全 文 ：北京八达岭林场元宝枫人工林林分结构研究
杨艳锋 , 郑小贤 , 梁 雨 , 刘 姗
(北京林业大学省部共建森林培育与保护教育部重点实验室 , 北京 100083)
摘要:首先分析了北京八达岭林场元宝枫人工林林分的直径分布;然后利用 Weibull分布进行直径拟合 , 并对拟
合结果进行 X2 检验;最后用角尺度方法分析林木分布格局。结果表明:该林分直径分布呈现不对称的双峰山状
曲线 , 且不符合Weibull分布 , 林分内林木的分布格局为团状分布。
关键词:元宝枫;直径分布;Weibull分布;角尺度
中图分类号:S711 文献标识码:A 文章编号:1002-6622(2008)02-0057-04
Study on Acer truncatum Plantation Structure
in Badaling Forest Farm in Beij ing
YANG Yanfeng ,ZHENG Xiaoxian , LIANG Yu , LIU Shan
(The Key Laboratory for Si lvicul ture and Conservation of the Ministry of Education , Beijing Forest ry University , Bei jing 100083 , China)
Abstract:The Acer truncatum plantation structure in Badaling Forest Farm in Beijing w as studied in
this paper.First , stand diameter distribution w as analysed.Second , we f itted the stand diameter distri-
bution using Weibull dist ribution , and did Chi-square test.Last , the uniform angle index w as used to
analy se distribution pat tern of the stand.The result showed that the stand diameter distribut ion show s
a bimodal hill-shape curve , and does not accord w ith Weibull distribution.The dist ribution pattern of
the forest is reunion dist ribution.
Key words:Acer t runcatum , stand diameter dist ribution ,Weibull dist ribution ,uniform angle index
收稿日期:2007-10-17;修回日期:2008-03-04
基金项目:北京市科委重大科技项目“北京山区森林健康经营关键技术研究与示范”(D0706001000091)
作者简介:杨艳锋(1983-), 男 ,山西人 , 硕士 ,现就读于北京林业大学 , 主要从事森林健康方面的研究。
林分结构是林分功能的基础和表现 ,它历来是
人们研究的重点问题 。孟宪宇[ 1] 在《测树学》中指
出 ,不论是人工林还是天然林 ,在未遭受严重干扰的
情况下 ,林分内部许多特征因子 ,都具有一定的分布
状态而且表现出较为稳定的结构规律性 ,称为林分
结构规律。其中 ,林木的胸径是描述林木特征的最
基本的测树因子 ,林分直径株数分布规律是林分结
构的基本规律 ,是树种生长环境条件及经营措施长
期相互作用的结果 ,研究林分的直径株数分布结构 ,
可以为林分经营提供科学依据 。而林木分布格局则
是种群生态学特征 、种内与种间关系以及环境条件
综合作用的结果 ,是种群空间属性的重要方面 ,也是
种群的基本数量特征之一[ 2] 。格局研究可以对种
群和群落的水平结构进行定量描述 ,给出它们之间
的空间关系 ,可为森林经营提供依据 。
过去关于林分结构的研究有许多 ,大多集中在对
林分直径分布拟合的研究上[ 3-4] 。角尺度则是新出
现的一个描述林木个体分布格局的结构参数[ 5] 。惠
刚盈等[ 6]在研究角尺度在林分空间结构调整中的
应用时指出 ,通常情况下 ,林分如果不受严重干扰 ,
2008 年 4 月
第 2 期
林业资源管理
FOREST RESOURCES MANAGEM ENT
April 2008
No.2
经过漫长的进展演替后 ,顶级群落的水平分布格局
应为随机分布 ,因此 ,格局调整的方向应是将非随机
分布的林分调整为随机分布型 。本文应用直径分布
和角尺度对八达岭林场元宝枫人工林的结构进行研
究 ,为今后该林分的经营提供理论依据 。
1 研究地概况
北京市八达岭林场位于北京市延庆县境内 ,距
市区 60km ,处于居庸关和八达岭之间 ,是首都西北
交通要道京张公路和京包铁路的必经之地。全场基
本处于山区 ,南接昌平县 ,西部与河北省怀来县接
壤 ,全场总面积2 940hm2 。本区为华北的黄土高原
副区 ,属大陆季风气候 ,具有半湿润半干旱的暖温带
气候特点 。春季干旱多风沙 ,夏季炎热多雨 ,秋季天
高气爽 ,冬季寒冷干燥;年平均气温 10.8℃,最高月
(7月份)平均气温 26.9℃,最低月(1月份)平均气
温-7.2℃;无霜期仅在 160d 左右 ,早霜期出现在
10月初 ,晚霜期结束于次年 3 月底 。20世纪 50 年
代建场以来 ,逐年营造的人工林 ,现大部分已郁闭成
林 ,树种主要有油松 、落叶松 、侧柏 、华山松 、云杉 、刺
槐 、元宝枫 、杨树 、山杏 、黄栌等 ,初步改变了本辖区
的植被结构 ,现森林覆盖率已达 60.7%。
本研究主要针对的是林场西沟的元宝枫人工
林 ,研究其林分结构 ,以期为森林健康经营提供依
据。
2 研究方法
2.1 调查方法
采用常规的标准地调查法 ,于 2006年 9月在八
达岭林场西沟的元宝枫人工林中选取 2块典型样
地 ,测定每块样地海拔 、坡向 、坡位 、坡度 、土壤条件
等生态因子 ,样地面积为 20m×20m 和 20m ×30m 。
对每个样地进行每木检尺 ,记录样地内直径 4cm 以
上的林木的种名 、树高 、胸径 、冠幅 、枝下高等 。并且
以每个样地的西南角为坐标原点 ,测量检尺范围内
每株林木的 x , y 坐标 ,其中 x 表示东西方向坐标 ,
y 表示南北方向坐标 。
2.2 研究方法
2.2.1 林分直径结构的研究
采用径阶直方图分析法和数学模型来研究元宝
枫人工林的林分结构。
数学模型采用 Weibull分布函数来对元宝枫人
工林直径分布进行拟合 。三参数 Weibull分布密度
函数表达式为:
f(x)=c
b
x -a
b
c-1
exp - x -a
b
c
x >a , b>0 , c>0
式中:x —随机变量 ,表示胸径;a —位置参数 ,
表示直径分布的最小径阶下限值;b —尺度参数;
c—形状参数。其中 ,尺度参数 b 是一个整体参数 ,
它能反映林分直径的平均水平;c 是Weibul l分布中
具有实质意义的参数 。 c <1呈倒 J 型 , 1
为负偏山状分布[ 7] 。
Weibull分布参数的求解方法很多。由于已经
把参数 a 定义为林分直径最小径阶的下限制 ,因此
只需求解参数 b 、c 。本文利用最大似然估计法求解
Weibull分布函数的参数值 ,并对实际分布株数与理
论分布株数作 X 2检验。
2.2.2 角尺度研究林分空间结构
角尺度(W)用来描述相邻树木围绕参照树(i)
的均匀性。任意两个邻接最近相邻木的夹角有两
个 ,大角为 β ,小角为 α。角尺度被定义为 α角小于
标准角α0的个数占所考察的 4个夹角的比例。表
达式为:
Wi =14 ∑
4
j=1z ij
其中:z i j = 1 ,当第 j 个α角小于标准角α0
0 ,否则
角尺度取值可能为 0 、0.25 、0.5 、0.75 、1 ,分别
表示参照树周围相邻木的分布状况为很均匀 、均匀 、
随机 、不均匀 、很不均匀。由全林分所有单木的 W i
取值 ,可计算出 Wi 值的分布 ,也就是每种取值可能
在林分中出现的频率 , 以及分布的特征值即均值
(W),两者能反映出林分整体的分布格局[ 6] 。
W =1
N
∑N
N =iWi
惠刚盈等[ 2] 研究表明 72°为标准角的最佳选
择 ,本文也采用 72°为标准角来判断林木的分布格
58 林业资源管理 第 2 期
局。角尺度均值判别方法[ 6] 为:随机分布 W 的取
值范围在[ 0.475 ,0.517] 内 , W 小于 0.475 的分布
为均匀分布 ,大于 0.517则为团状分布 。
3 结果分析
3.1 林分概况
对 2块标准地调查数据进行处理 ,得到林分基
本概况 ,如表 1所示 。由表中可以看出 ,该林分中元
宝枫在树种组成中占有 90%的比重 ,处于明显的优
势地位 ,确定为元宝枫纯林。
表 1 林分基本概况表
树种组成 郁闭度 平均胸径/ cm
平均树高
/m
株数密度
/(株/ hm2)
9枫 1朴+油-榆 0.90 9.33 10.81 2670
3.2 林分直径分布
3.2.1 林分直径分布
图 1 林分直径分布直方图
由图 1可以看出 ,该林分直径分布呈现出一个
双峰曲线 ,在径阶 6cm 和 10cm 处出现两个峰点 ,另
外 ,分布还呈现出明显的不对称性 ,林木径阶分布主
要集中在 10cm 以下 ,其中 10cm 径阶分布最多 。造
成这一现象的原因与自然条件有关。由于林分中土
壤条件较差 ,林分生长缓慢 ,只有少数优势木生长较
快 ,这就促使林分中小径阶林木数量很大 ,使得林分
直径分布规律呈现出不对称的山状曲线。此外 ,该
林分径阶分布范围较小 。
3.2.2 林分直径分布的拟合
对元宝枫人工林两块标准地的调查数据汇总得
到的林分直径分布进行拟合 。在已知 a 等于 3的
情况下 ,应用最大似然法进行迭代 ,求得 b=9.752 ,
c=2.849。其中 , b 值与林分实际平均胸径 9.3cm
接近 ,1
算出标准地各径阶的理论株数 ,并进行 X 2 检验。
计算结果如表 2及图 2所示 。
图 2 林分直径分布折线图
表 2 林分直径分布的拟合
径阶/ cm 4 6 8 10 12 14 16 18 合计
实际值/株 42 55 41 63 35 21 9 1 267
理论值/株 3 17 40 58 61 48 28 12 267
在对拟合后的分布进行 X 2 检验后发现 ,该林
分直径的Weibull分布的 X 2值为 641.64 ,远远大于
X 2分布的临界值 7.815 ,说明该元宝枫人工林目前
的直径分布不符合 Weibull分布。对图 2以及表 2
分析发现 ,造成直径分布不符合Weibull分布的原
因主要是 ,实际的直径分布为不对称的山状曲线 ,而
拟合后得到的却是单峰曲线 ,两者形状不一致。林
分平均胸径以下径阶树木株数占大多数 ,其实际值
59 第 2 期 杨艳锋等:北京八达岭林场元宝枫人工林林分结构研究
与理论值相差过多 ,其中 4cm 和 6cm 径阶中实际株
数分别为 42 和 55 ,而分布拟合后的理论值仅有 3
和 17 ,实际株数远远大于理论株数 ,而平均胸径以
上径阶的林木则表现出实际株数小于理论株数的现
象。
3.3 林分水平分布格局
进行角尺度的计算统计 ,得到元宝枫人工林角
尺度分布状况 ,见图 3和表 3。可以看出 ,角尺度取
值分布主要集中在 0.5 上 ,其频率达到 61.42%,占
到林木总株树的一半以上 ,说明在该林分中 ,就单株
林木而言 ,大多数林木处在随机分布的状态。但是
标准地角尺度分布取值 0.5左右没有表现出对称
性 ,而是角尺度取值在 0.75和 1上的频率 17.98%
和5.24%分别高于 0.25 和 0 上的频率 12.36%和
3%,说明林分中不均匀分布和团状分布的林木所占
的比例要大于均匀分布和绝对均匀分布 。
表 3 标准地角尺度统计分布表
角尺度值 0 0.25 0.5 0.75 1 W
株数/株 8 33 164 48 14 0.525
频率/ % 3.00 12.36 61.42 17.98 5.24
图 3 标准地角尺度统计分布图
由表 3 也可以看出 , 整个林分的平均角尺度
(W)取值为 0.525 ,它不在随机分布的 W 取值范围
[ 0.475 ,0.517]内 ,根据角尺度均值判别方法可以判
定该林分内林木的分布格局为团状分布。
4 结论与建议
1)所研究的元宝枫人工林树种组成为 9 枫 1
朴+油-榆 ,属于元宝枫人工纯林 ,但就森林群落的
稳定性来看 ,该林分树种组成过于单一 ,建议增加小
叶朴 、油松等其它树种 ,提高林分物种多样性 ,以促
使林分健康发展。
2)对林分的直径分布研究 ,发现该林分直径分
布不符合同龄纯林的直径结构特点 ,呈现出双峰曲
线 ,说明在林分生长过程中受到过某种干扰。用
Weibull函数的拟合结果表明元宝枫人工林的直径
分布不符合 Weibull分布 ,主要原因是林分中小径
阶林木过多 ,而大径阶林木又过少。因此 ,在今后的
经营管理中应结合经营目的 ,调整林分结构。
3)运用角尺度均值判别方法判定元宝枫人工
林的分布格局并非随机分布 ,而是团状分布 。在林
分管理过程中应考虑到林分格局特点 ,有针对性地
进行调整。
4)受条件限制 ,本研究选取的样地数量较少 ,
在今后的研究中应尽可能增加样地数量 ,使所得结
论更具说服力。
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60 林业资源管理 第 2 期