福建三明拟赤杨混交林的空间结构1)

赵 娜 郑小贤

(森林资源与环境管理国家林业局重点实验室(北京林业大学)，北京，100083)

福建三明拟赤杨混交林的空间结构1)

赵 娜 郑小贤

(森林资源与环境管理国家林业局重点实验室(北京林业大学)，北京，100083)

通过对福建三明拟赤杨混交林的树种组成、树冠结构，以及主要树种的混交度、角尺度、大小比数、开敞度等调查分析，研究了拟赤杨混交林的空间结构。结果表明：拟赤杨为林分优势树种。林分组成树种丰富，林分的平均混交度为0.7，处于中度混交和强度混交之间；平均角尺度为0.57，属于聚集分布；平均大小比数为0.51，接近中庸；开敞度为0.19，生长空间严重不足，表明林分的空间稳定性较低，在空间稳定性上落叶树种优于常绿树种；胸径和树高排序为落叶树种优于常绿树种，次林层的常绿树种生长更具竞争力。

空间结构；树冠结构；混交度；角尺度；大小比数；开敞度

拟赤杨为我国南方主要用材树种之一，它生长快，干形直，材质轻软，切削容易，胶粘性好，是制作胶合板和造纸的优良原料[1]。拟赤杨落叶丰富且枯枝落叶极易腐烂分解，具有显著地改善地力的作用，是理想的防护林树种，也是造林值得推广的优良树种[2]。拟赤杨林是常绿阔叶林采伐后，天然更新过程中常见的亚热带落叶阔叶林类型，属于常绿阔叶林演替系列的一个演替阶段，也是福建地区阔叶林常见的林分类型之一。我国对拟赤杨林的研究主要集中在林分的分类与演替、生长与更新、种间竞争及提高生产力等方面[3-5]，对空间结构和树冠结构的研究鲜少见报[1-2，6]。

国内对于林分空间结构的研究已经日趋成熟[7-9]，常用的评价指标有混交度、角尺度、大小比数等，缺乏树冠结构调查分析。传统树冠的研究主要局限于冠长和冠幅的测定以及胸径的相互关系的研究[10-11]。本文在标准地调查的基础上，结合传统空间结构和树冠结构的分析方法，旨在通过全面分析拟赤杨主要树种(组)的空间结构对当地的阔叶林空间结构的影响，并提出林分结构优化的建议，为当地阔叶林经营提供理论依据和实际指导方法。

1 研究地概况

福建三明将乐林场地处武夷山东南麓，金溪河畔，属于闽西北隆起地带，海拔400～800 m。属褶皱山地地貌，山势狭长，山矮坡陡。该地区位于中亚热带，具有海洋性和大陆性气候特点，年平均气温18.7 ℃，极端最高气温41.1 ℃，极端最低气温-2.5 ℃。年平均降水量1 204 mm，雨季持续时间长，气候温润，雨量充足。土壤质地一般为沙壤土或轻壤土，块状结构，紧实度适中，腐殖质层厚度4.5～15.5 cm，一般为灰黑色。林场占地面积7 113.6 hm2，森林覆盖率93.8%，常绿阔叶林占有林地面积的13.1%。阔叶林乔木层主要树种有：栲树(Castanopsisfargesii)、拟赤杨(Alniphyllumfortunei)、木荷(Schimasuperba)、甜槠(Castanopsiseyrei)、米槠(Castanopsiscarlesii)、青冈(Cyclobalanopsischungii)等，其中拟赤杨是当地营造防护林的重要树种[12]。

2 研究方法

2.1 样地调查

研究地为1958年皆伐后自然恢复的林分。通过踏查，在将乐林场选择拟赤杨混交林样地13块，面积为20 m×30 m。记录每块样地的经纬度、海拔、坡度、坡向等基本情况。将每块样地分为24个5 m×5 m的小样方，对样方内胸径大于5 cm的所有乔木个体的种名、胸径、树高、冠幅、枝下高及相对坐标等进行调查记录。

2.2 空间结构

空间结构分析采用第4邻体距离判定法[13]消除边缘木的影响，第4邻体距离判定法与距离缓冲法在计算角尺度、大小比数和混交度方面差异不显著，并且比缓冲区法能更好的提高林地内信息的有效性。

林分内任意一株单株树木和离它最近的n株相邻木均可构成林分空间结构的基本单元，其中核心树被称为参照树。当n=4时，可以很好地满足对林分空间结构分析的要求，因此，本研究取n=4的结构单元，分别计算混交度、角尺度、大小比数、开敞度等[14-15]指标来分析林分的空间结构。

分树种(组)分析冠幅与胸径的线性关系，并且分析主要树种的伸展度、完满度和投影比[16]，以此分析林分的树冠结构及各树种之间的竞争状况。

3 结果与分析

3.1 林分概况

获取粒子pi适应值后，与当前粒子的位置进行比较并判断是否最优.粒子i达到过的最优位置记为pbesti=(pi1，pi2，pi3，…，piD)T，整个粒子群体遍历到的最优位置记为gbest=(pg1，pg2，pg3，…，pgD)T.在传统的粒子群算法中，每次迭代过程中的速度更新和位置刷新一般按照以下表达式:

由表1可知，调查林分的平均密度为1 472株/hm2，有乔木30种，其中落叶树种10种，常绿树种20种，落叶树种和常绿树种的蓄积比例为7∶2。根据断面积计算的树种组成为6拟赤杨+1栲树+1檵木+1枫香+黄樟+苦槠+天仙果-檫木-椤木石楠-木荷-杉木，拟赤杨为该林分的优势树种。

林分平均胸径11.0 cm，林分胸径范围5.1～56.4 cm；林分的平均树高8.7 m，树木高度范围2.8～28 m，胸径和树高的分布范围的幅度都较大。落叶树种中，拟赤杨、枫香和檫木的平均树高分别都大于林分均值；常绿树种中，除了栲树、黄樟、苦槠和椤木石楠外，树高均小于林分均值。落叶树种中，拟赤杨、枫香和檫木的平均胸径都大于林分均值；常绿树种中，除了栲树平均胸径13.6 cm大于林分平均胸径，其余树种平均胸径均小于林分均值。树种组的胸径和树高均值由小到大的顺序为：常绿树种、全林分、落叶树种。

由此可见，林分内常绿树种的种类较多，但是平均胸径和树高都小于林分均值，落叶树种的平均胸径和树高都大于林分均值，说明拟赤杨混交林处于落叶阔叶混交林向常绿阔叶林的正向演替中。

表1 福建三明拟赤杨混交林主要树种生长概况

根据我国林层划分的标准及该地区相关研究成果[17-18]，将拟赤杨混交林分为三个林层，各林层特征见表2，由表2可知，各林层株数由小到大排序为：上林层、中林层和下林层，但是蓄积量由小到大排序为：下林层、上林层、中林层。上林层林木株数少，但是蓄积量为32.67%，占林分总蓄积的1/3。上林层主要树种是拟赤杨，中林层以拟赤杨和枫香为主，伴有常绿树种栲树和黄樟，下林层大部分为常绿树种。

表2 林层概况

注：树高为h，单位m；22

3.2 树冠结构

很多学者研究发现人工林胸径和冠幅普遍存在线性关系[19-20]。本文对拟赤杨林进行线性分析。结果如下：优势树种拟赤杨变量解释的百分比为84.1%，冠幅基本上随胸径的增大线性增加；枫香的拟合率为96%，但由于枫香数量较少，因此，线性拟合的准确性有一定影响；栲树的拟合率为82.3%；黄樟的拟合率只有26.3%。

树冠形状指标(林木伸展度、完满度和投影比)可以反映林木的竞争状况，将林木胸径划分为大(d≥26 cm)、中(16 cm≤d≤24 cm)、小(d≤14 cm)三个径级组进行分析[21](见表3)。

可知，枫香的大径级林木伸展度、完满度和投影比都较大，这是由于大径级林木基本处于林分上层，而上层林木只有拟赤杨和枫香，相对竞争较小；黄樟主要处于林分中下层，三个指标都随着胸径的增大而减小，符合一般规律；栲树中径级的伸展度、完满度和投影比最高，这是由于中径级林木处于中林层的常绿树种较少，落叶树种的落叶期为栲树的生长提供了有利环境；拟赤杨的完满度和投影比随着径级的增大而减小，符合一般规律，但是小径级拟赤杨的伸展度最低，这是由于林分的下林层生长的常绿树种多，使得下林层对于空间的竞争较大，并且拟赤杨是喜光树种，因此，下林层的拟赤杨生长不具有优势。

3.3 基本空间结构

3.3.1 林木种间关系

表4为全林分及主要树种混交度及角尺度分布频率，林分平均混交度为0.70，介于中度混交和强度混交之间，混交度的频率分布随着混交度的增强呈现上升趋势，中度混交、强度混交和极强度混交上的频率达到了83%，整个林分树种间隔离程度较高。这是由于林分内乔木种类较多，导致树种间隔离程度较大。优势树种拟赤杨的混交度为0.59，中度混交以上的树木达到了78%。其余落叶树种均为强度混交或极强度混交；林分内常绿树种中，檵木和椤木石楠的混交度平均值分别为0.41、0.42，介于弱度混交和中度混交之间，其余树种均为中度混交以上，并且大部分处于强度混交和极强度混交；落叶树种均处于中度混交以上。落叶树种和常绿树种的混交度均值都处于中度混交和强度混交之间，差别不大。

表4 全林分及主要树种混交度及角尺度频率分布

3.3.2 林木空间分布格局

由表4可知，林分的角尺度均值为0.57，属于聚集分布。整个林分内不存在分布均匀的情况，随机分布的结构单元所占比例较大，拟赤杨为参照树的结构单元角尺度的频率分布与整体林分的频率分布规律相似，角尺度均值也是0.57，为聚集分布。这是由于拟赤杨作为优势树种，角尺度分布对整个林分的角尺度也有一定的影响。落叶树种和常绿树种的角尺度均值分别是0.56和0.58，都是聚集分布，差别不大。

3.3.3 林木大小分化程度及开敞度

通过表5可以了解到，全林分的大小比数均值为0.51，接近中庸，整个林分大小比数的频率分布比较均衡，每个生长状态的参照树占到了20%左右。其中拟赤杨的生长状态较好，大小比数的均值为0.36，处于亚优势和中庸之间，占优势的树木占到了36%。落叶树中枫香和檫木也都处于亚优势和中庸的生长状态之间。常绿树种中，栲树、黄樟、楠木等常绿树种大小比数均值都处于亚优势和中庸之间，其余常绿树种大多处于劣势和极劣势之间。落叶树种的大小比数均值为0.43，处于亚优势和中庸之间，常绿树种的大小比数均值为0.54，处于中庸和亚劣势之间。

根据开敞度标准的5个区间，林分开敞度均值为0.19，属于生长空间严重不足，各树种的开敞度中除了枫香和楠木生长空间达到了基本充足的标准，其余树种均处于生长空间不足，并且大部分处于生长空间严重不足。其中落叶树种的开敞度均值为0.22，属于生长空间不足，常绿树种的开敞度均值为0.17，属于生长空间严重不足。

表5 林分及主要树种大小比数频率分布及开敞度

4 结论与讨论

通过对将乐林场拟赤杨混交林的空间结构分析，结果表明：林分内乔木层有30个树种，常绿树种比落叶树种多，常绿树种的胸径和树高均值小于落叶树种均值。林分的垂直结构可以分为三层，其中上层和中层以拟赤杨和枫香等落叶乔木为主，常绿树种主要存在于下林层，说明林分内拟赤杨为主的落叶树种占优势，但林分处于落叶阔叶混交林向常绿阔叶林的正向演替中。

林分上层的拟赤杨和枫香的胸径-冠幅呈现线性关系，树冠结构比较理想。林分下层的栲树等常绿树种树冠结构较好，这是由于常绿树种的幼树大部分都比较耐阴，林分下层的环境对于常绿树种的生长更具有优势。其他树种的胸径-冠幅的线性拟合效果较差，主要是由于调查林分结构复杂，层次多，树种多，并且相邻木之间存在竞争。

林分处于弱强度混交，林木为聚集分布，胸径处于中庸的生长状态，林木生长空间严重不足，林分的空间结构处于不稳定的状态，应该对空间结构进行适当的调整。

落叶树种的大小比数均值小于常绿树种，落叶树种开敞度均值大于常绿树种，说明林分内的落叶树种整体的空间稳定性比常绿树种要好。

拟赤杨混交林是福建地区阔叶林的主要林分类型之一，也是森林向着常绿阔叶林演替的必要阶段。因此，在森林经营的过程中，建议采用间伐的方式进行空间优化。在保证多样性的情况下提高林分空间结构稳定性，着重提高常绿树种的空间结构稳定性，以期提高林分稳定性的同时促进演替的进行，从而使林分及林内个体都朝着健康的方向发展。

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Spatial Structure ofAlniphyllumfortuneMixed Forest in Sanming, Fujian Province/

Zhao Na, Zheng Xiaoxian(Key Lab of State Forestry Administration for Forest Resources and Environmental Management, Beijing Forestry University, Beijing 100083, P. R. China)//Journal of Northeast Forestry University.-2014,42(1).-23～26

Spatial structure; Canopy structure; Mingling degree; Uniform angle index; Neighborhood comparison; Opening degree

赵娜，女，1989年12月生，森林资源与环境管理国家林业局重点实验室(北京林业大学)，硕士研究生。E-mail:christina_zhaona@163.com。

郑小贤，森林资源与环境管理国家林业局重点实验室(北京林业大学)，教授。E-mail:zheng8355@126.com。

2013年4月22日。

S758.5+3

1) “十二五”国家科技支撑计划(2012BAD22B05)。

责任编辑：王广建。

The survey was conducted to study the spatial structure ofAlniphyllumfortunemixed forest in Sanming, Fujian Province by stand structure indexes, including species composition, canopy structure, mingling degree, uniform angle index, neighborhood comparison and opening degree.A.fortuneis advantage species, and the tree species composition is rich with average mingling degree of 0.7 between moderate mixed and intensity of mixed. Average uniform angle index is 0.57 belonging to the aggregate distribution. Average neighborhood comparison is 0.51 near the moderation and average opening degree is 0.19 with serious shortage of growth space around each tree in the stand. The stand space is in lower stability and deciduous trees are better than the evergreen species, also as well as in the diameter at breast height and tree height. Sub-canopy evergreen species are more competitive in growth.