沈彩霞

摘 要：明確林分直徑結(jié)構(gòu)對(duì)森林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)中具有重要意義。筆者基于5種概率分布對(duì)格氏栲人工林5種不同群落類型的格氏栲直徑結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。結(jié)果表明：格氏栲人工林中b分布和Weibull分布均能較好地反映格氏栲種群直徑分布結(jié)構(gòu)特征，與林分平均胸徑等特征因子存在顯著相關(guān)，格氏栲種群直徑分布范圍較大，中徑材占多數(shù)。對(duì)比分析格氏栲人工林與天然林直徑結(jié)構(gòu)分布，b分布在格氏栲天然林和人工林的擬合效果均較好，而格氏栲人工林基本為同齡林，人為干擾較大導(dǎo)致Weibull分布的擬合效果較好。分析格氏栲人工林直徑分布結(jié)構(gòu)特征，對(duì)森林培育與經(jīng)營(yíng)具有重要意義。

關(guān)鍵詞：格氏栲；人工林；天然林；直徑分布

中圖分類號(hào)：S758.6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 論文編號(hào)：2014-0293

Structure Feature of Diameter Distribution in Castanopsis kawakamii Artificial Forests

Shen Caixia

（Natural Reserve of Castanopsis kawakamii， Sanming 365002， Fujian， China）

Abstract： To assure the forest diameter structure has great significance in forest sustainable management. Diameter structure in 5 different communities of C. kawakamii artificial forest was studied by applying 5 different probability distributions. The results showed that the structure feature of C. kawakamiis diameter distribution could be well reflected by b distribution and Weibull distribution， which had significant correlation with average bosom diameter of standing forest. The deviate degree being different and the peak value being negative and smooth， which indicated that the diameter structure of the superiority had a large scope and the medium bosom diameter was in the majority. Comparing the diameter structure of C. kawakamii population in artificial and natural forest， b distribution imitates well in different forest origins. However， as a result of human disturbance， Weibull distribution was well reflected the diameter structure of C. kawakamii population as which were same age in artificial forest. The author analyzed the diameter distribution structure feature of C. kawakamii population in artificial forest， which had great significance in cultivating and managing C. kawakamii population.

Key words： C. kawakamii； Artificial Forest； Natural Forest； Diameter Distribution

0 引言

林分直徑結(jié)構(gòu)分布對(duì)模擬與預(yù)測(cè)各徑階樹木株數(shù)和蓄積動(dòng)態(tài)，測(cè)定林木生長(zhǎng)量及材積，為按徑階的木材利用方式提供理論基礎(chǔ)，對(duì)森林經(jīng)營(yíng)與管理具有科學(xué)指導(dǎo)意義[1]。自開展林分直徑結(jié)構(gòu)研究以來，許多學(xué)者應(yīng)用正態(tài)分布[2-4]、對(duì)數(shù)正態(tài)分布[2-4]、Weibull分布[2，4-7]、G分布[2-3]、b分布[2-3]等概率分布函數(shù)對(duì)不同樹種人工林林分直徑結(jié)構(gòu)建立預(yù)測(cè)模型，并探討了其生長(zhǎng)方程。黃慶豐[5]以馬尾松（Pinus massoniana）同齡林為對(duì)象選用3個(gè)參數(shù)Weibull函數(shù)其直徑結(jié)構(gòu)表；王鵬[2]對(duì)馬尾松人工混交林直徑分布規(guī)律進(jìn)行研究；阮若江等[6]對(duì)杉木人工林直徑分布規(guī)律進(jìn)行研究；舒洪嵐等[7]對(duì)樟樹（Cinnamomum camphora）苗期直徑結(jié)構(gòu)運(yùn)用Weibull分布進(jìn)行研究；陳永富[3]對(duì)短周期桉樹（Eucalyptus robusta）人工林直徑分布模型研究等。他們主要針對(duì)同一林種相同林分類型研究，尚未開展不同起源林分和同一起源不同林種的比較研究。

格氏栲（Castanopsis kawakamii）是中國(guó)中亞熱帶南緣特有的殼斗科常綠闊葉高大喬木，三明格氏栲林有近700 hm2以瀕危植物格氏栲占優(yōu)勢(shì)的林分，自1958年鄭萬鈞教授建議建立格氏栲自然保護(hù)區(qū)以來，引起了許多學(xué)者極大關(guān)注并相應(yīng)開展格氏栲林生物學(xué)、生態(tài)學(xué)等方面研究[8-15]。為保護(hù)這一片天然林，保護(hù)區(qū)于1967年進(jìn)行格氏栲人工造林，目前人工林林相整齊，森林樹種組成較少，層次結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，如何根據(jù)現(xiàn)有林分直徑分布結(jié)構(gòu)確定人工林未來經(jīng)營(yíng)與管理方向已成為亟待解決的生產(chǎn)實(shí)踐問題。相關(guān)學(xué)者已有關(guān)于格氏栲天然林直徑分布規(guī)律研究[8-15]，而格氏栲人工林直徑分布規(guī)律研究尚未報(bào)道。為此，筆者對(duì)格氏栲人工林直徑分布進(jìn)行擬合，對(duì)比分析不同起源格氏栲林和其他人工林的直徑分布結(jié)構(gòu)，以期為格氏栲人工林培育和經(jīng)營(yíng)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

格氏栲自然保護(hù)區(qū)位于三明市西南26 km的莘口鄉(xiāng)，總面積約1125.6 hm2，位于26°07′—26°10′N、117°24′—117°27′E，屬福建武夷山東伸支脈地帶，保護(hù)區(qū)東南方為戴云山脈，屬低山谷地與丘陵地帶。

1.2 試驗(yàn)材料

格氏栲天然林群落冠層種類主要以格氏栲、木荷（Schima superba）、馬尾松組成，其中格氏栲占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。格氏栲人工林面積1.2 hm2，分布于低丘，林地前茬為格氏栲天然林，1966年皆伐、劈雜、煉山，挖穴整地規(guī)格為40 cm×30 cm×30 cm，挖穴后回表土，1967年春用1年生格氏栲實(shí)生苗造林，苗木來自格氏栲天然林，初植密度3000株/hm2，但造林成活率較低，造林后1～4年每年全面鋤草2次，造林后5～8年每年全面劈草2次，林分郁閉后未經(jīng)撫育間伐。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 以格氏栲人工林為研究對(duì)象，選取5種不同生境條件的群落類型，記錄海拔、坡向、坡度、土壤條件和群落類型等因子。隨機(jī)設(shè)置10塊樣方，面積為20 m×20 m，劃分為4個(gè)10 m×10 m樣方，對(duì)樣方內(nèi)喬灌木進(jìn)行每木檢尺。格氏栲人工林內(nèi)格氏栲種群直徑分布的基本特征因子，見表1。

1.3.2 分析方法 研究林分直徑分布結(jié)構(gòu)的正態(tài)分布的概率密度函數(shù)、對(duì)數(shù)正態(tài)分布的概率密度函數(shù)、Weibull分布的概率密度函數(shù)、G分布的概率密度函數(shù)、b分布的概率密度函數(shù)的計(jì)算公式見文獻(xiàn)[15]，除用分布概率外，可用于說明直徑分布的特征數(shù)還有：①變動(dòng)系數(shù)[c=（s/[x]）×100%]，反映分布范圍大小，c大則離散程度大，分布范圍亦大；②偏度（ɑ3=μ3/σ3），ɑ3>0為左偏，ɑ3<0為右偏；③峰度（ɑ4=μ4/σ4-3），用于說明峰態(tài)變化，ɑ4值愈大，概率密度曲線愈尖峭，反之概率密度曲線愈平坦。

2 結(jié)果與分析

2.1 格氏栲人工林種群直徑分布擬合

應(yīng)用5種概率分布，對(duì)人工林不同群落格氏栲種群直徑分布進(jìn)行擬合，結(jié)果見表2。Weibull分布和b分布對(duì)不同群落格氏栲種群直徑分布擬合效果較好，均在c20.05值檢驗(yàn)范圍內(nèi)；G分布和對(duì)數(shù)正態(tài)分布擬合卡方值在c20.05值范圍外，不被卡方檢驗(yàn)接受；人工林除群落1中正態(tài)分布卡方值在c20.05范圍外，不被卡方檢驗(yàn)接受，其余4個(gè)群落均被接受。通過分析不同群落類型的格氏栲種群直徑分布結(jié)構(gòu)可知，除群落1為非正態(tài)分布，其余4個(gè)群落格氏栲種群直徑分布均符合正態(tài)分布；5個(gè)群落格氏栲種群直徑分布均不符合G分布和對(duì)數(shù)正態(tài)分布，具有一定的統(tǒng)一性；b分布和Weibull分布具有較強(qiáng)的靈活性和適應(yīng)性，并可擬合不同偏度、峰度的胸徑分布特征，表明可采用b分布和Weibull分布確定格氏栲種群直徑結(jié)構(gòu)的分布規(guī)律。

5個(gè)人工林中格氏栲種群直徑結(jié)構(gòu)的變動(dòng)系數(shù)差異不大，均為中等大小，與人工林林相比較整齊，種群直徑分布變化較平緩有關(guān)。人工林不同群落類型的格氏栲種群偏度存在差異，群落3和群落5的偏度為負(fù)值，表明該群落中格氏栲種群直徑分布曲線的頂峰呈右偏，林分中大徑階的林木占多數(shù)；而其余群落直徑分布曲線頂峰呈左偏，林分中小徑階的林木占多數(shù)。不同群落類型的格氏栲種群直徑分布曲線為平峰，種群胸徑平均值與標(biāo)準(zhǔn)差差異不明顯，且標(biāo)準(zhǔn)差的值較小，說明林木胸徑大小波動(dòng)范圍不大，在一定程度上體現(xiàn)了人工林同齡林特點(diǎn)。

2.2 格氏栲人工林種群直徑結(jié)構(gòu)特征

人工林不同生境決定不同格氏栲群落的直徑結(jié)構(gòu)分布曲線，格氏栲種群直徑分布曲線變化取決于形狀參數(shù)值m、n、b、c，形狀參數(shù)值與群落林分特征因子有關(guān)，可采用遵從b分布的參數(shù)m、n值與斷面積平均胸徑[Dg]及林分算術(shù)平均胸徑[D]建立回歸關(guān)系，求得b分布參數(shù)方程。

m=0.0311-6.3431ΔX+0.959ΔX2，ΔX=[Dg]-[D]（R=0.9012， P=0.0083）…（1）

[n=0.0012+21.3973Dg-27.2422Dg2+9.3402Dg3]（R=0.9923， P=0.0115）…（2）

與b分布的分析法類似，結(jié)合Weibull分布形狀參數(shù)b、c與所調(diào)查樣方斷面積平均胸徑[Dg]及林分算術(shù)平均胸徑D—建立回歸關(guān)系，求得Weibull分布參數(shù)方程。

b=-0.1647+39.9193ΔX-16.4625ΔX2，ΔX=[Dg]-[D] （R=0.9361， P=0.0162）…（3）

[c=-0.0016+6.1175Dg-3.9503Dg2+0.2834Dg3] （R=0.9821， P=0.0267）…（4）

根據(jù)b分布和Weibull分布密度函數(shù)可預(yù)測(cè)林分各徑級(jí)株數(shù)及其動(dòng)態(tài)變化，根據(jù)人工林格氏栲種群直徑分布檢驗(yàn)（見表2）可知為Weibull分布得出格氏栲種群直徑結(jié)構(gòu)分布規(guī)律精度更高，采用Weibull分布密度函數(shù)編制出格氏栲林分胸徑分布預(yù)估表，可為格氏栲人工林合理經(jīng)營(yíng)與利用提供參考依據(jù)。

3 結(jié)論與討論

在格氏栲人工林中，b分布和Weibull分布對(duì)格氏栲種群直徑結(jié)構(gòu)分布的擬合效果較好，其余3種分布擬合效果不夠理想。比較格氏栲人工林與天然林[15]，b分布對(duì)2種林分?jǐn)M合效果都很好，而Weibull分布對(duì)人工林?jǐn)M合效果好，正態(tài)分布對(duì)天然林?jǐn)M合效果好；比較格氏栲人工林、馬尾松人工林[2]、杉木人工林[6]和短期桉樹林[3]，幾種林種均符合Weibull分布，馬尾松人工林、杉木短期桉樹林也符合b分布，而正態(tài)分布對(duì)杉木人工林?jǐn)M合效果好。從整體上看，b分布和Weibull分布符合格氏栲人工林直徑結(jié)構(gòu)分布規(guī)律，對(duì)未來人工林森林經(jīng)營(yíng)技術(shù)與編制經(jīng)營(yíng)數(shù)表具有著重要實(shí)踐意義。

格氏栲人工林與天然林為同一林種不同林分結(jié)構(gòu)類型，由于本身具有一定遺傳特征，表現(xiàn)出對(duì)一定環(huán)境的適應(yīng)性。人工林由于大多為同齡林，人為干擾較大。因此，格氏栲人工林直徑結(jié)構(gòu)分布規(guī)律與格氏栲天然林直徑結(jié)構(gòu)分布規(guī)律[15]存在差異，b分布以其特有的靈活性和適應(yīng)性，均較好地?cái)M合了2種林分類型，而林木直徑Weibull分布規(guī)律受林分郁閉度、平均直徑、最大直徑等因子的影響，可較好地?cái)M合人工林格氏栲種群直徑結(jié)構(gòu)分布。

筆者基于b分布和weibull分布模型，計(jì)算斷面積平均胸徑與算術(shù)平均胸徑的2個(gè)特征因子對(duì)其直徑結(jié)構(gòu)分布影響，而不同年齡，立地條件等林分特征因子變化是否影響格氏栲種群直徑分布規(guī)律有待于進(jìn)一步研究。通過格氏栲林林木直徑分布結(jié)構(gòu)特征的研究，可模擬與預(yù)估各徑階的林木株數(shù)和蓄積量的變化，在森林經(jīng)營(yíng)過程中生長(zhǎng)量測(cè)定與收獲預(yù)估及材積測(cè)算中具有重要作用。

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