留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

天目山枫香种内与种间竞争的数量研究

骆文建 韦新良 汤孟平 张志华 王敬 冯雪

方国景, 汤孟平. 天目山常绿阔叶林优势种群胸径的空间连续性分析[J]. 浙江农林大学学报, 2014, 31(5): 663-667. DOI: 10.11833/j.issn.2095-0756.2014.05.001
引用本文: 骆文建, 韦新良, 汤孟平, 等. 天目山枫香种内与种间竞争的数量研究[J]. 浙江农林大学学报, 2012, 29(5): 641-646. DOI: 10.11833/j.issn.2095-0756.2012.05.001
FANG Guojing, TANG Mengping. Spatial continuity for DBH in dominant populations of an evergreen broadleaved forest in National Nature Reserve of Mount Tianmu, China[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2014, 31(5): 663-667. DOI: 10.11833/j.issn.2095-0756.2014.05.001
Citation: LUO Wen-jian, WEI Xin-liang, TANG Meng-ping, et al. Intraspecific and interspecific competition in Liquidambar formosana on Mount Tianmu[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2012, 29(5): 641-646. DOI: 10.11833/j.issn.2095-0756.2012.05.001

天目山枫香种内与种间竞争的数量研究

DOI: 10.11833/j.issn.2095-0756.2012.05.001
详细信息
    通信作者: 韦新良

Intraspecific and interspecific competition in Liquidambar formosana on Mount Tianmu

More Information
    Corresponding author: WEI Xin-liang
  • 摘要: 根据野外调查数据,利用Hegyi提出的单木竞争模型,对浙江省临安市天目山国家级自然保护区内枫香Liquidambar formosana的种内、种间的竞争强度进行定量分析。通过对保护区内145株枫香对象木以及614株竞争木的调查研究,结果表明:枫香的种内竞争强度随着林木径级的增大而减少;种内、种间竞争强度的顺序为:马尾松Pinus massoniana>枫香>杉木Cunninghamia lanceolata>山合欢Albizzia macrophylla>麻栎Quercus acutissima>白栎Quercus fabri>苦槠Castanopsis sclerophylla>短尾柯Lithocarpus brevicaudatus>锥栗Castanea henryi>化香Platycarya strobilacea>小叶栎Quercus chenii>紫楠Phoebe sheareri>檵木Loropetalum chinense>粗糠柴Mallotus philippinensis>木荷Schima superba>黄连木Pistacia chinensis>山矾Symplocos sumuntia等。竞争强度与对象木胸径服从幂函数关系,且当枫香胸高直径达到30 cm以上时,竞争强度变得很小。利用模型预测了枫香种内、种间的竞争强度。说明Hegyi的单木竞争模型可以为种内、种间竞争指数提供可适应的数量指标。图1表5参15
  • 常绿阔叶林是中国亚热带地区最复杂、生产力最高、生物多样性最丰富的地带性植被类型之一,对保护环境、维持全球性碳循环的平衡和人类的持续发展等都具有极重要的作用[1]。对常绿阔叶林的研究是维护亚热带地区生物多样性和构建稳定森林结构的基础工作,也是近年来生态学研究的热点之一[2-4]。地统计学(GS,geostatistics)于20世纪50年代初开始形成,60年代在法国著名统计学家Matheron[5]的大量理论研究工作基础上形成一门新的统计学分支。地统计学如今已经被广泛用于地理学、生态学、环境科学、土壤学等诸多领域的研究中[6]。在林业上,通常把林分中的树木视为离散点,分析林木空间分布格局[7]。实际上,树木的属性特征(胸径、冠幅、树高等)的空间分布被认为是具有空间连续性的[8]。在树木的各属性特征中,胸径是最常用的指标,也是最容易准确测定的指标。本研究通过对浙江省天目山国家级自然保护区内的常绿阔叶林优势种群的胸径空间分布进行地统计分析,以便揭示常绿阔叶林的空间结构特征,为常绿阔叶林的保护和恢复重建提供理论依据。

    浙江省天目山国家级自然保护区位于浙江省西北部临安市境内的西天目山,距省会杭州94 km,30°18′30″~30°24′55″N,119°23′47″~119°28′27″E。区内年平均气温为8.8~14.8 ℃[9];≥10 ℃积温2 500~5 100 ℃;年降水量1 390~1 870 mm,相对湿度76%~81%。自然保护区受海洋暖湿气候影响较深,具有中亚热带向北亚热带过渡特征,森林植被十分茂盛。由于区内地势较为陡峭,海拔上升快,气候差异大,植被的分布有着明显的垂直界限,自山麓到山顶垂直带谱为:海拔870 m以下为常绿阔叶林;870~1 100 m为常绿、落叶阔叶混交林;1 100~1 380 m为落叶阔叶林;1 380~1 506 m为落叶矮林。其中,常绿阔叶林是自然保护区内重点保护植被类型。

    选择保存较完好的常绿阔叶林设置样地,样地大小为100 m×100 m(图 1)。用相邻格子调查方法,把样地划分为100个10 m×10 m的调查单元。在每个调查单元内,对胸径大于或等于5 cm的木本植物进行每木调查,记录树木种类,测定每株树木的胸径、树高、活枝下高、冠幅等因子,采用激光对中全站仪(徕卡TCR702Xrange)测定每株树木坐标(x,y,z)。

    图  1  样地三维地形图
    Figure  1.  3D map of the plot
    2.2.1   优势种确定

    优势树种按优势度分析法确定[10]。其方法是首先计算群落乔木层每个树种的相对胸高断面积,并作为优势度,按优势度从大到小排序。然后,通过下式确定优势树种数:

    $ d=\frac{1}{N}\left[{\sum\limits_{i \in T} {{{\left({{x_i}-x} \right)}^2}+\sum\limits_{i \in U} {x_j^2} } } \right]. $

    (1)

    式(1)中:xi为排序在前的上位种(T)的相对胸高断面积,x为优势树种所占的理想百分比,xj为上位种以外的剩余种(U)的相对胸高断面积,N为总种数。如果群落只有1个优势树种,则优势树种的理想百分比为100.0%。如果有2个优势树种,则它们的理想百分比为50.0%,如果有3个优势树种,则理想百分比为33.3%,依次类推,分别计算d值。当d为最小值时的上位种数为群落乔木层优势树种数。

    2.2.2   空间统计分析

    地统计学的核心是半变异函数。半变异函数分析是通过测定区域化变量分隔等距离的样点间的差异来研究变量的空间相关性和空间结构。分隔距离h的2点x0x的区域化变量Zxi)和Zxi+h)之间的变异,可用增量值Zxi)-Zx+h)平方的数学期望(即区域化变量增量的方差)表示:

    $ 2\gamma \left(h \right)=E\left\{ {{{\left[{Z\left({{x_i}} \right)-Z\left({{x_j}+h} \right)} \right]}^2}} \right\}{\mathop{\rm var}} \left[{Z\left({{x_i}} \right)-Z\left({{x_i}+h} \right)} \right]. $

    (2)

    式(2)中:γh)称为半变异函数。半变异函数既是距离h函数,又是方向a的函数。半变异函数曲线图(semivariogram)是半变异函数值γh)对距离h的函数的图形,它有3个特征参数:基台值(sill),变程(range)和块金值(nugget),可作为各个方向的平均值,也可作为某一特定方向的值。基台值表示变量在研究系统中最大的变异程度,包括空间结构方差(c)和块金方差(c0)。空间结构方差表示非随机的结构原因形成的变异,块金方差则反映的是由实验误差和小于最小取样尺度所引起的随机变异。变程表示研究变量在空间上自相关的范围。对于观测的数据系列Zxi)(其中i=1,2,3,…,n),样本半变异函数值可由下式计算:

    $ \gamma \left(h \right)=\frac{1}{{2N\left(h \right)}}\sum\limits_{i=1}^{N\left(h \right)} {{{\left[{Z\left({{x_j}} \right)-Z\left({{x_j}+h} \right)} \right]}^2}}. $

    (3)

    式(3)中:γh)是相隔距离为h的半变异函数曲线图的估计值,Nh)为被h分割的数据对(xixi+h)的总数即是相隔距离为h的所有点的配对数,Zxi)和Zxi+h)分别为在点x和(xi+h)处样本的测量值,h为样点间距离(图 2)。当用变异函数定量描述整个区域时,需给变异曲线配制相应的数学模型。本研究拟合了有基台值的3个模型:球状模型、指数模型和高斯模型(表 1)。Journel等[11]推荐遵循间距和最远配对样品之间的距离。间距距离4 m保证有1个足够的间距配对数。最大搜索距离使用相应样地宽的一半,即50 m[12]。地统计学计算分析使用的是GS+软件。

    图  2  1个典型的半变异函数
    Figure  2.  A typical Simivariogram
    表  1  地统计模型
    Table  1.  Models of geostatistics
    类型模型说明
    球状模型c0为块金值;c0+c为基台值;a为变程;c为偏基台值。
    高斯模型c0c意义同前,当丨h丨=${\sqrt 3 a}$时,1-exp(-丨h丨/a)2=0.95≈1,故变程为${\sqrt 3 a}$。
    指数模型c0c意义同前,当丨h丨=3a时,1-exp(-丨h丨/a)2=0.95≈1,故变程为3a
    下载: 导出CSV 
    | 显示表格

    根据调查结果进行统计,样地内胸径5 cm以上的乔木共计1 603株,72个种。计算群落乔木层各树种的相对胸高断面积,并按降序排列,根据式(1)确定优势树种。结果显示:群落有13个优势树种(表 2)。13个优势树种的株数和胸高断面积分别占样地的78.66%和81.13%,表明这些树种在森林群落乔木层中占明显的优势。其中细叶青冈Cyclobalanopsis myrsinaefolia(A),杉木Cunninghamia lanceolata(B),短尾柯Lithocarpus brevicaudatus(C),青冈Cyclobalanopsis glauca(E)和豹皮樟Litsea coreana(M)是常绿树种,占样地总株树的61.01%。细叶青冈(A),短尾柯(C)和青冈(E)三者的株树占了总株树的52.71%,胸高断面积占了总样地胸高断面积的34.04%。

    表  2  优势种群及其比例
    Table  2.  Dominant tree species and mingling
    优势种数量/株比例/%胸高断面积/m2比例/%平均胸高断面积/cm2
    细叶青冈(A)48430.195.067 818.50104.71
    松木(B)513.183.197 210.42626.90
    短尾柯(C)18311.422.496 38.14136.41
    枫香(D)422.622.369 47.72564.14
    青冈(E)17811.12.270 97.40127.58
    白栎(F)664.122.175 07.09329.55
    黄连木(G)442.741.792 75.84407.43
    蓝果树(H)80.51.023 03.331 278.75
    天目木姜子(I)482.990.821 22.68171.08
    榉树(J)402.50.803 52.62200.88
    黄檀(K)311.930.798 92.60257.71
    金钱松(L)40.250.745 52.431 863.75
    豹皮樟(M)825.120.724 22.3688.32
    小计1 26178.6624.896 381.13197.43
    样地1 60310030.681 7100191.4
    说明:A细叶青冈Cyclobalanopsis myrsinaefolia;B杉木Cunninghamia Lanceolata;C短尾柯Lithocarpus brevicaudatus;D枫香Liquidambar formosana;E青冈Cyclobdanopsis glauca;F白栎Quercus fabri; G黄连木Pistacia chinensis;H蓝果树Nyssa sinensis ;I天目木姜子Litsea auriculata; J榉树Zelkova schneideriana;K黄檀Dalbergia hupeana;L金钱松Pseudolarix kaempferi;M豹皮樟Litsea coreana。
    下载: 导出CSV 
    | 显示表格

    不同方向上的半变异函数往往会表现出不同的性质,这种不同方向上的差异称为各向异性[13],反之称为各向同性。各向同性是各向异性的特例。对本次调查的数据进行方向差异性检验时发现树木胸径的空间相关性仅仅与2点间的距离有关,即具有各向同性,因此不考虑方向效应,用各向同性变异函数进行分析。在各优势树种中,蓝果树(H)和金钱松(L)的株数太少,达不到最低配对数,不符合地统计分析要求,不予计算。黄檀(K)函数变程大于50 m,超出了最大搜索距离,在空间分布的函数假设中,认为超出最大距离的树是没有意义的,也不予计算。地统计模型的拟合,首要考虑决定系数r2的大小,然后考虑变程和块金值的大小,从而确定最佳模型。结果如表 3

    表  3  优势种群胸径变异函数计算结果
    Table  3.  Dominant tree species basal area and height variograms
    优势树种胸径半变异函数
    模型块金值c0基台值c1+c0结构比c1/c1+c0决定系数r2变程/m
    细叶青冈(A)指数13.8046.040.700.8811.10
    松木(B)球状21.40150.800.860.303.40
    短尾柯(C)指数20.2144.540.550.9035.70
    枫香(D)指数19.10108.500.820.317.50
    青冈(E)高斯18.5544.020.580.9045.55
    白栎(F)指数27.90118.800.770.234.20
    黄连木(G)高斯2.00102.000.980.144.33
    天目木姜子(I)指数5.2055.990.910.132.70
    榉树(J)高斯0.1057.700.990.094.68
    豹皮樟(M)指数0.0026.801.000.010.30
    总样地高斯25.1082.860.700.855.72
    下载: 导出CSV 
    | 显示表格

    表 3可见:豹皮樟(M)块金值为0,半变异函数值具有纯金块效应,即在该样地空间尺度上不存在空间相关性。杉木(B),枫香(D),白栎(F),黄连木(G),天目木姜子(I)和榉树(J)的结构比大于0.75,空间相关性较强;细叶青冈(A),短尾柯(C),青冈(E)结构比都在0.55以上,具有中度的空间相关性。短尾柯(C),青冈(E)和细叶青冈(A)的变程较大,空间连续性范围分别为35.70 m,45.55 m和11.10 m,其余优势树种的变程都在7.50 m以内。样地整体结构比为0.70,具有中度的空间相关性,平均空间连续性范围为5.70 m。

    天目山国家级自然保护区常绿阔叶林的优势树种中,以细叶青冈、杉木、短尾柯和枫香为主,形成多优势种结构特征,林分胸径特征具有较高的空间相关性,但林分整体的空间连续性范围较小,仅在6 m以内,这也体现了常绿阔叶林的结构复杂性。汤孟平等[14]采用Ripley’s Kd)函数分析优势种群空间分布格局和种间关联关系,认为天目山常绿阔叶林群落的优势种均呈显著聚集分布,多数优势种间有较强的种间关联性。这与本研究的结果是一致的。本研究仅对树木胸径这一属性特征,分析其空间连续性,林分其他因子,包括土壤性质、竞争等的空间连续性有待进一步研究。地统计分析是研究林分特征的有力工具,有必要在林业领域开发出具有林业特色的实用空间统计软件,使空间统计学理论、方法、程序系统一体化[15],以促进空间统计分析在林业领域的广泛应用。

  • [1] 陈诗燕, 程鸿浩, 吴筱萌, 徐悦, 邹运鼎, 毕守东.  基于Fuzzy分析的茶园游猎蛛取食小贯小绿叶蝉的种间竞争作用 . 浙江农林大学学报, 2023, 40(5): 1008-1017. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20220753
    [2] 李超, 裴顺祥, 张连金, 郭嘉, 辛学兵.  北京油松人工林竞争指数的适用性评价 . 浙江农林大学学报, 2019, 36(6): 1115-1124. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2019.06.008
    [3] 唐思嘉, 汤孟平, 赵赛赛, 杜秀芳, 沈钱勇, 庞春梅.  天目山毛竹竞争空间格局的动态分析 . 浙江农林大学学报, 2018, 35(2): 199-208. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2018.02.002
    [4] 牛晓栋, 江洪, 方成圆, 陈晓峰, 孙恒.  天目山常绿落叶阔叶混交林生态系统水汽通量特征 . 浙江农林大学学报, 2016, 33(2): 216-224. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2016.02.005
    [5] 范佩佩, 韦新良, 郭如意, 汤孟平.  天目山针阔混交林林木空间特性 . 浙江农林大学学报, 2015, 32(5): 675-682. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2015.05.004
    [6] 牛晓栋, 江洪, 王帆.  天目山森林生态系统大气水汽稳定同位素组成的影响因素 . 浙江农林大学学报, 2015, 32(3): 327-334. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2015.03.001
    [7] 巢林, 洪滔, 李键, 陈灿, 洪伟, 吴承祯.  不同林龄、径级杉木人工林种内竞争规律 . 浙江农林大学学报, 2015, 32(3): 353-360. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2015.03.004
    [8] 方国景, 汤孟平.  天目山常绿阔叶林优势种群胸径的空间连续性分析 . 浙江农林大学学报, 2014, 31(5): 663-667. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2014.05.001
    [9] 王敬, 韦新良, 徐建, 范佩佩.  天目山针阔混交林林木空间分布格局特征 . 浙江农林大学学报, 2014, 31(5): 668-675. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2014.05.002
    [10] 徐建, 韦新良, 王敬, 汪贤挺, 俞立鹏.  龙王山落叶阔叶林优势树种的种内种间竞争 . 浙江农林大学学报, 2014, 31(6): 868-876. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2014.06.007
    [11] 商侃侃.  浙江天目山孑遗植物群落主要种群的种间关系 . 浙江农林大学学报, 2013, 30(2): 206-214. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2013.02.008
    [12] 张志华, 韦新良, 汤孟平, 骆文建, 王敬.  天目山针阔混交林中枫香的结构特征 . 浙江农林大学学报, 2012, 29(6): 867-874. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2012.06.010
    [13] 李根有, 马丹丹, 杨淑贞, 赵明水, 谢文远.  见于天目山的2种浙江新记录植物:细齿短梗稠李和长叶赤瓟 . 浙江农林大学学报, 2010, 27(1): 159-161. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2010.01.026
    [14] 李根有, 陈征海, 叶喜阳, 马丹丹, 赵明水, 谢文远.  发现于天目山的2种浙江新记录植物 . 浙江农林大学学报, 2009, 26(2): 292-293.
    [15] 俞飞, 侯平, 陈全明, 王祖良.  天目山老龄柳杉林土壤种子库状态与更新 . 浙江农林大学学报, 2008, 25(4): 464-468.
    [16] 谢春平, 伊贤贵, 王贤荣.  福建武夷山野生早樱群落优势种群种间竞争 . 浙江农林大学学报, 2008, 25(6): 718-722.
    [17] 江挺, 汤孟平.  天目山常绿阔叶林优势种群竞争的数量关系 . 浙江农林大学学报, 2008, 25(4): 444-450.
    [18] 曹永慧, 萧江华, 陈双林, 吴柏林, 吴明, 张德明.  竹阔混交林中阔叶树对毛竹生长的影响及竞争关系 . 浙江农林大学学报, 2006, 23(1): 35-40.
    [19] 金则新, 周荣满.  木荷种内与种间竞争的数量关系 . 浙江农林大学学报, 2003, 20(3): 259-263.
    [20] 钱国钦.  枫香杉木混交林生产力及生态特性 . 浙江农林大学学报, 2000, 17(3): 289-293.
  • 期刊类型引用(8)

    1. 郑枭,王通,庞春梅,宋思婧,丁山,余树全. 气候变化背景下天目山落叶阔叶林乔木层1996—2017年动态研究. 浙江农林大学学报. 2023(06): 1250-1260 . 本站查看
    2. 韩敏,董希斌,刘慧,张期奇. 大兴安岭天然落叶松次生林不同演替阶段的空间结构. 东北林业大学学报. 2020(06): 123-127 . 百度学术
    3. 王铮屹,戴其林,柏宬,陈涵,库伟鹏,赵明水,余树全. 天目山皆伐毛竹林自然更新群落类型与多样性分析. 浙江农林大学学报. 2020(04): 710-719 . 本站查看
    4. 杜秀芳,汤孟平,郦青,沈钱勇,杨帆. 临安不同森林类型混交度的对比研究. 西南林业大学学报(自然科学). 2019(03): 101-108 . 百度学术
    5. 管杰然,商天其,伊力塔,叶诺楠,余树全. 天目山常绿落叶阔叶混交林优势种生物量变化及群落演替特征. 生态学报. 2017(20): 6761-6772 . 百度学术
    6. 马锦丽,江洪,龚莎莎,舒海燕,方成圆,吴孟霖,孙文文,陈晓峰. 天目山自然保护区典型阔叶林的光合生理特性. 安徽师范大学学报(自然科学版). 2016(02): 157-163 . 百度学术
    7. 马锦丽,江洪,舒海燕,吴孟霖,方成圆,孙文文,陈晓峰,牛晓栋,龚莎莎. 天目山自然保护区典型阔叶林的光合特性. 福建农林大学学报(自然科学版). 2016(04): 381-390 . 百度学术
    8. 范佩佩,韦新良,郭如意,汤孟平. 天目山针阔混交林林木空间特性. 浙江农林大学学报. 2015(05): 675-682 . 本站查看

    其他类型引用(9)

  • 加载中
  • 链接本文:

    https://zlxb.zafu.edu.cn/article/doi/10.11833/j.issn.2095-0756.2012.05.001

    https://zlxb.zafu.edu.cn/article/zjnldxxb/2012/5/641

计量
  • 文章访问数:  3706
  • HTML全文浏览量:  216
  • PDF下载量:  1442
  • 被引次数: 17
出版历程
  • 收稿日期:  2011-10-26
  • 修回日期:  2011-12-04
  • 刊出日期:  2012-10-20

天目山枫香种内与种间竞争的数量研究

doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2012.05.001
    通信作者: 韦新良

摘要: 根据野外调查数据,利用Hegyi提出的单木竞争模型,对浙江省临安市天目山国家级自然保护区内枫香Liquidambar formosana的种内、种间的竞争强度进行定量分析。通过对保护区内145株枫香对象木以及614株竞争木的调查研究,结果表明:枫香的种内竞争强度随着林木径级的增大而减少;种内、种间竞争强度的顺序为:马尾松Pinus massoniana>枫香>杉木Cunninghamia lanceolata>山合欢Albizzia macrophylla>麻栎Quercus acutissima>白栎Quercus fabri>苦槠Castanopsis sclerophylla>短尾柯Lithocarpus brevicaudatus>锥栗Castanea henryi>化香Platycarya strobilacea>小叶栎Quercus chenii>紫楠Phoebe sheareri>檵木Loropetalum chinense>粗糠柴Mallotus philippinensis>木荷Schima superba>黄连木Pistacia chinensis>山矾Symplocos sumuntia等。竞争强度与对象木胸径服从幂函数关系,且当枫香胸高直径达到30 cm以上时,竞争强度变得很小。利用模型预测了枫香种内、种间的竞争强度。说明Hegyi的单木竞争模型可以为种内、种间竞争指数提供可适应的数量指标。图1表5参15

English Abstract

方国景, 汤孟平. 天目山常绿阔叶林优势种群胸径的空间连续性分析[J]. 浙江农林大学学报, 2014, 31(5): 663-667. DOI: 10.11833/j.issn.2095-0756.2014.05.001
引用本文: 骆文建, 韦新良, 汤孟平, 等. 天目山枫香种内与种间竞争的数量研究[J]. 浙江农林大学学报, 2012, 29(5): 641-646. DOI: 10.11833/j.issn.2095-0756.2012.05.001
FANG Guojing, TANG Mengping. Spatial continuity for DBH in dominant populations of an evergreen broadleaved forest in National Nature Reserve of Mount Tianmu, China[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2014, 31(5): 663-667. DOI: 10.11833/j.issn.2095-0756.2014.05.001
Citation: LUO Wen-jian, WEI Xin-liang, TANG Meng-ping, et al. Intraspecific and interspecific competition in Liquidambar formosana on Mount Tianmu[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2012, 29(5): 641-646. DOI: 10.11833/j.issn.2095-0756.2012.05.001

目录

/

返回文章
返回