全 文 ：林业科学研究　2006, 19 (6) : 687～691
Forest Research
　　文章编号 : 100121498 (2006) 0620687205
天然红松阔叶林不同径阶林木的空间分布特征分析 3
徐　海 1, 2 , 惠刚盈 13 3 , 胡艳波 1 , 李储山 3 , 林天喜 3 , 张显龙 3 , 吴相菊 3
(1. 中国林业科学研究院林业研究所 ,国家林业局林木重点培育实验室 ,北京 100091; 2. 贵州省林业调查规划院 ,贵州 贵阳 550003;
3. 吉林省蛟河林业实验区管理局 ,吉林 蛟河 132517)
摘要 :为进一步揭示天然红松阔叶混交林的空间结构规律 ,为合理经营天然红松阔叶林提供借鉴 ,本研究在吉林
省蛟河林业实验区大坡经营区设立面积为 1 hm2的样地 ,利用全站仪对高度 1. 3 m以上的林木进行每木调查 ,然
后利用角尺度、大小比数和混交度等 3种结构参数 ,分析了样地内不同径阶林木的空间分布特征。结果表明 :天
然红松阔叶林中小径阶 (胸径 ≤10 cm )林木占总株数的 59. 4% ,其周围林木呈随机分布 ,与林分的总体分布格局
一致。大径木的平均角尺度呈急剧下降的趋势 ,说明其相邻木挤在一起的现象大幅度减少 ,相邻树木在其四周趋
于均匀分布。林木大小比数随胸径的增大呈迅速减小的趋势 ,小径木多明显受压 ,中径木处于中庸状态或亚优势
地位 ,大径木全部处于优势地位。林木混交度随着胸径的增大呈逐渐递增的趋势 ,竞争压力逐步减小 ,林木空间
分布特征渐趋优化。
关键词 :天然红松阔叶混交林 ;径阶 ;空间分布特征
中图分类号 : S718154 文献标识码 : A
收稿日期 : 2006201223
基金项目 : 国家林业局 948项目“林分计算机模拟作业技术引进”
作者简介 : 徐　海 (1965—) ,男 ,贵州大方人 ,高级工程师 ,在读博士 13 3 通讯作者 : 研究员 ,博士生导师 13 参加野外调查的还有吉林省蛟河实验区管理局的张秋艳、吴显东、高海涛同志 ,在此一并致谢 !
Ana lysis of Spa tia l D istr ibution Character istics of Trees with D ifferen t
D iam eter C la sses in Na tura l Korean P ine Broad L eaved Forest
XU Hai1, 2 , HU I Gang2ying1 , HU Yan2bo1 , L I Chu2shan3 , L IN Tian2xi3 , ZHANG X ian2long3 , WU X iang2ju3
(1. Research Institute of Forestry, CAF; Key Laboratory of Tree B reeding and Cultivation, State Forestry Administration,Beijing　100091, China;
2. Guizhou Forestry Survey and Planning Institute, Guiyang　550003, Guizhou, China;
3. The Bureau for Adm inistering J iaohe Forestry Experimental A rea, J iaohe　132517, J ilin, China)
Abstract: To further exp lore the spatial structure pattern of natural Korean p ine broad leaved forest and p rovide refer2
ences for managing the natural forests, this study established a 1 hm2 p lot in Dapo Region of J iaohe Forestry Experi2
mental A rea, using TOPCON2GTS2602AF to survey every tree higher than 113 m, and then emp loying three parame2
ters2angle index, neighborhood comparison and m ingling—to analyze the spatial distribution characteristics of trees
with different diameter classes in this p lot. It showed that the treeswith diameter classes smaller than 10 cm accounted
to 59. 4% of all tress in the forest,with the trees around them distributing in random pattern, sim ilar to the distribution
pattern of the whole forest. On the contrary, trees with larger diameter classes had remarkable decreasing angle indi2
ces, with the neighboring trees uniform ly surrounding them. Neighborhood comparisons decreased with increasing di2
ameter classes, with the small trees being supp ressed, the large trees being superior, while the m iddle trees being in
some kind of intermediate or above status. Meanwhile, m ingling increased with increasing diameter classes, showing
林 　业 　科 　学 　研 　究 第 19卷
that as their diameter increased, treeswould face lessening competitive stress and that the spatial structure of the forest
was gradually getting op tim ized.
Key words: natural Korean p ine broad leaved forest; diameter class; spatial distribution characteristic
森林的功能与空间位置有关 ,森林空间结构体现
了树木在林地上的分布格局及其属性在空间上的排
列方式 ,决定了树木之间的竞争势及其空间生态位 ,
在很大程度上决定了林分的稳定性、发展的可能性和
经营空间的大小。林分空间结构可从林木个体在水
平地面上分布的空间格局、大小分化度和树种混交度
3个方面加以描述 ,分别用角尺度、大小比数和混交度
进行表达 [ 1～3 ]。天然林树种组成众多 ,年龄差异大 ,
个体粗细、高矮相差悬殊 ,林木在地域分布上呈非规
则的行列 ,表现出非同质、非均一、非规则性的特点。
人们已对天然林空间结构的总体特征进行了大量的
分析研究 [ 4, 5 ] ,但至今很少看到有关不同大小林木结
构特征的报道。本研究分析了天然红松阔叶林不同
径阶林木的空间结构特征 ,试图进一步揭示天然红松
阔叶林的空间结构规律 ,为合理经营天然红松阔叶林
提供借鉴。
1 研究地点概况
本研究在吉林省蛟河林业实验区大坡经营区进
行。蛟河林业实验区位于吉林省蛟河市东北部前进
乡境内 ,距蛟河市区 45 km,东靠敦化市黄泥河林业
局 ,西至太阳林场 ,南接白石山林业局 ,北邻舒兰县
上营森林经营局 ,东北与黑龙江省五常县毗邻。地
理坐标为 43°51′～44°05′N , 127°35′～127°51′E。实
验区总面积 31 562 hm2。
实验区属长白山系张广才岭支脉断块中心地貌。
气候属温带大陆性季风山地气候 ,春季雨少、干燥多
大风 ,夏季温热多雨 ,秋季凉爽多晴天、温差大 ,冬季
漫长而寒冷 , 年平均气温 117 ℃, 年最低气温
- 2212 ℃,年平均降水量 85616 mm,年相对湿度
75%。土壤为潜育化暗棕壤 ,植被为天然红松阔叶混
交林 ,林分郁闭度 019,平均胸径 16 cm左右 ,平均树
高约 12 m,胸高断面积约 30 m2 ·hm - 2 ,主要树种有
白牛槭 (Acer m andshuricum Maxim1)、色木槭 (A1m ono
Maxim. )、春榆 (U lm us davidiana Planch. var. japonica
(Rehd. ) Nakai)、水曲柳 ( Fraxinus m andshurica Ru2
p r. )、核桃楸 (Juglans m andshurica Maxim. )、裂叶榆
(U1 lacin ia ta Mayr)、千金榆 (Carpinus corda ta B l. )、红
松 (Pinus koraiensis Sieb. et Zucc. )、沙冷杉 (Abies hol2
ophylla Maxim. )、紫椴 ( Tilia am urensis Rup r. )、蒙古
栎 (Quercus m ongolica Fisch. )、枫桦 (B etula costa ta
Trautv1)、暴马丁香 (Syringa reticula ta var. m andshuri2
ca (Maxim1 ) Hara )、黄菠萝 ( Phellodendron am urense
Rup r. )等。常见的下木有花楷槭 (A. ukurunduense
Trautv. et Mey)、胡枝子 (L espedeza bicolor Turcz)、楔
叶绣线菊窄叶变种 ( Spiraea canescens D. Don var.
oblanceolla ta Rehd. )、刺五加 (Acanthopanax senticossus
(Rup r. etMaxim1) Harm s) 等。
2 研究方法
在吉林省蛟河林业实验区大坡经营区天然红
松阔叶林中选择具有代表性的地段 ,设立 100 m ×
100 m的样地 ,利用全站仪 ( TOPCON 2GTS2602AF)
对高度 1. 3 m以上的 1 320株林木进行每木调查 ,
测量、记载每株树木的坐标、树种、胸径 ;对所有调
查林木按 4 cm 1个径阶进行径阶划分 ,并根据试
验地林木径阶分布的实际情况 ,把直径 ≤10 cm的
单木作为小径木 ,直径 > 30 cm的单木定义为大径
木 ,其余作为中径木 ;利用空间结构分析程序 ———
W inkelmass[ 1 ]计算样地 内 林 分 的 空 间 结 构 参
数 ———角尺度、混交度及大小比数 ;分别对各树种
不同径阶林木的空间分布特征参数进行统计 ,分析
林分及不同径阶 (大小 )林木各空间分布特征参数
的变化趋势。
在计算结构参数时 ,为消除边缘效应 ,特设置了
5 m的缓冲区 ,缓冲区内的单木不作为参照树。共
有高度 1. 3 m以上的林木 1 074株参与林分空间结
构参数的统计。
3 结果与分析
3. 1 直径分布
直径分布是反映林分数量特征的一个重要指
标。表 1统计了试验地内树高大于 1. 3 m的林木直
径分布。由表 1可知 ,随着林木胸径的增大 ,天然红
松阔叶林林木株数呈迅速减少的趋势 ,林木株数分
布遵从异龄林典型的倒 J形曲线 [ 6, 7 ]。为便于对多
个树种进行比较分析 ,根据试验地林木径阶分布的
实际情况 ,把直径 ≤10 cm的单木作为小径木 ,约占
886
第 6期 徐 　海等 :天然红松阔叶林不同径阶林木的空间分布特征分析
总株数的 5914% ;直径 > 30 cm的单木定义为大径
木 ,约占总株数的 816% ;其余作为中径木 ,约占总 株数的 3210%。各主要树种大、中、小径木分布见表 2。
表 1 树高大于 1. 3 m的林分直径分布
径阶中值 / cm ≤4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 ≥52
6. 1 10. 1 14. 1 18. 1 22. 1 26. 1 30. 1 34. 1 38. 1 42. 1 46. 1
径阶范围 / cm ≤6 ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ≥50. 1
10 14 18 22 26 30 34 38 42 46 50
株数 /株 411 227 109 77 57 58 43 35 27 10 7 6 7
累计株数 /株 411 638 747 824 881 939 982 1 017 1 044 1 054 1 061 1 067 1 074
累计频率 /% 38. 3 59. 4 69. 6 76. 7 82. 0 87. 4 91. 4 94. 7 97. 2 98. 1 98. 8 99. 3 100
大小等级 222小径木 222 222222222222222222中径木 2222222222222 222222222222222222222222222222大径木 222222222222222222222
各等级株数 /株 222222638222222 22222222222222222223442222222222222222222 22222222222222222222222222222292222222222222222222222222
各等级百分比 /% 22222259. 4222222 22222222222222222232. 0222222222222222222 2222222222222222222222222222228. 622222222222222222222222
表 2　主要树种大、中、小林木分布
树种 小径木 中径木 大径木 小计
白牛槭 166 47 1 214
色木槭 157 40 5 202
春榆 91 28 4 123
核桃楸 0 83 29 112
水曲柳 12 71 27 110
裂叶榆 51 11 3 65
暴马丁香 57 3 60
千金榆 48 7 55
紫椴 16 20 2 38
红松 15 6 14 35
沙冷杉 5 6 5 16
枫桦 2 11 2 15
3. 2　林木个体的水平空间分布格局
角尺度 W i被定义为参照树最近 4 株相邻木
之间较小夹角中小于标准角 (72°)的夹角所占的比
例 ,其取值有 5种可能 : 0. 00、0. 25、0. 50、0. 75或
1100。研究样地天然红松阔叶林角尺度分布见图
1,平均角尺度为 0. 516,落在 [ 0. 475, 0. 517 ] 的范
围之内 ,说明林分内林木整体分布格局属随机分布。
图 1　红松阔叶林角尺度分布
图 2　红松阔叶林不同径阶角尺度分布
图 2显示了林分中各径阶林木的空间分布特
征。天然红松阔叶林中 ≤10 cm的小径阶林木占总
株数的 59. 4% ,其周围林木为随机分布 ,与林分的
总体分布格局一致 ;直径 10. 1～30 cm的中径阶林
木占林分总株数的 3210% ,其周围的林木在随机分
布和团状分布之间波动 ;大径阶林木周围的林木分
布格局波动更大 ,从团状到随机再过渡到均匀 ,说明
相邻木挤在一方的情况逐步缓解 ,相邻树木分布渐
趋均匀。
3. 3 大小分化程度
惠刚盈等 [ 1 ]用大小比数来描述林木的大小分化
程度。大小比数被定义为大于参照树的相邻木株数
占所考察的 4株最近相邻木的比例 ,其 5种可能取
值 (0. 00、0. 25、0. 50、0. 75、1. 00) 分别对应于通常
对树木状态 (这里对结构块而言 ) 的描述 (即优势、
亚优势、中庸、劣态、绝对劣态 ) ,明确定义了被分析
986
林 　业 　科 　学 　研 　究 第 19卷
的参照树在该结构块中所处的生态位。
根据大小比数取值可知 ,天然红松阔叶林各主
要树种优势度排序为 :核桃楸 >水曲柳 >枫桦 >紫
椴 >沙冷杉 >红松 >春榆 >色木槭 >暴马丁香 >裂
叶榆 >白牛槭 >千金榆 ,核桃楸、水曲柳处于优势地
位 ,枫桦、紫椴处于亚优势地位 ,色木槭、白牛槭、裂
叶榆、千金榆、暴马丁香受压 ,处于劣态 ,沙冷杉、红
松、春榆处于中庸状态 (图 3)。红松阔叶林林木大
小比数随胸径的增大呈迅速减小的趋势 ,胸径大于
参照树的相邻木株数迅速减少 ,林木优势地位逐步
加强 (图 4)。随着胸径的增大 ,天然红松阔叶林的
主要阔叶树种及红松、沙冷杉的大小比数均迅速减
小。在小径木中 ,除核桃楸缺失外 ,只有水曲柳处于
中庸状态 ,其余各树种均处于劣态 ,明显受压 ,尤以
沙冷杉受压最为严重 ;中径木优势明显加强 ,红松、
沙冷杉、白牛槭由受压变化为中庸状态 ,色木槭、春
榆、水曲柳处于亚优势地位 ,核桃楸已占据优势地
位 ;各树种大径木全部处于优势地位 (图 5)。
图 3　红松阔叶林各树种平均大小比数
图 4　红松阔叶林不同径阶大小比数分布
图 5　红松阔叶林主要树种不同大小等级林木的大小比数分布
3. 4 树种混交程度
本研究利用混交度 [ 1 ]说明混交林中树种空间隔
离程度 ,其定义为参照树 i的 4株最近相邻木中与
参照树不属同种的个体所占的比例。混交度的 5种
可能取值 0. 00、0. 25、0. 50、0. 75、1. 00分别对应于
通常所讲混交度的描述即零度、弱度、中度、强度、极
强度混交 (相对于此结构单元而言 ) ,它说明在该结
构单元中树种的隔离程度。
研究表明 ,天然红松阔叶林样地的平均混交度
为 0. 80,即参照树的最近 4株相邻木中与其同种的
树木不超过 1株 ,属强度至极强度混交 ,各主要树种
中除色木槭属中度偏强度混交外 ,其余各树种均达
到强度或极强度混交 ,各树种混交度由高到低排序
为 :沙冷杉 >紫椴 >千金榆 >枫桦 >裂叶榆 >核桃
楸 >红松 >暴马丁香 >水曲柳 >春榆 >白牛槭 >色
木槭 (图 6)。
图 6　红松阔叶林各树种的平均混交度
随着林木胸径的增大 ,林内树木的混交度呈逐
渐递增的趋势。由于同种树木对光照、水分和营养
需求相同 ,理论上相互间对这些生长要素的竞争也
最为激烈。混交度随胸径的增大呈逐渐增大 ,这说
明随着林木生长发育的进行 ,林木竞争压力逐步减
小 ,空间分布特征呈现逐步优化的趋势 ,生物多样性
得到逐步提高 (图 7)。
图 7　红松阔叶林不同径阶混交度分布
白牛槭、色木槭、核桃楸、春榆的混交度随胸径
增大而增大 ;沙冷杉中径木混交度较小径木大 ,中、
096
第 6期 徐 　海等 :天然红松阔叶林不同径阶林木的空间分布特征分析
大径木混交度基本一致 ;水曲柳中径木混交度略低
于小径木 ,大径木混交度略比中径木的大 ;红松中径
木混交度略低于小径木 ,但大径木混交度比小径木、
中径木都大 (图 8)。
图 8　红松阔叶林主要树种不同大小等级林木的混交度分布
4 结论
(1)吉林蛟河天然红松阔叶林林木株数分布遵
从异龄林典型的倒 J形曲线 ; ≤10 cm的小径阶林木
占总株数的 59. 4% ,其周围林木为随机分布 ,与林
分的总体分布格局一致 ;大径阶林木的平均角尺度
呈急剧下降的趋势 ,说明其相邻木挤在一起的现象
大幅度减少 ,相邻树木在其四周趋于均匀分布。
(2)根据大小比数 ,天然红松阔叶林各主要树
种优势度的排序为 :核桃楸 >水曲柳 >枫桦 >紫椴
>沙冷杉 >红松 >春榆 >色木槭 >暴马丁香 >裂叶
榆 >白牛槭 >千金榆 ,其中 :核桃楸、水曲柳处于优
势地位 ;枫桦、紫椴处于亚优势地位 ;色木槭、白牛
槭、裂叶榆、千金榆、暴马丁香受压 ,处于劣态 ;沙冷
杉、红松、春榆处于中庸状态。随着胸径的增大 ,天
然红松阔叶林主要阔叶树种及红松、沙冷杉的大小
比数均迅速减小。各树种小径木多明显受压 ,中径
木处于中庸状态或亚优势地位 ,大径木全部处于优
势地位。混交度随着林木胸径的增大呈逐渐递增的
趋势 ,说明其竞争压力逐步减小 ,空间分布特征渐趋
优化 ,生物多样性逐步提高。
(3)在对天然红松阔叶林进行疏伐经营时 ,建
议根据经营目的确定保留林木 ,从挤在一个角或同
一侧的相邻木中确定优先采伐对象 ,使保留木最近
4株相邻木的角尺度不大于 0. 5,以缓解竞争压力。
为进一步减轻竞争压力 ,不断优化林分空间结构 ,应
优先采伐与保留木同种的林木 ,提高混交度和生物
多样性。
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