梅县典型针阔混交林林分直径结构的动态变化规律

肖智慧，李志洪，薛春泉，刘凯昌，罗 勇

（广东省林业调查规划院，广东 广州 510520）

梅县典型针阔混交林林分直径结构的动态变化规律

肖智慧，李志洪，薛春泉，刘凯昌，罗 勇

（广东省林业调查规划院，广东 广州 510520）

合理的林分结构是森林生态系统发挥其功能的基础，采用固定样地连续观测的方法对南亚热带典型针阔混交林进行调查，并利用Weibull概率密度函数，对固定样地内乔木树种5年（2007～2012年）的直径分布动态进行了分析。结果表明：研究地乔木层树种比较丰富，共出现22个树种，以红锥为主要优势种，其次为木荷、马尾松、湿地松和杉木。2012年的调查结果中，新出现的物种主要有鼠刺、黎蒴以及乌桕等。5年间，群落的径级结构没有明显的变化，林分中小径级的林木占多数，群落中幼树充足，自然更新良好，群落结构相对稳定。说明研究区域群落物种组成和大小结构比较稳定，群落处于动态平衡状态。各固定样地内直径分布曲线均呈左偏，红锥林和杉木林的峰度在两次调查中均呈现负值，表明实际分布比正态分布平坦。木荷林的峰度值在两次调查中均大于其他林分，其直径分布最为集中，且分布曲线最为陡峭。除红锥林的变动系数较大外，其余各样地直径分布的变动系数均在30%左右，各林分的变动系数在第二次调查中均略有增加。Weibull分布对以针叶树为主的马尾松林和杉木林的直径分布曲线拟合的效果较好，其中，对杉木林的直径分布拟合的效果最好，精度最高。而对以阔叶树为优势树种的红锥林和木荷林直径分布拟合效果不理想。

天然混交林；林分动态；直径分布；Weibull分布；梅州市

天然林是森林生物与其生长环境相互作用长期演化的产物，其结构复杂、功能完善。林分直径结构是种群结构的基本规律和种群生长的主要特征之一，与林分的蓄积结构及功能有着密切的关系[1-2]。分析研究天然林生态系统的结构，模拟林分发展，不仅有助于弄清天然林群落种间种内关系、演替规律和生态功能的发挥机制，对森林的抚育间伐，预测林分蓄积量、材积计量等也具有重要意义[3]。

林分直径结构模型是研究林分直径结构特点，探讨直径动态变化规律的重要手段[4-7]。Weibull分布函数具有高度的灵活性与适用性，在相关研究中得到广泛应用[8-10]。例如，亢新刚等[11]通过Weibull分布较好的描述了长白山金钩龄林场过伐林区的针阔混交林；Karczmarski[12]利用Weibull分布很好的拟合了天然云杉林的直径分布。但是以往的研究中，将Weibull分布应用于人工纯林的生长收获模型上比较多见[13]，在天然混交林生长收获与经营决策中还很少有研究涉及[14-16]。

合理的林分结构是充分发挥森林效能的基础，本文应用Weibull分布对天然针阔混交林群落的结构特征及动态变化进行研究，以期深入了解亚热带天然林群落演替、稳定性和结构特征，为更好地保护和利用混交林资源，制定合理地经营措施提供依据。

1 研究区概况

本研究调查的森林样地位于广东省东北部，梅州市中部，地理位置为东经 115°47′～ 116°33′，北纬23°55′～ 24°49′，地处东江中上游，属于亚热带季风气候区，是南亚热带和中亚热带气候区的过渡地带。具有夏日长，冬日短，气温高的特点。日照充足，雨量充沛，1月平均气温10.9℃～13℃，年平均气温20.6℃～21.4℃，4～9月为雨季，平均年降水量1 483～1 798 mm，无霜期300 d以上，冰冻期短。

2 研究方法

2.1 样地设置及调查

以广东省森林资源一类清查固定样地为基础，于2007年选取人为干扰较小，具有代表性的天然混交群落，设置标准地（25.82 m×25.82 m），进行群落调查及种群统计。共设置4个标准地，基本能客观反映其生态条件。测定每块样地的海拔、坡向、坡位、坡度、土壤状况等生态因子，各标准地的基本特征见表1。样地用森林罗盘仪配合水准仪测距定位，并用PVC塑料管桩在每个小样方的四角做永久性固定标志。对每个样地进行每木检尺，纪录胸径5 cm以上林木的种名、胸径、树高、枝下高、冠幅等因子。于2012年对该固定样地进行复测，调查内容与2007年一致。

表1 各样地的立地因子Table 1 Site factors of the studied sample plots

2.1 数据分析

2.1.1 直径分布特点

根据两次调查数据，以2 cm径阶整化径阶记录（起测径为5 cm），统计各径阶林木株数，取得林木株数的直径分布序列，计算各样地直径分布的变动系数、偏度及峰度，说明林分直径分布的特征。其中变动系数（C）反映分布范围的大小，值越大表明林木直径离散度程度越大，分布范围亦大；偏度系数（KS）大于零表示左偏，反之为右偏；峰度系数（K）用于说明峭度变化，K值愈大，曲线愈尖削，反之，则愈平坦。其计算公式为：

2.2.2 直径分布拟合

本研究采用Weibull分布函数[17]对各样地林木的直径分布进行拟合。Weibull分布具有较大的灵活性，既能较好地拟合不同偏度、峰度的单峰山状曲线，又可拟合倒J型曲线，并且数学推导简便，得到广泛应用[17]。采用最大似然估计法[18]计算样本的分布参数，最后用卡方检验来确定模型的拟合效果。

Weibull分布的概率密度函数为：

式（4）中：x为林木实测直径，α为形状参数，β为尺度参数。

卡方检验公式为：

式（5）中，Nj为观测值，Mj为预测值，m为径阶数。

3 结果与分析

3.1 林分树种组成变化

对固定样地的调查发现，研究区域内乔木层树种比较丰富，共有11科19属22种。林分的主要树种为红锥Castanopsis hicklii，其次为木荷Schima superba、马尾松Pinus massoniana、湿地松Pinus elliotii和杉木Cunninghamia lanceolata。在2012年调查中新出现的树种主要是鼠刺Itea chinensis、 黎 蒴 Castanopsis fissa、 乌 桕Sapium sebiferum等。从2007年到2012年，林分断面积显著增加，由9.355 m2/hm2增加到14.798 m2/hm2，增幅达58.2%。

本研究采用各树种断面积占林分总断面积的比重来判断林分中树种组成的变化[19-20]。从表2可以发现，主要树种中，以华润楠增幅最大，相比2007年，2012年的密度和断面积分别增长133.3%和35.6%。而红锥断面积所占的比例显著减少，由29.7%降低到22.3%。其余树种每公顷断面积变动不大。

3.2 直径分布动态变化

3.2.1 直径分布特点

对比两次调查结果，可以发现群落的径级结构没有明显变化（图1），群落中幼苗、幼树充足，群落的大小结构完整，群落比较稳定。研究区域林分总体上符合天然林直径分布的特点，以小径级的林木居多，随着直径的增大，林木株数逐渐减少。

表2 5年间林分主要乔木树种基本特征变化Table 2 Changes of basic characteristics of main arbor species during five years

从图1可以看出，以红锥径阶分布范围最大，为6～40 cm，其余林分的直径分布范围为6～22 cm。马尾松林和木荷林的直径分布呈倒J型曲线，杉木林的直径分布曲线呈近似单峰分布，红锥林内的直径分布比较复杂，呈双峰曲线，其原因可能是该林分为近熟林，林内物种丰富，不同树种中不同径级的个体对环境条件及竞争的变化反应不一，导致径级结构发生变化。从径级分布可以看出，红锥林内6 cm径级的林木显著增加。总体上，从2007年到2012年，中等径级（10～12 cm）的林木所占的比例增大，小径级林木的比例呈现不同程度的减少。红锥林内大径级的林木显著减少除了与林木的枯死有关外，主要是由于林下更新充分，中小径级的林木生长迅速，在林内所占的比例增大。从总体趋势看，研究地各林分属于稳定型种群，有小径级个体储备。

图1 2007～2012年林分直径分布变化（a, b, c, d分别代表马尾松林、红锥林、木荷林和杉木林）Fig. 1 Changes of diameter distribution of studied stands obtained in the two investigations (a, b, c and d present study stands dominated by Pinus massoniana, Castanopsis hicklii, Schima superba and Cunninghamia lanceolata, respectively)

从三个特征值来看（表2），各样地的直径分布的偏度均呈左偏，表明林分中小径级的林木占多数。2007年到2012年，除红锥林的偏度值增大外，其余样地的偏度值则存在不同程度的减小。红锥林和杉木林的峰度在两次调查中均呈现负值，表明实际分布曲线比标准正态分布平坦，直径分布比较分散，其中，以红锥林直径分布最为分散。木荷林的峰度值在两次调查中均大于其它林分，说明其直径分布最为集中，且分布曲线最为陡峭。从变动系数来看，除红锥林较大外，其余样地直径分布的变动系数均在30%左右，且与2007年相比，在2012年的调查中，各林分直径分布的变异系数均略有增加。总体上研究区域群落直径结构比较稳定，群落处于一种动态平衡状态。

3.2.2 直径分布拟合

本研究采用Weibull分布对各样地林木的直径分布进行拟合，结果见表3。在对拟合后的分布进行卡方检验后发现，以阔叶树为优势的红锥林和木荷林直径分布拟合的X2值均大于临界值，拟合效果不理想，说明该林分的直径分布不符合Weibull分布。而以针叶树为优势的马尾松林和杉木林的X2值明显小于临界值，拟合效果比较理想。

表2 各样地直径分布特征数Table 2 Descriptive statistics of diameter distribution characteristics of studied stands

表3 混交林直径Weibull分布拟合结果Table 3 Imitation results of diameter distribution of studied stands by using Weibull distribution

为了直观的看出各样地直径分布曲线的动态变化，以拟合效果最好的杉木林为例，依拟合所得的参数值，画出各年份该样地林木直径的Weibull分布曲线，如图2所示。由图2可以看出，两个年份群落的直径分布均呈单峰状，但其分布曲线存在显著的差异。随着群落的发展，林分直径分布的峰值逐渐由左向右移到，2007年，峰值出现在径阶10 cm处，5年后，峰值右偏到12 cm处，这与林木的生长趋势一致。且峰值逐渐减小，分布趋于平缓，林木直径分布更为均匀。

图2 杉木林分直径Weibull分布变化Fig. 2 Changes of theoretical diameter distribution of forest dominated by C. lanceolata by using Weibull distribution

4 结 论

（1）所研究的亚热带天然针阔混交林树种组成丰富，以红锥为主要优势种，其次为木荷、马尾松、湿地松和杉木，五年中出现新物种主要是鼠刺、黎蒴、乌桕等，林内更新充足，林分健康发展。

（2）对林分的直径分布研究，发现该林分基本符合天然林直径分布的特点，以小径级的林木居多，随着直径的增大，林木株数逐渐减少，表明群落中幼苗、幼树充足。五年间，中等径级的林木所占的比例增大，而小径级林木的比例呈现不同程度的减少。林木直径分布的特征值分析表明，两次调查中，各样地的直径分布均呈左偏，各样地直径分布的峰度和变动系数变化不大，说明研究区域群落直径结构比较稳定，群落处于一种动态平衡状态。

（3）应用Weibull分布对各样地不同时间的直径分布进行拟合，并对拟合结果进行卡方检验，结果发现，Weibull分布对以针叶树为优势的马尾松林和杉木林的拟合效果比较理想，而对以阔叶树为优势的红锥林和木荷林直径分布拟合的效果不理想，其中Weibull分布对杉木林的拟合精度很高，效果最好。

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Diameter distribution and dynamics of typical coniferous and broadleaved mixed forests in Meizhou county, Guangdong province

XIAO Zhi-hui, LI Zhi-hong, XUE Chun-quan, LIU Kai-chang, LUO Yong
(Guangdong Provincal Institute of Forestry Inventory and Planning, Guangzhou 510520, Guangdong, China)

Based on the fixed sample survey of each tree positioning data, the dynamics of diameter structure of coniferous and broadleaved mixed forest in subtropics of five-year-old (from the year of 2007 to 2012) were studied by using the probability density function of Weibull distribution. The results show that the tree composition of studied stands was abundant; there were 22 tree species in the community, Castanopsis hicklii was the main dominant tree species, which was flowed by Schima superba, Pinus massoniana, Pinus elliotii and Cunninghamia lanceolata. In addition, Itea chinensis, Castanopsis fissa and Sapium sebiferum were found in the community in the second investigation. The diameter size-class structure did not change a lot during the five years. Trees in small diameter class e dominated the community, indicating good regeneration across the stands, and the dynamics of tree diameter structure was relatively stable. The skew values of stands were positive in the two investigations. The species composition and diameter structure had small changes in the studied stands, and the community appeared to maintain a state of dynamic equilibrium. The skewness values of the stands dominated by Castanopsis hicklii and Cunninghamia lanceolata, respectively showed to be negative values, which indicating that the curves of diameter distribution of the two sites were flatter than normal distribution. In the two investigation, the kurtosis of Schima superba dominated forest were greater than the other stands, indicating that the species had the most concentrated diameter distribution and the most steep distribution curve. The diameter variance coefficients showed to be near 30%, except for a higher diameter variance coefficient of Castanopsis hicklii dominated forest. And the variance coefficients of the four stands from the second investigation were slightly greater than the investigation in 2007. It is found that the fitting effects of diameter distribution curves of P. massoniana and C. lanceolata dominated by coniferous trees with Weibull distribution were better than others’, of two stands, the fitting effect C. lanceolata’s was the best, having the highest accuracy; while the fitting effects of diameter distribution curves of C. hicklii and S.superba dominated by broadleaf trees with Weibull distribution were not ideal.

natural mixed forest;forest dynamic; diameter distribution; Weibull distribution; Meizhou city

S758.5+3

A

1673-923X(2013)06-0017-05

2013-01-11

国家森林资源与生态状况综合监测广东试点、国家林业局林业碳汇计量监测体系建设广东试点、广东省低碳发展专项资金项目“广东省森林碳汇现状和潜力研究”（2011-032）

肖智慧（1963-），男，广东和平人，硕士，研究员，主要从事林业调查规划设计及相关管理工作

[本文编校：吴 彬]