萌生杉木林經營后林分空間結構變化

周紅敏，彭 輝，柳新紅，何必庭，沈 斌，林露花，鄭曉林，蔡 超，吳方樹

（1. 浙江省龍泉市林業科學研究院，浙江 龍泉 323700；2. 浙江鳳陽山—百山祖國家級自然保護區鳳陽山管理處，浙江 龍泉 323700；3. 浙江省林業科學研究院 浙江 杭州 310023；4. 浙江省龍泉市查田鎮林業工作站，浙江 龍泉 323700；5. 浙江省龍泉市林業局，浙江 龍泉 323700）

萌生杉木林經營后林分空間結構變化

周紅敏1，彭 輝2，柳新紅3*，何必庭4，沈 斌4，林露花5，鄭曉林4，蔡 超4，吳方樹2

（1. 浙江省龍泉市林業科學研究院，浙江 龍泉 323700；2. 浙江鳳陽山—百山祖國家級自然保護區鳳陽山管理處，浙江 龍泉 323700；3. 浙江省林業科學研究院 浙江 杭州 310023；4. 浙江省龍泉市查田鎮林業工作站，浙江 龍泉 323700；5. 浙江省龍泉市林業局，浙江 龍泉 323700）

以萌生杉木（Cunninghamia lanceolata）林為研究對象，利用結構參數角尺度、大小比數、混交度對改造經營后的萌生杉木林的空間結構進行分析，結果表明：經營前后林木的分布格局均為隨機分布；杉木林木分布格局由團狀分布轉變為隨機分布，木荷仍為隨機分布，其它樹種仍為均勻分布；經營前、后林分的平均混交度分別為0.438 4、0.514 2，經營后較經營前有明顯的提高，林分處于中度混交；經營后杉木的大小比數下降，木荷（Schima superba）、楓香（Liquidambar formosana）、赤楊葉（Alniphyllum fortunei）的大小比數增加；在經營后，樹種的隔離程度、單木的優勢度等得到了改善，有利于大徑級材的培育。

萌芽林；杉木；空間結構混交度；角尺度；大小比數

近年來，隨著森林可持續經營對森林精確信息的需求增加，森林空間結構研究越顯重要[1～3]。林分空間結構分析是現代森林經營的基礎，空間結構分析已在森林可持續經營中得到高度重視[4]。分析林分空間結構的基礎是對林分空間結構的準確描述[5]。林分空間結構決定林木間的競爭態勢及其空間生態位，在很大程度上決定林分的穩定性、發展的可能性和經營空間的大小[6～10]。基于應用的相鄰木空間關系的林分空間結構描述方法為結構化經營提供了科學依據[11]。

萌芽更新是我國南方低山丘陵地杉木林的主要更新方式之一，這種更新方式不僅克服了人工造林成本高、水土流水嚴重等不良后果，而且隨著森林經營目標的變化，以及對森林生態系統重要生態服務功能的認識，森林經營由過去那種高投入、高產量、低效益，轉而注重經濟、社會和生態效益的統一，在這種情形下，萌芽更新尤其受到人們的青睞[12]。天然林通常分為原始林和次生林，次生林是原始林破壞后在裸地上自然演替的森林，是原始林的一種退化[13～14]。研究次生林的生態結構關系，對了解次生林內種間群落關系及其演替規律，更好地利用和保護次生林，充分發揮其作用有著重要的意義[15]。運用結構化森林經營理念，對調查樣地的萌生杉木林進行撫育改造，通過調整林分間的樹種隔離程度、林木個體在水平地面的分布格局等，促進林分向健康穩定的方向發展，以期創建最佳的林分空間結構。本文運用空間結構參數混交度、角尺度、大小比數對改造后的萌生杉木林進行林分空間結構變化分析，以期更好的為萌生杉木林可持續經營提供依據。

1 研究區概況

研究地點位于浙江省龍泉市，118° 42′ ～ 119° 25′ E，27° 42′ ～ 28° 20′ N，西鄰福建，南接慶元，北連遂昌，東與云和、景寧接壤，東西寬70.25 km，南北長70.8 km，總面積3 059 km2。屬于中亞熱帶季風氣候。氣候溫暖濕潤，四季分明，雨量充沛。年均溫17.7℃，一月均溫6.8℃，七月均溫27.8℃，極端最高氣溫41.5℃，極端最低氣溫-8.5℃，≥10℃年均積溫5 545.7℃，年均無霜期261.2 d，年平均日照時間1 740.9 h，日年均相對濕度79%，年均降水量1 664.8 ～ 1 706.2 mm。林地面積26.57萬hm2，森林蓄積量1 456萬m3；喬木樹種1 800多種，占全省的3/4，是華東地區古老植物的搖籃，林木種質資源最為豐富。

研究樣地位于龍泉市小梅鎮黃南村45小班，該林分為2005年采伐跡地更新（采伐前杉木純林密度為1 650 株/hm2），同年人工栽植一些木荷，此后未進行任何人為經營措施。林分以杉木（Cunninghamia lanceolata）為主，另有木荷（Schima superba）、赤楊葉（Alniphyllum fortunei）、楓香（Liquidambar formosana）、樟（Cinnamomum camphora）、榆樹（Ulmus pumila）、苦櫧（Castanopsis sclerophylla）、紅豆樹（Ormosia hosiei）、馬尾松（Pinus massoniana）。杉木萌芽林的初始林分密度為3 390株/hm2。經營后的林分密度為1 800株/hm2，樹種組成未發生變化。經分析經營前林分的空間結構狀態為：林分的平均角尺度為0.512，林分空間格局為隨機分布。杉木樹種分布格局為團狀分布；木荷樹種整體分布格局為隨機分布；其它樹種的整體分布格局為均勻分布。林分的平均混交度為0.438 4，在弱度混交和中度混交之間。林分中樹種以胸徑作為比較指標的林木個體的優勢排列順序為：苦櫧、馬尾松 > 杉木 > 樟 > 木荷 > 楓香、紅豆樹 > 赤楊葉 > 榆樹。

2 研究方法

2.1 野外調查

2014年2月進行了全面踏查，于2014年3月選擇具有代表性的調查樣地，調查樣地面積為2 600 m2（65 m ×40 m），樣地采用羅盤儀和皮尺進行設置，采用相鄰格子法進行調查，將樣地分為14個小樣方進行調查，其中：10 m×20 m小樣方12個和5 m×20 m小樣方2個，記錄海拔、坡向。對樣地內胸徑大于5 cm的喬木進行每木檢尺，同時對樣地內的所有林木進行掛牌，記錄其坐標、樹號、胸徑、樹種。參照每木調查數據，選擇長勢較好，可長期保留、在達到目標直徑時才利用的樹木作為“目標樹”，標記為“Z”，周圍影響“Z”生長的立木作為“干擾樹”，標記為“B”，是撫育采伐的對象（主要是徑級較小的杉木）；可增加混交樹種、保持林分結構或多樣性的樹木（闊葉樹種）作為“生態目標樹”，標記為“S”，一律加以保留[15]。基本方法是保留目標樹和生態目標樹，采伐干擾樹[16]，改造于2014年8月在技術人員的指導下實施。樣地概況見表1。

表1 樣地概況Table 1 Basic information of sample plots

2.2 數據處理

在數據分析時，將標記為“B”的需要采伐的單木去除，利用林分空間結構分析軟件Winkelnass對林分空間結構進行分析，計算其結構參數角尺度（用來描述相鄰樹木圍繞參照樹i的均勻性）[5]、混交度（混交林中樹種空間隔離程度）[5]和大小比數（描述林木大小的分化程度）[13]。利用Winkless分析林分3個空間結構參數時，為了避免邊緣效應對分析結果的影響，本文將緩沖區設置為5 m。文中出現的頻率是指在相應等級上的林木占樣地總株數的比例。

3 結果與分析

3.1 經營后角尺度變化

角尺度是一種用于描述林木個體水平地面上分布形式的空間格局參數，具有很強的解析能力[17]；也為模擬林分水平分布格局的改造提供了有效參照[18]。圖1反映的是林地經營前后角尺度的變化。從1圖可以看出，角尺度為0時經營前后變化不大，角尺度為0.25 和0.5時經營后均有小幅度增加，角尺度為0.25的頻率由原來的20.9%增加到了24.3%，角尺度為0.75和1時，經營后出現小幅下降，說明經營后林分的聚集程度下降。林分平均角尺度（W）落在[0.475, 0.517]的范圍內，說明林木整體分布格局屬隨機分布，> 0.517時林分內林木的分布格局為團狀分布，< 0.475時林分內林木的分布格局為均勻分布[18]，經營后林分的角尺度為0.485比經營前下降，但仍在[0.475, 0.517]內，說明經營后林分整體分布格局仍屬于隨機分布。

圖1 經營前后林分角尺度變化Figure 1 Changes of stand uniform angle index before and after

圖2為經營前后各樹種角尺度變化頻率分布情況，因林分中樹種以杉木和木荷為主，其余樹種株數較少，所以將林分中樹種分為杉木、木荷和其它樹種三組。從圖2可以看出，經營后杉木的角尺度變化較顯著，林分經營后，角尺度分布中0.5左側頻率升高，右側頻率降低，杉木個體處于很均勻、均勻的頻率增加，Wi為0.25時增加幅度最高，增幅為7.4%，不均勻和很不均勻的頻率降低，很不均勻的頻率下降較多，降幅為6.4%。經營后杉木的平均角尺度降至0.477 2，杉木林木分布格局由團狀分布轉變為隨機分布；經營后木荷左側角尺度頻率升高，右側角尺度頻率減低，但變化幅度較小，木荷的平均角尺度降至0.502 1，仍屬于隨機分布，木荷為闊葉樹種，但個別木荷栽植后，部分側芽萌生為植株，造成兩株林木個體緊密相連，在此次經營時，對緊挨著生長較弱的木荷進行間伐，因此木荷的平均角尺度降低；其他樹種的平均角尺度未發生任何變化，原因是在經營時，其他樹種中沒有被伐木或調整對象。

3.2 經營后大小比數變化

從圖3可知，經營后部分樹種的大小比數分布頻率發生了變化，紅豆樹、馬尾松和榆樹在經營前后大小比數頻率未發生變化；杉木和樟處于優勢和亞優勢的頻率增加，苦櫧的頻率變化較顯著，由經營前頻率處于優勢變為經營后全部處于亞優勢；赤楊葉和楓香大小比數頻率變化不大；經營后木荷大小比數為0和0.25的頻率降低，木荷處于優勢和亞優勢的的降幅為5%。

在經營后各樹種的生態位發生了變化，但變化不顯著，經營后杉木的優勢度略有上升，木荷、楓香、赤楊葉、苦櫧優勢度降低。馬尾松在經營前后平均大小比數均為 0，在林分中仍處于絕對優勢狀態；苦櫧經營前大小比數為 0，經營后大小比數為 0.25，在林分中由優勢狀態轉為亞優勢狀態；經營后杉木的優勢度略有上升，平均大小比數由經營前的0.476變為經營后的0.442；赤楊葉、楓香和木荷的平均大小比數增加，赤楊葉、楓香和木荷由經營前的平均大小比數0.833、0.75、0.561增加到經營后的0.854、0.778和0.595，木荷的提升幅度比較大。但經營后杉木、木荷和樟的平均大小比數仍在 0.5左右，說明在以這三種樹種為參照樹的結構單元中，樹種仍處于中庸狀態；經營后楓香和赤楊葉的平均大小比數處于0.75 ～ 1，處于劣勢向絕對劣勢過度的狀態；經營后榆樹和紅豆杉的平均大小比數未發生變化，榆樹的平均大小比數為 1，說明在以榆樹與參照樹的結構單元中，參照樹的胸徑小于4株最近相鄰木，處于絕對劣勢狀態，紅豆樹的平均大小比數經營后為0.75，在林分中處于劣勢。通過以上分析可知，經營后，苦櫧和馬尾松在此樣地的結構單元中占優勢，屬于優勢木；杉木、木荷和樟為中庸狀態，楓香、赤楊葉和榆樹在樣地的結構單元中處于劣勢狀態，屬于被壓木狀態。

圖3 經營前后各樹種平均大小比數變化Figure 3 Changes of species neighborhood comparison before and after transformation

圖4 經營前后混交度分布Figure 4 Distribution of mingling degree before and after transformation

3.3 經營后混交度變化

經營前林分的平均混交度為0.438 4，經營后林分的平均混交度為0.514 2，較經營前有明顯的提高。林分由經營前的弱度混交變為中度混交。從圖4可以看出，經營后混交度頻率發生了較明顯變化，林分中林木個體處于零度混交、弱度混交的比例下降，零度混交的比例下降將近10%。中度混交、強度混交和極強度混交的比例均有不同程度上升，中度混交上升幅度最大，上升比例將近7個百分點。從圖5可以看出，經營后杉木的平均混交度增加，木荷的平均混交度稍有下降，其余樹種混交度不變。通過以上分析可知，經營后整體林分的混交度增加，林分的樹種隔離程度增大。

圖5 經營前后各樹種平均混交度變化Figure 5 Changes of mean mingling degree of tree species before and after transformation

4結論與討論

在優化林分空間結構的森林經營措施當中，可以根據林分平均角尺度和各樹種的角尺度、混交度和大小比數的取值和分布情況，分樹種來確定采伐木，使林分的分布格局趨于隨機分布[19～20]，增高林分的混交度。此次經營通過撫育間伐混交度較低的杉木，對闊葉樹種最大程度的進行保留，提高了林分的混交度，經營后林分的平均混交度為0.514 2，較經營前有明顯的提高，同時也改善了林分內的通透性。雖然撫育間伐時伐除的是較小的杉木，因林分內各立木胸徑差別不大，所以對林分內的大小比數的優化程度不明顯。經營后林分的角尺度為0.485 8比經營前下降，但仍在[0.475, 0.517]范圍內，說明經營后林分整體分布格局仍屬于隨機分布。在經營時，同時也注重各樹種林木分布格局的調整，通過分析角尺度的分布情況，針對性的調整各樹種的水平分布格局，經營后，杉木樹種的角尺度變化明顯，從經營前的團狀分布變為經營后的隨機分布。現在只是結構化森林經營的第一步，在下步的經營中，考慮補植木荷、楓香、紅豆樹等鄉土樹種，在補植時應根據樹種的角尺度來進行，同時還應考慮林分的混交度問題。

杉木是我國南方主要鄉土用材樹種，是我國南方林區最重要的優質用材樹種之一。人工更新雖然造林效果好，幼林生長快，可以充分的利用資源，而且造林質量高，但需要花費大量的物力、人力等，造林成本較高。本研究以杉木萌生林為研究對象，通過結構化森林經營，使杉木萌生林發揮人工造林的優點，節省了造林成本，不僅為杉木萌生林結構化經營提供了模板，而且對實現森林的可持續經營也有重要意義。

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Changes of Spatial Structure of Sprout Forest after Stand Management

ZHOU Hong-min1，PENG Hui2，LIU Xin-hong3*，HE Bi-ting4，SHEN Bin4，LIN Lu-hua5，ZHENG Xiao-lin4，CAI Chao4，WU Fang-shu2
（1. Longquan Forestry Institute of Zhejiang, Longquan 323700, China; 2. Fengyangshan Office of Fengyangshan-Baishanzu National Nature Reserve, Longquan 323700, China; 3. Zhejiang Forestry Academy, Hangzhou 310023, China; 4. Longquan Chatian Forestry Station of Zhejiang, Longquan 323700, China; 5. Longquan Forestry Bureau of Zhejiang, Longquan 323700, China）

Fourteen sample plots were established at 2600 m2logged site of Cunninghamia lanceolata in 2005 in Longquan, Zhejiang province, and some Schima superba were planted in the same year. Transformation of the stand was conducted in 2014. Analysis was made on spatial structure before and after transformation by uniform angle index, neighborhood comparison and mingling degree. The results indicated that distribution of C. lanceolata was changed from aggregated to random, that of S. superba still random, that of other tree species still uniform. The average mingling degree of sample plots increased from 0.4384 to 0.5142, a moderate mixed plantation. The neighborhood comparison of C. lanceolata decreased, on the contrary, that of S. superba, Liquidambar formosana, Alniphyllum fortunei increased. It concluded that transformation improved spatial separation of trees and dominance of single tree for large diameter tree cultivation.

sprout forest; Cunninghamia lanceolata; spatial structure; mingling degree; uniform angle index; neighborhood comparison

S791.27

A

1001-3776（2015）04-0041-06

2015-01-15；

：2015-04-04

周紅敏（1983-），女，山東鄆城人，工程師，碩士，從事林木種苗和森林可持續經營研究；*通訊作者。