一种新的竞争指标——树冠影响度

王 鑫，葛宏立*，辛营营

（1. 浙江农林大学 环境科技学院，浙江 临安 311300；2. 浙江农林大学 浙江省森林生态系统碳循环与固碳减排重点实验室，浙江 临安 311300）

一种新的竞争指标
——树冠影响度

王 鑫1,2，葛宏立1,2*，辛营营1

（1. 浙江农林大学 环境科技学院，浙江 临安 311300；2. 浙江农林大学 浙江省森林生态系统碳循环与固碳减排重点实验室，浙江 临安 311300）

可变竞争区域类竞争指标根据对象木某个描述型指标函数确定竞争区域；而树冠在树木的生长过程中具有重要的作用，并且反映了树木的长期竞争水平，根据这两种思想提出一种新的竞争可变区域类竞争指标——树冠影响度。采用典型选样法设置研究样地，并对样地内树种的各个测树因子进行调查统计，应用树冠影响度对数据进行分析讨论，结果显示：样地树种平均树冠影响度为0.359 4，样地中群落竞争相对较弱，群落结构相对稳定，其中马尾松（Pinus massoniana）的树冠影响度最小，为0.261 3；枫香（Liquidambar formosana）的树冠影响度最大，为0.510 1。优势种群树种平均树冠影响度小于非优势种群树种，优势种群受到的竞争较小，竞争能力较强，针叶树种平均树冠影响度小于阔叶树种树种，针叶树在群落中处于优势地位。

可变竞争区域类；竞争指标；树冠影响度；林木；竞争

植物间的竞争作用是影响植物生长、形态和存活的主要因素之一[1]。在植物群落特别是天然群落中，竞争是普遍存在的，并且对群落的结构以及演替进程具有重要影响[2]。个体间的竞争是导致群体分化的重要因素之一，树木间的竞争只有当林分发育到一定阶段才会发生，竞争出现的早晚与林分的密度、林木的生长特性及立地条件的优劣都有直接的关系。20世纪60年代以来，很多学者为了更加准确地预测林木生长，相继提出了许多描述林木竞争强度的数量指标，即竞争指数系统[3]。虽然竞争指数在形式上是对树木间生存空间竞争关系的数学描述，但其实质则是反映树木生长对物理环境的需求与现实生境下树木对物理环境的占有量这一对矛盾[4]。

可变竞争区域类竞争指标指对某一对象木来说其竞争区域是固定的，而不同对象木之间则是变化的，竞争区域的大小是对象木某个描述型指标的函数[5]。Beck用与对象木直径成比例的竞争半径选择竞争木，并用竞争木的断面积和表示对象木的竞争强弱，比例因子由试验确定[6]。本文在此原理的基础上提出一种新的可变竞争区域类竞争指标——树冠影响度，现总结如下。

1 研究地概况

研究区位于浙江省西部淳安千岛湖风景区（29° 11′ ～ 30° 02′ N，118° 20′ ～ 119° 20′ E）。该区属亚热带季风气候，因植被及湖水的调节作用，气候温暖湿润，四季分明。年平均气温17℃，年降水量1 430 mm，年平均雨日为155 d，森林覆盖率达95%，千岛湖风景区植物种类非常丰富，其中属国家重点保护的树种有20种。景区还保存比较完整、面积较大的阔叶混交林区及千亩田、磨心尖的植物分布群落等，是组织植物景观、植被考察和开展专项旅游的特色资源。

2 研究方法

2.1 样地设置与调查

在研究地区，利用典型选样法选取研究地段，设置20 m×30 m的样地12个，共计样地面积7 200m2。对样地内胸径≥5cm的所有乔木树种进行定位，并进行每木检尺。

2.2 优势树种确定

优势树种按优势度分析法确定[9]。其方法是，首先计算群落乔木层每个树种的相对胸高断面积，并作为优势度，按优势度从大到小排序，然后通过下式确定优势树种数：

式中：xi为排序在前的上位种T的相对胸高断面积；x为优势树种所占的理想百分比；xj为上位种以外的剩余种U的相对胸高断面积；N为总种数，如果群落只有1个优势树种，则优势树种的理想百分比为100%，如果有2个优势树种，则它们的理想百分比为50%，如果有3个优势树种，则理想百分比为33.3%，依此类推，分别计算d值。当d为最小值时的上位种数为群落乔木层优势树种数。

2.3 树冠影响度的有关概念及公式

树冠之间存在竞争主要与林木位置、树冠特性（冠幅、冠长等），同时还与太阳光入射角度有关。为了方便计算，本文假设太阳高度角为45°，此时树高和树高投影长度相等。

2.3.1 竞争木的选择 树冠在树木的生长过程中具有重要的作用，并且反映了树木的长期竞争水平[7]。树冠作为影响林木之间竞争的重要因子，其主要作用是影响林木的光合作用。所以竞争木在南北向上对对象木存在遮挡认为存在竞争。

首先，水平东西方向上：当xi－(wi＋wj)/2

其中：xi、xj分别为对象木和竞争木的东西坐标，wi、wj分别为对象木、竞争木的东西冠幅。

然后，在选择的竞争木基础上再进行东西方向上的选择：当rij＋h枝下高>hj时，不存在竞争；当rij＋h枝下高≤hj时，存在竞争。

其中：rij为对象木与竞争木的距离，h枝下高为对象木的枝下高，hj为竞争木的树高。

2.3.2 树冠影响度 树冠影响度实际上是指竞争木对对象木树冠的遮挡程度，分为水平遮挡和垂直遮挡两个方面，树冠影响度即两个遮挡度的乘积。

对象木i的水平遮挡度为QSi：

即：东西方向竞争木与对象木的树冠重叠与其东西南北冠幅的比值。比值越大，说明树冠重叠越多，竞争木j对对象木i的竞争越多，对象木受到的竞争激烈程度越高。

对象木i的垂直遮挡度为QCi：

其中：Li为对象木的冠长，即垂直方向上树冠遮挡与对象木冠长的比值。当QCij>1时，记QCij= 1。比值越大，说明树冠重叠越多，竞争木j对对象木i的竞争越多，对象木受到的竞争激烈程度越高。

对象木i的树冠影响度Qi：

即：竞争木j对对象木i的树冠遮挡面积与对象木树冠面积的比值。比值越大，说明竞争木j对对象木i的树冠遮挡越多，竞争木j对对象木i的竞争越多，对象木受到的竞争激烈程度越高。

3 结果与分析

3.1 优势种群确定

根据调查结果进行统计，30个样地内胸径5 cm以上的林木共计2 850株35种，调查样地的林分结构复杂多样。计算群落乔木层各树种的相对胸高断面积，并按降序排列，根据式（1）确定优势树种。结果显示，群落有7个优势树种（表1）。这7个优势树种的株数和胸高断面积分别占样地总株数和总胸高断面积的94.73%和96.21%，表明这些树种在森林群落乔木层中占明显的优势。

3.2 优势树种树冠影响度分析

计算得出，样地树种平均树冠影响度为0.359 4。因此，样地中群落竞争相对较弱，说明群落结构相对稳定。优势树种中马尾松的树冠影响度最小，为0.261 3，枫香的树冠影响度最大，为0.510 1（图1）。这一规律与各优势树种的树种特性及其在群落的水平、垂直格局中的分布有关。

表1 群落优势种组成Table 1 Composition of dominant tree species of the community

优势树种中阔叶树种的树冠影响度为0.417 5，针叶树种的树冠影响度为0.299 0，即优势树种中阔叶树种的树冠影响度大于针叶树的树冠影响度，优势树种中阔叶树种的竞争激烈程度大于针叶树。这是由于调查样地中针叶树相对于阔叶树在群落中处于优势地位，竞争能力较强，所以受到的竞争压力小。

3.3 优势种群和非优势种群树种树冠影响度分析比较

根据树冠影响度公式计算得到，优势种群树种平均树冠影响度为0.353 2，非优势种群的树种平均树冠影响度为0.493 7。优势种群中，针叶树种的树冠影响度为0.299 0，阔叶树种的树冠影响度为0.417 5；非优势种群中，针叶树种的树冠影响度为0.338 2，阔叶树种的树冠影响度为0.503 9。总的来说优势种群比非优势种群的树冠影响度小，说明优势树种在群落中受到的竞争压力较小，竞争能力较强，处于群落的优势地位。而优势树种和非优势树种中的针叶树树冠影响度分别都比阔叶树种的树冠影响度小，总的来说针叶树比阔叶树在群落中占据较多的资源，竞争能力较强，更处于优势地位（图2）。

图1 各优势树种树冠影响度Figure 1 The competition degree of the crown of dominant tree species

图2 树种树冠影响度比较Figure 2 Comparison of the competition degree of the crown among tree species

4 结论

调查群落中，以马尾松、杉木、苦槠为主，具有多优势种结构特征。因为树种特性及树种繁殖方式的影响，优势种群比非优势种群的树冠影响度小，说明优势树种在群落中受到的竞争压力较小，竞争能力较强，处于群落的优势地位 。而优势树种和非优势树种中的针叶树树冠影响度分别都比阔叶树种的树冠影响度小，总的来说针叶树比阔叶树在群落中占据较多的资源，竞争能力较强，更处于优势地位，样地中群落竞争相对较弱，也说明群落结构相对稳定。

根据结果分析来看，树冠影响度能较好的描述林木间的竞争状况，且计算简单，数据容易获得，在研究林木竞争中有重要作用。

[1] 李先琨，苏宗明，欧祖兰，等. 元宝山冷杉群落种内与种间竞争的数量关系[J]. 植物资源与环境学报， 2002，11（1）：20－24.

[2] 邹春静，韩士杰，张军辉. 阔叶红松林树种间竞争关系及其营林意义[J]. 生态学杂志，2001，20（4）：35－38.

[3] 邵国凡. 东红松人工林单木生长模型的研究[J]. 东北林业大学学报，1985（1）：1－6.

[4] 张思玉，郑世群. 永定桫椤群落的结构特征[J]. 植物资源与环境学报，2001，10（3）：30－34.

[5] 关玉秀，张守攻. 竞争指标的分类与评价[J]. 北京林业大学学报，1992，14（4）：l－8.

[6] Beck D E. Predicting growth of individual trees in thinned stands of Yellow-Poplar[A]. J Fries. Growth models for tree and stand simulation [C]. Royal College of Forestry in Stockholm, 1974. 47－55.

[7] Biging G S, Dobbertin M. A comparison of distance-dependent competition measures for height and basal area growth of individual conifer trees [J]. For Sci, 1992, 38（3）：695－720.

[8] MarshallD D, Johnson G P, Hann D W. Crown profile equations for stand-grown western hemlock trees in northwestern Oregon [J]. Can J For Res, 2003, 33（11）：2 059－2 066.

[9] Ohsawa M. Differentiation of vegetation zones and species strategies in the subalpine region of Mt. Fuji [J]. Plant Ecol, 1984，57（1）：15－52.

A New Competition Index—Crown

WANG Xin，GE Hong-li，XIN Ying-ying
（1. Shool of Environmental Science and Technology, Zhejiang A & F University, Lin’an 311300, China; 2. Zhejiang Provincial Key Laboratory of Carbon Cycling in Forest Ecosystems and Carbon Sequestration, Zhejiang A & F University, Lin’an 311300, China）

Variable competitive region (VCR) is determined by exponential function based on a description indicator of the objects. Crown has an important role in tree growth, and reflects the level of tree competition in the long term. A new competitive index of VCR was proposed: competition degree of crown. Using typical sampling method to establish sample plot, and each factor of tree species was investigated. Analysis by competition dgree of crown showed that the average competition degree of crown in the plot was 0.3594, the competition of populations in the plot was relatively weak, indicating that the community structure was relatively stable. Competition degree of the crown of Pinus massoniana (0.2613) was the smallest and that of Liquidambar formosana (0.5101) was the largest. The average competition degree of the crown of dominant species was less than that of non-dominant species. Competitive ability of dominant species was stronger. The average competition degree of the crown of coniferous trees was less than that of broad-leaved trees, coniferous trees were in a dominant position in the community.

variable competitive region; competition index; competition degree of crown; tree; competition

S718.53

A

1001-3776（2011）02-0072-04

2010-12-17；

2011-02-20

国家自然科学基金项目“基于面向类技术的高分辨遥感图像森林信息提取方法研究”（30771725）；国家高技术研究发展计划（863计划）“基于多源遥感信息的松材线虫病综合监测预警系统研究”（2006AA12Z109）；浙江省科技厅重大科技专项和优先主题计划“浙江森林碳生存与储量计量模型研建及应用评估系统开发”(2008C12068)

王鑫（1984－），男，山西阳泉人，硕士研究生，从事森林经理学研究；*通讯作者。