塞罕坝不同立地华北落叶松人工林空间结构比较

车 越，纪福利 ，王利东 ，刘延文 ，刘晓兰 ，马履一，贾忠奎，李 媚

（1.北京林业大学 省部共建森林培育与保护教育部重点实验室，北京 100083；2. 塞罕坝机械林场总场，河北 塞罕坝 068466）

塞罕坝不同立地华北落叶松人工林空间结构比较

车 越1，纪福利2，王利东2，刘延文2，刘晓兰2，马履一1，贾忠奎1，李 媚1

（1.北京林业大学 省部共建森林培育与保护教育部重点实验室，北京 100083；2. 塞罕坝机械林场总场，河北 塞罕坝 068466）

利用角尺度、大小比数两参数对塞罕坝地区华北落叶松人工纯林3种立地类型、3龄级的林分进行比较。结果表明：在林木分化方面，仅曼甸中林及阴坡近熟林2种林分出现明显分化现象，林木间竞争较为激烈，考虑进行适当地营林措施，其他7种林分分化不明显。在林木个体空间分布格局方面，阳坡中林、阳坡近熟林的林分整体属于随机分布，其他7种林分平均角尺度均低于0.475，属于均匀分布。可见，可根据林木生长立地类型的不同及生长阶段的不同，进行适当的营林活动。

华北落叶松；人工林；立地类型；空间分布格局；角尺度；大小比数

林分空间结构是森林生长的重要特征[1]，它是指林木的分布格局及其属性在空间上的排列方式。空间结构很大程度上反映了林分的稳定性、发展的可能性和经营空间的大小[2-3]。因此，了解林分空间结构对更好地经营及改造林分，促进人工林稳定可持续地生长有着重要的意义。华北落叶松是我国冀北地区分布范围较广的主要森林树种，对冀北地区木材生产、水源涵养及水土保持等有着重要的作用。塞罕坝地区，华北落叶松人工纯林是较为主要的人工林类型，对林区生态效益、经济效益及社会效益的提高有着重要意义[4]。

目前，国内利用角尺度、大小比数、混角度来描述林分空间结构的研究已不少，覆盖南北森林群落，但对于人工纯林的研究较少。另外，不同立地类型影响着林木生长的水热条件，直接影响林木生长。林木在不同生长阶段的生长速率也会对林木分布格局产生影响，罕有对不同立地类型下不同生长阶段林木林分空间结构的对比分析。对于塞罕坝地区，也仅有关于不同林分类型空间结构的报道[5]。

本研究利用角尺度、大小比数两空间结构参数，对塞罕坝地区华北落叶松人工纯林在不同立地类型、不同龄级下的样地林分空间结构进行对比分析，以期为林区内森林经营管理提供科学依据。

1 试验地概况

塞罕坝机械林场位于河北省承德围场满族蒙古族自治县北部，地理坐标为（42°02'～42°36'N，116°51'～ 117°39'E），海拔为 1 018 ～1 940 m。林区属于寒温带大陆性季风气候，昼夜温差大，无霜期短，蒸发量大，降水量小，风多。年平均气温-1.5℃，年平均降水量为530.9 mm。地貌包含高原和山地。

本研究试验地选择在塞罕坝机械林场总场阴河林场的红水营林区及前曼甸营林区，该区具有塞罕坝典型的地理及气候特征。该区林分内全部为华北落叶松人工纯林。

2 研究方法

2.1 样地设置

选择塞罕坝地区华北落叶松人工纯林面积分布较大的三种立地类型（曼甸、阳坡及阴坡）下，生长正常，具有代表性的林分，立地类型划分如表1。每种立地类型均包括三个龄级，分别为：幼林（0～20年）、中林（21～30年）、近熟林（31～40年）三龄级的林分。共设置9种林分，每种林分设置5块20 m×20 m的样地重复，共45块临时样地，共计18 000 m2。

3种立地类型，3龄级的9种林分基本信息，如表1所示。

表1 林分基本信息Table 1 Basic information of stands

2.2 样地调查方法

按照自西向东，自南向北的顺序依次进行调查，记录样地坡度、坡向、土壤厚度、海拔等立地条件因子，对样地内大于起测径阶（5 cm）的林木进行每木检尺并进行每木定位。主要调查胸径、树高、冠幅、枝下高以及每木xy坐标值。

2.3 空间结构分析方法

本文利用Winkelmass软件对样地调查数据及定位数据进行计算，采用描述林分分布格局的角尺度（Wi）及反映林木个体优势度的大小比数（Ui）两参数对林分空间结构情况进行分析。为了避免边缘效应对林分结构分析的影响，本文设置了3 m的缓冲区，并选定相邻木n＝4；标准角α0＝72°[6]。

大小比数是树木生长指标（如胸径）大于参照树的相邻木占n株最近相邻木的株树比例，用以描述林木个体大小分化程度，公式表示为：

角尺度用来描述相邻树木围绕参照树的均匀性，用角尺度描述林木个体在水平地面上的分布形式，或种群的空间分布格局。从参照树出发，任意两个最近相邻木的夹角有两个，小角为α，最近相邻木均匀分布时夹角设为标准角α0。角尺度被定义为α角小于标准角α0的个数占考察的n个夹角的比例，公式表达为：

3 结果与分析

3.1 林木个体分化程度的分析

考虑到精确性，本研究采用胸径大小比数。从图1中可知，对于曼甸近熟林、阳坡中林及阴坡中林，Ui=0.5时的分布频率分别为25.2%、24.3%、32.7%，频率均高于其他4种状态，即林分中呈现中庸状态的林木较多，林分稳定，未发生明显分化；对于曼甸幼林、阳坡幼林、阳坡近熟林及阴坡幼林这4种立地类型的林分，处于优势（Ui=0.0）及亚优势（Ui=0.25）地位的个体总和分别为39.7%、37.5%、34.6%、40.0%，处于劣势（Ui=0.75）及绝对劣势（Ui=1.0）地位的个体总和分别为42.0%、42.5%、46.2%、40.9%、约20%左右的个体处于中庸状态，胸径大小比数呈现相对均衡的特征，右侧稍高于左侧，生长空间基本处于充足的状态，但已开始有向劣势分化的趋势；而对于曼甸中林及阴坡近熟林这2种立地类型的林分，林分内部处中庸地位（Ui=0.5）的林木分别为16.1%、12.5%，处于中庸状态的林木频率分布最低，处于优势（Ui=0.0）及绝对劣势（Ui=1.0）地位的个体总和分别为40.0%、50.0%，有约40%～50%的林木间出现竞争，林分已呈现两极分化，可以考虑进行适当地营林措施。

图1 不同立地类型林分大小比数的比较Fig.1 Comparison of neighborhood comparison (Ui)among different site type stands

3.2 林木个体分布格局分析

考虑到精确性，本研究采用胸径角尺度。从图2可知，9种立地类型林分的角尺度频率分布均呈现单峰式分布特征。Wi=0.5的结构单元（即随机分布）分布频率均最高，高达45%到56.2%，很均匀（Wi=0.0）及很不均匀（Wi=1.0）的结构单元分布频率均极低，介于0到2.9%之间。其中，阳坡中林及阳坡近熟林的林分角尺度左右两侧频率基本相等，即左右侧基本对称，并且林分平均角尺度分别为0.491 3、0.509 9，均在[0.475，0.517]间，此2种立地林分属于随机分布。曼甸幼林、曼甸中林、曼甸近熟林、阳坡幼林、阴坡幼林、阴坡中林、阴坡近熟林这7种立地类型林分中，很均匀（Wi=0.0）及均匀（Wi=0.25）的频率总和均大于不均匀（Wi=0.75）、很不均匀（Wi=1.0）的频率总和，即左侧分布大于右侧分布，相差频率介于16%～40%之间，说明这7种立地类型的林分均匀分布的结构单元占主体。同时，这7种立地类型林分的平均角尺度依次为0.441 2、0.465 9、0.426 7、0.387 5、0.428 7、0.443 9、0.437 5， 均小于0.475，林分整体均属于均匀分布，符合人工纯林分布均匀的特征。

由图3可知，同为幼龄林林分，曼甸、阴坡立地林分平均角尺度分别为0.441 2、0.428 7，两者差异不大，均略大于阳坡（0.387 5）。对于中龄林及近熟林：平均角尺度均呈现阳坡略高于曼甸及阴坡的趋势，且平均角尺度最大值为处于随机分布状态的阳坡中林及阳坡近熟林，分别为0.491 3、0.509 9。分析原因认为：曼甸、阴坡水热条件较阳坡好，利于华北落叶松生长，两立地林木较阳坡立地林木生长迅速。因此幼林时，曼甸、阴坡立地林木间竞争较阳坡激烈，更易打破人工林固有的分布均匀性，更接近随机分布。待林木生长至中龄林后，生长速度较缓的阳坡立地类型便逐渐成为了空间分布的相对优势立地。

如图4所示，针对3种立地类型、不同龄级的林分，平均角尺度最大值均不超过0.517，即林分呈随机分布或均匀分布。曼甸及阴坡3龄级的林分平均角尺度均相差不多，中龄林平均角尺度均略大于近熟林及幼龄林，即这2种立地林分的中龄林最接近随机分布。对于阳坡立地的林分，平均角尺度随林龄增长一直呈上升趋势，即阳坡立地林分，近熟林最接近随机分布。

图2 不同立地类型林分角尺度的比较Fig.2 Comparison of uniform angle index (Wi)among different site type stands

图3 三龄级不同立地类型林木平均角尺度对比Fig.3 Comparison of Wi among different site type of stands and three age-levels

4 结论及讨论

（1）通过研究发现，曼甸中林及阴坡近熟林2种林分已出现明显两极分化现象，中庸状态（Ui=0.5）的林木频率分布均低于其他状态，有约40%～50%的林木间竞争激烈，建议进行营林活动；曼甸近熟林、阳坡中林及阴坡中林，Ui=0.5时的分布频率均高于其他四状态，林分未发生明显分化；曼甸幼林、阳坡幼林、阳坡近熟林及阴坡幼林这4种立地类型的林分，约20%左右的个体处于中庸状态，胸径大小比数呈现相对均衡的特征，右侧稍高于左侧，生长空间基本处于充足的状态，但已开始有向劣势分化的趋势。

图4 三种立地类型不同龄级林木平均角尺度对比Fig.4 Comparison of Wi among different age-levels and three site type stands

（2）9种林分，Wi=0.5的结构单元（即随机分布）分布频率均最高，高达45%到56.2%。阳坡中林、阳坡近熟林的平均角尺度在[0.475，0.517]之间，属于随机分布，其他7种林分平均角尺度均小于0.475，属于均匀分布。

（3）通过大小比数、角尺度两指标对林分空间结构的分析与比较分析说明，立地类型及生长阶段对林木分布格局有一定的影响。对于分化严重的林分，要进行及时抚育，为保留木保证足够的空间生长。可依据林木生长的不同立地类型及生长阶段的实际情况，对林木实行合理的营林措施。

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Comparison of spatial structures among different site types of Larix principis-rupprechtii plantations in Saihanba, Hebei

CHE Yue1, JI Fu-li2, WANG Li-dong2, LIU Yan-wen2, LIU Xiao-lan2, MA Lv-yi1, JIA Zhong-kui1, LI Mei1
(1.Key Lab. for Silviculture and Conservation of Ministry of Education, Beijing Forest University, Beijing 100083, China;2.Saihanba Jixie Forest Farm of Hebei Province, Saihanba 068466, Hebei, China)

The spatial structures of 3 site types and 3 ages stands inLarix principis-rupprechtiiplantations in Saihanba, Hebei were compared by using neighborhood comparison and uniform angle index. The results show that (1) the differentiations within the halfmature forest of Austin Mann and the near-mature forest on the shady slope were quite obvious, and the trees were in fi erce competition each other, but the differentiations within other 7 stands were not obvious; (2) in the aspect of spatial distribution pattern, the half-mature forest on the sunny slope and the near-mature forest on the sunny slope both showed random distribution, the mean values of the uniform angle index of other 7 stands were all below 0.475, to be uniform distribution. Therefore, according to the site types and growth phases of the forests，the reasonable measures for forest management should be taken.

Larix principis-rupprechtii; plantation; site type; spatial distribution pattern; neighborhood comparison; uniform angle index

S791.22

A

1673-923X(2014)04-0060-04

2013-09-10

林业公益性行业科研专项经费项目（201004021）；中央高校基本科研任务费专项资金（TD2011-08）资助

车 越（1989-），女，硕士，主要从事森林抚育经营研究

马履一，教授，E-mail：maluyi@ bjfu.edu.cn

[本文编校：吴 彬]