一種新的競(jìng)爭指標(biāo)
——樹冠影響度

王 鑫，葛宏立*，辛營營

（1. 浙江農(nóng)林大學(xué) 環(huán)境科技學(xué)院，浙江 臨安 311300；2. 浙江農(nóng)林大學(xué) 浙江省森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)與固碳減排重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 臨安 311300）

一種新的競(jìng)爭指標(biāo)
——樹冠影響度

王 鑫1,2，葛宏立1,2*，辛營營1

（1. 浙江農(nóng)林大學(xué) 環(huán)境科技學(xué)院，浙江 臨安 311300；2. 浙江農(nóng)林大學(xué) 浙江省森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)與固碳減排重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 臨安 311300）

可變競(jìng)爭區(qū)域類競(jìng)爭指標(biāo)根據(jù)對(duì)象木某個(gè)描述型指標(biāo)函數(shù)確定競(jìng)爭區(qū)域；而樹冠在樹木的生長過程中具有重要的作用，并且反映了樹木的長期競(jìng)爭水平，根據(jù)這兩種思想提出一種新的競(jìng)爭可變區(qū)域類競(jìng)爭指標(biāo)——樹冠影響度。采用典型選樣法設(shè)置研究樣地，并對(duì)樣地內(nèi)樹種的各個(gè)測(cè)樹因子進(jìn)行調(diào)查統(tǒng)計(jì)，應(yīng)用樹冠影響度對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析討論，結(jié)果顯示：樣地樹種平均樹冠影響度為0.359 4，樣地中群落競(jìng)爭相對(duì)較弱，群落結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定，其中馬尾松（Pinus massoniana）的樹冠影響度最小，為0.261 3；楓香（Liquidambar formosana）的樹冠影響度最大，為0.510 1。優(yōu)勢(shì)種群樹種平均樹冠影響度小于非優(yōu)勢(shì)種群樹種，優(yōu)勢(shì)種群受到的競(jìng)爭較小，競(jìng)爭能力較強(qiáng)，針葉樹種平均樹冠影響度小于闊葉樹種樹種，針葉樹在群落中處于優(yōu)勢(shì)地位。

可變競(jìng)爭區(qū)域類；競(jìng)爭指標(biāo)；樹冠影響度；林木；競(jìng)爭

植物間的競(jìng)爭作用是影響植物生長、形態(tài)和存活的主要因素之一[1]。在植物群落特別是天然群落中，競(jìng)爭是普遍存在的，并且對(duì)群落的結(jié)構(gòu)以及演替進(jìn)程具有重要影響[2]。個(gè)體間的競(jìng)爭是導(dǎo)致群體分化的重要因素之一，樹木間的競(jìng)爭只有當(dāng)林分發(fā)育到一定階段才會(huì)發(fā)生，競(jìng)爭出現(xiàn)的早晚與林分的密度、林木的生長特性及立地條件的優(yōu)劣都有直接的關(guān)系。20世紀(jì)60年代以來，很多學(xué)者為了更加準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)林木生長，相繼提出了許多描述林木競(jìng)爭強(qiáng)度的數(shù)量指標(biāo)，即競(jìng)爭指數(shù)系統(tǒng)[3]。雖然競(jìng)爭指數(shù)在形式上是對(duì)樹木間生存空間競(jìng)爭關(guān)系的數(shù)學(xué)描述，但其實(shí)質(zhì)則是反映樹木生長對(duì)物理環(huán)境的需求與現(xiàn)實(shí)生境下樹木對(duì)物理環(huán)境的占有量這一對(duì)矛盾[4]。

可變競(jìng)爭區(qū)域類競(jìng)爭指標(biāo)指對(duì)某一對(duì)象木來說其競(jìng)爭區(qū)域是固定的，而不同對(duì)象木之間則是變化的，競(jìng)爭區(qū)域的大小是對(duì)象木某個(gè)描述型指標(biāo)的函數(shù)[5]。Beck用與對(duì)象木直徑成比例的競(jìng)爭半徑選擇競(jìng)爭木，并用競(jìng)爭木的斷面積和表示對(duì)象木的競(jìng)爭強(qiáng)弱，比例因子由試驗(yàn)確定[6]。本文在此原理的基礎(chǔ)上提出一種新的可變競(jìng)爭區(qū)域類競(jìng)爭指標(biāo)——樹冠影響度，現(xiàn)總結(jié)如下。

1 研究地概況

研究區(qū)位于浙江省西部淳安千島湖風(fēng)景區(qū)（29° 11′ ～ 30° 02′ N，118° 20′ ～ 119° 20′ E）。該區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候，因植被及湖水的調(diào)節(jié)作用，氣候溫暖濕潤，四季分明。年平均氣溫17℃，年降水量1 430 mm，年平均雨日為155 d，森林覆蓋率達(dá)95%，千島湖風(fēng)景區(qū)植物種類非常豐富，其中屬國家重點(diǎn)保護(hù)的樹種有20種。景區(qū)還保存比較完整、面積較大的闊葉混交林區(qū)及千畝田、磨心尖的植物分布群落等，是組織植物景觀、植被考察和開展專項(xiàng)旅游的特色資源。

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置與調(diào)查

在研究地區(qū)，利用典型選樣法選取研究地段，設(shè)置20 m×30 m的樣地12個(gè)，共計(jì)樣地面積7 200m2。對(duì)樣地內(nèi)胸徑≥5cm的所有喬木樹種進(jìn)行定位，并進(jìn)行每木檢尺。

2.2 優(yōu)勢(shì)樹種確定

優(yōu)勢(shì)樹種按優(yōu)勢(shì)度分析法確定[9]。其方法是，首先計(jì)算群落喬木層每個(gè)樹種的相對(duì)胸高斷面積，并作為優(yōu)勢(shì)度，按優(yōu)勢(shì)度從大到小排序，然后通過下式確定優(yōu)勢(shì)樹種數(shù)：

式中：xi為排序在前的上位種T的相對(duì)胸高斷面積；x為優(yōu)勢(shì)樹種所占的理想百分比；xj為上位種以外的剩余種U的相對(duì)胸高斷面積；N為總種數(shù)，如果群落只有1個(gè)優(yōu)勢(shì)樹種，則優(yōu)勢(shì)樹種的理想百分比為100%，如果有2個(gè)優(yōu)勢(shì)樹種，則它們的理想百分比為50%，如果有3個(gè)優(yōu)勢(shì)樹種，則理想百分比為33.3%，依此類推，分別計(jì)算d值。當(dāng)d為最小值時(shí)的上位種數(shù)為群落喬木層優(yōu)勢(shì)樹種數(shù)。

2.3 樹冠影響度的有關(guān)概念及公式

樹冠之間存在競(jìng)爭主要與林木位置、樹冠特性（冠幅、冠長等），同時(shí)還與太陽光入射角度有關(guān)。為了方便計(jì)算，本文假設(shè)太陽高度角為45°，此時(shí)樹高和樹高投影長度相等。

2.3.1 競(jìng)爭木的選擇 樹冠在樹木的生長過程中具有重要的作用，并且反映了樹木的長期競(jìng)爭水平[7]。樹冠作為影響林木之間競(jìng)爭的重要因子，其主要作用是影響林木的光合作用。所以競(jìng)爭木在南北向上對(duì)對(duì)象木存在遮擋認(rèn)為存在競(jìng)爭。

首先，水平東西方向上：當(dāng)xi－(wi＋wj)/2

其中：xi、xj分別為對(duì)象木和競(jìng)爭木的東西坐標(biāo)，wi、wj分別為對(duì)象木、競(jìng)爭木的東西冠幅。

然后，在選擇的競(jìng)爭木基礎(chǔ)上再進(jìn)行東西方向上的選擇：當(dāng)rij＋h枝下高>hj時(shí)，不存在競(jìng)爭；當(dāng)rij＋h枝下高≤hj時(shí)，存在競(jìng)爭。

其中：rij為對(duì)象木與競(jìng)爭木的距離，h枝下高為對(duì)象木的枝下高，hj為競(jìng)爭木的樹高。

2.3.2 樹冠影響度 樹冠影響度實(shí)際上是指競(jìng)爭木對(duì)對(duì)象木樹冠的遮擋程度，分為水平遮擋和垂直遮擋兩個(gè)方面，樹冠影響度即兩個(gè)遮擋度的乘積。

對(duì)象木i的水平遮擋度為QSi：

即：東西方向競(jìng)爭木與對(duì)象木的樹冠重疊與其東西南北冠幅的比值。比值越大，說明樹冠重疊越多，競(jìng)爭木j對(duì)對(duì)象木i的競(jìng)爭越多，對(duì)象木受到的競(jìng)爭激烈程度越高。

對(duì)象木i的垂直遮擋度為QCi：

其中：Li為對(duì)象木的冠長，即垂直方向上樹冠遮擋與對(duì)象木冠長的比值。當(dāng)QCij>1時(shí)，記QCij= 1。比值越大，說明樹冠重疊越多，競(jìng)爭木j對(duì)對(duì)象木i的競(jìng)爭越多，對(duì)象木受到的競(jìng)爭激烈程度越高。

對(duì)象木i的樹冠影響度Qi：

即：競(jìng)爭木j對(duì)對(duì)象木i的樹冠遮擋面積與對(duì)象木樹冠面積的比值。比值越大，說明競(jìng)爭木j對(duì)對(duì)象木i的樹冠遮擋越多，競(jìng)爭木j對(duì)對(duì)象木i的競(jìng)爭越多，對(duì)象木受到的競(jìng)爭激烈程度越高。

3 結(jié)果與分析

3.1 優(yōu)勢(shì)種群確定

根據(jù)調(diào)查結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，30個(gè)樣地內(nèi)胸徑5 cm以上的林木共計(jì)2 850株35種，調(diào)查樣地的林分結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣。計(jì)算群落喬木層各樹種的相對(duì)胸高斷面積，并按降序排列，根據(jù)式（1）確定優(yōu)勢(shì)樹種。結(jié)果顯示，群落有7個(gè)優(yōu)勢(shì)樹種（表1）。這7個(gè)優(yōu)勢(shì)樹種的株數(shù)和胸高斷面積分別占樣地總株數(shù)和總胸高斷面積的94.73%和96.21%，表明這些樹種在森林群落喬木層中占明顯的優(yōu)勢(shì)。

3.2 優(yōu)勢(shì)樹種樹冠影響度分析

計(jì)算得出，樣地樹種平均樹冠影響度為0.359 4。因此，樣地中群落競(jìng)爭相對(duì)較弱，說明群落結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定。優(yōu)勢(shì)樹種中馬尾松的樹冠影響度最小，為0.261 3，楓香的樹冠影響度最大，為0.510 1（圖1）。這一規(guī)律與各優(yōu)勢(shì)樹種的樹種特性及其在群落的水平、垂直格局中的分布有關(guān)。

表1 群落優(yōu)勢(shì)種組成Table 1 Composition of dominant tree species of the community

優(yōu)勢(shì)樹種中闊葉樹種的樹冠影響度為0.417 5，針葉樹種的樹冠影響度為0.299 0，即優(yōu)勢(shì)樹種中闊葉樹種的樹冠影響度大于針葉樹的樹冠影響度，優(yōu)勢(shì)樹種中闊葉樹種的競(jìng)爭激烈程度大于針葉樹。這是由于調(diào)查樣地中針葉樹相對(duì)于闊葉樹在群落中處于優(yōu)勢(shì)地位，競(jìng)爭能力較強(qiáng)，所以受到的競(jìng)爭壓力小。

3.3 優(yōu)勢(shì)種群和非優(yōu)勢(shì)種群樹種樹冠影響度分析比較

根據(jù)樹冠影響度公式計(jì)算得到，優(yōu)勢(shì)種群樹種平均樹冠影響度為0.353 2，非優(yōu)勢(shì)種群的樹種平均樹冠影響度為0.493 7。優(yōu)勢(shì)種群中，針葉樹種的樹冠影響度為0.299 0，闊葉樹種的樹冠影響度為0.417 5；非優(yōu)勢(shì)種群中，針葉樹種的樹冠影響度為0.338 2，闊葉樹種的樹冠影響度為0.503 9?？偟膩碚f優(yōu)勢(shì)種群比非優(yōu)勢(shì)種群的樹冠影響度小，說明優(yōu)勢(shì)樹種在群落中受到的競(jìng)爭壓力較小，競(jìng)爭能力較強(qiáng)，處于群落的優(yōu)勢(shì)地位。而優(yōu)勢(shì)樹種和非優(yōu)勢(shì)樹種中的針葉樹樹冠影響度分別都比闊葉樹種的樹冠影響度小，總的來說針葉樹比闊葉樹在群落中占據(jù)較多的資源，競(jìng)爭能力較強(qiáng)，更處于優(yōu)勢(shì)地位（圖2）。

圖1 各優(yōu)勢(shì)樹種樹冠影響度Figure 1 The competition degree of the crown of dominant tree species

圖2 樹種樹冠影響度比較Figure 2 Comparison of the competition degree of the crown among tree species

4 結(jié)論

調(diào)查群落中，以馬尾松、杉木、苦櫧為主，具有多優(yōu)勢(shì)種結(jié)構(gòu)特征。因?yàn)闃浞N特性及樹種繁殖方式的影響，優(yōu)勢(shì)種群比非優(yōu)勢(shì)種群的樹冠影響度小，說明優(yōu)勢(shì)樹種在群落中受到的競(jìng)爭壓力較小，競(jìng)爭能力較強(qiáng)，處于群落的優(yōu)勢(shì)地位 。而優(yōu)勢(shì)樹種和非優(yōu)勢(shì)樹種中的針葉樹樹冠影響度分別都比闊葉樹種的樹冠影響度小，總的來說針葉樹比闊葉樹在群落中占據(jù)較多的資源，競(jìng)爭能力較強(qiáng)，更處于優(yōu)勢(shì)地位，樣地中群落競(jìng)爭相對(duì)較弱，也說明群落結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定。

根據(jù)結(jié)果分析來看，樹冠影響度能較好的描述林木間的競(jìng)爭狀況，且計(jì)算簡單，數(shù)據(jù)容易獲得，在研究林木競(jìng)爭中有重要作用。

[1] 李先琨，蘇宗明，歐祖蘭，等. 元寶山冷杉群落種內(nèi)與種間競(jìng)爭的數(shù)量關(guān)系[J]. 植物資源與環(huán)境學(xué)報(bào)， 2002，11（1）：20－24.

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A New Competition Index—Crown

WANG Xin，GE Hong-li，XIN Ying-ying
（1. Shool of Environmental Science and Technology, Zhejiang A & F University, Lin’an 311300, China; 2. Zhejiang Provincial Key Laboratory of Carbon Cycling in Forest Ecosystems and Carbon Sequestration, Zhejiang A & F University, Lin’an 311300, China）

Variable competitive region (VCR) is determined by exponential function based on a description indicator of the objects. Crown has an important role in tree growth, and reflects the level of tree competition in the long term. A new competitive index of VCR was proposed: competition degree of crown. Using typical sampling method to establish sample plot, and each factor of tree species was investigated. Analysis by competition dgree of crown showed that the average competition degree of crown in the plot was 0.3594, the competition of populations in the plot was relatively weak, indicating that the community structure was relatively stable. Competition degree of the crown of Pinus massoniana (0.2613) was the smallest and that of Liquidambar formosana (0.5101) was the largest. The average competition degree of the crown of dominant species was less than that of non-dominant species. Competitive ability of dominant species was stronger. The average competition degree of the crown of coniferous trees was less than that of broad-leaved trees, coniferous trees were in a dominant position in the community.

variable competitive region; competition index; competition degree of crown; tree; competition

S718.53

A

1001-3776（2011）02-0072-04

2010-12-17；

2011-02-20

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于面向類技術(shù)的高分辨遙感圖像森林信息提取方法研究”（30771725）；國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）“基于多源遙感信息的松材線蟲病綜合監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)研究”（2006AA12Z109）；浙江省科技廳重大科技專項(xiàng)和優(yōu)先主題計(jì)劃“浙江森林碳生存與儲(chǔ)量計(jì)量模型研建及應(yīng)用評(píng)估系統(tǒng)開發(fā)”(2008C12068)

王鑫（1984－），男，山西陽泉人，碩士研究生，從事森林經(jīng)理學(xué)研究；*通訊作者。