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福建三明马尾松天然林空间结构特征研究

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西北林学院学报2015,30(5):181~186 Journal of Northwest Forestry University doi:10.3969/j.issn.100卜7461.2015.05.30 福建三明马尾松天然林空间结构特征研究 孟 楚,郑小贤 (北京林业大学森林资源与环境管理国家林业局重点实验室,北京100083) 摘 要:研究福建省三明市马尾松天然林角尺度、混交度、大小比数、开敞度和林层比5个空间结构 参数,分析其空间结构特征。结果表明,马尾松天然林树种组成丰富,林分出现25个树种,其 中马尾松为优势树种。全林分的角尺度均值为0.57,属于聚集分布;混交度均值为0.56,处于中度 混交和强度混交之间;以胸径、树高和冠幅计算全林分的大小比数均值分别为0.49、0.48和0.53, 均接近于中庸状态;开敞度均值为0.17,生长空间严重不足;林层比均值为0.43,垂直方向上的成 层性较为简单。林分的空间稳定性较低。研究结果为该地区马尾松天然林经营提供了依据。 关键词:马尾松;天然林;空间结构特征;福建三明 中图分类号:S791.248 文献标志码:A 文章编号:1001—7461(2015)05—0l81一O6 Spatial Structure Characteristics of Pinus massonian Natural Forest MENG Chu。ZHENG Xiao—xian (Key Laboratory of Forest Resources and Environmental Managemen,State Forestry Administration Beijing Forestry University,Beijing 100083,China) Abstract:The spatial structure characteristics of Pinus massonian natural forest occurring in Sanming,Fu— j Jan was analyzed through its 5 spatial structural parameters:uniform angle index,mingling degree,neigh— borhood comparison,opening degree,and over story.The results showed that the tree species composition of P.massonian natural forest W3S abundant,2 5 tree species were observed within the forest.The average uniform angle index was 0.57,indicating that the forest was in aggregation distribution.The average min- gling degree was 0.56,which was in between moderately and highly mixed plantation.The diameter,tree height and crown of whole forest were 0.49,0.48,and 0.53,respectively,which approached medium sit— uation.The average opening degree was 0.1 7,indicating the serious shortage of growth space.The aver— age over story of 0.43 showed that the layered property in vertical direction was simple.In summary,the spatial stability of the forest was low.The results provided the basis for the management of P.massonian natural forest. Key words:Pinus massonian;natural forest;spatial structure characteristic;Sanming of Fuj ian 马尾松是我国南方分布十分广泛的用材林树 于马尾松天然林空间结构特征的研究鲜有报道。 种,在森林资源的构成中占有非常重要的地位。近 年来,有关马尾松人工林生态系统生物量口 和碳储 量 的研究较多,对马尾松天然林的研究较少,且 林分功能的实现由林分结构来决定,所以良好 林分功能的实现的基础是合理林分结构。而林分结 构包括林分基本结构和林分空间结构。以往的研究 主要涉及马尾松胸径与根径等的关系¨7]、生物量与 根系分布特征I8]、碳储量及碳密度特征L9 叩等。关 多以研究林分基本结构为主,如树种组成、直径分 布、树高分布、个体数量等口 ”]。近年来,人们越来 收稿日期:2014-12—11修回日期:2015-01—23 基金项目:“十二五”国家科技支撑“南方集体林区生态公益林可持续经营技术研究与示范”课题(2O12BAD22BO5)。 作者简介:孟楚,女,硕士研究生,研究方向:森林可持续经营理论与技术。E—mail:MengChu2345@163.COrn *通信作者:郑小贤,男,教授,博士生导师,研究方向:森林可持续经营理论与技术。E—mail:zheng8355@bjfu.edu.cn 182 西北林学院学报 越重视对林分空间结构特征及其相关分析的研究。 林分的空间结构特征不仅体现了树木在空间上的分 布格局,对树木间的竞争势以及空间生态位起了决 18.7℃,气候较为温润。土壤质地多为沙壤土或者 轻壤土,腐殖质层多为灰黑色,其厚度为4.5~15.5 cm。林场土地总面积为7 113.6 hm ,森林覆盖率 94.8 。有林地面积为6 568.9 hm ,针叶林面积占 86.9 。马尾松为该地区主要用材树种。 定作用,并且很大程度上对林分稳定性、发展的方向 以及其经营措施起了决定作用口 。分析研究天然 林的结构特征,不仅有助于弄清天然林群落的种内、 种间关系等,还能够为次生林经营或人工林改造提 供理论依据_1 。本研究将全面分析福建将乐林场 马尾松天然林的角尺度、混交度、大小比数和林层比 2 材料与方法 2.1 样地调查 综合考虑该地区马尾松天然林的区域分布、立 等空间结构特征,以期为马尾松天然林经营提供科 学依据。 地条件等因素,通过踏查,于2014年7月在将乐林 场选择人为干扰较少的、具有代表性的马尾松天然 林林分设置样地9块(表1)。记录好各样地的经纬 1 研究区概况 福建省三明市将乐国有林场(117。O5 一l17。4O E、26。26 一27。04 N)地处武夷山东南麓,金溪河 畔,为褶皱山地地貌,山矮坡陡,平均海拔在400~ 800 m。该地区属于亚热带季风气候,年平均气温 度、海拔、坡度和坡向等基本情况。然后把每块样地 分成若干个10 ITI×10 Ill的小样方,调查并且记录 各个样方内所有乔木(D≥5 cm)的种名、冠幅、胸 径、树高、枝下高及其相对坐标。 表1样地基本情况 样地号 1 2 面积/mz 600 600 平均胸径/era 11.8 12.5 平均树高/m 10.1 10.6 树种组成 4马尾松3木荷1甜槠1苦槠1栲树+黄瑞木一微毛山矾 7马尾松1木荷1甜槠+福建冬青+微毛山矾一黄润楠 3 4 5 6 7 8 600 600 600 600 400 600 14.9 12.3 15.1 15.2 13.8 16.2 12.6 10.7 12.2 10.8 10.3 11.7 7马尾松2甜槠1木荷1黄润楠+福建冬青+微毛山矾一栲树 6马尾松2甜槠1微毛山矾l黄润楠+木荷+栲树一油茶 4甜槠3马尾松1木荷1栲树1刨花润楠1米槠+苦槠+微毛山矾 7马尾松1栲树+黄润楠+黄瑞木+青冈+木荷一刨花润楠 7马尾松1黄润楠1栓皮栎+刨花澜楠+黄瑞木+红叶树一虎皮楠 5马尾松2米槠2甜槠1木荷+栲树+黄润楠一苦槠 9 400 13.8 11.1 7马尾松2木荷+米槠一刨花润楠一微毛山矾一黄瑞木一黄润楠 注:枫香(Liquidambarformosana)、拟赤杨(Alniphyllumfortunei)、栓皮栎(Quercus variabilis)、马尾松(Pinusmassoniana)、木荷(Schima s“ perba)、甜槠(Castanopsis eyrei)、微毛山矾(Symplocos wikstroemiifolia)、黄润楠(Machilus grijsii)、栲树(Castanopsis rgesii)、苦槠(Cas— tanopsis sclerophyllus)、刨花润楠(Machilus pauhoi)、米槠(Castanopsis carlesii)、黄瑞木(Adinandramillettii)、福建冬青(Ilexfukienensis)、 油茶(Camellia olei r口)、橙木(Loropetalum chinense)、椤木石楠(Photinia davidisoniae)、红叶树(Helicia cochinchinensis)、虎皮楠(Daph— niphyllum oldhamii)、茅栗(Castanea sequinii)、青冈(Cyclobalanopsisglauca)、黄樟(Cinnamomurnparthenoxylon)、杨梅(Myrica rubra)、杉木 (Cunninghamia lanceolata)、短尾乌饭(Vaccinium brevipedicellatum)。 2.2空间结构特征研究 林分空间结构的基本单元可由林分内任意的单 株树木及其附近最近的 株相邻木构成,核心树则 被称作参照树。当7/"一4时,能够较大程度的满足对 3 结果与分析 3.1林分概况 调查林分的平均密度为1 616株/hm 。由表2 林分空间结构分析的需求口 。故选取 一4的结构 单元。 可知,林分内有乔木树种25种,其中落叶树种有3 种,常绿树种有22种,落叶树种与常绿树种蓄积比 运用Winkelmass1.0分析林分空间结构:①描 述林木个体空间分布格局的角尺度(W )、②描述树 例为1:9。以胸高断面积计算的树种组成为:6马 尾松1甜槠1木荷+黄润楠+栲树+米槠+微毛山 矾一苦槠一刨花润楠一福建冬青。马尾松为该林分的优 种空间隔离程度的混交度(Mi)、③描述树木大小分 化程度的大小比数(u;)、④描述林木个体生长空间 的开敞度(K )、⑤描述林木的空间配置情况的林层 比(S )l】 。 。为了避免边缘效应可能对林分结构产 势树种,其重要值为39.5 9/6。 林分的平均胸径为13.7 cm,胸径范围为5.0~ 49.9 cm;林分平均树高为11.1 m,树高范围为 3.2~21.7 in。胸径和树高分布的范围幅度都较 生的影响,计算空间结构参数时,设置3 m缓冲区。 第5期 孟楚等:福建三明马尾松天然林空间结构特征研究 183 大。平均胸径和平均树高由大到小排序为:常绿树 种>全林分>落叶树种。枫香、拟赤杨以及栓皮栎 树高均值都大于林分均值。全林分胸径和树高的最 大值和最小值均为常绿树种。全林分平均冠幅为 3.2 m,落叶树种的平均冠幅大于常绿树种。 等落叶树种的胸径和树高均值都小于林分均值;马 尾松、甜槠、栲树、米槠和青冈等常绿树种的胸径和 表2将乐林场马尾松天然林主要树种生长状况 Table 2 The growth status of main tree species of P.massonian natural forest in Jiangle forest farm 根据我国林层划分的标准 以及研究区相关 研究成果[-20 22],将马尾松天然林划分为3个林层,各 林层概况见表3。各林层株数由多到少的顺序为下 林层、中林层、上林层;蓄积量由大到小的顺序为中 林层、上林层、下林层。上林层的林木株数占 3.96 ,而蓄积量占整个林分的近20 。上林层主 要树种是马尾松和甜槠,中林层主要树种为马尾松, 下林层主要树种为木荷和马尾松等。落叶树种中枫 香、拟赤杨和栓皮栎主要集中在下林层。 表3林层概况 Table 3 Greneral situation of forest story 注:树高为h,单位为m。3 m≤^<12 m为下林层,12 m≤^<18 m为中林层,18 m≤^<22 m为上林层。 3.2 空间结构 3.2.1 林木个体水平空间分布格局 通过表4能 够看出,全林分角尺度的均值是0.57,呈现聚集分 叶树种的角尺度均值为0.58,常绿树种的角尺度均 值为0.57,都属于聚集分布,差别不大。 通过分析林分内各树种的角尺度均值可以得 布,角尺度为0.50所占的频率最高,达到55 9/6。落 出,马尾松角尺度的频率分布与全林分角尺度的频 184 西北林学院学报 率分布比较相似,角尺度均值也是0.57,属于聚集 分布。这是因为马尾松为该林分的优势树种,其角 尺度分布对全林分角尺度分布有一定的影响。其他 常绿树种中,橙木、杨梅、杉木角尺度均值在0.475 以下,属于均匀分布;苦槠、黄瑞木、福建冬青、茅栗 属于随机分布,其余树种均属于聚集分布;落叶树种 中,枫香和栓皮栎均属于聚集分布。 表4全林分及主要树种混交度及角尺度频率分布 Table 4 Frequency distribution of angle index and mingling degress of the whole forest stand and main tree species 注:W 一0,0.25,0.5,0.75和1分别表示绝对均匀、均匀、随机、不均匀和绝对不均匀;Mi=0,0.25,0.5,0.75和1分别为零度混交、弱度混交、 中度混交,强度混交和极强度混交;K 一(o,0.2]、(0.2,0.3]、(0.3,0.4]、(0.4,0.5]和(0.5,十。。)分别表示生长空间严重不足、不足、基本充 足、充足和很充足。 3.2.2 林木空间隔离程度 由表4可知,全林分混 平均开敞度为0.17,为生长空间严重不足。落叶树 种的平均开敞度仅为0.09,而常绿树种平均开敞度 仅为0.17,都表现出了生长空间严重不足。 交度的均值是0.56,介于中度混交与强度混交之 间。整个林分处于中度}昆交、强度混交和极强度混 交的累计频率达到68 9/6,表明了林分中树种的较高 的间隔离程度。落叶树种和常绿树种混交度的均值 都为0.56。 对各树种的开敞度均值进行分析可以得出,除 红叶树以及青冈的生长空间达到基本充足状态、杨 梅达到充足状态以外,其余的各树种全都处于生长 空间不足的状态,并且绝大多数树种都处于生长空 间严重不足的状态。由于红叶树、青冈和杨梅数量 较少,可能对计算结果产生了影响。 3.2.4林木个体大小分化程度 以胸径、树高和冠 幅计算全林分的大小比数分别为0.49、0.48和 0.53,均接近于中庸状态。分别用这3个指标对重 要值在前5位的树种(马尾松、甜槠、木荷、黄润楠、 微毛山矾)的大小比数进行计算(表5)。 从各树种混交度平均值分析,马尾松混交度均 值为0.44,介于弱度混交和中度混交之间,中度混 交以上的累计频率高达57%。林分内其他常绿树 种中,木荷、甜槠、微毛山矾、黄润楠、刨花润楠和黄 瑞木的混交度均值都处于中度混交和强度混交之 间,其余的混角度均值都为强度混交以上;落叶树种 混交度均值均处于中度混交以上。 3.2.3林木开阔程度分析 由表4可知,全林分的 第5期 孟楚等:福建三明马尾松天然林空间结构特征研究 185 注:U =0,0.25,0.5,0.75和1分别表示参照树为优势、亚优势、中庸、劣势和绝对劣势。 由表5可以看出,同一树种根据不同指标计算 的大小比数均值略有差别。马尾松为林分中的优势 表6全林分及主要树种林层比频率分布 stand and main tree species 树种,不同指标的大小比数的分布频率差异不大,说 明林分中马尾松的胸径、树高、冠幅大小分化差异明 显。以胸径计算的平均大小比数表明,马尾松和甜 槠在结构单元中处于亚优势到中庸状态;木荷和黄 润楠处于中庸到劣势状态;而微毛山矾处于劣势到 绝对劣势状态。以树高计算的平均大小比数表明, 马尾松和甜槠在结构单元中处于亚优势到中庸状 态;木荷、黄润楠、微毛山矾处于中庸到劣势状态。 以冠幅计算的平均大小比数表明,甜槠在结构单元 中处于亚优势到中庸状态;马尾松、木荷、黄润楠、微 毛山矾处于中庸到劣势状态,接近中庸状态。 3.2.5 林层比 由表6可以看出,全林分的林层比 平均值为0.43,表明平均只有1.72株非同一林层 相邻木与参照树组成结构单元。林层比为0.25所 占的频率最高,达到31 ,表明参照树周围4株最 近相邻木中有1株与参照树不属于同一林层的情况 最多。参照树周围4株最近相邻木与参照树均不属 于同一林层的情况最少,仅为9 。落叶树种的林 层比均值为0.22,常绿树种的林层比均值为0.44, 常绿树种的垂直林层结构较落叶树种复杂。 从各树种林层比平均值分析,常绿树种中,马尾 松、米槠、橙木、茅栗4个树种林层比均值超过0.50, 说明以这些树种为参照数的结构单元相邻木平均有 2株以上与参照树不属于同一林层,其他树种林层 比均dO.50;落叶树种中枫香和栓皮栎的林层比平 均值分别为0和0.25,均<0.50,垂直方向上的成 层性较为简单。 注:Si一0,0.25,0.5,0.75和1分别表示参照树周围的4株最近相 邻木中有0株、1株、2株、3株和4株与参照树不属同一林层。 186 西北林学院学报 3O卷 4 结论与讨论 对将乐林场马尾松天然林结构特征进行分析, 旨在为研究区马尾松天然林经营提供依据。研究结 果表明,林分内共出现25个乔木树种,马尾松为该 林分的优势树种。林分中,常绿树种的种类远多于 落叶树种,且常绿树种胸径和树高的均值都大于落 叶树种 平均冠幅小于落叶树种。林分的中、上林层 主要是以马尾松和甜槠等常绿树种为主,枫香、拟赤 杨和栓皮栎等落叶树种主要集中在下林层。 选用角尺度、混交度、大小比数、开敞度和林层 比5个空间结构指标全面分析了马尾松天然林的空 间结构特征。林木属于聚集分布,林分处于中强度 混交之间,胸径、树高以及冠幅的生长全都接近中庸 状态,林木的生长空间处于严重不足状态、林分垂直 方向上的成层性较为简单。林分的空间结构处于不 稳定的状态。在森林经营的过程中,在保证多样性 的基础上,建议通过补植和封育等措施来调整林分 的密度和树种组成,提高林分空间结构的稳定性。 参考文献: [1] 田大伦,项文化,闫文德.马尾松与湿地松人工林生物量动态及 养分循环特征[J].生态学报,2004,24(i0):2207—2210. 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