福建省针叶混交近熟林胸径结构分析_邱群.pdf

第 50 卷 第 2 期2 0 2 3 年 6 月福建林业科技JourofFujianForestrySciandTechVol.50No.2Jun.，2 0 2 3doi:10 13428/j cnki fjlk 2023 02 005福建省针叶混交近熟林胸径结构分析邱群(福建省洋口国有林场，福建 南平 353000)摘要:于 2022 年在福建省洋口国有林场来舟试验中心，以 23 年生的 4 种针叶树(红桧、台湾肖楠、杉木、福建柏)混交林为研究对象，用偏度(Cs)、峰度(K)和变动系数(C)为指标研究其胸径分布特征，利用 6 种概率密度函数(正态分布、对数正态分布、韦伯分布、伽玛分布、增长分布、负指数分布)，结合卡方(2)检验，分析其胸径分布规律。结果表明:23 年生的 4 种针叶树混交林平均胸径为 17.25 cm，在5.5 32.2 cm 之间，中径阶林木株树居多;林分胸径主要分布在11 23 cm 径阶，株树累计百分比高达 77%以上;6 种分布函数中，以 Logistic 分布拟合效果好，精度高，能准确地描述针叶混交林胸径分布规律;根据 Logistic 分布函数调整林分株数分布，对于提高林分质量、增强林地生产力具有一定的参考价值。关键词:针叶混交林;胸径结构;分布函数;拟合效果中图分类号:S725.2;S758.5+5文献标识码:A文章编号:1002 7351(2023)02 0024 04Diameter Structural Distribution of Coniferous Mixed Near-Mature Forest in Fujian ProvinceQIU Qun(Yangkou National Forest Farm of Fujian Province，Nanping 353000，Fujian，China)Abstract:In 2022，at the Laizhou Experimental Center of Yangkou state-owned Forest Farm in Fujian Province，we studied the diam-eter at breast height(DBH)distribution characteristics of 23-year-old mixed coniferous forests comprising four conifer species(Chamaecyparis formosensis，Calocedrus formosana，Cunninghamia lanceolata，and Fokienia hodginsii)using skewness(Cs)，kurto-sis(K)，and the coefficient of variation(C)as indicators.We used six probability density functions(normal distribution，log-normaldistribution，Weibull distribution，gamma distribution，growth distribution and negative exponential distribution)in combination withthe chi-square(2)test to analyze the DBH distribution patterns.The results showed that the average DBH of the mixed coniferousforests of the four species at 23 years old was 17.25 cm，ranging from 5.5 cm to 32.2 cm，with a predominance of trees in the middlediameter class.The main DBH distribution of the stands was between 11 cm and 23 cm，with a cumulative percentage of trees excee-ding 77%.Among the six distribution functions，the Logistic distribution showed the best fit and highest accuracy，accurately descri-bing the DBH distribution pattern of mixed coniferous forests.Adjusting the tree number distribution according to the Logistic distri-bution function may have some reference value for improving stand quality and enhancing forestland productivity.Keywords:coniferous mixed forests;distributions function;diameter distributions;fitting effect林分中树木的胸径和树高分布状况是林分结构中最基本的特征，也是开展森林经营活动最基础的信息1。据研究未经破坏的天然林或人工林，其内部的胸径和树高等分布存在稳定的结构规律。林分中各林木间与林分间的立地条件有着一定的差异，最终体现在形态等方面，这些差异常遵守一些稳定的规律2。对林分胸径结构进行研究，了解哪些分布函数在未来可用于预估林分中林木整体胸径分布情况，再结合胸径 树高分布模型，便可以做到对林分蓄积量和生物量进行预测3。在对林分的理论研究与实践调查中，胸径与树高通常作为最重要的林分结构指标，由此可以确定后续的管理措施与抚育方式4。本次研究中，对样地进行数据调查以及胸径拟合分析，以期为未来调整南方人工针叶混交林的林分结构提供参考5。杉木(Cunninghamialanceolata)与福建柏(Fokieniahodginsii)为我国南方重要的用材树种，若对混交林收稿日期:2022 06 20;修回日期:2022 09 13基金项目:福建省林业科技项目(闽林便函 2020 9 号)作者简介:邱群(1977)，男，福建省洋口国有林场高级工程师。从事森林资源培育研究。E-mail:。第 2 期邱群:福建省针叶混交近熟林胸径结构分析中的胸径分布规律进行模拟，可为预估混交林分中林木当前与未来胸径分布的规律提供案例，为福建省的人工针叶混交林的林木生长预测、森林经营管理和森林资源清查提供参考。红桧(Chamaecyparisformosen-sis)和台湾肖楠(Calocedrusformosana)是珍贵的用材树种，为我国台湾所特有，且多与其它树种混交，好湿润且耐贫瘠，其生长速度与杉木相近，十分适合与杉木、福建柏进行混交。目前的研究表明，杉木与福建柏混交，可促进杉木生长6 7。对杉木、福建柏混交林的合理经营与设计，对于林分地力的维持与林木生长有着积极正向的作用，同时对林分空间与林木生境的构建起到促进作用7 10。目前对杉木与福建柏人工林林分的胸径结构有着较多的研究结果6、11 17，也有研究发现，多种针叶树种进行混交，对培育大径材、合理利用林分有着重要作用18。因此，福建省洋口国有林场开展杉木、福建柏与红桧和台湾肖楠 4 种针叶树种混交造林试验，利用 6 种概率密度函数对 4 种混交林的胸径进行拟合研究，探索其胸径分布规律，以期为人工针叶混交林分结构调整，提高单位面积木材产量等提供参考。1研究地概况福建省洋口国有林场来舟试验中心位于东经 11800、北纬 2639，地处茫荡山中山山脉西坡余脉，富屯溪畔。场部离延平城区 30 km，距来舟镇 3 km。地貌类型多为低山丘陵，海拔高度在 200 m 左右，坡度25左右。气候温和湿润，年均气温 19.4，绝对最低气温 6.5;年无霜期约 300 d;年均降水量 1800mm 左右，每年 46 月为雨季，年均蒸发量约 1300 mm，年均相对湿度在 80%以上。土壤为红壤，土层厚度 40 cm 以上，腐殖质层厚度 15 cm，pH 值 5 左右。2材料与方法2.1试验材料研究区选取在福建省洋口国有林场的来舟试验中心，以 23 年生的人工针叶混交林为研究对象，在林区内的上、中、下坡各选取 1 块面积为5 m 150 m 的样地，各样地树种分布见表 1。对样地内胸径大于 5 cm的目标林木进行每木检尺，实测其各项因子(对于大多数木本而言，胸径大于 5 cm 可以确定达到乔木的标准)，并记录样地的坡度与坡向等。表 1样地各树种分布情况树种株数上坡中坡下坡肖楠515652杉木565953福建柏535454红桧7968752.2研究方法在对胸径结构分布的研究中，使用合适的函数十分重要。本研究选用正态分布、Lognormal(对数正态分布)分布、Weibull 分布、Gamma 分布、Logistic 分布、负指数函数探索针叶混交林的胸径分布规律，最后使用 2检验法检验，探索最适合的分布函数，计算参数值。2.2.1偏度与峰度常使用偏度(Cs)和峰度(K)对林分中林木的胸径分布形状进行评价19。常用偏度作为判断林分胸径分布的偏斜程度和方向的指标;常用峰度判断林分胸径分布尖峭或平坦程度;变动系数则可表示分布范围的大小。当 Cs 0(0)，表示胸径分布左(右)偏，当 Cs=0，表示胸径分布左右对称，且 Cs 的绝对值越大，胸径分布偏斜程度越大;K 0(0)，表示越尖峭(平坦)，K=0 表示呈正态分布，且K 的绝对值越大，与正态分布的差别越远20 21;C 值越大，表示分布离散程度越大，分布范围越大22。Cs=n(n 1)(n 2)ni=1Xi XS3，K=n(n 1)(n 2)(n 3)ni=1Xi XS43(n 1)2(n 2)(n 3)，C=SX，式中:n 为林分株数;Xi为每木胸径;X为算术平均胸径;S 为标准差。2.2.2参数估计及分布检验使用 6 种函数对针叶混交林林分进行胸径分布拟合，得到参数估计值，并作 20.05检验，检验公式为:2=ni=1(Mi Ni)2Mi，式中:Mi为第 i 径阶的理论株数;Ni为第 i 径阶的实际株数;n为径阶数。52福建林业科技第 50 卷3结果与分析3.1林分胸径分布特征经样地调查与统计分析(表 2)表明，针叶混交林平均胸径为 17.2 cm(5.5 32.2 cm)，平均树高为13.0 m(5.5 20.0 m)。上、中、下坡样地的胸径标准差均大于 4.9 cm，说明林分中胸径的变化程度较大。从变动系数上可以看出，中、下坡变动程度相等，上坡略大，说明上坡的胸径分布最分散，中、下坡较为集中。下坡的偏度系数大于零，说明下坡的胸径分布曲线右偏;上、中坡的偏度系数小于 0，它们的胸径分布曲线左偏，且偏斜程度中坡大于上坡。在胸径分布曲线中，越向左偏，林分的中、小径阶的林木越多，平均胸径越小，说明 3 块样地林分平均胸径的大小排序合理。上、中、下坡的峰度系数均为负数，表明相对比较不集中。不同坡度各径阶株数分布见图 1，11 23 径阶的林木所占比重最大，多数的林木集中分布在小中径阶。从林木胸径分布比例看，上、中、下坡株数的分布相近，处于中林龄阶段，总体而言中径阶在整个林分中占比最高。3 块样地中各径阶的分布不尽合理，小中径阶数量占比较大，主要原因可能是未对林分采取抚育措施，因此在未来的森林经营中可以针对林木密度制定合理的抚育措施。表 2林分胸径分布特征样地编号株数胸径标准差变动系数偏度系数峰度系数上2475.280.310.063.00中2375.020.290.302.98下2344.960.291.793.00图 1在不同坡度中各径阶分布比例3.2林分胸径分布拟合与检验3.2.1林分胸径分布的参数估计利用 6 种函数，对 3 块样地中针叶树的胸径进行拟合，可得到分布参数的估计值。根据表 3 可以看出，上、中坡的针叶混交林林分的 Weibull 分布函数形状参数1c 3.6，表明上、中坡林分的胸径分布曲线表现为左偏态，这与表 2 的结论一致;而下坡的 c 3.6，表现为右偏态，这也与前面得出的结论相符。Gamma 分布中 1b 0 时，说明函数曲线先上凸，后下凹，这也与图 1 的结果基本符合。表 3林分胸径分布函数参数估计值分布函数参数上坡中坡下坡Normal 分布17.29617.27317.1545.2795.0244.956Lognormal 分布2.7962.8052.7990.3500.3040.302Weibull 分布a5.0005.0005.000b19.35619.10818.980c3.4153.4393.754Gamma 分布b0.6210.6840.698c10.73311.82211.982Logistic 分布a17.29617.27317.154b2.9112.7702.732负指数分布a0.0580.0580.058表 4林分胸径分布函数拟合结果检验分布函数参数上坡中坡下坡Normal 分布2292.35206.13186.3820.05206.87157.61160.91Lognormal 分布2322.90217.05196.0820.05206.87157.61160.91Weibull 分布2268.32220.38200.9320.05206.87157.61160.91Gamma 分布2275.49203.67210.2620.05206.87157.61160.91Logistic 分布2205.34156.76157.8120.05206.87157.61160.91负指数分布2238.55185.57189.1420.05206.87157.61160.9162第 2 期邱群:福建省针叶混交近熟林胸径结构分析3.2.2林分胸径分布拟合结果与检验对上、中、下坡林分进行胸径分布拟合检验(表 4)，对拟合结果较优的模型进行卡方检验，仅有 logistic 分布满足 2 20.05(P 0.05)，因此上、中、下坡均服从于 Logistic 分布，说明用 Logistic 分布描述针叶混交林的胸径分布是最适宜的。4结论与讨论混交造林在经营中是林业规划造林的趋势，培育珍优树种大径材人工林，可以兼顾珍贵用材生产和生物多样性保护、生态效益最大化、森林生态系统稳定性，实现森林可持续经营23。森林在发展过程中时刻受到外界因素干扰，在林分中常体现在胸径分布的变化，对胸径分布进行模型模拟可以判断森林结构是否稳定24。利用林分胸径预估分布株树，可以有效及时调整林分结构，判断森林结构是否处于可持续发展，可以利用不同的分布形式进行验证(除负指数分布外)25。本研究中 Logistic 分布最合适于描述胸径分布，林分胸径分布呈左偏，表明研究样地林中小径阶的林木占比较高，呈现倒“J”型分布函数，这与学者们对松、杉、山毛榉科、桦木的研究结果相似26 29，也有研究学者发现一些物种的胸径分布并非为倒“J”型，而是“S”型30。自身演替、树种组成和不同的立地条件等因素，共同影响着林分径阶的结构，使得其呈现多样化且复杂的结果1，31。本研究结果可为该地区针叶混交林的经营及福建柏、杉木、红桧和台湾肖楠资源的保护、繁育和利用提供参考，同时也为其它针叶树种的种群资源调查及保护提供有价值的参考。参考文献:1 刘召强，刘艺平，冯理明，等.额尔齐斯河流域垂枝桦林群落结构特征与物种多样性相关分析J.西北植物学报，2020，40(3):532 542.2 黄晓霞，尤美子，徐伟涛，等.目标树经营对杉木人工林林分空间结构的影响 J.森林与环境学报，2022，42(2):131 140.3 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