杉木鹅掌楸混交林结构特征研究——以广西大山塘林场为例

莫海智，潘 捷，李永亮，宋亚斌

(1.金城江区林业局，广西 河池 547000； 2.国家林业局中南林业调查规划设计院，长沙 410014；3.中国林业科学研究院，北京 100091； 4.中南林业科技大学，长沙 410004)

杉木鹅掌楸混交林结构特征研究——以广西大山塘林场为例

莫海智1，潘 捷2，李永亮3，宋亚斌4

(1.金城江区林业局，广西 河池 547000； 2.国家林业局中南林业调查规划设计院，长沙 410014；3.中国林业科学研究院，北京 100091； 4.中南林业科技大学，长沙 410004)

分析林分结构特征对研究林分生长和提高林分经营管理水平有着极为重要的作用，可为优化林分结构，促进林分生长，选择合理林分经营措施提供科学参考。以大山塘林场的杉木鹅掌楸混交林为研究对象，对杉木胸径分布和树高结构及林分空间结构进行分析。结果表明，可用正态分布拟合林分内杉木胸径分布结构，以真实值与理论值建立的线性回归模型决定系数为0.8808；可用一元二次统计回归模型，实现杉木胸径对树高的估计，其决定系数为0.9741；林分空间分布格局属均匀分布；杉木处于中庸状态，鹅掌楸处于优势状态；林分混交程度较低。

空间结构；混交度；正态分布；模型；杉木

林分结构是森林经营管理中的重要因子，是森林发挥功能的基础，是森林生态系统演替的主要驱动力[1]。林分结构指标包括非空间属性以及具有空间属性的结构指标。林分树种结构、年龄结构、直径与树高结构、空间结构等特征构成了研究林分结构的主要内容。林分空间结构是林木及其属性在空间上的分布[2-3]，决定了林木的竞争优势及空间生态位，决定了林分的稳定性、发展的可能性和经营空间的大小[4]。分析林分结构特征对于描述林分状态及其变化有着重要意义，是建立林分生长模型的基础，是开展林分合理经营措施的有力保障。王香春[5]运用正态分布、Weibull分布和β分布3种概率密度函数研究了落叶松人工林的直径分布规律，得出可用β分布来进行直径分布拟合。雷相东[6]通过研究与距离有关的多样性指标和与距离无关的多样性指标，发现林分结构的多维性可由与距离有关的指标更好的描述。惠刚盈[7]对基于Ripley K-函数的L-函数、双相关函数和角尺度方法的林木空间分布格局研究方法进行了对比分析。刘奉强[8]应用森林结构三维模型研究了林分空间结构异质性。刘红民[9]运用空间结构参数对辽东山区天然次生阔叶混交林空间结构展开了分析。陈辉荣[10]利用结构参数对不同强度择伐后的天然林林分空间结构的变化动态进行了对比研究。本研究以杉木鹅掌楸混交林为研究对象，对其林分结构特征展开研究，以期真实描述林分现状，为制定结构调整方案，确定经营目标，开展合理经营措施提供科学参考依据。

1 试验区概况

大山塘林场呈块状分布于广西壮族自治区河池市金城江区九圩镇、侧岭乡、拔贡镇，24°22′-24°55′N, 107°33′— 108°13′E之间。林场属以保护为主的生态公益型林场，境内森林茂盛，森林覆盖率达90.07%。林场国有林经营面积3045hm2，有林地1966.7hm2，划定生态公益林620hm2，森林蓄积量25.5万m3，其中商品林蓄积21.7万m3，生态公益林蓄积3.8万m3。林场属亚热带季风湿润气候区，境内以中低山地貌为主，主要成土母岩为板页岩，土壤以黄壤为主。

2 研究方法

2.1 样地调查及数据获取

于林场内选取杉木鹅掌楸林分为研究对象，其中杉木于1995年造林，鹅掌楸于1996年补植，杉木鹅掌楸混交比例为9∶1，混交方式为星状混交。调查样地大小设定为60×60m，平均海拔291m，坡度24°，西南坡向，位于下坡，林分郁闭度为0.9。样地内林木平均胸径16.3cm，平均树高10.8m。挂牌标记样地内每株林木，调查每株林木树种、胸径、树高及相对位置坐标。胸径采用胸径尺测量，树高采用激光测距仪测定，利用全站仪测定每株林木的相对位置坐标。

2.2 分析方法

2.2.1 胸径分布模型

许多树种的胸径分布都近似于正态分布，选用正态分布来描述林分胸径分布规律。正态分布的概率密度函数如式(1)[11]所示：

(1)

2.2.2 树高分布模型

根据胸径—树高对应关系，以一元二次统计回归模型建立树高分布模型，可表达为：

H=aD2+bD+c

(2)

式中：H代表树高；D表示林木胸径；a，b和c为拟合参数。

2.2.3 角尺度

以角尺度来分析林分内林木个体的空间分布格局。角尺度是α角小于标准角α0(72°)的个数占所调查的最近相邻4株木4个夹角的比例，如式(3)所示，林分平均角尺度可表达为式(4)[12]：

(3)

(4)

2.2.4 大小比数

大小比数可用来描述林分内林木个体大小分化程度，反映林木个体的生长优势程度，体现林木间的竞争关系。以胸径、树高或冠幅大小为比较指标，其值为大于参照木的相邻木占所考察的4株最近相邻木的比例，如式(5)所示，林分平均大小比数如式(6)所示[13]：

(5)

(6)

2.2.5 混交度

以混交度来表征混交林中树种的隔离程度。混交度为4株最近相邻木与参照木不同种的个体所占的比例，可如式(7)所示，林分平均混交度如式(8)所示[14]：

(7)

(8)

3 结果与分析

3.1 杉木胸径结构

调查样地内杉木按径阶分布统计结果如图1所示。由图1发现：杉木鹅掌楸混交林中杉木树种的胸径分布范围较广，整体表现为单峰状态，与正态分布曲线相类似；杉木个体大多分布在14～18cm径阶之间，占林木总株数的63.8%；8cm，24cm和26cm径阶分布林木较少，占林木总株数的3.5%。

图1 杉木按径阶统计结果

以正态分布拟合杉木径级分布，以径阶实际林木个数为横坐标，以径阶估计林木个数为纵坐标绘制散点图，并拟合线性回归模型，结果如图2所示。由图2发现：决定系数R2达0.880 8，有较好拟合效果，说明可用正态分布拟合杉木胸径分布结构。

图2 拟合效果图

3.2 杉木树高结构

林木树高与胸径一般呈正相关关系，可通过绘制胸径—树高散点图，建立树高估计模型。以杉木每一径阶林木的算术平均树高作为此径阶对应的树高，利用SPSS软件建立两者间的一元二次回归估计模型，结果如图3所示。

图3 拟合效果图

由图3发现： 决定系数R2达0.9741，可运用此种方法建立杉木胸径—树高统计回归模型，实现对杉木树高的高精度估计。

3.3 林分空间结构特征

以角尺度、大小比数与混交度等3个参数，分别对林木空间分布格局、林木竞争态势与树种混交程度进行分析研究。根据3个参数的定义可知：3个参数都有0，0.25，0.5，0.75和1这5种取值结果，分别对应不同的空间结构特征。其中，角尺度取值分别对应很均匀、均匀、随机、不均匀、很不均匀分布；大小比数取值分别对应优势、亚优势、中庸、劣态、绝对劣态地位；混交度取值分别对应零度、弱度、中度、强度、极强度混交状态。

3.3.1 林木空间分布格局

林木空间分布格局有随机分布、均匀分布和聚集分布3种类型。角尺度对空间结构有很强的解析能力，其值越大则参照木周围的相邻木分布越不均匀。用角尺度分析林木空间分布格局，只关注林木个体之间的方位信息，只需考虑样地的取值情况。林分平均角尺度在0.475～0.517之间时，为随机分布，大于0.517时为聚集分布，小于0.475时为均匀分布[15]。样地角尺度分布频率如图4所示。

图4 样地角尺度分布频率

由图4发现： 样地中角尺度为0和1的分布频率很少，说明很均匀分布与很不均匀分布的结构单元较少；角尺度为0.5的结构单元的分布频率约为0.53，所占比例最大，说明随机分布结构单元最多，相邻木随机围绕在参照木周围；均匀分布结构单元(角尺度为0.25)所占比例大于不均匀分布结构单元(角尺度为0.75)所占比例。

样地平均角尺度为0.465，林木总体分布格局属均匀分布。

3.3.2 林木大小分化程度

大小比数是林分中林木个体大小分化程度的量化指标，能够反映林木在结构单元中的竞争关系，定义了参照木在该结构单元中所处的生态位，生物意义明显。其值越大，代表相邻木越大，参照木生长不占优势。以林木胸径作为比较指标，杉木、鹅掌楸林木大小比数分布频率分别如图5，6所示。

由图5发现： 杉木胸径大小比数在不同状态下的分布差异不大；处于优势或亚优势地位所占比例(0.38)小于处于劣态或绝对劣态地位所占比例(0.42)；平均大小比数为0.52，总体上处于中庸状态。由图6可知：鹅掌楸处于优势或亚优势状态林木所占比例为0.64，处于劣态或绝对劣态状态林木所占比例为0.20，表明鹅掌楸所构成的结构单元中，较大树木较少，鹅掌楸处于明显优势地位；平均大小比数为0.32，总体上处于优势状态。

图6 鹅掌楸大小比数分布频率

3.3.3 树种混交特征

混交度是描述林分中任一林木的最近相邻木为其他树种概率的指标，可反映树种空间分隔程度，是描述林分树种组成的重要空间结构参数。一般而言，混交度越大，林分越稳定。样地混交度分布频率如图7所示。

图7 样地混交度分布频率

由图7可知： 处于零度混交的结构单元所占比例最大，达到65.1%，说明林木单种聚集情况较多；弱度混交比例达22.5%，中度、强度和极强度混交比例为12.4%，也就是说林分中只有12.4%的林木最近4株相邻木有2～3株或都为不同树种；林分平均混交度为0.15，属零度混交与弱度混交状态之间，混交程度较低。

4 结论

1)正态分布是描述林分胸径分布结构规律的有效方法。通过获知林木算术平均胸径与林木胸径标准差，实现了杉木胸径分布规律的正态分布模拟，并用径阶实际林木株数与理论株数建立线性回归模型，决定系数达0.8808，证明此种方法是可行的。通过绘制杉木胸径—树高散点图，建立了以胸径为自变量的一元二次树高估计模型，决定系数达0.9741，证明此种方法可对杉木树高进行高精度估算。

2)以林分空间结构参数：角尺度、大小比数、混交度对林分的空间结构特征进行了研究分析。林木随机分布结构单元最多，林木空间分布格局属均匀分布。以林木胸径作为大小比数比较指标，杉木处于中庸状态，鹅掌楸处于优势状态。林分零度混交结构单元占有相当大的比例，林分属零度混交与弱度混交状态之间，混交程度较低。

3)研究林分结构特征不仅要关注林木径级分布、树高等指标，更应关注林分空间结构信息，以便全方位了解林分结构。研究林分结构特征是研建新一代林分生长模型的基础，是提高林分经营管理水平的重要途径。另外，通过结构化经营，进行林分结构调整，使林分内优势树种趋于随机分布，调整林木大小比数，改善林木竞争关系，促进林木生长，调整林分混交度，提高林分质量与稳定性，可促使林分向着更加健康的方向发展。

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StudyonStructureCharactersofChineseFirandLiriodendronMixedForest——A Case Study of the Da Shantang Forest Farm in Guangxi

MO Haizhi1，PAN Jie2，LI Yongliang3，SONG Yabin4

(1.Forestry Bureau of Jinchengjiang，Hechi 547000，Guangxi，China； 2.Central South Forest Inventory and Planning Institute of State Forestry Administration, Changsha 410014，Hunan，China； 3.Chinese Academy of Forestry, Beijing 100091，China； 4.Central South University of Forestry & Technology, Changsha 410004，Hunan，China)

The analyses of stand structure characters plays a vital role on studying stand growth and improving the forest management level.The detailed descriptions of stand structure characters can provide scientific reference for optimizing stand structure, promoting stand growth and selecting reasonable management measures.A plot of Chinese fir and Liriodendron mixed forest was taken as an example in the Da Shantang forest farm.The Chinese fir DBH distribution, the tree height and the stand spatial structure were analyzed.The results showed that the Chinese fir DBH distribution could be effectively fitted by the normal distribution, and the coefficient of determination between the theoretical and the actual value was 0.8808, that the unary quadratic model for estimating the tree height based on the DBH was applicable and the coefficient of determination was 0.9741；The stand distribution pattern was uniform distribution,Chinese fir was in some kind of intermediate and Liriodendron was superior, the stand mingling degree was low.

spatial structure；mingling degree；normal distribution；models；Chinese fir

2013-01-17

2013-03-13

莫海智(1980-)，男，广西金城江人、工程师，主要从事森林资源监测。

S792.21；S718.54﹢2

A

1003-6075(2013)02-0057-05