山河屯林業局紅松闊葉混交林林分空間結構特征

孫清芳 劉濱凡 馬燕娥

摘?要：林分結構是研究森林可持續經營與管理的理論依據，為獲得紅松闊葉混交林的林分結構特征，采用混交度、大小比、角尺度林分空間結構參數和單木競爭指數等方法對山河屯林業局紅松闊葉混交林進行研究。結果表明：研究區域內優勢樹種主要為色木槭、榆樹、水曲柳和紅松等，占林木總株數的74.46%;優勢樹種的競爭指數較低 （1.22～4.71），占據較多空間生態位;各樣地混交度平均值為0.77，空間隔離程度較強;優勢樹種大小比數分布于0.38～0.71，表現為競爭均勢，各樣地大小比數出現頻率相差不大;1～6號樣地在平均角尺度值0.5出現的頻率較高，分別為44.07%、55.56%、40.98%、45.24%、39.22%和63.16%，說明大部分林木的分布格局屬于隨機分布，較少林木的角尺度值為0.75和1，分布格局由隨機狀態向團狀聚集狀態過渡。綜上所述，山河屯林業局紅松闊葉混交林的樹種組成豐富，空間隔離度高，林木整體處于競爭均勢呈隨機狀態分布;優勢樹種以聚集分布為主，可采取適當經營管理措施以達到林分結構合理的目標。

關鍵詞：混交度;大小比;角尺度;競爭指數;紅松闊葉混交林

中圖分類號：S718.5????文獻標識碼：A???文章編號：1006-8023（2019）06-0001-05

Spatial Structure Characteristics of Pinus koraiensis Mixed

Broad-leaved Forest in Shanhetun Forestry Bureau

SUN Qingfang1，2， LIU Binfan3， MA Yane4

（1.Forest Engineering and Environment Research Institute of Heilongjiang Province， Harbin 150081; 2.Key Laboratory of

Forest Ecology and Forestry Ecological Engineering in Heilongjiang Province， Harbin 150081; 3.Heilongjiang Academy of Forestry，

Harbin 150081; 4.Investigation Planning and Design Institute of State Forestry and Grassland Administration， Beijing 100714）

Abstract：Spatial structure is the theoretical basis for studying sustainable management of forests. The spatial structure of pinus koraiensis mixed broad-leaved forest was studied in Shanhetun forestry bureau by using mingling index， neighborhood comparison， angle index and competition index. The results showed that the dominant tree species were acer mono， ulmus pumila， fraxinus mandshurica and pinus koraiensis， etc.， with the percentage of 74.46% of the total quantity of trees. Dominant tree species occupied more spatial niche with lower competition indexes （1.22～4.71）. The spatial isolation degree of trees in different plots was high， and the average mingling index was 0.77. The dominant tree species showed competitive equilibrium with the neighborhood comparison between 0.38～0.71， and little difference was founded in the frequency of the neighborhood comparison among different plots. The frequency of the mean angle indexes of six plots appeared higher on 0.5 than other angle indexes， with the frequency of 44.07%， 55.56%， 40.98%， 45.24%， 39.22% and 63.16%， and showed that most forest trees belonged to random distribution. A small number of trees were changed from random state to aggregate state with mean angle index of 0.75 and 1. In conclusion， the species composition of pinus koraiensis mixed broad-leaved forest was abundant and its spatial isolation degree was high， the whole forest was in a competitive equilibrium showing a random distribution; the dominant tree species were mainly clustered and distributed， and appropriate management measures should be taken to achieve the goal of rational stand structure.

Keywords：Mingling index; neighborhood comparison; angle index; competition index; Pinus koraiensis mixed broad-leaved forest

收稿日期：2019-05-10

基金項目：黑龍江省應用技術研究與開發計劃項目（GA19C006-3）

第一作者簡介：孫清芳，博士，副研究員。研究方向：林業碳匯。E-mail：sunqingfang@189.cn

引文格式：孫清芳， 劉濱凡， 馬燕娥. 山河屯林業局紅松闊葉混交林林分空間結構特征 [J]. 森林工程，2019，35（6）：1-5.

0?引言

林分結構是森林生態系統的重要屬性之一，決定了群落內林木之間的空間位置及其競爭關系，表現出林木的整體生長狀態[1-2]。林分空間結構是指林木在林地上的水平或垂直分布及其屬性在空間上的排列方式，即林木樹種的異質性，對林木生長和林分穩定有著重要的影響[3]。林分結構的穩定性和發展是實現森林可持續經營的基礎[4]。

紅松闊葉混交林是我國東北地區主要森林類型，具有重要的生態、經濟和社會效益;五常市山河屯林業局地處長白山脈張廣才嶺西坡，因地理條件優越、施業區內物種豐富、品種齊全，“三大硬闊”與紅松為其代表的針闊混交林，擁有“天然東北植物園”稱號。近年來，關于長白山地區林分結構的研究主要集中于云冷杉針闊混交林[5-6]，對紅松闊葉混交林的研究較少。本研究采用混交度、大小比、角尺度指數研究林分空間結構，采用單木競爭指數分析林木間競爭關系，從空間格局表征山河屯林業局紅松闊葉混交林群落結構，為協調種間關系，為該地區森林經營管理以及林業生態環境建設提供理論依據。

1?研究區域概況

研究區域隸屬黑龍江省五常市山河屯林業局奮斗林場 （E：127°28′18″～128°14′36″，N： 44°03′34″～44°38′34″），屬于溫帶大陸性季風氣候區，年均氣溫2.7～3.0 ℃，年均降水量達600～800 mm，土壤分布有亞高山草甸土、棕色針葉林土、暗棕壤和沼澤土。

2?研究方法

2.1?樣地設置

2018年10月，在山河屯林業局奮斗林場內選擇紅松闊葉混交林作為試驗地，建立20 m×30 m樣地6塊，每塊樣地內設置5 m×5 m樣方共計24個，對樣地內所有胸徑≥5 cm的樹種進行調查，測定樹高、胸徑和冠幅等指標，并記錄每個被檢測個體的位置，以坐標 （x，y） 表示，坐標值單位均為距離，樣地基本情況見表1。研究區域內樹種組成主要以紅松闊葉混交林為主，詳細信息見表1。

2.2?計算方法

2.2.1?優勢樹種

統計所有樣地內各樹種的相對頻度RF、相對多度RA、相對顯著度RD，計算出各樹種的重要值IV，從而確定林分的優勢樹種。

相對頻度RF=某樹種出現的樣方數/所有樹種的樣方數。 ?（1）

相對多度RA=某樹種的個體數/所有樹種的個體數。（2）

相對顯著度RD=某樹種的胸徑之和/所有樹種的胸徑之和。 ?（3）

重要值公式IV=（RF+RA+RD）/3。 （4）

2.2.2?競爭指數

采用單木競爭指數[7-8]：

CI=∑Nj=1DiDjLij。

式中：CI為競爭指數;Di為對象木i的胸徑;Dj為競爭木的胸徑;Lij為兩者之間的距離;N為競爭木株數（以對象木為中心，5 m為競爭半徑，內部所有樹木均為競爭木），競爭指數越大，競爭越激烈。

2.2.3?混交度

在參照樹i的4株相鄰木中，與每個參照樹i不同種類的個體占據的比例，公式為：

Mi=1n∑nj=1vij。

式中：當參照樹i與第j株相鄰木屬于非同種時vij=1，反之vij=0。Mi有5種取值，分別為0 （零度混交） 、0.25 （弱度混交） 、0.50 （中度混交）、0.75 （強度混交） 和1.00 （極強度混交） 。

2.2.4?大小比

胸徑大于參照樹i的相鄰木個體數占全部4株最近相鄰木的比例[9]，公式為：

Ui=1n∑nj=1kij。

式中：當參照樹的胸徑比第j株相鄰木小時kij=1，反之kij=0;Ui有5種取值，分別為0 （絕對劣勢） 、0.25 （劣勢） 、0.50 （均勢） 、0.75 （亞優勢） 和1.00 （優勢） 。

2.2.5?角尺度

在兩個相鄰木的鄰接夾角中選擇其中的小角α，與標準角α0 （相鄰木均勻分布時的夾角為90°） 進行比較。此時角尺度的定義為：α角小于標準角α0的個數占4個鄰接夾角的比例[10]，公式為：

Wi=14∑4j=1Zij。

式中：當第j個α角的值小于標準角α0時，Zi=1，反之Zi=0;當Wi在0.475～0.517之間時林分為隨機分布，小于0.475為均勻分布，大于0.517時則為團狀分布。

3?結果與分析

3.1?優勢樹種林分結構指數及競爭分析

調查結果表明樣地內胸徑≥5 cm的樹木共計325株，21個樹種。重要值在0.20以上的為色木槭（acer mono）、榆樹（ulmus pumila）、水曲柳（fraxinus mandshurica）、紅松（pinus koraiensis）、黃菠蘿（Phellodendron amurense Rupr）、花楸（Sorbus L.）、蒙古櫟（Quercus mongolica Fisch. ex Ledeb.）和青楷槭（Acer tegmentosum Maxim.）8個樹種，屬于該區域森林群落的絕對優勢樹種，見表2。優勢樹種的平均胸徑斷面積占所有林木胸徑斷面積的34.53%，占林木總株數的74.46%，構成了該區域紅松闊葉混交林群落類型。

各優勢樹種的林分結構指數平均值見表3：優勢樹種的混交度平均值在0.7～1.0之間，屬于強度混交向極強度混交過渡;黃菠蘿的混交度平均值為1，表明該樹種為極強度混交。優勢樹種的大小比平均值為0.38～0.71，黃菠蘿和花楸的大小比平均值分別為0.71和0.70，表現出競爭優勢地位;青楷槭的大小比平均值為0.38，競爭優勢較低;其他優勢樹種的大小比平均值為0.44～0.67，表現為競爭均勢。角尺度平均值為0.50～0.79，說明大部分優勢樹種在林分中以聚集分布為主;蒙古櫟平均角尺度為0.50，分布狀態為隨機分布。

優勢樹種的競爭指數平均值在1.22～4.71之間。黃菠蘿、花楸的競爭指數最低，分別為1.22和1.83，同大小比和混交度的表達相一致，即該樹種處于競爭優勢地位。此外，蒙古櫟和紅松的競爭指數也較小（2.05，2.91），進一步說明在林分中所承受來自周邊林木的競爭壓力較小，在競爭中處于優勢地位。

3.2?樣地林分樹種隔離度

樣地林分的平均樹種多樣性混交度為0.77，表明所調查的紅松闊葉混交林為高度混交林，各樣地平均混交度如圖1所示：0.74 （1#）、0.88 （2#）、0.79 （3#）、0.79 （4#）、0.86 （5#）、0.53 （6#）; 1～5號樣地混交度均在0.7以上，屬于強度混交;6號樣地平均混交度低于其他樣地，屬于中度混交。

各樣地混交度均值的頻率分布如圖2所示，6號樣地林木的混交度在0.5分布居多，該樣地林木多為中度混交;其他樣地林木混交度平均值多集中于0.75和1，說明林木為強度混交向極強度混交過渡，單一樹種聚集生長的概率較低，林分群落相對穩定。

3.3?樣地林木大小分化程度

各樣地平均大小比均在0.50以上 （圖3），變化范圍為0.50～0.54，不同樣地之間林木競爭差異不大。各樣地林木大小比頻率值如圖4所示：1、4、5號樣地表現為中庸木分布較多（Ui=0.5），大小比數值分布頻率較為一致，分別為25.42%、26.19%、25.49%，說明不同胸徑大小的林木在其各自空間結構單元中分布都較為均勻。2、3、5號樣地在Ui=1 （優勢） 分布上表現一致，其頻率值分別為25.00%、24.59%、25.49%。以上說明5號樣地林木在空間分布上表現出由均勢向優勢地位的過渡。6號樣地在Ui=0.5出現頻率值最高為28.95%，表明樣地內林木競爭處于中庸地位。2號樣地在Ui=0.25的頻率值為27.78%，說明林木的分布多處于競爭劣勢地位。

3.4?樣地林木水平分布格局

不同樣地角尺度平均值分布于0.567～0.611之間 （圖5），各樣地之間角尺度差別較小。樣地角尺度分布的頻率如圖6所示，1～6號樣地在角尺度為0.5出現的頻率值分別為44.07%、55.56%、40.98%、45.24%、39.22%和63.16%，均高于其他角尺度值出現頻率，說明各樣地內大部分林木的分布格局屬于隨機分布。各樣地中林木存在角尺度為0的情況，但出現頻率非常低，說明存在絕對均勻分布的林木非常少。此外，樣地在角尺度取值為0.75和1也有出現，且頻率值較低，表現為樣地角尺度平均值大于0.517，說明樣地內一部分林木的分布聚集程度由隨機分布趨向團狀分布。結合優勢樹種角尺度值可以看出，樣地內蒙古櫟呈現隨機分布狀態 （角尺度為0.5），其他7個樹種的分布均表現為相對集中的團狀分布，因此林分結構調整應盡量改變角尺度偏離隨機分布范圍 （0.475～0.517） 較大的林木，使林分結構趨向合理分布。

4?結論

調查區域內紅松闊葉混交林的樹種組成豐富，優勢樹種主要為色木槭、榆樹、水曲柳、紅松、黃菠蘿、花楸、蒙古櫟和青楷槭。

所有樣地林木的平均競爭指數為3.42，各樣地內林木競爭程度不同，黃菠蘿和花楸的競爭指數較低處于絕對優勢，蒙古櫟和紅松的競爭指數 （分別為2.05、2.91） 低于樣地平均值，說明以上樹種的大徑級林木較多，占據較多的空間生態位。

各樣地內林木混交度整體水平高，空間隔離程度較高;所有樣地內林木的水平分布呈現隨機狀態，優勢樹種以聚集分布為主，說明林分水平分布受樹種組成影響較小;大小比均值分析表明林分結構單元整體上處于均勢狀態，群落穩定性良好。針對樣地內優勢樹種的聚集狀態，可適當采取相應的管理措施加以干預，以達到林分結構合理的目標。

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