基于heghi簡單競爭指數(shù)模型的林木競爭模式研究

基于heghi簡單競爭指數(shù)模型的林木競爭模式研究

1研究區(qū)域的總結(jié)1.1自然森林經(jīng)營模式20世紀(jì)80年代和90年代，“封閉天然林”在歐洲大陸上很受歡迎，尤其是在中歐。近自然林業(yè)可表達為“在確保森林結(jié)構(gòu)關(guān)系自我保存能力的前提下遵循自然條件的林業(yè)活動”,是兼容林業(yè)生產(chǎn)和森林生態(tài)保護的一種經(jīng)營模式。基于對林木競爭關(guān)系分析,采用單株擇伐作業(yè)體系是近自然森林經(jīng)營的重要特征和主要技術(shù)之一。20世紀(jì)60年代以來,一些學(xué)者為了更準(zhǔn)確地預(yù)測林木生長,相繼提出了許多描述林木競爭的數(shù)學(xué)模型,其中Hegyi(1974)提出的與距離有關(guān)的簡單競爭模型能有效地描述林木生長與生存空間的關(guān)系,并得到了廣泛的應(yīng)用。1.2森林、森林條件清原滿族自治縣國營大邊溝林場位于清原滿族自治縣東南部,地理位置為124°59′-125°10′E、41°59′-42°04,總經(jīng)營面積4677.4hm2。區(qū)內(nèi)平均海拔500~600m,年平均氣溫5℃左右,年降水量700~800mm,土壤以棕色森林土為主,森林主要以人工針葉林和天然次生林為主,柞樹天然次生林占絕對優(yōu)勢。選取該林場的林分施業(yè)法試驗區(qū)為研究對象,基于近自然林業(yè)經(jīng)營理念,利用Hegyi簡單競爭模型定量分析了3種不同密度林分競爭指數(shù)與胸徑的關(guān)系、林木胸徑生長量與競爭指數(shù)的關(guān)系以及林木種內(nèi)與種間競爭關(guān)系,為下一步模擬林分生長和對天然次生林的經(jīng)營提供科學(xué)依據(jù)。2材料和方法2.1各優(yōu)良木種造林試驗地設(shè)置于清源縣大邊溝林場蘿卜地溝,屬于天然林擇伐林冠下更新示范林,主要樹種有蒙古櫟(Quercusmongolica)、胡桃楸(Juglansmandshurica)、紅松(Pinuskoraiensis)、水曲柳(Fraxinusmandshurica)、黃菠蘿(Phellodendronamurense)、色樹(Acermono)、山楊(Populusdavidiana)、花曲柳(Fraxinusrhynchophylla)、槐樹(Sophorajaponica)、白樺(Betulaplatyphylla)、紫椴(Tiliaamurensis)、黃榆(UlmusmacrocarpaHance)等,面積為5.75hm2,2010年春季進行全林檢尺和每樹標(biāo)記,將立木標(biāo)記為目標(biāo)樹(Z),干擾樹(B)和保留木。2010年冬季開展伐樹作業(yè)(伐去干擾木)和清理林下作業(yè),2011年春季進行林下造林作業(yè),按2m×2m株行距栽植冷杉和云杉。為探求目標(biāo)樹最優(yōu)生長空間,根據(jù)具體林分結(jié)構(gòu)和發(fā)育階段,采用近自然育林方法,設(shè)計了3種不同目標(biāo)樹期望密度,并以此確定了3種林分密度(A、B、C)(表1)。2.2ddbh5m實驗方法在3個密度區(qū)內(nèi)各設(shè)置2塊2230m的標(biāo)準(zhǔn)地,6個標(biāo)準(zhǔn)地均設(shè)在坡中腹,坡度在20~32°之間,海拔在540~550m之間;對標(biāo)準(zhǔn)地中DDBH≥5cm林木進行每木定位測量(確定x,y坐標(biāo)),記錄標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)所有林木編號、樹種、胸徑和生長狀態(tài)。各標(biāo)準(zhǔn)地如表2所示。其中蒙代表蒙古櫟(作為研究的對象木),胡代表胡桃楸,花代表花曲柳,樺代表白樺,黃代表黃菠蘿,槐代表槐樹,色代表色樹,楊代表山楊,椴代表紫椴,紅代表紅松,水代表水曲柳,榆代表黃榆。2.3連接:競爭木討論,競爭模型的建立選擇標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)優(yōu)勢樹種蒙古櫟作為對象木,其余樹種作為競爭木。在競爭范圍的選取上,將對象木周圍一定范圍內(nèi)的鄰體作為它的競爭木,借鑒Hegyi及國內(nèi)文獻選擇半徑范圍為5m。當(dāng)對象木到最近鄰體的距離大于它到樣地邊界的最近距離時,需要進行邊緣校正,方法是將這些林木不作為對象木,而只作為競爭木討論,對象木只在距離邊緣5m的樣方內(nèi)選取,而距離邊緣5m以內(nèi)的林木只作為競爭木討論。本研究采用的競爭指標(biāo)是Hegyi(l974)簡單競爭模型:式中,CIi:競爭指數(shù),Di:對象木的胸徑,Dj:競爭木的胸徑,Lij:對象木與競爭木之間的距離,n:競爭木的株數(shù);CI:對象木競爭指數(shù),N:對象木的株數(shù)。模型表明:CIi和CI的值越大,表明林木之間競爭越激烈,反之,競爭越弱。3結(jié)果與分析3.1蒙古櫟競爭強度模型A區(qū)共測得對象木11株,競爭木4種20株;B區(qū)共測得對象木15株,競爭木9種36株;C區(qū)共測得對象木21株,競爭木8種53株。對象木的徑級分布和各徑級受到的競爭強度如表3所示。在3個密度區(qū)中,從縱向來看,隨著蒙古櫟胸徑逐漸增大,平均競爭指數(shù)隨之逐漸減小,說明隨著蒙古櫟個體的發(fā)育,胸徑不斷增大,蒙古櫟自身競爭能力逐漸增強,周圍競爭木對蒙古櫟的競爭強度逐漸減弱。從橫向來看,隨著林分密度增大,蒙古櫟各徑級受到的競爭強度有隨之增大的趨勢,說明林分密度越大,優(yōu)勢種群受到的來自周圍競爭木的壓力越大。林木的競爭能力受多種因素制約,如所處發(fā)育階段、植株個體大小、個體生活力的高低、周圍植株個體對它的影響等,其中個體胸徑的大小對競爭能力影響較大。以競爭指數(shù)為因變量,對象木胸徑為自變量,對競爭指數(shù)與對象木胸徑的關(guān)系進行回歸擬合,發(fā)現(xiàn)冪函數(shù)的相關(guān)系數(shù)最大,證明冪函數(shù)為較優(yōu)的回歸模型,此結(jié)果與前人的研究結(jié)果基本一致。具體表達式為:式中,CIi:競爭指數(shù),Di:對象木胸徑,A、B:模型參數(shù)。模型擬合結(jié)果見表4。經(jīng)檢驗,相關(guān)系數(shù)R均達到極顯著水平。說明對象木的胸徑越大,其受到的來自周圍競爭木的競爭影響越小。即對象木個體越大,其附近一定范圍內(nèi)生長的其他個體越少,競爭木與對象木之間的競爭就越弱。由圖1可知,蒙古櫟受到的競爭強度隨個體的增大而降低。當(dāng)對象木胸徑達到30cm以上,競爭強度趨于穩(wěn)定,維持在較低水平。3.2不同密度林分蒙古櫟生長量變化的差異以對象木蒙古櫟年均胸徑生長量Dh為因變量,競爭指數(shù)CIi為自變量,分析了對象木胸徑生長量與競爭指數(shù)之間的關(guān)系,通過對幾種數(shù)學(xué)回歸模型的比較,發(fā)現(xiàn)對數(shù)函數(shù)的擬合效果最佳:模型擬合結(jié)果見表5。經(jīng)顯著性檢驗,相關(guān)系數(shù)R均達到極顯著水平。從圖2可以看出,競爭指數(shù)越大,蒙古櫟的胸徑生長量越小。說明蒙古櫟的生長受到競爭木的數(shù)量、大小和離對象木距離的影響。即競爭木越多,個體越大,離對象木越近,其對對象木的競爭越激烈,對象木的生長量就越小。為了進一步探討不同密度林分對象木生長量與競爭指數(shù)之間的關(guān)系,分析了3種不同密度林分蒙古櫟年均胸徑生長量與平均競爭指數(shù)之間的關(guān)系,如表6所示?？梢钥闯?隨著林分密度增大,對象木蒙古櫟的平均競爭指數(shù)隨之增大,年均胸徑生長量隨之降低。說明林分密度越大,林分的郁閉度越大,林木競爭生存資源空間也就越激烈,林木生長量也就越低。3.3蒙古櫟種內(nèi)競爭強度在林分生長過程中,對象木不僅受到來自蒙古櫟種內(nèi)的競爭壓力,并且周圍伴生樹種在爭奪水、熱、光等自然資源時也對柞樹產(chǎn)生了巨大的競爭壓力,且不同伴生樹種對蒙古櫟的競爭強度存在較大差別,如表7所示?？梢钥闯?A區(qū)蒙古櫟種內(nèi)競爭強度為4.03,其他伴生樹種的競爭指數(shù)總和為6.79,種內(nèi)及其與主要伴生樹種種間的競爭強度排序為:花曲柳>蒙古櫟>胡桃楸>榆樹;B區(qū)柞樹種內(nèi)競爭強度為13.95,其他伴生樹種的競爭指數(shù)總和為8.54,種內(nèi)及種間競爭強度排序為:蒙古櫟>色樹>花曲柳>椴樹>黃菠蘿>胡桃楸>楊樹>榆樹>紅松;C區(qū)蒙古櫟種內(nèi)競爭強度為20.76,其他伴生樹種的競爭指數(shù)總和為12.6,種內(nèi)及種間競爭強度排序為:蒙古櫟>椴樹>胡桃楸>紅松>花曲柳>槐樹>色樹>榆樹。從以上結(jié)果中可以看出,A區(qū)蒙古櫟的種內(nèi)競爭指數(shù)低于其伴生樹種的競爭指數(shù)總和,說明A區(qū)種內(nèi)競爭低于種間競爭,這是由于該區(qū)林分密度較低,林木株數(shù)較少且分布稀疏,優(yōu)勢樹種蒙古櫟并沒有呈現(xiàn)出明顯的聚集分布,導(dǎo)致種內(nèi)競爭相對較小;B區(qū)和C區(qū)蒙古櫟的種內(nèi)競爭指數(shù)均高于其伴生樹種的競爭指數(shù)總和,說明2個區(qū)中種內(nèi)競爭大于種間競爭,而且C區(qū)種內(nèi)競爭指數(shù)高于B區(qū),說明在天然蒙古櫟次生林中,林分密度越大,優(yōu)勢樹種蒙古櫟呈現(xiàn)聚集分布的趨勢越強,種內(nèi)競爭強度也就越大。物種之間的競爭能力主要取決于種內(nèi)的生態(tài)習(xí)性、生態(tài)幅度以及其在生態(tài)系統(tǒng)中的生態(tài)位。生態(tài)習(xí)性越相近的種,其種間競爭越劇烈。當(dāng)一個種處于其最適生態(tài)位,在生態(tài)系統(tǒng)中占有主導(dǎo)地位時,競爭能力最強。在天然蒙古櫟次生林中,各密度區(qū)林木樹種和數(shù)量分布具有一定的隨機性,從表7中可以看出,低密度區(qū)中蒙古櫟與花曲柳之間的競爭較為劇烈;中密度區(qū)中,對優(yōu)勢樹種蒙古櫟產(chǎn)生較大競爭影響的是色樹、花曲柳、椴樹、黃菠蘿;高密度區(qū)中,對蒙古櫟產(chǎn)生較大競爭影響的是椴樹、胡桃楸和紅松。4密度對蒙古櫟生長量的影響選取清原滿族自治縣大邊溝林場的林分施業(yè)法試驗區(qū)為研究對象,從近自然林業(yè)經(jīng)營理念出發(fā),討論了3種不同密度下的林木競爭關(guān)系。為了探求林分近自然經(jīng)營模式,利用Hegyi簡單競爭指數(shù)模型從競爭指數(shù)與對象木胸徑的關(guān)系、胸徑生長量與競爭指數(shù)的關(guān)系以及種內(nèi)與種間競爭關(guān)系3個指標(biāo)進行了論證。對競爭指數(shù)與對象木胸徑大小之間的關(guān)系分析發(fā)現(xiàn),對象木的個體胸徑越大,競爭木對對象木的競爭強度就越小;隨著林分密度增大,各個徑級所受到的競爭強度也隨之增大;當(dāng)對象木胸徑達到30cm以上,競爭強度趨于穩(wěn)定,維持在較低水平。因此,在近自然森林經(jīng)營過程中應(yīng)加強對中小徑級的干預(yù),在蒙古櫟胸徑達到30cm之前,定期確定并伐除與其競爭的樹木,通過擇伐來減輕植株間的競爭消耗,保證目標(biāo)樹健康生長,實現(xiàn)林分質(zhì)量的不斷改進。對對象木胸徑生長量與競爭指數(shù)之間的關(guān)系分析發(fā)現(xiàn),競爭指數(shù)越大,蒙古櫟的胸徑生長量越小;林分密度越大,對象木蒙古櫟受到的競爭強度越大,平均胸徑生長量就越低。因此,保持合理密度,提高林木生長量是近自然森林經(jīng)營的重要措施,在天然次生林經(jīng)營過程中,應(yīng)加強林分密度控制,去弱留強加以疏伐,實現(xiàn)林分整體最大生長量。從種內(nèi)競爭與種間競爭的分析來看