全 文 ：© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
林业科学研究 2007, 20 (3) : 334～337
Forest Research
文章编号 : 100121498 (2007) 0320334204
不同起测径对判定林木空间分布格局影响的研究 3
李 丽 1 , 惠淑荣 1 , 惠刚盈 23 3 , 胡艳波 2 , 徐 海 2
(1. 沈阳农业大学林学院 ,辽宁 沈阳 110161; 2. 中国林业科学研究院林业研究所 ,国家林业局林木培育重点实验室 ,北京 100091)
摘要 :采用 4块 100 m ×100 m的天然林样地材料 ,分别利用 Clark&Evans聚集指数法和角尺度法分析了不同起测径
下林木个体的空间分布格局。结果表明 :林木空间分布格局的判定与起测径的大小有关 ,起测径不同分布类型也会
有变化 ,并且这种变化没有规律性 ,因此 ,在分析林木空间分布格局时应采用相同的起测径。
关键词 :天然林 ;起测径 ;林木空间分布格局 ; Clark&Evans指数 ;角尺度
中图分类号 : S757. 2 文献标识码 : A
收稿日期 : 2006208216
基金项目 : 国家林业局 948项目“林分计算机模拟技术引进”
作者简介 : 李丽 (1979—) ,河南邓州人 ,在读硕士.3 参加野外调查的还有吉林省蛟河实验区管理局的林天喜、张显龙、吴相菊、张秋艳、吴显东、高海涛同志 ,在此一并致谢 !3 3 通讯作者 :惠刚盈 ,研究员 ,博导.
A Study on the Influence of M in im um M ea sured D iam eter on
D eterm in ing Spa tia l D istr ibution Pa ttern s of Forest Trees
L I L i1 , HU I Shu2rong1 , HU I Gang2ying2 , HU Yan2bo2 , XU Hai2
(1. Forestry College, Shenyang Agricultural University, Shenyang, 110161, L iaoning, China; 2. Research Institute of Forestry, CAF; Key
Laboratory of Tree B reeding and Cultivation, State Forestry Adm inistration, Beijing 100091, China)
Abstract:By emp loying the aggregate index R formulated by Clark & Evans and uniform angle index W , the data
from four 100 m ×100 m natural forest p lots were analyzed with varying m inimum measured diameter (MMD ) to
identify tree spatial distribution patterns. It showed that tree spatial distribution patterns were related to MMD, spa2
tial distribution patterns varying irregularly with MMD. Therefore, identical MMD class should be emp loyed in the
analysis of tree spatial distribution patterns.
Key words: natural forest; m inimum measured diameter (MMD) ; tree spatial distribution patterns; Clark&Evans in2
dex; uniform angle index
随着世界林业由传统林业向现代林业的转变 ,
空间结构问题已经成为森林经理研究的重点和热
点。空间结构是森林的重要特征 ,因为即使具有相
同频率分布的林分也可能具有不同的空间结构 ,从
而表现出不同的生态稳定性 [ 1 ]。现代森林经理注重
森林非空间结构与空间结构信息的整合 ,要求必须
在表达数量特征的同时 ,表达出相应的林分空间分
布信息 ,才能对林分整体做出较为完整的描述和判
断 [ 2 ]。表达林分结构的指标除传统的直径分布、年
龄结构、树高结构、蓄积结构等描述指标外 [ 3 ] ,更重
要的还有一些反映水平结构的指数 ,如林木分布格
局、反映垂直结构变化的林层指数、反映林木周围树
种分布情况的混交度等 [ 1 ]。本研究主要探讨反映水
平结构的林木空间分布格局这一指数的影响因素。
林木分布格局是种群生物学特性、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 ,对其进行
研究无论在理论上或实践应用上均有重要意义 [ 1 ]。
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第 3期 李 丽等 :不同起测径对判定林木空间分布格局影响的研究
林木空间分布格局的基本类型一般有 3种 :随机分
布、均匀分布和团状分布。随机分布是指种群个体
的分布相互间没有联系 ,每个个体的出现都有同等
的机会 ,与其它个体是否存在无关 ,林木的位置以连
续而均匀的概率分布在林地上 ,常用泊松分布来描
述 ;均匀分布是指林木在水平空间中的分布是均匀
等距的 ,或者说林木对其最近相邻树以尽可能最大
的距离均匀地分布在林地上 ,林木之间互相排斥 ,常
用正二项分布来描述 ;团状分布是指与随机分布相
比林木有相对较高的超平均密度占据的范围 ,林木
之间互相吸引 ,常用负二项分布来描述 [ 1 ]。以往研
究 [ 4～6 ]表明 ,有许多因子影响林木分布格局的判定。
起测径是影响调查结果的重要因素 ,直接影响到对
森林结构的合理划分、森林资源的准确计量和对林
分内部特征的正确把握 [ 7 ]。鉴于此 , 本文采用
Clark&Evans指数 [ 8～10 ]和角尺度法 [ 11～13 ]研究不同起
测径对判定林木空间分布格局的影响 ,以便明了起
测径对分析林分空间结构的重要性。
1 数据来源
研究所用数据有两部分组成 :一是来源于中国
吉林省蛟河林业实验区东大坡经营区的 1块全面调
查样地数据 ,该实验区地理坐标 43°51′～44°05′N,
127°35′～127°51′E,实验区总面积 31 562 hm2 ,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 1. 7 ℃,年最低气温 - 22. 2 ℃,年平
均降水量 856. 6 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 ;二是来自南
美厄瓜多尔热带天然林的 3块样地调查资料 ,该区
地理坐标为 0°37′S, 77°25′W ,属于热带雨林气候 ,全
年湿热多雨 ,年平均气温 23～27 ℃,平均年降水量
在 2 000～3 000 mm以上 ,主要树种有 D ia lyan thera
gordon iifolia、Tara spinosa、Chord ia a lliodora、H ieron i2
m a chocoensis和 Hyroclon ba lsm un。4块样地面积均
为 100 m ×100 m ,即 1 hm2 ,基本情况见表 1。
表 1 4块样地的基本情况
样地号 地点
胸径 / cm
最小 最大 平均 株数 /株
断面积 /
(m2 ·hm - 2 )
1 中国吉林 0. 5 79. 2 12. 2 1 319 28. 82
2 厄瓜多尔 10. 0 120. 0 18. 7 863 34. 19
3 厄瓜多尔 10. 0 195. 0 18. 3 871 31. 97
4 厄瓜多尔 10. 0 197. 0 26. 6 925 87. 11
2 研究方法
每块样地内所调查乔木的胸径按径阶距 1 cm
从最小直径逐步往高划分至 20 cm [ 14 ] ,作为本研究
的起测径分别进行研究 , 利用空间结构分析软
件 ———W inkelmass[ 15 ]计算各起测径下样地内林木的
平均角尺度 , W inklemass主要是可以根据林木的调
查坐标找到离参照树最近的 4株相邻木 ,同时计算
每个单元 (参照树和周围最近的 4株邻木构成 1个
单元 )的角尺度和参照树到这 4株树的距离 ,再根据
每个单元的角尺度值计算平均角尺度 ,参照树到最
近那棵树的距离用于 Clark&Evans指数计算。最后
利用 Clark&Evans聚集指数 ( R ) [ 16 ]和平均角尺度
( W ) [ 1 ]分别判断林分中各起测径对应的林木空间分
布格局。
2. 1 C lark&Evan s指数
Clark&Evans提出的聚集指数 ( R )是相邻最近
单株距离的平均值 ( rA )与随机分布下期望的平均距
离 ( rE )之比 [ 16 ]。计算公式为 :
R = rA / rE (1)rA = 1
n
Σ
n
i = 1
ri rE = 1
2 ρ
(2)
式 (1)、(2)中 : ri 为第 i株树木到最近相邻木的
距离 ; n为样地内林木株数 ;ρ为每平方米的林木
株数。
若 R = 1,则林木为随机分布 ;若 R > 1,则林木为
均匀分布 ;若 R < 1,则林木为团状分布。R与 1的差
异显著与否需通过如下公式 [ 10, 17 ]来检验 :
u =
rA - rE
σrE
(3)
σrE = 4 -
π
4πρn =
0. 261 36
ρn
=
0. 261 36
n
2 /A
(4)
式 (3)、(4)中 : rA , rE ,ρ, n意义同上 ;σrE是一个
密度为ρ符合泊松 ( Poisson)分布的 rE 标准差。
按照正态分布检验的原则 :若实际值 | u | < 1. 96
(即显著水平α为 0. 05时的临界值 ) ,则可从统计
意义上认为实测 R值等于 1,判断为随机分布 ;若实
际值 | u | > 1. 96 (即显著水平 α为 0. 05时的临界
值 ) ,则当 R > 1时为均匀分布 , R < 1时为团状分布。
若实际值 | u | > 2. 58 (即极显著水平α为 0. 01时的
临界值 ) ,当 R < 1时 ,则可认为实测 R 值极显著小
于 1,判断为团状分布 ;当 R > 1,则可认为实测 R值
极显著大于 1,判断为均匀分布。
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林 业 科 学 研 究 第 20卷
2. 2 角尺度
惠刚盈等 [ 1 ]提出来的平均角尺度 ( W )用以下公
式表示 :W = 1
n
Σ
n
i = 1
W i =
1
4n
Σ
n
i = 1
Σ
4
j = 1
Z ij (4)
其中: Zij =
1,当第 j个α角小于标准角α0 (α0 =72°)
0,否则
n为林分内参照树的株数 ; i为任一参照树 ; j为参照
树 i的 4株最近相邻木 ; W i 为角尺度即描述相邻木
围绕参照树 i的均匀性。
在随机分布时 W 取值范围为 [ 0. 475, 0. 517 ];W > 0. 517 时为团状分布 ; W < 0. 475 时为均匀
分布 [ 1 ]。
3 结果与分析
由表 2可见 ,对于 Clark&Evans指数法 ,前 3块样
地都出现了随着起测径的不同分布类型也发生变化
的情况 ,样地 1起测径从 0. 5～5. 5 cm时判定的林木
空间分布类型是团状 ,当起测径≥6. 5 cm时分布类型
大部分是随机 ,但起测径为 14. 5、15. 5、17. 5、18. 5、
19. 5 cm时呈均匀分布 ;样地 2起测径为 10 cm时判定
的林木分布类型为团状 ,其余起测径对应的分布类型
均为随机 ;样地 3起测径从 10～12 cm判定的林木分
布类型为团状 ,当起测径 ≥13 cm时分布类型大部分
表现为随机 ,但起测径为 18 cm时却呈团状分布格
局。另外每块样地随着起测径的不同分布类型的变
化方式均不一样 ,样地 1的分布类型大致是团状 →随
机→均匀的变化过程 ;样地 2的分布类型是团状 →随
机 ;样地 3是随机分布和团状分布相间的变化过程 ;
样地 4随着起测径的变化分布类型均为团状 ,但是其
团状的程度发生了很大的变化 ,从与随机非常接近的
状态变化至极其聚集的状态 ,其它 3块样地也同样存
在着分布程度上的变化。
表 2 不同起测径对应的分布格局类型
样地号林木起测直径 / cm
Clark&Evans指数
R u 分布类型
角尺度W 分布类型 样地号 林木起测直径 / cm Clark&Evans指数R u 分布类型 角尺度W 分布类型
0. 5 0. 843 - 9. 815 团状 0. 516 随机
1. 5 0. 854 - 8. 966 团状 0. 517 随机
2. 5 0. 874 - 7. 497 团状 0. 509 随机
3. 5 0. 895 - 5. 951 团状 0. 509 随机
4. 5 0. 918 - 4. 432 团状 0. 501 随机
5. 5 0. 943 - 2. 924 团状 0. 495 随机
6. 5 0. 974 - 1. 265 随机 0. 489 随机
7. 5 0. 983 - 0. 766 随机 0. 485 随机
8. 5 0. 994 - 0. 281 随机 0. 481 随机
1 9. 5 0. 994 - 0. 249 随机 0. 478 随机
10. 5 1. 006 0. 251 随机 0. 478 随机
11. 5 1. 014 0. 531 随机 0. 478 随机
12. 5 1. 034 1. 237 随机 0. 486 随机
13. 5 1. 041 1. 444 随机 0. 489 随机
14. 5 1. 067 2. 304 均匀 0. 483 随机
15. 5 1. 065 2. 175 均匀 0. 489 随机
16. 5 1. 053 1. 711 随机 0. 489 随机
17. 5 1. 064 1. 986 均匀 0. 475 随机
18. 5 1. 088 2. 635 均匀 0. 465 均匀
19. 5 1. 082 2. 379 均匀 0. 457 均匀
10. 0 0. 919 - 4. 034 团状 0. 520 团状
11. 0 0. 961 - 1. 715 随机 0. 515 随机
12. 0 0. 956 - 1. 769 随机 0. 527 团状
2 13. 0 0. 957 - 1. 643 随机 0. 520 团状
14. 0 0. 956 - 1. 613 随机 0. 519 团状
15. 0 0. 962 - 1. 358 随机 0. 513 随机
16. 0 0. 957 - 1. 473 随机 0. 512 随机
17. 0 0. 942 - 1. 881 随机 0. 521 团状
2 18. 0 0. 946 - 1. 626 随机 0. 535 团状
19. 0 0. 976 - 0. 661 随机 0. 531 团状
20. 0 1. 029 0. 739 随机 0. 539 团状
10. 0 0. 921 - 3. 944 团状 0. 499 随机
11. 0 0. 950 - 2. 361 团状 0. 500 随机
12. 0 0. 933 - 2. 949 团状 0. 501 随机
13. 0 0. 969 - 1. 256 随机 0. 503 随机
14. 0 0. 980 - 0. 755 随机 0. 494 随机
3 15. 0 0. 961 - 1. 408 随机 0. 495 随机
16. 0 0. 992 - 0. 285 随机 0. 496 随机
17. 0 0. 967 - 1. 063 随机 0. 502 随机
18. 0 0. 927 - 2. 156 团状 0. 507 随机
19. 0 0. 941 - 1. 645 随机 0. 518 团状
20. 0 0. 962 - 0. 995 随机 0. 501 随机
10. 0 0. 962 - 1. 975 团状 0. 500 随机
11. 0 0. 949 - 2. 512 团状 0. 508 随机
12. 0 0. 934 - 3. 061 团状 0. 513 随机
13. 0 0. 921 - 3. 459 团状 0. 519 团状
14. 0 0. 885 - 4. 853 团状 0. 516 随机
4 15. 0 0. 878 - 4. 947 团状 0. 521 团状
16. 0 0. 862 - 5. 422 团状 0. 514 随机
17. 0 0. 865 - 5. 187 团状 0. 511 随机
18. 0 0. 859 - 5. 285 团状 0. 514 随机
19. 0 0. 848 - 5. 572 团状 0. 513 随机
20. 0 0. 862 - 4. 933 团状 0. 524 团状
对于角尺度法 ,样地 1起测径从 0. 5～17. 5 cm
时判定的林木空间分布格局为随机分布 ,当起测径
为 18. 5、19. 5 cm时则呈均匀分布 ;样地 2起测径为
11、15、16 cm时判定的林木分布格局为随机分布 ,
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第 3期 李 丽等 :不同起测径对判定林木空间分布格局影响的研究
其余均为团状分布 ;样地 3起测径为 19 cm时判定
的林木分布格局为团状分布 ,其余均为随机分布 ;样
地 4起测径为 13、15、20 cm时判定的林木分布格局
为团状分布 ,其余均为随机分布 (表 2)。就 4块样
地的起测径和平均角尺度关系而言 ,样地 1的变化
方向是由随机分布到均匀分布 ;样地 2、3和 4都是
一种团状分布和随机分布相间的变化状态 ,没有方
向感 ;并且样地的分布类型随着起测径不同发生变
化的同时 ,在各分布类型内其分布强度也同样在发
生着变化。
可见 ,无论采用 Clark&Evans指数法还是角尺
度法 ,起测径对林木空间分布格局的判定都有影响 ,
林木空间分布格局类型随着起测径的不同而变化 ,
这种变化在研究的 1块中国吉林阔叶红松林和 3块
厄瓜多尔的天然林样地中没有形成统一的规律 ,而
是带有很大的随机性。
4 结论与讨论
(1)林木空间分布格局的判定与起测径的大小
有关 ,起测径不同分布类型也会有变化 ;并且由起测
径引起的格局变化带有很大的随机性 ,所以 ,在森林
结构研究中应遵循森林群落研究中的同一规定进行
林木的测定。在我国一般把平均直径的 0. 4倍值作
为确定起测径的依据 [ 3 ] ,这会导致不同林分有不同
的起测径 ,如陈永富等 [ 18 ]引用的起测径为 6 cm;曾
庆波 [ 19 ]引用的起测径为 4 cm;惠刚盈 [ 1 ]引用的起测
径为 5. 1 cm (亚热带地区 )或 3. 1 cm (温带地区 ) ;安
慧君 [ 2 ]引用的起测径为 3 cm ,很难有共同的比较基
础。国际上通常对起测径都有明确的规定 ,如德国
规定为起测径 ≥7 cm, 7 cm以下称幼树 [ 20 ] ;生态上
则一般规定起测径为 10 cm [ 21 ]。建议我国用统一的
起测径 ,如 5 cm ,以便各研究有相同的基础。
(2)起测径引起的结构变化必然对森林的生产
力构成和群落的种类组成等产生影响 ,所以 ,在进行
产量或种类组成比较时也应在相同的起测径前提下
进行才有意义。
(3)就同一块样地而言 , Clark&Evans指数法和
角尺度法对林木分布格局的判定结果有所不同 ,两
种方法的差异还有待今后进一步研究。
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