柞樹天然次生林近自然度的計算與評價

柞樹天然次生林近自然度的計算與評價

遼寧省擁有171.86萬hm天然次生林，占林地總面積的53.28%，其中90%分布在東部，主要是橡膠。近年來隨著近自然森林經(jīng)營的提出,對現(xiàn)有天然次生林采取禁止商業(yè)性質(zhì)采伐政策,但大面積禁伐措施的推行也引起了不少的矛盾和沖突。因此在保護好現(xiàn)有天然次生林資源的基礎上,對天然次生林的近自然化經(jīng)營是實現(xiàn)森林可持續(xù)經(jīng)營的一種有效途徑。近自然度評價是近自然經(jīng)營方式的前提條件,本文探討了基于常規(guī)調(diào)查數(shù)據(jù)支撐下的近自然度評價方法,為進一步開展近自然林業(yè)經(jīng)營進行了有益探索。1森林、森林概況文中選取的清原滿族自治縣國營大邊溝林場位于清原縣東南部,地理位置為124°59′-125°10′E,41°59′-42°04′N,是國家林業(yè)局確定的首批森林經(jīng)營示范林場,經(jīng)營面積4677.4hm2。區(qū)內(nèi)平均海拔500～600m,屬中低山地;溫帶大陸性季風氣候,年降水量700～800mm;土壤以棕色森林土為主,pH值5.5～6.5;森林資源主要以人工針葉林和天然次生林為主,人工林主要包括落葉松(Larixgmelinii)、油松(Pinustabulaeformis)、紅松(Pinuskoraiensis);天然次生林的主要樹種有柞樹(Quercusmongolica)、胡桃楸(Juglansmandshurica)和水曲柳(Fraxinusmandshurica)等,其中柞樹天然次生林占絕對優(yōu)勢。2學習方法2.1坡向坡位為9.5不同樹種組成在大邊溝林場21林班天然次生柞樹林內(nèi),選取4塊小班分別建立22m×30m的標準地。4個小班標準地的基本信息如下:坡向坡位設在北坡的中部,坡度20～32°,海拔540～550m間;郁閉度依次為:0.6、0.9、0.8、0.7;每公頃株數(shù)依次為405、804、870、660株;樹種組成依次為9柞1胡+花-色、5柞3楊1色1其他、7柞1楊1椴1其他、4柞4花1胡1槐;平均胸徑依次為:24cm、18cm、16cm、16cm;樹種個數(shù)依次為:6、9、7、7。2.2標準地設置4個造林層調(diào)查內(nèi)容包括以下因子:(1)基本信息:調(diào)查標準地的坡度、坡向、人為干擾及既往經(jīng)營措施等。(2)喬木層:對胸徑≥5cm的喬木進行每木檢尺并測量樹高。(3)灌木草本層:在標準地4個角及中心點設5個2m×2m的樣方,進行灌木層調(diào)查,分別記錄灌木草本的種類、數(shù)量、平均高度、蓋度等。(4)更新層:在標準地5個2m×2m的小樣方內(nèi)進行調(diào)查,并記錄胸徑<5cm的幼苗、幼樹的名稱、株數(shù)、高度等。2.3物種多樣性綜合評定近自然度劃分和評價體系是根據(jù)外業(yè)調(diào)查中對具體地段上的不同植物群落的空間結(jié)構(gòu)、物種多樣性、天然更新、演替階段等因素的記錄綜合評定的。在直徑結(jié)構(gòu)、生物多樣性、天然更新、演替階段4方面選取徑階數(shù)、豐富度指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)、實生幼苗數(shù)、頂極適應值6個參數(shù)。2.4物種多樣性指數(shù)(1)徑階數(shù):以胸徑5cm以上,每2cm為1個徑級進行劃分,統(tǒng)計標準地林分的徑階個數(shù)。(2)豐富度指數(shù):D=S,式中D為物種豐富度,S為樣地內(nèi)物種個數(shù);文中指喬木層和灌木層物種個數(shù)的和。(3)Pielou均勻度指數(shù):J=H/log2S式中H為香濃威納指數(shù),S為出現(xiàn)的物種數(shù)。(4)Shannon-Wiener指數(shù):H=?∑i=1SP1Iog2piΗ=-∑i=1SΡ1Ιog2pi,,式中Pi為第i個物種的個體在取樣總數(shù)中所占的比例,S為所有種類。(5)實生幼苗數(shù):單位面積上的實生幼苗株數(shù)總和,即株/m2。(6)頂極適應值:通過查閱《中國植被》等相關資料,將樹種依其演替特性分為先鋒種、次先鋒種、過渡種、次頂極種、頂極種,并分別賦予頂極適應值1、3、5、7、9。因此整個林分的頂極適應值(CI)為:式中:CI=∑i=15Vi?AiCΙ=∑i=15Vi?Ai式中:CI為林分頂極適應值,Vi為各種組所占的重要值百分率,Ai為各種組的頂極適應值。2.5不同群落不同人為干擾的自然過程或處于兩種階段的天然次生林近自然度綜合指數(shù)值隨機分布在0～1之間,文中以定量和定性相結(jié)合的辦法劃分近自然度的等級,分別為:自然群落,其近自然度值>0.89,為多層異林結(jié)構(gòu)的原始或人為影響很小而處于基本原始狀態(tài)的森林;近自然群落,近自然度值0.80～0.89,人為干擾較少的原生天然森林群落,或者處于次生演替后期階段的天然次生林;中間群落,近自然度0.65～0.79,有明顯人為干擾,處于次生演替初期或中期階段的天然次生林;先鋒群落,近自然度值0.50～0.64,人為干擾很大,靠天然更新生長起來的群落,處于次生演替的前期階段的天然次生林;近自然度<0.50的屬于退化林或非自然林,是人為干擾極大,處于逆行演替狀態(tài),林相殘敗的次生天然森林群落,即殘次天然林,或經(jīng)營良好、天然成分不明顯的人工林。3計算與分析3.1參數(shù)的計算和分析3.1.1不同林分類型劃分的依據(jù)林分直徑結(jié)構(gòu)是林分內(nèi)各種大小直徑林木按徑階的分配狀態(tài),是最重要、最基本的林分結(jié)構(gòu)。從圖1看4塊標準地都基本呈現(xiàn)反“J”型分布,符合近自然林業(yè)思想所提出的復層異齡林直徑結(jié)構(gòu)。標準地1反“J”型分布不太明顯,這可能與林分的大徑階樹木較多有關,抑制了幼樹的發(fā)展,不利于樹木的更新,12徑階處分布呈不連續(xù)狀,更新能力稍差;標準地2在12、14徑階出現(xiàn)了一個異常小高峰,這可能與人為干擾或撫育采伐有關;標準地3、4呈明顯的反“J”型分布,集中在較小的徑級,缺乏大徑級個體,林下有豐富的幼苗儲備,各徑階分布均勻,結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定,能夠連續(xù)更新。3.1.2標準地均勻度指數(shù)表1中標準地4的shannon-wiener指數(shù)、均勻度和豐富度指數(shù)都最高,標準地3的shannon-wiener指數(shù)、均勻度和豐富度指數(shù)都是最低的,標準地1和標準地2處于中間水平,且相差不大;4塊標準地的均勻度最大排序為標準地4>標準地1>標準地2>標準地3。因此標準地4內(nèi)各樹種分布較均勻,且優(yōu)勢樹種的集中性較高,而標準地3內(nèi)各樹種分布均勻性較差,優(yōu)勢樹種集中性較低。3.1.3各含樹種的更新種類多,表現(xiàn)為4.表1中的實生幼苗數(shù)可以看出,標準地2單位面積上實生幼苗數(shù)較少,且更新樹種的種類也較少,包括色樹、柞樹、油松和花曲柳;而標準地4的更新種類最多,除了標準地1所含樹種外還有榆樹、槐樹和槭樹;標準地3內(nèi)還出現(xiàn)少量的椴樹。在調(diào)查過程中,林下放牧、采摘山菜等人為干擾較大,對林下更新產(chǎn)生了很大的影響,但總體來說,天然次生柞樹林具有較好的自我更新能力。3.1.4天然天然天然群落特征4塊標準地的頂極適應值在3.5～5的范圍內(nèi),由于各標準地內(nèi)的主要樹種都很相近,故天然次生柞樹林所處的演替階段一致,但整體的頂極適應值仍然偏低,4個標準地的近自然特征參數(shù)見表1。3.2計算的親密度3.2.1數(shù)據(jù)標準化由于指標間量綱不統(tǒng)一,缺乏可比性,須對參評因子進行標準化處理結(jié)果見表2。3.2.2求灰色關聯(lián)系數(shù)求出比較數(shù)列xi與參考數(shù)列xo各對應點的絕對差值|xo(k)-xi(k)|,再找出兩級最大差值和最小差值:max(i)max(k)=|xo(k)-xi(k)|,min(i)min(k)=|xo(k)-xi(k)|,灰色關聯(lián)系數(shù)計算公式:ξi(k)=min(i)min(k)|xo(k)?xi(k)|+0.5max(i)max(k)|xo(k)?xi(k)||xo(k)?xi(k)+0.5max(i)max(k)|xo(k)?xi(k)|ξi(k)=min(i)min(k)|xo(k)-xi(k)|+0.5max(i)max(k)|xo(k)-xi(k)||xo(k)-xi(k)+0.5max(i)max(k)|xo(k)-xi(k)|式中:ξi(k)為xi對xo在k時刻的關聯(lián)系數(shù);0.5為分辨系數(shù)。結(jié)果見表3。3.2.3實生苗種類型用離差最大化法計算灰色關聯(lián)系數(shù)的權(quán)重值分別為:徑級數(shù)0.1918,實生苗數(shù)0.1836,豐富度0.1462,香濃威納指數(shù)0.1573,均勻度0.1561,頂極適應值0.1650。3.2.4近自然度的建立近自然度計算公式:NDj=∑i=16ξ(k)?wjΝDj=∑i=16ξ(k)?wj;式中:NDj為第j種林型的近自然度,ξ(k)為關聯(lián)系數(shù),Wj為第j個特征參數(shù)因子的權(quán)重。通過計算得各標準地的近自然度值即NDj1=0.6820,NDj2=0.4970,NDj3=0.6703,NDj4=0.6605。4森林群落結(jié)構(gòu)改造4個標準地的近自然度排序為標準地1>標準地3>標準地4>標準地2,其中標準地1、3、4徑階分布均勻,更新等級良好,但人為干擾大,導致物種多樣性較差,近自然度值都在0.65～0.79之間,屬于中間群落階段,為有明顯人為干擾,處于次生演替初期或中期階段的天然次生林。標準地2直徑分布不均,主要集中在小徑階,不利于林下植被的生長和幼苗的更新,物種多樣性較低,近自然度值<0.50,屬于生長不良的退化林,人為干擾極大,處于逆行演替狀態(tài)的次生天然森林群落,急需改造。遼東地區(qū)的頂級天然林為闊葉紅松林,為了加快森林的自然演替過程,使天然次生柞樹林達到更接近自然的狀態(tài),特提出以下相應的經(jīng)營對策:標準地1應采用補植改造措施。具體做法:清理活地被物,林冠下造林。這一方法是先清除稀疏林冠下的灌木、雜草,然后進行小塊整地、造林。如在稀疏的柞樹林下栽植紅松,使其形成以紅松為主與柞樹混交的林分,造林樹種以耐陰樹種紅松、紅皮云杉等為主,最終形成針闊混交林。標準地2郁閉度大,每公頃株數(shù)較多,直徑分布集中于小徑階,近自然度最低,屬于退化林。將撫育采伐與空隙造林相結(jié)合,首先伐去一部分壓制目的樹種的次要樹種和無培育前途的林木;然后在林木間隙與林窗內(nèi)栽植適宜的紅松等目的樹種,使其形成復層異齡針闊混交林,再對其實施半封經(jīng)營。對于林地內(nèi)中、小徑木多,天然更新能力好的異齡林,采用擇伐更新的措施。在標準地3內(nèi)