地角尺度分布的频率如图6所示，1～6号样地在角尺度为0.5出现的频率值分别为44.07%、55.56%、40.98%、45.24%、39.22%和63.16%，均高于其他角尺度值出现频率，说明各样地内大部分林木的分布格局属于随机分布。各样地中林木存在角尺度为0的情况，但出现频率非常低，说明存在绝对均匀分布的林木非常少。此外，样地在角尺度取值为0.75和1也有出现，且频率值较低，表现为样地角尺度平均值大于0.517，说明样地内一部分林木的分布聚集程度由随机分布趋向团状分布。结合优势树种角尺度值可以看出，样地内蒙古栎呈现随机分布状态 （角尺度为0.5），其他7个树种的分布均表现为相对集中的团状分布，因此林分结构调整应尽量改变角尺度偏离随机分布范围 （0.475～0.517） 较大的林木，使林分结构趋向合理分布。

    4?结论

    调查区域内红松阔叶混交林的树种组成丰富，优势树种主要为色木槭、榆树、水曲柳、红松、黄菠萝、花楸、蒙古栎和青楷槭。

    所有样地林木的平均竞争指数为3.42，各样地内林木竞争程度不同，黄菠萝和花楸的竞争指数较低处于绝对优势，蒙古栎和红松的竞争指数 （分别为2.05、2.91） 低于样地平均值，说明以上树种的大径级林木较多，占据较多的空间生态位。

    各样地内林木混交度整体水平高，空间隔离程度较高;所有样地内林木的水平分布呈现随机状态，优势树种以聚集分布为主，说明林分水平分布受树种组成影响较小;大小比均值分析表明林分结构单元整体上处于均势状态，群落稳定性良好。针对样地内优势树种的聚集状态，可适当采取相应的管理措施加以干预，以达到林分结构合理的目标。

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