夏富才 ，趙秀海 ，彭道黎 ，倪瑞強(qiáng) ，汪金松，范 娟

(1 北華大學(xué) 林學(xué)院，吉林 吉林 132013;2 北京林業(yè)大學(xué) 森林資源與生態(tài)系統(tǒng)過程北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083)

林分空間結(jié)構(gòu)是指樹木在林地的分布格局及其屬性在空間上的排列方式，表達(dá)的是樹木之間樹種、分布、大小等空間關(guān)系［1］.林分空間結(jié)構(gòu)的研究對(duì)深入了解森林植被與環(huán)境的關(guān)系，以及森林的生長(zhǎng)、發(fā)育、更新及演替規(guī)律具有重要意義.在經(jīng)典森林經(jīng)理學(xué)的研究方法中，通常以樹種多樣性、年齡、樹高、直徑、形數(shù)、林層、密度和蓄積等一維參數(shù)來(lái)指示林分的結(jié)構(gòu)，很難滿足林分動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)以及森林近自然經(jīng)營(yíng)的需要［2］.在傳統(tǒng)林分結(jié)構(gòu)分析方法的基礎(chǔ)上，惠剛盈等［3-6］提出了以相鄰木為單元來(lái)構(gòu)建林分空間結(jié)構(gòu)參數(shù)，能更好地表達(dá)林分在水平方向和垂直方向的異質(zhì)性.3 個(gè)空間結(jié)構(gòu)參數(shù)(混交度、大小比數(shù)和角尺度)分別描述樹種組成及空間配置情況、樹種生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)度和樹木水平分布格局.以相鄰木關(guān)系為基礎(chǔ)的方法充分考慮了點(diǎn)的空間位置，能獲取種群數(shù)量分布的空間信息，分析林木在空間結(jié)構(gòu)單元中的空間關(guān)系，林分空間結(jié)構(gòu)的可解析性較高.

近百年來(lái)對(duì)長(zhǎng)白山森林的不合理采伐使原始林遭到嚴(yán)重?fù)p害，在當(dāng)?shù)匦纬闪嗽S多質(zhì)量低下的次生林.如何保護(hù)和恢復(fù)當(dāng)?shù)靥烊淮紊忠殉蔀樨酱鉀Q的問題.準(zhǔn)確獲取可解析性強(qiáng)的次生林空間信息是實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)白山森林近自然經(jīng)營(yíng)、可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ).到目前為止，有少數(shù)文獻(xiàn)應(yīng)用與林木有關(guān)的結(jié)構(gòu)多樣性指數(shù)分析了長(zhǎng)白山云冷杉針闊混交林和天然紅松闊葉林的空間結(jié)構(gòu)［7-9］，可至今還缺乏對(duì)采伐干擾形成的次生楊樺林的林分結(jié)構(gòu)研究.本研究參考熱帶雨林生物多樣性監(jiān)測(cè)規(guī)范，在長(zhǎng)白山北坡建立了面積達(dá)5.2 hm2的次生楊樺林樣地，對(duì)樣地內(nèi)的每株林木進(jìn)行定位監(jiān)測(cè)，用相鄰木結(jié)構(gòu)單元法分析了該林分的空間結(jié)構(gòu)，以此為當(dāng)?shù)卮紊值目沙掷m(xù)經(jīng)營(yíng)提供科學(xué)參考.

1 試驗(yàn)地概況

本研究地設(shè)在長(zhǎng)白山白河林業(yè)局光明林場(chǎng)，林分在20 世紀(jì)50年代前遭受過零星的盜伐，在1976年經(jīng)歷過一次強(qiáng)度為18%的輕度擇伐.林分立地平緩，排水良好.研究區(qū)屬于溫帶大陸性山地氣候，受東太平洋季風(fēng)的影響，夏季溫暖，雨量充沛，冬季酷寒，平均氣溫3.3℃，8月最熱，平均氣溫20.5℃，1月最冷，平均氣溫為-16.5℃.年均降水量600～900 mm，主要集中在6—8月.土壤為發(fā)育在火山灰上的深棕色森林土.海拔748 m.地理坐標(biāo)為N42°20'907″，E128°07'988″.

2 研究方法

2.1 樣地調(diào)查及林分基本情況

2005年7月，在吉林省白河林業(yè)局光明林場(chǎng)次生楊樺林所在地，用TOPCON 全站儀建立了1 個(gè)200 m×260 m 的永久樣地，對(duì)樣地內(nèi)胸徑(DBH)大于1 cm 的林木個(gè)體測(cè)量樹高及橫、縱坐標(biāo)，以此確定林木的空間位置.樣地共有樹種34 種，林分密度為3 157 株/hm2，平均胸徑為11.8 cm，樹種組成為3 紫椴Tilia amurensis+2 白樺Betula platyphylla +1 紅松Pinus koraiensis+1 臭冷杉Abies nephrolepis +1 水曲柳Fraxinus mandshurica+1 青楊Populus ussuriensis+1 蒙古櫟Quercus mongolica +色木槭Acer mono +楓樺Betula costata+響楊Populus davidiana+長(zhǎng)白魚鱗松Picea jezoensis +紫花槭Acer pseudo-sieboldianum +山槐Maackia amurensis.

2.2 分析方法

應(yīng)用空間結(jié)構(gòu)分析法，從3 個(gè)方面解析林分空間結(jié)構(gòu):1)林分的非同質(zhì)性，即林木組成和空間配置情況;2)林木的非均一性，即林木的生長(zhǎng)優(yōu)劣程度;3)林木的非規(guī)則性，即林木個(gè)體在水平方向上的分布格局.本文用大小比數(shù)描述林木大小分化程度，用混交度描述林木空間配置，并用角尺度描述林分水平格局［10］.

2.2.1 樹種混交度 樹種混交度(M)定義為與目標(biāo)樹i 最近的4 株相鄰木中與目標(biāo)樹不同種個(gè)體所占的比例，Mi為某一株目標(biāo)樹的混交度，用公式表示為:

Mi=0 時(shí)，表示零度混交;Mi=0.25 時(shí)，表示輕度混交;Mi=0.50 時(shí)，表示中度混交;Mi=0.75 時(shí)，表示強(qiáng)度混交，Mi=1.00 時(shí)，表示完全混交.

2.2.2 大小比數(shù) 大小比數(shù)(U)是指胸徑、樹高或冠幅大于目標(biāo)樹的相鄰木占最近4 株相鄰木的株數(shù)比例，Ui為某一株目標(biāo)樹的大小比數(shù)，用公式表示為:

Ui=0 時(shí)，表示目標(biāo)樹處于絕對(duì)優(yōu)勢(shì)地位;Ui=0.25 時(shí)，表示目標(biāo)樹處于優(yōu)勢(shì)地位;Ui=0.50 時(shí)，表示目標(biāo)樹處于中庸地位;Ui=0.75 時(shí)，表示目標(biāo)樹處于劣態(tài);Ui=1.00 時(shí)，表示目標(biāo)樹處于完全劣態(tài).

2.2.3 角尺度 角尺度(W)可用來(lái)描述相鄰木圍繞目標(biāo)樹的均勻程度.任意2 個(gè)鄰接最近相鄰木的夾角有2 個(gè)，小角為α，最近相鄰木均勻分布時(shí)的夾角設(shè)為標(biāo)準(zhǔn)角α0.則角尺度被定義為α 角小于標(biāo)準(zhǔn)角α0的個(gè)數(shù)占所考察的4 個(gè)夾角的比例.Wi為某1株目標(biāo)樹與最近4 株相鄰木構(gòu)成的角尺度值，表達(dá)式為:

3 結(jié)果與分析

3.1 林木種間關(guān)系

據(jù)調(diào)查，次生楊樺林樣地共有34 個(gè)樹種.運(yùn)用林分空間結(jié)構(gòu)分析軟件winkelmass 得到該林分平均混交度為0.63，其中完全混交、強(qiáng)度混交、中度混交、輕度混交和零度混交的占比分別為34%、24%、17%、12%和13%，說明該林分整體上處于中度以上混交水平.又因林木的株數(shù)、大小、繁殖及更新等不同，樹種間的混交度特點(diǎn)差別很大(表1).位于林分下層，以營(yíng)養(yǎng)繁殖為主的林木混交度偏低.如，簇毛槭弱度混交和零度混交的株數(shù)占比合計(jì)為62%，說明該樹種空間隔離程度低，成簇現(xiàn)象明顯.紫花槭在該林分中株數(shù)最多，占整個(gè)群落的22%，各種混交度的占比接近，它的空間隔離程度也很低.青楷槭Acer tegmentosum 和花楷槭A.ukurunduense 整體上處于中度混交水平，各種隔離程度的林木個(gè)體相對(duì)均一.位于林分中、上層樹種的平均混交度都在中度混交以上，混交度水平普遍高于下層樹種.水曲柳是林冠上層林木中混交度水平最低的樹種，弱度混交和零度混交的株數(shù)占比之和將近30%，這可能與該樹種更新良好和存在大量幼年個(gè)體有關(guān).在該林分的針葉樹中，臭冷杉的個(gè)體數(shù)最多，占林分總株數(shù)的17%，且幼苗和小樹較常見，約20%的個(gè)體處于弱度混交及以下水平，強(qiáng)度混交及其以上混交水平的比例占60%.其余的喬木，除糠椴Tilia mandshurica 外，絕大多數(shù)個(gè)體的低強(qiáng)度混交水平的情形很少見，中度混交水平的比例均小于3%，因此，這些樹種的平均混交度水平都很高.林分中能達(dá)到完全混交度水平的樹種均是株數(shù)很少的稀見樹種，如山梨Pyrus ussuriensis、響楊等.

表1 次生楊樺林樹種混交度及其取值分布Tab.1 Species' mingling degree and their distribution in secondary popular-birch forest

3.2 林木大小分化

表2 次生楊樺林樹種大小比數(shù)及其取值分布Tab.2 Neighborhood comparison and its distribution of tree species in secondary popular-birch forest

3.3 林木水平分布格局

圖1 次生楊樺林林分角尺度分布Fig.1 The value distribution of neighborhood pattern in secondary popular-birch forest

4 討論

長(zhǎng)白山次生楊樺林林分空間結(jié)構(gòu)特征與采伐干擾造成的次生演替以及各樹種在林分中的生長(zhǎng)狀況、繁殖方式、更新策略等有關(guān).

林分的整體混交度水平與群落的干擾歷史及所處的演替階段等有關(guān)［11］.次生楊樺林的混交度水平明顯高于當(dāng)?shù)氐募t松闊葉林［12］以及遭受強(qiáng)度采伐干擾后形成的次生白樺林［13］，這很可能是遭受采伐干擾的林分中，大徑木被伐除，相同物種的最近相鄰個(gè)體得到撫育，林分的混交度水平被人為提高，又由于先鋒樹種的侵入和定植增加了該群落的喬木樹種豐富度，進(jìn)一步提高了林分的混交度水平.因此，并非所有的次生林的混交度水平都低于原始林，混交度水平高的森林也不一定是材積高、穩(wěn)定性高的林分.在調(diào)整次生楊樺林以及次生白樺林林分混交度時(shí)，應(yīng)適當(dāng)減少先鋒樹種的比例，同時(shí)充分考慮其他樹種生長(zhǎng)、繁殖特性及參考當(dāng)?shù)乩淆g林的混交度特點(diǎn).

與當(dāng)?shù)卦技t松闊葉林相比，次生楊樺林中生長(zhǎng)上占優(yōu)的樹種以先鋒樹種為主，而有可能達(dá)到林冠上層的紅松、紫椴、水曲柳等在生長(zhǎng)上并不完全處于優(yōu)勢(shì)地位，而是分布在林分的各個(gè)層次.這說明次生楊樺林還處于演替的早期階段，林冠中層個(gè)體之間競(jìng)爭(zhēng)激烈.因此，在林分改造中，參考原始林樹種構(gòu)成的特點(diǎn)，適當(dāng)提高當(dāng)?shù)仨敿?jí)群落優(yōu)勢(shì)樹種的優(yōu)勢(shì)度，防止次生林進(jìn)一步退化，從而促進(jìn)次生林的正向演替.

在原始森林中，由于自疏作用和種內(nèi)、種間競(jìng)爭(zhēng)及生態(tài)位分化，使林木之間更合乎隨機(jī)化分布趨勢(shì)［14］.而次生楊樺林由于受到人為采伐干擾，林木原有格局已被改變，加之一些先鋒樹種如白樺、青楊的侵入，小徑級(jí)林木群團(tuán)狀特點(diǎn)突出，導(dǎo)致林分在總體上呈現(xiàn)聚集分布的格局，這與當(dāng)?shù)叵嗨祁愋偷拇紊讟辶值姆植几窬忠恢拢?3］.

在今后針對(duì)該類次生林的經(jīng)營(yíng)管理中，建議以優(yōu)化和構(gòu)建合理的林分空間結(jié)構(gòu)為出發(fā)點(diǎn)，調(diào)整林分的角尺度，將角尺度偏小的林木作為調(diào)整對(duì)象，減少林分中林木團(tuán)狀分布的比例，促進(jìn)林分向天然林林分隨機(jī)分布趨勢(shì)發(fā)展.在經(jīng)營(yíng)中保留有助于調(diào)節(jié)混交度的未來(lái)頂級(jí)群落的針、闊葉優(yōu)勢(shì)樹種，使次生林林分混交度水平逐漸接近原始林.有意識(shí)地調(diào)整林木個(gè)體的大小分化水平，通過撫育間伐、人工促進(jìn)、天然更新等措施，為珍貴幼樹提供生長(zhǎng)空間，逐步降低林分中非目的樹種的中、小徑木的比例，使林分徑級(jí)分布趨于合理［15］.通過以上經(jīng)營(yíng)管理措施改善樹種組成以及競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，調(diào)整林分的分布格局，促進(jìn)進(jìn)展演替，誘導(dǎo)次生林向原始林的結(jié)構(gòu)特征發(fā)展.

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