荒田湖林場檫木人工林徑級結構和空間分布格局研究

趙昌高 金超 許元科

摘要 2017年，在景寧縣荒田湖林場的檫木（Sassafras tzumu）人工林中建立1個50 m×50 m固定監測樣地，進行了群落調查，并在2年后進行了復查。結果表明，共記錄到喬木樹種6種，分別是檫木、黃檀（Dalbergia hupeana）、白櫟（Quercus fabri）、迎春櫻（Cerasus discoidea）、山合歡（Albizia kalkora）和楓香（Liquidambar formosana）。從空間結構來看，該樣地的林分混交程度差，分化不明顯，林分呈均勻分布。通過分析環境因子對檫木胸徑生長的影響，發現樣地內只有土壤土層厚度對檫木生長有顯著影響。為了促進檫木生長，亟需對該林分進行密度調控，并注意加強土壤管理。

關鍵詞 檫木;徑級結構;格局分析;空間分布格局

中圖分類號 S758.5 ?文獻標識碼 A ?文章編號 0517-6611（2020）19-0124-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.19.032

Abstract In 2017， we set up one 50 m × 50 m plot in Sassafras tzumu plantations of Jingning Huangtianhu forest farm. We conducted a community survey in this plot， and a review was conducted after 2 years. The results showed 6 tree species were recorded， of which the dominant species were S.tzumu， Dalbergia hupeana， Quercus fabri， Cerasus discoidea， Albizia kalkora and Liquidambar formosana. The forest stands，lack of dominant species，was an uniform distribution with low mixed degree. Analyses of soil effects on the DBH growth of S.tzumu only showed a significant effect of soil layer thickness. In order to promote the growth of S.tzumu plantation in Jingning Huangtianhu forest farm， the density of the plantation should be regulated in time， and the soil management should be strengthened.

Key words Sassafras tzumu;Diameter class structure;Pattern analysis;Spatial distribution pattern

基金項目 景寧縣科技計劃項目“浙西南森林群落特征與森林質量提升技術研究”（2017A01）。

作者簡介 趙昌高（1973—），男，浙江景寧人，工程師，從事野生動植物資源保護與管理工作。*通信作者，副教授，博士，從事森林生態學研究。

收稿日期 2020-03-27

檫木（Sassafras tzumu）又名檫樹，主要分布于中國浙江、江蘇、安徽等省區，在適生區10～15年即可成材[1]。檫木作為亞熱帶常見的闊葉樹種，木材優良、耐久且紋理細致，并具有速生和抗病蟲害的優點，是優良的造船和上等家具用材樹種之一[2-3]。由于春花黃色和秋葉紅色的特性，檫木也作為風景園林樹種被致力推廣。闊葉林具有改良土壤、保持水土、增加肥力和提高森林資源多樣性等優點，故研究檫木人工林的營造具有十分重要的現實意義。

分析森林空間分布格局有助于理解森林群落建立、發展、死亡和演替等生態過程[4-6]，對制定科學合理的森林經營策略具有重要意義[7]。林分空間結構決定樹木之間的競爭情況及生態位，影響林分結構的穩定性、發展的可能性和經營空間大小[8]。精確的信息在森林可持續經營中起著重要作用，所以空間結構研究顯得尤為重要[9]。近年來，有大量關于空間結構指數的研究[10-13]，并廣泛應用于森林空間結構分析[14-15]。

目前，國內關于檫木的研究主要集中在其生境特征和生態位[16-18]、混交林培育[19-21]以及動態變化[22-23]等方面，但對檫木人工林的徑級結構和空間分布格局變化的研究鮮見報道。通過研究浙江省景寧縣荒田湖林場檫木人工林的徑級結構和空間分布格局2年動態，分析環境因子對檫木生長的影響，旨在更好地了解其林分結構特征變化，為檫木人工造林及經營提供理論依據。

1 研究地概況與研究方法

1.1 研究地概況

荒田湖林場（119°41′43.89″～119°45′50.36″E，27°54′21.04″～ 27°59′02.71″N）位于浙江省景寧畬族自治縣南部，場部距景寧縣城14 km，海拔750 m，經營總面積1 186 hm2，森林覆蓋率98.81%。荒田湖林場地處亞熱帶季風區，屬武夷山系洞宮山脈，整個地貌屬于浙南中山區，以深切割山地為主。土壤為山地土壤，主要是黃壤和紅壤兩大類，土層與腐殖質層均較深厚。氣候屬中亞熱帶季風氣候，溫暖濕潤，雨量充沛，四季分明，光熱水氣條件良好，年平均氣溫為12.8 ℃，年降水量1 918 mm，年平均相對濕度80%以上。

1.2 研究方法

研究地所在檫木人工林位于荒田湖林場分人岙林區6林班2、4小班，面積4.47 hm2，1988年種植，密度975株/hm2，種植后無經營史。2017年，在對檫木人工林進行全面踏查的基礎上，設置了一個50 m × 50 m的典型固定監測樣地，將樣地劃分為25個10 m × 10 m的小樣方，進行喬木層（胸徑≥5 cm）的調查。對樣地內喬木層進行編號和每木調查，記錄各樹種的種名、胸徑、樹高、冠幅、枝下高等測樹因子，以及每株樹的位置坐標（x，y）。同時，利用GPS儀和羅盤儀記錄樣地的海拔、坡向、坡度、坡位。在每個小樣方內，測量土壤深度、凋落物厚度、凋落物蓋度和巖石裸露度等生境因子。同時，取0～20、20～40、40～60 cm的混合土500 g，取樣重復3次，共計75個土樣，測定pH以及全氮、全磷和有機質等含量。2019年對該樣地進行復查，對樣地內原記錄物種進行胸徑、樹高等測定，并記錄死亡狀況。

1.3 分析方法

利用樣地調查的胸徑數據進行徑級結構分析，并對胸徑生長和環境因子進行多元線性回歸分析，找出影響檫木生長的主要因素。林分的空間結構分析以空間結構單元為基礎，采用混交度、大小比數和角尺度3個參數，分別描述樹種空間隔離程度、林木大小分化程度和林木水平分布格局[24]。樹種混交度（M）分為0.00（零度混交）、0.25（弱度混交）、0.50（中度混交）、0.75（強度混交）、1.00（極強度混交）。大小比數（U）分為1.00（絕對劣勢）、0.75（劣勢）、0.50（中）、0.25（亞優勢）、0.00（優勢）。角尺度（W）分為0.00（絕對均勻）、0.25（均勻）、0.50（隨機）、0.75（不均勻）、1.00（集聚）。以上3個參數在forestSAS[25]包中計算完成。

以上分析均在R 3.6.0中進行[26]，且利用ggplot2[27]進行數據可視化。

2 結果與分析

2.1 物種組成

由表1可知，調查樣地共記錄到喬木層植物物種6種，2017年的林分密度為1 004株/hm2，平均胸徑為16.6 cm，其中檫木密度為924株/hm2，平均胸徑為17.2 cm，占較大的優勢（重要值為86.2%），其次數量較多的是黃檀，密度為40株/hm2，平均胸徑為9.8 cm。其余為白櫟和迎春櫻的16株/hm2、山合歡和楓香的4株/hm2，重要值分別占3.5%、2.6%、1.1%和1.1%。2019年，檫木的密度下降到880株/hm2，平均胸徑上升到17.5 cm，重要值略有下降（85.5%），但檫木依然為優勢種。

2.2 徑級結構變化

由圖1可知，2年的檫木種群徑級分布并無明顯變化，徑級>10～20 cm的個體出現了減少，徑級20 cm以上的檫木有所增加。整體來看，檫木喬木層的胸徑徑級呈現右偏正態型分布，其中，>15～20 cm徑級個體數量最多。相反，檫木以外的樹種主要集中在胸徑15 cm以下，徑級>10～15 cm的個體有所增加。

2.3 空間格局分析

由圖2可知，2017年林分的平均混交度為0.08（=0.08），林分內零度混交的頻度達82%。林分的平均大小比數（）為0.49，頻率分布比較平均，林分處于中庸狀態。W=0.50等級的分布頻率（51%）最大，W=0和W=1.00等級的分布頻率分別為2%和1%，W=0.75和W=1.00的林木株數比例（14%）低于W=0和W=0.25的林木株數比例（35%），林分的平均角尺度（）為0.44。2019年的空間格局分析結果與前一次調查結果并沒有明顯變化。

2.4 環境因子對檫木生長的影響

表2顯示環境因子對檫木胸徑生長的影響，結果發現除了土層深度對檫木生長有顯著影響外，其他因子對檫木生長影響均不大。

3 結論與討論

景寧縣荒田湖林場檫木人工林喬木層僅有6種樹種，分別為檫木、黃檀、白櫟、迎春櫻、山合歡和楓香，檫木占主要優勢，重要值為86.2%。林分結構簡單，除檫木是人工種植外，其余均有可能是當地原有樹種恢復而來。2年后的復查結果顯示檫木依然占據優勢地位（85.5%），群落結構沒有明顯變化。以上結果說明該人工林在發展過程中保持比較好的穩定性，檫木在成林后對光照條件的競爭具有優勢，具有較顯著的優勢，是主林層的主要樹種。

該林分在1988年種植，密度975株/hm2，至2017年檫木仍然保留了924株/hm2，檫木平均胸徑為17.2 cm，至2019年檫木密度為880株/hm2，檫木平均胸徑為17.5 cm。研究表明，在江蘇高淳丘陵地區30年生檫木人工林的平均胸徑約為27.8 cm[28]。該研究樣地檫木胸徑生長低于高淳丘陵地區的同齡林分，海拔可能是原因之一。該林地海拔為1 060 m，遠高于高淳丘陵地區（約200 m），研究表明在海拔1 000 m以上山地檫木的胸徑和樹高生長量顯著低于海拔1 000 m以下的山地[17]。該林地種植后無經營史可能是另外一個原因。從檫木密度看，1988—2017年枯死檫木僅為51株/hm2，但最近2年枯死的檫木株數達44株/hm2。在檫木生長的中前期，樹冠寬度隨林齡增加而不斷增大[29]，該樣地近2年枯死的檫木株數急劇增加，說明該林分自疏現象[30]已經非常明顯，迫切需要適當間伐給予檫木更多的生長空間。

缺乏經營的影響也體現在該林分的空間結構上。2017年該林分的平均混交度為零度混交（=0.08），且林分內82%為零度混交，說明樣地內林分的混交程度很差。林分的平均大小比數（）為0.49，頻率分布比較平均，林分處于中庸狀態，說明檫木雖然在林分中占優勢，但是林木分化較小。角尺度W=0.50等級的分布頻率（51%）最大，說明林分內一半的林木屬于隨機分布;W=0和W=1.00等級的分布頻率分別為2%和1%，說明絕對均勻和聚集分布的個體都比較少。W=0.75和W=1.00的林木株數比例（14%）低于W=0和W=0.25的林木株數比例（35%），說明林內均勻分布單元多于不均勻分布結構單元。林分的平均角尺度（）為0.44，說明檫木人工林的分布格局基本以均勻分布為主[24]。人工林最初的造林密度與配置格局等人為因素決定其格局[31]，但對人工林進行密度調控后，其空間分布會由均勻分布變為隨機分布[32]。同時，人工林生長的中后期，鄰體競爭、生境條件等因素也會影響其林分結構[31]。該檫木人工林的均勻分布格局表明，該林分在未經營的情況下自然更新對其空間格局配置優化效果甚微。

除了海拔和人工經營史，研究還表明土壤厚度和養分也會影響檫木生長[16]。通過分析該樣地環境因子對檫木胸徑生長的影響發現，樣地內除土壤厚度外，其他因子如營養元素的含量、pH及凋落物等對檫木的生長影響不大，說明該片林地立地條件相對較好，在后期檫木人工林的管理過程中，可以適當減少肥料的使用，但是為了促進檫木生長，亟需對該林分進行密度調控，并注意加強土壤管理。

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