基于heghi模型的楓香競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)度分析

基于heghi模型的楓香競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)度分析

森林之間的競(jìng)爭(zhēng)是影響森林生長(zhǎng)發(fā)育的重要因素，也是形成種群結(jié)構(gòu)的重要因素。因此，森林之間的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系一直是植物生態(tài)學(xué)和其他領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問題。競(jìng)爭(zhēng)普遍存在于森林生態(tài)系統(tǒng)中,它是林木種內(nèi)種間關(guān)系的主要表現(xiàn)形式之一,主要表現(xiàn)在鄰近的林木之間對(duì)所生存的空間和環(huán)境資源的爭(zhēng)奪。如今很多問題尚無滿意的回答和解釋,如植物競(jìng)爭(zhēng)的發(fā)生條件,林木之間的競(jìng)爭(zhēng)指數(shù)系統(tǒng)等。為了更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)林木生長(zhǎng),自20世紀(jì)60年代以來,人們相繼提出了描述林木間競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)度的數(shù)量指標(biāo),即競(jìng)爭(zhēng)指數(shù)系統(tǒng)。對(duì)單木競(jìng)爭(zhēng)的研究,以Hegyi提出的單木競(jìng)爭(zhēng)模型預(yù)測(cè)效果最佳。楓香Liquidambarformosana系落葉大喬木,高可達(dá)40m;樹皮灰褐色,葉片紙質(zhì),寬卵形,上面深綠色;木材通常作家具及建筑用材,也是很好的行道綠化樹種。由于受人為干擾的影響,楓香樹在全國(guó)范圍內(nèi)銳減,目前主要分布在四川、湖北、湖南、浙江、江蘇、安徽、江西、廣東、廣西及貴州等省、自治區(qū)的亞熱帶常綠闊葉林區(qū)。迄今為止,國(guó)內(nèi)學(xué)者在楓香樹種的探索方面主要集中在新種的篩選和幼苗的培育,但關(guān)于楓香的種內(nèi)種間競(jìng)爭(zhēng)研究卻鮮有報(bào)道。本研究以臨安天目山楓香群落為研究對(duì)象,采用Hegyi的單木競(jìng)爭(zhēng)模型,分析楓香種內(nèi)種間的競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)度,旨在探索楓香林內(nèi)以及楓香群落與伴生樹種的相互關(guān)系,為天目山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)經(jīng)營(yíng)管理以及楓香人工林的栽植和培育,提供可參照的依據(jù)。1森林生態(tài)系統(tǒng)及動(dòng)植物多樣性天目山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)地處浙江省臨安市西北部,面積為4248hm2,位于30°18′30″~30°24′55″N,119°24′11″~119°28′21″E,海拔300~1556m,具有典型的中亞熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)和森林景觀。由于獨(dú)特的山體影響,區(qū)內(nèi)形成冬暖夏涼的小氣候。其豐富的植物資源和優(yōu)越的自然環(huán)境,為各種植被的生長(zhǎng)繁衍提供了良好的條件。保護(hù)區(qū)內(nèi)國(guó)家珍稀瀕危植物有35種,有種子植物1718種,蕨類植物151種,苔蘚植物291種。土壤以紅壤、棕壤為主,常綠闊葉林是天目山地帶性植被。2學(xué)習(xí)方法2.1樣地的選取和競(jìng)爭(zhēng)木距離的確定在對(duì)保護(hù)區(qū)的植被進(jìn)行系統(tǒng)踏查的基礎(chǔ)上,結(jié)合地勢(shì)條件,選擇15塊具有代表性的典型樣地,每塊樣地林木密度適宜,郁閉度不低于0.6,樣地大小為30m×30m,并對(duì)所有樣地內(nèi)的林木進(jìn)行每木檢尺,記錄其胸徑、樹高、冠幅、枝下高、樹種等指標(biāo),并用全站儀記錄每株林木的具體坐標(biāo)。把樣地內(nèi)所有胸徑(DBH)≥5cm的楓香初選作為對(duì)象木。競(jìng)爭(zhēng)木距離范圍的確定主要根據(jù)林隙半徑和上層樹的影響范圍。本研究以6m為競(jìng)爭(zhēng)半徑對(duì)楓香群落所受到的種內(nèi)、種間的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系進(jìn)行定量分析。2.2應(yīng)用he立樹模型的單木競(jìng)爭(zhēng)模型目前,國(guó)內(nèi)關(guān)于單木競(jìng)爭(zhēng)的研究很多,也相繼提出一些單木競(jìng)爭(zhēng)模型。競(jìng)爭(zhēng)指數(shù)種類很多,研究種群競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系,選擇合適的競(jìng)爭(zhēng)指數(shù)非常重要,應(yīng)當(dāng)以簡(jiǎn)單實(shí)用為原則。本研究采用Hegyi的單木競(jìng)爭(zhēng)模型來分析預(yù)測(cè)林木競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)度,其表達(dá)式為:其中:IC為競(jìng)爭(zhēng)指數(shù),其值越大,表明對(duì)象木受到的競(jìng)爭(zhēng)越激烈;Di為對(duì)象木i的胸徑;Dj為競(jìng)爭(zhēng)木的胸徑;Lij為對(duì)象木i與競(jìng)爭(zhēng)木j之間的距離;N為競(jìng)爭(zhēng)木株樹。首先計(jì)算選定對(duì)象木和其競(jìng)爭(zhēng)范圍內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)木的競(jìng)爭(zhēng)指數(shù),將N株競(jìng)爭(zhēng)木的競(jìng)爭(zhēng)指數(shù)累加平均即得該對(duì)象木的競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)度。2.3不同類型單位的林木樣方邊緣的林木,考慮到公式的性質(zhì)以及排除對(duì)象木可能受到林緣效應(yīng),為了消除樣方外未統(tǒng)計(jì)相關(guān)數(shù)據(jù)的林木影響,必須做林緣矯正。方法是這些林木不作為對(duì)象木,而只是作為競(jìng)爭(zhēng)木討論。而對(duì)象木只在距離邊緣6m的樣方內(nèi)選取,而距離邊緣6m以內(nèi)的林木只作為競(jìng)爭(zhēng)木討論。3結(jié)果與分析3.1不同徑級(jí)對(duì)象木競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)度對(duì)比在調(diào)查研究的15個(gè)樣地中,共調(diào)查林木1614株,其中楓香201株,占總林木的12.5%,重要值為0.367。剔除受邊緣效應(yīng)影響的楓香樹,選出對(duì)象木145株,最小胸徑為5.0cm,最大胸徑63.4cm,平均胸徑13.2cm。將調(diào)查的對(duì)象木按徑級(jí)分組,結(jié)果表明:隨著楓香徑級(jí)的變大,對(duì)象木所受到的競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)度逐漸變小,其中徑級(jí)在5.0~10.0cm的對(duì)象木平均競(jìng)爭(zhēng)指數(shù)達(dá)到17.60,在所有徑級(jí)對(duì)象木中最大,而徑級(jí)在40.0cm的對(duì)象木受到的平均競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)度為1.57,在所有徑級(jí)對(duì)象木中最小(表1)。由此可知,楓香對(duì)象木在生長(zhǎng)初期所受到的競(jìng)爭(zhēng)壓力大,到了胸徑30.0cm以后,受到種內(nèi)種間的競(jìng)爭(zhēng)變得很小,這與林分實(shí)際生長(zhǎng)狀況相符合。由于楓香在生長(zhǎng)初期個(gè)體矮小,處于林分中下層,對(duì)光照的需求得不到滿足,在資源的爭(zhēng)奪中處于不利位置。隨著對(duì)象木個(gè)體的增大,楓香對(duì)光照和水分的利用能力增強(qiáng),在林分自疏作用下,對(duì)象木個(gè)體隨著年齡增大距離不斷變大,最終保留在最適生存位置,因此,受到的競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)度逐漸變?nèi)醪u趨穩(wěn)定。3.2不同種類樹種間的競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)度由表2可以看出:隨著徑級(jí)增大,楓香受到的競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)度逐漸變小,這符合林木自然生長(zhǎng)規(guī)律。楓香在不斷生長(zhǎng)過程中,由于對(duì)生長(zhǎng)條件的需求一致,因此,種內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)在所難免,并產(chǎn)生了自疏現(xiàn)象。隨著個(gè)體不斷生長(zhǎng),它們之間的距離逐漸變大并保持在適當(dāng)距離。楓香在生長(zhǎng)初期,由于處于競(jìng)爭(zhēng)劣勢(shì),因此,會(huì)受到來自種內(nèi)和種間其他林木的劇烈競(jìng)爭(zhēng),受到的競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)度隨著個(gè)體胸徑的增大而逐漸減弱。由表3可以看出:不同種類的競(jìng)爭(zhēng)木由于其生物學(xué)特性不同,因此,其對(duì)楓香的競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)度有所差異。在所有林分中,馬尾松對(duì)楓香競(jìng)爭(zhēng)指數(shù)最大,競(jìng)爭(zhēng)指數(shù)為825.346;其次為杉木,競(jìng)爭(zhēng)指數(shù)為115.734;其后為山合歡和麻櫟,競(jìng)爭(zhēng)指數(shù)分別為45.708和42.084。楓香種間的競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)度順序?yàn)轳R尾松>楓香>杉木>山合歡>麻櫟>白櫟>苦櫧>短尾柯>錐栗>化香>小葉櫟>紫楠>檵木>粗糠柴>木荷>黃連木>山礬等。另外,樹種在林分的不同演替階段,其競(jìng)爭(zhēng)能力也是不同的,如先鋒樹種在林分的初期競(jìng)爭(zhēng)能力較強(qiáng),隨著進(jìn)展演替,先鋒樹種不斷被其他樹種所替代,競(jìng)爭(zhēng)也隨之變小。植物種間的競(jìng)爭(zhēng)取決于它們特定的生態(tài)習(xí)性和生態(tài)幅度。當(dāng)2種植物種的生態(tài)習(xí)性和其對(duì)水、氣、光、熱的需求越接近時(shí),它們之間的競(jìng)爭(zhēng)就會(huì)越激烈,反之競(jìng)爭(zhēng)就會(huì)越小。不可避免,當(dāng)一個(gè)種群處于生態(tài)位優(yōu)位時(shí),就會(huì)對(duì)其他的物種生長(zhǎng)和發(fā)育產(chǎn)生抑制作用,也就處于生態(tài)系統(tǒng)中的主導(dǎo)地位。楓香樹種是天目山自然保護(hù)區(qū)的建群種之一,因此會(huì)受到其他樹種的比較劇烈的競(jìng)爭(zhēng)。3.3對(duì)象木胸徑與競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)度的關(guān)系林木競(jìng)爭(zhēng)受到多種因素影響制約,如植株個(gè)體大小、植株種類、生態(tài)學(xué)特性、生長(zhǎng)發(fā)育不同階段以及地理環(huán)境等,其中對(duì)象木的胸徑與競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)度有很大的相關(guān)性。為了研究對(duì)象木胸徑大小與競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)度之間的關(guān)系,通過分析145株對(duì)象木胸徑與其受到的競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)度的關(guān)系,分別采用線性、雙曲線、冪函數(shù)和對(duì)數(shù)函數(shù)進(jìn)行回歸分析擬合,發(fā)現(xiàn)對(duì)象木胸徑與競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)度近似服從冪函數(shù)關(guān)系(圖1,表4),即:IC=AD-B。其中:D為對(duì)象木胸徑;A,B為模型參數(shù)。經(jīng)顯著性檢驗(yàn),相關(guān)系數(shù)R均達(dá)到顯著水平。從表5可以看出,楓香種內(nèi)種間競(jìng)爭(zhēng)隨著對(duì)象木胸徑的變大而減小,當(dāng)楓香胸徑達(dá)到30cm時(shí),其受到的競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)度已變得很小。因此,在楓香胸徑達(dá)到30cm之前,有必要施予一定的人工管理。具體措施為在楓香個(gè)體胸徑比較小時(shí)進(jìn)行撫育間伐,并對(duì)其周圍的伴生樹種進(jìn)行擇伐,這樣可以有效降低楓香個(gè)體受到周圍伴生樹種的競(jìng)爭(zhēng)壓力。4不同品種與不同伴生樹種競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系植物間的競(jìng)爭(zhēng)是自然界中普遍存在的現(xiàn)象,而從個(gè)體水平去研究林分中植物間的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系,能夠更加準(zhǔn)確的反映出個(gè)體和群體間的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。本研究運(yùn)用Hegyi的單木競(jìng)爭(zhēng)模型來定量分析楓香群落種內(nèi)種間的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。實(shí)驗(yàn)證明:楓香種內(nèi)種間競(jìng)爭(zhēng)隨著對(duì)象木胸徑的變大而逐漸變小,兩者呈現(xiàn)出顯著的負(fù)相關(guān)性。這是由于當(dāng)楓香個(gè)體增大時(shí),其對(duì)周圍資源環(huán)境的利用能力增強(qiáng),從而產(chǎn)生了自疏現(xiàn)象,受到的競(jìng)爭(zhēng)隨之變小。在眾多伴生樹種中,馬尾