兩種典型中亞熱帶單優群落林木高徑比特征

摘要：[目的]揭示只能劃分兩個亞層的兩種典型中亞熱帶單優群落林術高徑比特征，驗證其是否與可以劃分3個亞層的典型中亞熱帶天然闊葉林的一致。[方法]在三明格氏栲省級自然保護區內200多年生格氏栲單優群落中設置2個50m x 50m的樣地以及在建甌萬木林省級自然保護區內50多年生米櫧單優群落中設置1個20m x 60 m的樣地，運用Mann-Whitney U檢驗、偏度和峰度指標、正態分布函數、Weibull函數、Spearman秩相關系數、指數函數和雙曲線函數分析只能劃分兩個亞層的中亞熱帶單優群落林木高徑比特征。[結果]只能劃分兩個亞層的格氏栲和米櫧單優群落各林層林木高徑比隨亞層高度升高而減小，受光層與非受光層之間的林木高徑比平均值均有極顯著差異（plt;0.01），有必要分亞層來分析單優群落林木高徑比特征；運用正態分布函數擬合各林層林木高徑比分布的結果基本通過卡方檢驗，各林層林木高徑比分布為右偏，各林層林木高徑比分布基本呈正態分布；各林層林木高徑比與胸徑呈現極顯著負相關且相關系數較高，相關系數絕對值的排序依次為：受光層（0.849～0.936）gt;全林分（0.741～0.881）gt;非受光層（0.484～0.550），各林層林木高徑比與樹高的關系有所差異且相關系數絕對值相對較低，各林層林木高徑比特征可以采用各林層林木高徑比與胸徑的關系曲線來表達。[結論]只能劃分兩個亞層的兩種典型中亞熱帶單優群落林木高徑比特征與可以劃分3個亞層的典型中亞熱帶天然闊葉林的基本一致，反映出中亞熱帶天然闊葉林林木高徑比特征具有相同的規律性。

關鍵詞：中亞熱帶；單優群落；格氏栲；米榷；林木高徑比

中圖分類號：S758.1；S758.5 文獻標識碼：A 文章編號：1001-1498（2024）06-0121-07

林木高徑比（Height to Diameter ratio，HDR）是基本的測樹因子之一。由于精確測定樹高困難（特別是在結構復雜的森林中）加之實踐中對林木高徑比作用的忽視，林術高徑比研究非常薄弱，對林木高徑比的特征缺乏了解（特別是林木高徑比分布規律）。目前林木高徑比研究極少涉及天然林，也極少針對林分內不同林層。格氏栲（Castanopsis kawakarmi Hayata）單優群落和米櫧（Castanopsis cartesn （Hemsl.） Hayata）單優群落是中亞熱帶分布面積較大的、最有代表性的單優群落類型。對于可以劃分3個亞層的典型中亞熱帶天然闊葉林，其林木高徑比特征已有研究。但對于只能劃分兩個亞層的中亞熱帶單優群落，其林木高徑比特征還未見報道。研究中亞熱帶單優群落林木高徑比特征具有重要的理論意義與實踐意義。

1研究區概況

研究對象格氏栲單優群落和米櫧單優群落分別位于三明格氏栲省級自然保護區和建甌萬木林省級自然保護區。三明格氏栲省級自然保護區（117°24′49″～117°29′26″E，26°07′25″～26°12′09″N）位于福建省三明市三元區和永安市境內，源于1958年鄭萬均教授提議并于1960年建立的莘口天然林保護區，以保護國內罕見、演替時間達200多年、集中成片分布面積最大（達907hm2）、純度最高、發育最完善的典型中亞熱帶格氏栲（又名青鉤栲、赤枝栲、吊皮錐和赤栲）單優群落為主；保護區地處武夷山脈東伸支脈，東南方為戴云山支脈，為兩大山脈間地勢較為平緩區域，海拔250～604 m，屬于中亞熱帶季風氣候，成土母巖主要有砂巖、粉砂巖、石英砂巖，土壤類型以暗紅壤、紅壤為主。建甌萬木林省級自然保護區（118°08′22″～118°09′23″E，27°02′28″～27°03′32″N）位于福建省南平市建甌市境內，是1957年劃定的全國首批19個天然森林禁伐區（自然保護區）之一；在保護區內有約2hm2的米櫧單優群落，是由天然闊葉林皆伐跡地次生演替形成的，次生演替時間60多年；保護區屬武夷山南坡低山丘陵，海拔230～556 m，屬中亞熱帶海洋性季風氣候，土壤類型以紅壤為主，立地類型等級以Ⅱ類地為主。

2研究方法

2.1數據調查

在研究對象代表性地段設置格氏栲單優群落樣地（1～2號）和米櫧單優群落樣地（3號）并進行樣地調查。1～2號樣地面積均設置為50 mx50m，3號樣地設置為20m×60m；在樣地內開展每木調查（胸徑≥5.0 cm），對每株林木的胸徑、樹高、樹種和位置等因子進行準確測定和記錄。為準確測定樹高，采用最原始的測高桿樹高測定方法，采用27 m測高桿直接測量29 m以下林術樹高（加上2m人工托舉測高桿的高度），對于樹高大于29 m的林木輔以測高器和望遠鏡準確測定29 m以上部分的林木高度。采用最大受光面法將喬木層劃分受光層和非受光層；各樣地概況如表1所示，各樣地樹種組成與物種多樣性詳見參考文獻。

2.2研究方法

運用Mann-Whitney U檢驗、偏度、峰度、正態分布函數、Weibull分布函數、X2檢驗法、Spearman秩相關系數、指數函數、雙曲線函數、均方根誤差（RMSE）、相對均方根誤差（RMSE％）和決定系數（R2）等方法或指標，分析中亞熱帶單優群落林木高徑比特征，包括各林層HDR的變化及差異性，各林層HDR分布規律、各林層HDR與胸徑及樹高的關系。

3結果與分析

3.1各林層HDR的變化及差異性

格氏栲單優群落和米櫧單優群落各林層（包括全林分、受光層和非受光層）HDR的變化及差異性結果如表2所示。全林分HDR在26.7～175.8的范圍內變動，HDR在各亞層（包括受光層和非受光層）隨亞層高度升高而減小，受光層HDR在26.7～122.3的范圍內變動，非受光層HDR在38.6～175.8的范圍內變動。Mann-WhitneyU檢驗結果表明，受光層與非受光層之間的HDR平均值均有極顯著差異（plt;0.01）。因此，有必要分亞層來探討單優群落林木高徑比特征。

3.2各林層HDR分布規律

兩種單優群落各林層HDR分布特征結果如表3所示。各林層HDR分布基本呈正態分布。正態分布函數對各林層HDR分布的擬合效果較好，其結果基本通過卡方檢驗。各林層HDR分布為右偏（偏度均大于0）。格氏栲單優群落各林層和米櫧單優群落受光層的HDR分布相對較為分散（峰度為負值），米櫧單優群落全林和非受光層的HDR分布相對較為集中（峰度為正值）。為了便于同典型中亞熱帶天然闊葉林比較，同樣運用正態分布函數擬合各林層HDR分布，結果如圖1所示。

3.3各林層HDR與胸徑及樹高的關系

兩種單優群落各林層HDR與胸徑及樹高的散點圖分別如圖2和圖3所示，單優群落全林分、受光層和非受光層HDR與胸徑均呈現明顯的負相關；各林層HDR與樹高的關系有所差異，全林分也呈現較為明顯的負相關，但受光層為弱負相關，而非受光層則無明顯的相關性。

兩種單優群落各林層HDR與胸徑及樹高的相關性分析結果如表4所示，各林層HDR與胸徑呈現極顯著負相關且相關系數較高，相關系數絕對值由高到低排序依次為：受光層（0.849～0.936）gt;全林分（0.741～0.881）gt;非受光層（0.484～0.550）；各林層HDR與樹高的關系有所差異且相關系數絕對值相對較低，全林分呈現極顯著負相關（相關系數絕對值為0.451～0.673），非受光層呈現弱正相關但無顯著，受光層呈現負相關（其中格氏栲單優群落受光層呈現顯著負相關，米櫧單優群落受光層呈現無顯著負相關）；各林層HDR特征可以采用各林層HDR與胸徑的關系曲線來表達。

兩種單優群落各林層HDR與胸徑關系曲線的評價結果如表5所示。指數函數和雙曲線函數擬合受光層HDR與胸徑關系的效果較好（R2分別為0.757～0.860和0.727—0.827），而擬合其全林分（R2分別為0.498～0.735和0.451～0.679）和非受光層（R2分別為0.247～0.325和0.260～0.310）的效果相對較差。各林層（除米櫧單優群落非受光層外）運用指數函數擬合的效果更好（R2相對更高，RMSE和RMSE％相對更小）。各林層關系曲線擬合結果如圖2。

3.4與典型中亞熱帶天然闊葉林的比較

與典型中亞熱帶天然闊葉林相比，本研究的單優群落各林層（包括全林分、受光層和非受光層）HDR的差異{生與典型中亞熱帶天然闊葉林一致；本研究的單優群落各林層HDR分布規律與典型中亞熱帶天然闊葉林的一致，其中格氏栲單優群落全林分的HDR分布雖未通過正態分布的檢驗，但其分布形狀已較為接近正態分布；本研究的單優群落各林層HDR與胸徑及樹高的關系與典型中亞熱帶天然闊葉林一致。綜上所述，中亞熱帶單優群落HDR特征與典型中亞熱帶天然闊葉林的基本一致。

4討論

HDR是樹高與胸徑之比，通常會認為HDR隨樹高增大而增大，隨胸徑增大而減小。然而本研究結果表明，中亞熱帶單優群落全林HDR隨胸徑和樹高的增大均呈下降的趨勢，與未研究前的設想有不同之處，反映出開展單優群落HDR與胸徑及樹高關系研究是有意義的。

目前對于HDR與胸徑的關系，天然針闊混交林、天然針葉林和人工針葉林的研究均顯示HDR與胸徑呈負相關，本研究和典型中亞熱帶天然闊葉林的研究均顯示HDR與胸徑呈極顯著負相關。

目前對于HDR與樹高的相關程度，天然針闊混交林主要樹種和人工針葉林的研究顯示相關系數絕對值較低（即相關性不高），本研究與典型中亞熱帶天然闊葉林的研究也顯示相關系數絕對值也較低。目前對于HDR與樹高的相關性，人工針葉林的研究有正相關，天然針闊混交林主要樹種的研究有負相關，而本研究和典型中亞熱帶天然闊葉林的研究均有負相關、正相關、不顯著相關和極顯著相關，表現出一定的差異性，其原因有待進一步研究。

本研究進一步豐富了中亞熱帶天然闊葉林林木高徑比特征的研究，典型中亞熱帶天然闊葉林林木高徑比特征的研究結果與本研究中亞熱帶單優群落的基本一致，反映出中亞熱帶天然闊葉林林木高徑比特征具有明顯的規律性。

5結論

只能劃分兩個亞層的兩種典型中亞熱帶單優群落各林層HDR均隨亞層高度升高而減小，受光層與非受光層之間的HDR平均值均有極顯著差異（plt;0.01），有必要分亞層來分析單優群落HDR特征；運用正態分布函數擬合各林層HDR分布的結果基本通過卡方檢驗，各林層HDR分布為右偏，各林層HDR分布基本呈正態分布；各林層HDR與胸徑呈現極顯著負相關且相關系數較高，其中受光層最高（0.849～0.936），全林分居中（0.741～0.881），非受光層最低（0.484～0.550），各林層HDR與樹高的關系有所差異且相關系數絕對值相對較低，各林層HDR特征可以采用各林層HDR與胸徑的關系曲線來表達。只能劃分兩個亞層的兩種典型中亞熱帶單優群落HDR特征與可以劃分3個亞層的典型中亞熱帶天然闊葉林的基本一致，反映出中亞熱帶天然闊葉林林木高徑比特征具有相同的規律性。