格氏栲人工林直径分布结构特征

沈彩霞

摘 要：明确林分直径结构对森林可持续经营中具有重要意义。笔者基于5种概率分布对格氏栲人工林5种不同群落类型的格氏栲直径结构进行分析。结果表明：格氏栲人工林中b分布和Weibull分布均能较好地反映格氏栲种群直径分布结构特征，与林分平均胸径等特征因子存在显著相关，格氏栲种群直径分布范围较大，中径材占多数。对比分析格氏栲人工林与天然林直径结构分布，b分布在格氏栲天然林和人工林的拟合效果均较好，而格氏栲人工林基本为同龄林，人为干扰较大导致Weibull分布的拟合效果较好。分析格氏栲人工林直径分布结构特征，对森林培育与经营具有重要意义。

关键词：格氏栲；人工林；天然林；直径分布

中图分类号：S758.6 文献标志码：A 论文编号：2014-0293

Structure Feature of Diameter Distribution in Castanopsis kawakamii Artificial Forests

Shen Caixia

（Natural Reserve of Castanopsis kawakamii， Sanming 365002， Fujian， China）

Abstract： To assure the forest diameter structure has great significance in forest sustainable management. Diameter structure in 5 different communities of C. kawakamii artificial forest was studied by applying 5 different probability distributions. The results showed that the structure feature of C. kawakamiis diameter distribution could be well reflected by b distribution and Weibull distribution， which had significant correlation with average bosom diameter of standing forest. The deviate degree being different and the peak value being negative and smooth， which indicated that the diameter structure of the superiority had a large scope and the medium bosom diameter was in the majority. Comparing the diameter structure of C. kawakamii population in artificial and natural forest， b distribution imitates well in different forest origins. However， as a result of human disturbance， Weibull distribution was well reflected the diameter structure of C. kawakamii population as which were same age in artificial forest. The author analyzed the diameter distribution structure feature of C. kawakamii population in artificial forest， which had great significance in cultivating and managing C. kawakamii population.

Key words： C. kawakamii； Artificial Forest； Natural Forest； Diameter Distribution

0 引言

林分直径结构分布对模拟与预测各径阶树木株数和蓄积动态，测定林木生长量及材积，为按径阶的木材利用方式提供理论基础，对森林经营与管理具有科学指导意义[1]。自开展林分直径结构研究以来，许多学者应用正态分布[2-4]、对数正态分布[2-4]、Weibull分布[2，4-7]、G分布[2-3]、b分布[2-3]等概率分布函数对不同树种人工林林分直径结构建立预测模型，并探讨了其生长方程。黄庆丰[5]以马尾松（Pinus massoniana）同龄林为对象选用3个参数Weibull函数其直径结构表；王鹏[2]对马尾松人工混交林直径分布规律进行研究；阮若江等[6]对杉木人工林直径分布规律进行研究；舒洪岚等[7]对樟树（Cinnamomum camphora）苗期直径结构运用Weibull分布进行研究；陈永富[3]对短周期桉树（Eucalyptus robusta）人工林直径分布模型研究等。他们主要针对同一林种相同林分类型研究，尚未开展不同起源林分和同一起源不同林种的比较研究。

格氏栲（Castanopsis kawakamii）是中国中亚热带南缘特有的壳斗科常绿阔叶高大乔木，三明格氏栲林有近700 hm2以濒危植物格氏栲占优势的林分，自1958年郑万钧教授建议建立格氏栲自然保护区以来，引起了许多学者极大关注并相应开展格氏栲林生物学、生态学等方面研究[8-15]。为保护这一片天然林，保护区于1967年进行格氏栲人工造林，目前人工林林相整齐，森林树种组成较少，层次结构简单，如何根据现有林分直径分布结构确定人工林未来经营与管理方向已成为亟待解决的生产实践问题。相关学者已有关于格氏栲天然林直径分布规律研究[8-15]，而格氏栲人工林直径分布规律研究尚未报道。为此，笔者对格氏栲人工林直径分布进行拟合，对比分析不同起源格氏栲林和其他人工林的直径分布结构，以期为格氏栲人工林培育和经营提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点

格氏栲自然保护区位于三明市西南26 km的莘口乡，总面积约1125.6 hm2，位于26°07′—26°10′N、117°24′—117°27′E，属福建武夷山东伸支脉地带，保护区东南方为戴云山脉，属低山谷地与丘陵地带。

1.2 试验材料

格氏栲天然林群落冠层种类主要以格氏栲、木荷（Schima superba）、马尾松组成，其中格氏栲占绝对优势。格氏栲人工林面积1.2 hm2，分布于低丘，林地前茬为格氏栲天然林，1966年皆伐、劈杂、炼山，挖穴整地规格为40 cm×30 cm×30 cm，挖穴后回表土，1967年春用1年生格氏栲实生苗造林，苗木来自格氏栲天然林，初植密度3000株/hm2，但造林成活率较低，造林后1～4年每年全面锄草2次，造林后5～8年每年全面劈草2次，林分郁闭后未经抚育间伐。

1.3 试验方法

1.3.1 试验设计 以格氏栲人工林为研究对象，选取5种不同生境条件的群落类型，记录海拔、坡向、坡度、土壤条件和群落类型等因子。随机设置10块样方，面积为20 m×20 m，划分为4个10 m×10 m样方，对样方内乔灌木进行每木检尺。格氏栲人工林内格氏栲种群直径分布的基本特征因子，见表1。

1.3.2 分析方法 研究林分直径分布结构的正态分布的概率密度函数、对数正态分布的概率密度函数、Weibull分布的概率密度函数、G分布的概率密度函数、b分布的概率密度函数的计算公式见文献[15]，除用分布概率外，可用于说明直径分布的特征数还有：①变动系数[c=（s/[x]）×100%]，反映分布范围大小，c大则离散程度大，分布范围亦大；②偏度（ɑ3=μ3/σ3），ɑ3>0为左偏，ɑ3<0为右偏；③峰度（ɑ4=μ4/σ4-3），用于说明峰态变化，ɑ4值愈大，概率密度曲线愈尖峭，反之概率密度曲线愈平坦。

2 结果与分析

2.1 格氏栲人工林种群直径分布拟合

应用5种概率分布，对人工林不同群落格氏栲种群直径分布进行拟合，结果见表2。Weibull分布和b分布对不同群落格氏栲种群直径分布拟合效果较好，均在c20.05值检验范围内；G分布和对数正态分布拟合卡方值在c20.05值范围外，不被卡方检验接受；人工林除群落1中正态分布卡方值在c20.05范围外，不被卡方检验接受，其余4个群落均被接受。通过分析不同群落类型的格氏栲种群直径分布结构可知，除群落1为非正态分布，其余4个群落格氏栲种群直径分布均符合正态分布；5个群落格氏栲种群直径分布均不符合G分布和对数正态分布，具有一定的统一性；b分布和Weibull分布具有较强的灵活性和适应性，并可拟合不同偏度、峰度的胸径分布特征，表明可采用b分布和Weibull分布确定格氏栲种群直径结构的分布规律。

5个人工林中格氏栲种群直径结构的变动系数差异不大，均为中等大小，与人工林林相比较整齐，种群直径分布变化较平缓有关。人工林不同群落类型的格氏栲种群偏度存在差异，群落3和群落5的偏度为负值，表明该群落中格氏栲种群直径分布曲线的顶峰呈右偏，林分中大径阶的林木占多数；而其余群落直径分布曲线顶峰呈左偏，林分中小径阶的林木占多数。不同群落类型的格氏栲种群直径分布曲线为平峰，种群胸径平均值与标准差差异不明显，且标准差的值较小，说明林木胸径大小波动范围不大，在一定程度上体现了人工林同龄林特点。

2.2 格氏栲人工林种群直径结构特征

人工林不同生境决定不同格氏栲群落的直径结构分布曲线，格氏栲种群直径分布曲线变化取决于形状参数值m、n、b、c，形状参数值与群落林分特征因子有关，可采用遵从b分布的参数m、n值与断面积平均胸径[Dg]及林分算术平均胸径[D]建立回归关系，求得b分布参数方程。

m=0.0311-6.3431ΔX+0.959ΔX2，ΔX=[Dg]-[D]（R=0.9012， P=0.0083）…（1）

[n=0.0012+21.3973Dg-27.2422Dg2+9.3402Dg3]（R=0.9923， P=0.0115）…（2）

与b分布的分析法类似，结合Weibull分布形状参数b、c与所调查样方断面积平均胸径[Dg]及林分算术平均胸径D—建立回归关系，求得Weibull分布参数方程。

b=-0.1647+39.9193ΔX-16.4625ΔX2，ΔX=[Dg]-[D] （R=0.9361， P=0.0162）…（3）

[c=-0.0016+6.1175Dg-3.9503Dg2+0.2834Dg3] （R=0.9821， P=0.0267）…（4）

根据b分布和Weibull分布密度函数可预测林分各径级株数及其动态变化，根据人工林格氏栲种群直径分布检验（见表2）可知为Weibull分布得出格氏栲种群直径结构分布规律精度更高，采用Weibull分布密度函数编制出格氏栲林分胸径分布预估表，可为格氏栲人工林合理经营与利用提供参考依据。

3 结论与讨论

在格氏栲人工林中，b分布和Weibull分布对格氏栲种群直径结构分布的拟合效果较好，其余3种分布拟合效果不够理想。比较格氏栲人工林与天然林[15]，b分布对2种林分拟合效果都很好，而Weibull分布对人工林拟合效果好，正态分布对天然林拟合效果好；比较格氏栲人工林、马尾松人工林[2]、杉木人工林[6]和短期桉树林[3]，几种林种均符合Weibull分布，马尾松人工林、杉木短期桉树林也符合b分布，而正态分布对杉木人工林拟合效果好。从整体上看，b分布和Weibull分布符合格氏栲人工林直径结构分布规律，对未来人工林森林经营技术与编制经营数表具有着重要实践意义。

格氏栲人工林与天然林为同一林种不同林分结构类型，由于本身具有一定遗传特征，表现出对一定环境的适应性。人工林由于大多为同龄林，人为干扰较大。因此，格氏栲人工林直径结构分布规律与格氏栲天然林直径结构分布规律[15]存在差异，b分布以其特有的灵活性和适应性，均较好地拟合了2种林分类型，而林木直径Weibull分布规律受林分郁闭度、平均直径、最大直径等因子的影响，可较好地拟合人工林格氏栲种群直径结构分布。

笔者基于b分布和weibull分布模型，计算断面积平均胸径与算术平均胸径的2个特征因子对其直径结构分布影响，而不同年龄，立地条件等林分特征因子变化是否影响格氏栲种群直径分布规律有待于进一步研究。通过格氏栲林林木直径分布结构特征的研究，可模拟与预估各径阶的林木株数和蓄积量的变化，在森林经营过程中生长量测定与收获预估及材积测算中具有重要作用。

参考文献

[1] 孟宪宇.测树学（第三版）[M].北京：中国林业出版社，2006：82-86.

[2] 王鹏.马尾松人工混交林直径分布规律的研究[J].江西林业科技，2005（4）：06-07.

[3] 陈永富.短周期桉树人工林直径分布模型研究[J].林业科学研究，2008，21（S）：50-54.

[4] David M Nanang. Suitability of the Normal， Log-normal and Weibull distributions for fitting diameter distributions of neem plantations in Northern Ghana[J].Forest Ecology and Management，1998，103：1-7.

[5] 黄庆丰.马尾松林分直径结构规律的研究[J].安徽农业大学学报，1998（1）：23-25.

[6] 阮若江，温秋根，周启水，潘维旺.杉木人工林直径分布规律研究[J].南昌水专学报，1998（9）：28-32.

[7] 舒洪岚，徐素芬.樟树苗期直径结构Weibull分布的研究[J].江西林业科技，2004（5）：04-09.

[8] 中国森林编辑委员会.中国森林（第3卷阔叶林）[M].北京：中国林业出版社，2000：1549-1558.

[9] Liu J F， Hong W， Pan D M， et al. A study on multidimensional time series of individual ages measurement in Castanopsis kawakamii population[J].Acta Ecological Sinica，2009，29（4）：232-236.

[10] He Z S， Liu J F， Wu C T， et al. Effects of forest gaps on some microclimate variables in Castanopsis kawakamii natural forest[J].Journal of Mountain Science，2012，9（5）：706-714.

[11] 阳含熙，卢泽愚，杨周南.植物群落数量分类的研究[J].林业科学，1979，15（4）：245-255.

[12] 林鹏，丘喜昭.福建三明瓦坑的赤枝栲林[J].植物生态学与地植物学学报，1986，10（4）：241-253.

[13] Zhang Q S， Zak J C. Effects of gap size on litter decomposition and microbial activity in a subtropical forest[J].Ecology，1995，76（7）：2196-2204.

[14] Yang Y S， Guo J F， Lin P， et al. Nutrient dynamics of decomposing leaf litter in natural and monoculture plantation forests of Castanopsis kawakamii in subtropical China[J].Acta Ecologica Sinica，2004，24（2）：201-208.

[15] 刘金福，洪伟，林升学.格氏栲天然林主要种群直径分布结构特征[J].福建林学院学报，2001，21（4）：325-328.