生长空间竞争指数及其在油松、侧柏种内竞争中的应用研究

研究林木个体之间的竞争是研究森林生态系统基础,林木竞争的研究方法主要有定性描述和定量分析两种方法并先后提出了20多种衡量竞争程度的竞争指数系统,但有关学者研究后认为,这些竞争指数都没有较好地解决了定量分析中树冠变化的问题。论文首次提出生长空间竞争指数(Growthspacecompetitionindex,GSCI),系树冠表面积与胸高断面积之比,由于树冠外围面积代表树冠接受光照最强的部分并且是决定生产效率的重要指标,因此在群体和群落的竞争中作为反映竞争参数,较好地解决了定量分析中树冠变化的问题,为树冠覆盖程度的无量纲度量。本文还在油松(Pinus tabulaeformis)、侧柏(Platycladus orientalis)林种内个体竞争中得到应用,与常用的简单竞争指数(Competition index,CI)和空间竞争指数(Growth space index,GSI)进行了对比研究。     

Growth space competition index(GSCI)and application in the individual intraspecies competition of Pinus tabulaeformis and Platycladus orientalis forests

dized-combination;Yield;Grey system;Related degree0玉米科学Journal of Maize Sciences50-52S513D04723D;D047了20多种衡量竞争程度的竞争指数系统,但有关学者研究后认为,这些竞争指数都没有较好地解决了定量分析中树冠变化的问题。论文首次提出生长空间竞争指数(Growthspacecompetitionindex,GSCI),系树冠表面积与胸高断面积之比,由于树冠外围面积代表树冠接受光照最强的部分并且是决定生产效率的重要指标,因此在群体和群落的竞争中作为反映竞争参数,较好地解决了定量分析中树冠变化的问题,为树冠覆盖程度的无量纲度量。本文还在油松(Pinustabulaeformis)、侧柏(Platycladusorientalis)林种内个体竞争中得到应用,与常用的简单竞争指数(Competitionindex,CI)和空间竞争指数(Growthspaceindex,GSI)进行了对比研究。     

邻体竞争对城市森林微景观中针叶树视觉形态性状的影响

树木视觉形态性状是城市绿地微景观美学质量的重要影响因素之一,树木视觉形态性状的变化与其周围邻体木的竞争作用息息相关,但邻体竞争对树木视觉性状的作用机制尚不明确。研究于2022年8-10月对北京市城市公园中常见的针叶树种白皮松、侧柏、油松、圆柏展开调查,从树冠形态、干冠协调、树干形态3个方面构建了9个树木视觉形态性状指标,采用3个不同的竞争指标分析邻体竞争对针叶树种视觉形态性状的影响。结果表明,针叶树的树冠形态对邻体竞争的响应比较敏感,竞争中的白皮松、侧柏、油松、圆柏偏冠指数与孤立木相比分别提高了16.95%、28.95%、22.76%、17.67%;树冠缺失率分别提高了3.92%、6.09%、4.87%、4.95%。与孤立木相比,部分针叶树种高径比、分枝角变异度在多侧竞争环境中显著提高,而树冠舒展度则显著降低。邻体竞争强度越大,针叶树树冠的偏移与缺失程度越大。当针叶树受到强烈的侧方竞争时,对象木树冠和树干的径向生长显著受阻,表现为树冠舒展度大幅度下降、高径比显著提高,使树冠向细高方向发展。当针叶树上方的生长空间被占据时,其轴向生长同样受到严重阻碍,树木的冠径比和高径比维持较稳定状态。总体而言,四种针叶树种在视觉形态上对竞争胁迫的响应具有一定差异性,其中油松最为敏感,圆柏次之。综上,在城市森林微景观中,邻体竞争会导致针叶树种的树冠及树形发生明显变化,这种变化主要受综合资源竞争的影响,与其周围潜在生长空间的大小及对称性有关。在城市森林景观营建时,建议将针叶树栽植在对称的竞争环境中,但是其邻体木不宜过高,通过四周邻体木的适度竞争,能够促进针叶树的轴向生长,同时降低树冠偏移或变形的风险,提高其视觉美学效果。     

子午岭次生油松林立木竞争格局研究

研究干旱区森林立木竞争及空间分布格局,旨在为揭示干旱区森林恢复演替过程中竞争动态和格局形成驱动机制提供科学依据。经全面调查之后,依据时空互代原理选择了4个处于不同演替阶段,面积为0.25 hm²的大样地进行研究。采用Hegyi邻体密度模型研究立木竞争强度指数。采用Kriging法与Hegyi法相结合研究立木竞争的空间格局。采用一元和二元O-ring函数模型分别研究了乔木空间分布格局和乔木种间空间相关性。结果表明：在上述4个群落中油松（Pinus tabuliformis）种群密度分别为1 476、996、800、648株·hm^-2,白桦（Betula platyphylla）种群密度为48、32、44、16株·hm^-2,山杨（Populus davidiana）种群密度分别为64、28、24、12 株·hm^-2。3种主要乔木的竞争指数由高到低依次为油松、白桦、山杨,各物种竞争指数均随演替阶段的增长而下降;演替后期,胸径2~15 cm油松个体减少明显,而胸径大于30 cm的个体数量有所增加;在所有演替阶段中,油松竞争指数均随着胸径的增加而下降;油松种群竞争空间格局为典型的非匀质斑块状格局。点格局分析结果表明,油松种群在0~5 m尺度呈现聚集分布,且与其他树种在5~15 m尺度存在空间负相关。本研究主要结论如下,黄土高原次生油松林群落中油松竞争指数高于其他物种。油松在各演替阶段均呈现出基于径级大小的竞争不对称性,演替后期油松群落自疏机制为限制小径级个体的生长。竞争的格局在水平空间尺度具有斑块性,随着演替的进行,高竞争斑块在数量、范围和强度上减小,但并不会消失。油松生态策略为小尺度聚集分布,与其他树种在5~15 m尺度空间负相关,这个尺度已经超过了经典的树冠竞争理论范畴,其背后的原因需要更加深入地研究。     

子午岭天然油松林乔木层种内与种间竞争关系研究

采用改进的竞争指数模型研究了甘肃省子午岭天然油松林乔木层种内和种间竞争强度。结果发现:(1)随对象木胸径的增大,油松种群因自疏作用使植株距离增加,种内竞争强度降低。(2)油松群落内其它物种虽较多,但个体普遍较小,种间竞争相对较弱,种内与种间竞争关系顺序为:油松种内>辽东栎>漆树>春榆。(3)竞争强度与对象木胸径的关系服从幂函数关系,当油松胸径达25cm以上时,竞争强度变化不大,所得的预测模型能很好地预测油松种内和种间的竞争强度。(4)改进的竞争指数模型能很好地度量油松的种内和种间竞争强度。     

择伐对阔叶红松林主要组成树种种内、种间竞争的影响

以择伐37 年后的阔叶红松林为对象,研究择伐对林内主要树种种内、种间竞争的影响.结果表明：择伐对阔叶红松林主要树种的种群结构、分布格局和竞争指数均产生了极显著影响.各树种的竞争指数变化值与其耐荫性指数存在极显著负相关关系(r=-0.8821).种内竞争强度与聚集强度、个体数呈极显著线性关系,择伐区内枫桦、紫椴等阳性树种的聚集强度最大,种内竞争强度远大于种间竞争,有利于树种之间的共存.择伐降低了红松对其伴生树种的竞争,而阳性树种对其他树种的竞争压力有所上升.择伐37 年后,红松所受的竞争压力变化较小,有利于红松的稳定生长;由于自疏作用,枫桦、紫椴的优势度将有所下降;冷杉所受的竞争压力有所减弱,有利于其种群数量的恢复.     

基于树冠竞争因子的落叶松人工林单木生长模型

基于黑龙江省佳木斯市孟家岗林场落叶松人工林14块固定标准地的两期调查数据(2007、2009年),通过分析树冠变量与林木生长的关系,构建了2个树冠竞争指数(CIa、CIb),并将其作为单木竞争指标构建了落叶松人工林与距离有关的单木生长模型。研究结果表明:文中提出的二个树冠竞争指数优于Hegyi竞争指数(CI),落叶松各个竞争指数与林木断面积生长量相关性大小顺序为CIbCIaCI。随着对象木影响圈的扩大,竞争指数趋于稳定,对模型的拟合效果有所提高。林木大小是影响落叶松单木生长的主要因子,胸径越大,单木生长量越大。通过引入与距离有关的树冠竞争指数将单木模型的拟合优度提高了5.6%。本文构建的与距离有关的单木生长模型可以很好地预估人工落叶松单木的断面积生长量。     

太岳山油松天然林林木的空间格局

油松(Pinus tabulaeformis)耐低温、干旱和贫瘠,是我国北方温性针叶林中分布最广的森林群落,也是我国北方广大地区最主要的造林树种之一。太岳林区在山西省素称"油松之乡",麻池背的油松天然林从封禁以来,在其生长过程中未受到干扰破坏,形成了独特的油松天然林生态系统顶级群落。2007年7月,在太岳林区灵空山林场的麻池背,设置了一块面积为4hm2的油松天然林样地,逐一测量并记录了样地内所有胸径大于1cm乔木树种的胸径(DBH),树高,冠幅(南北,东西)和枝下高,并对其挂牌标记,鉴定种名,确定坐标位置。用扩散系数C,平均拥挤度m*和聚块性指数m*/m及Morisita指数Iδ对样地内林木的空间格局进行了判断,主要研究了油松林木空间格局随取样尺度、林木径级变化的动态以及油松上层木,下层木和枯立木的空间格局,另外还分析了主要伴生树种辽东栎(Quercus liaotungensis)以及其他所有阔叶树种的空间格局。研究结果表明:样地内胸径大于1cm的乔木树种共35种,3561株,油松2583株,占总个体数的72.50%,其中活立木2482株,枯立木101株;辽东栎319株,占总个体数的9.07%,为油松的主要伴生树种;其余各树种的个体数占总个体数的比例均不到4%。林分中构成中上层林的树种是油松,树高10m以上的乔木树种中,油松以外的其他树种只占了3.99%;10m以下的乔木树种和灌木组成了下层林木。油松的径级分布呈峰型,中径级个体多,主要集中在28—36cm,小径级与大径级则相对较少。在5m×5m,10m×10m,20m×20m三个尺度下,油松林木均为集群格局,且尺度变化对聚集程度影响不明显;同时对不同径级油松林木分布格局研究显示,除最大径级(d44cm)外,其余各径级基本都为集群格局,而最大径级为随机格局,表明随着生长发育,油松林木空间格局由集群格局逐渐向随机格局转变;油松上层木、下层木和枯立木均为集群格局;主要伴生树种辽东栎以及其他所有阔叶树种皆为集群格局。     

京西油松生态公益林空间结构评价

分析油松生态公益林空间结构并进行经营迫切性评价,为油松生态公益林空间结构的优化调整奠定理论基础。基于北京九龙山油松生态公益林的实测数据,选取混交度、大小比数、角尺度、密集度、林层指数、开敞度和竞争指数7个空间结构参数分析油松生态公益林的空间结构特征,并从密度、格局、竞争和混交等方面选取10个指标构建了经营迫切性评价指标体系并确定评价标准,进而对油松林进行了经营迫切性评价。结果表明:(1)油松纯林和油松混交林都接近随机分布,但油松纯林空间结构较为简单,树种组成单一,以零度和弱度混交为主,呈现单种聚集趋势;(2)林木大小分化不明显,主要树种油松与华北落叶松的优势度较大;(3)林木之间较为密集,处于密集的林木比例较高;(4)绝大部分林木都分布在中林层与上林层,林层结构不太明显;(5)两种林分处于中度竞争状态,与油松纯林相比,油松混交林的开敞度较小,生长空间较为不足;(6)油松纯林与混交林的经营迫切性指数分别为0.6与0.5,经营迫切性等级为特别迫切和十分迫切,说明油松生态公益林多数状态特征不符合标准,急需通过采取有效的经营措施优化林分配置,改善森林状况,以实现油松生态公益林可持续发展。     

基于边际回归的沈阳市绿化树种人工油松冠形模拟

构建城市典型绿化树种树冠外部轮廓预估模型,可以为城市绿化树种的空间配置优化奠定基础。本研究以辽宁省沈阳市典型绿化树种人工油松为对象,基于Crown Window装置获取60株样木树冠形状,利用幂函数、分段抛物线方程和修正Kozak方程选取基础模型,通过再参数化引入树冠结构因子(最大树冠半径)和相邻木竞争变量(相邻木平均树高、平均胸径、平均冠幅、相邻木株数,以及样木与其相邻木平均树冠接触高),构建耦合相邻木竞争及树冠结构因子的油松树冠外部轮廓预估模型。结果表明: 修正Kozak方程R_a²最大、均方根误差(RMSE)最小,模型稳定性良好,选取其为构建油松冠形模型的基础模型。通过再参数化在基础模型中引入最大树冠半径和相邻木平均胸径后,模型的R_a²提高0.0693,MSER为14.4%。分析最大树冠半径和相邻木竞争对油松树冠形状的影响发现,最大树冠半径对树冠形状影响较大,树冠半径随最大树冠半径增大而增大;相邻木平均胸径对树冠形状影响相比最大树冠半径较弱,树冠上半部分随相邻木竞争增强而增大,树冠下半部分随相邻木竞争增强而变小。本研究构建的耦合相邻木竞争及最大树冠半径的油松树冠外部轮廓边际回归模型具有良好的拟合优度,能够合理地模拟及预测沈阳市典型绿化树种人工油松的树冠形状。     

油松、侧柏苗木水力结构特征的对比研究

油松侧柏是分同属两个不同耐旱类型的树种,为了进一步了解其在水分运输和耐旱机理方面的特点,应用水力结构的基本理论,在正常水分条件下,用改良的冲洗法测定４年生油松侧柏苗木各部位的水力结构参数。实验和模拟的结果表明,油松和侧柏苗木都存在限速区;在非限速区,二者各部分木质部的导水串、比导串、叶比导串和胡伯尔值都随功能木质部直径的增加而增大,但表现出不同的变化趋势,这些变化能较好地说明油松和侧柏苗木耐旱的生态策略。在功能木质部直径相同的情况下,油松苗木水力结构的各参数均较侧柏大。     

渭北黄土高原主要造林树种根系分布特征的研究

采用土钻法研究了油松、刺槐、樟子松、华山松、侧柏和山杏6个树种的垂直根系分布特征.结果表明,立地条件对刺槐根系分布特征有明显的影响,林地土壤水分状况的差异是造成这种影响的关键所在;土壤种类、结构等对刺槐根系的分布特征也有很大影响;油松在幼年期(8年生)即可达到根系分布的最大深度,但根系密度却随着林龄的增大呈明显的增大趋势;不同树种在根系垂直分布特征方面存在着很大差异,其中刺槐根系分布最深.根据各树种根系垂直分布特征,在黄绵土阳向立地上各树种生产力的大小次序为:刺槐>山杏>油松>樟子松>华山松>侧柏.     

渭北黄土高原主要造林树种根系分布特征的研究

采用土钻法研究了油松、刺槐、樟子松、华山松、侧柏和山杏６个树种的垂直根系分布特征。结果表明,立地条件对刺槐根系分布特征有明显的影响,林地土壤水分状况的差异是造成这种影响的关键所在;土壤种类、结构等对刺槐根系的分布特征也有很大影响;油松在幼年期（８年生）即可达到根系分布的最大深度,但根系密度却随着林龄的增大呈明显的增大趋势;不同树种在根系垂直分布特征方面存在着很大差异,其中刺槐根系分布最深。根据各树     

历山森林群落物种多样性与群落结构研究

采用多样性指数、丰富度指数和均匀度指数对山西历山森林群落物种多样性进行了研究.结果表明,各群落类型的物种多样性指数的顺序为：青榨槭＋五角枫林>青榨槭＋鹅耳枥林>辽东栎林>栓皮栎林>华山松＋红桦林>油松＋栎林>白桦林>侧柏＋栓皮栎林>红桦林>华山松林>侧柏林>油松林>红桦＋山杨林;森林群落灌木层多样性指数和丰富度指数大于草本层和乔木层,而均匀度指数在乔木层、灌木层和草本层则表现出多样化的趋势;海拔1 000～1 920 m之间,Shannon-Wiener指数、Hill多样性指数及物种丰富度与海拔梯度均呈正相关(P<0.05),海拔大于1 920 m则呈现负相关;这些指数沿海拔梯度的变化呈现出“中间高度膨胀”的规律,即中等海拔高度上物种多样性高而低海拔和高海拔物种多样性低.这主要是由于在中海拔（约1 900 m）地段水热条件组合较好,人类活动干扰较少所致.     

松阿扁叶蜂对不同树种挥发物的触角电位反应

用MS302生物信号记录分析系统,以顶端记录法测定松阿扁叶蜂成虫对不同树种挥发性物质的EAG反应。结果显示,该蜂成虫对其嗜好的油松、赤松、华山松挥发物的EAG反应敏感,雌成虫放电频率分别为45.2次/s、42.1次/s、42.3次/s,电位值依次为1 022 mV、1.139 mV、0.706 mV, 但对其非寄主树种的侧柏挥发物反应微弱,对空气无反应。雌成虫对油松挥发物的不同气流量17 mL/s、17 mL/s、85 mL/s的放电频率和电位值分别为24.8次/s、45.2次/s、46.6次/s和0.533 mV、1.022 mV、1.316 mV,表明EAG反应程度因挥发物气流量浓度不同而变化。触角电位与选择性行为的测试结果基本一致,表明松阿扁叶蜂在寄主选择过程中,触角的嗅觉功能起着重要作用。     

北京地区侧柏人工林密度效应

密度是影响森林尤其是人工林生长的重要因素,林冠层是森林生态系统与其他系统进行能量和物质交换的重要场所,树木及树冠生长对林分密度的响应关系可以看作是生物对环境变化产生的适应性现象。林分密度效应是生态学和森林培育学的重要研究内容之一。以23块8种不同密度梯度的北京山区侧柏人工幼龄林林分为研究对象分析其树木生长及树冠生长对密度的响应关系,其中树冠指标使用了参照了美国林务局(USDA)的树冠调查指标。研究结果表明:(1)林分平均胸径、平均树高和平均冠幅生长均随密度增大而减小,林分密度大于3000株/hm2时各指标减小的趋势变缓,使用异速生长模型可以很好地拟合这种变化关系;(2)随密度增加,树冠水平方向和垂直方向生长均到显著地抑制作用,树冠外形表现出由饱满冠型向狭长冠型变化的适应性现象;(3)使用树冠二维、三维指标与密度进行相关性分析可知树冠长度、树冠率等指标与林分密度呈负相关关系,树冠圆满度及树冠生产效率与密度表现出极显著正相关关系;(4)采用枝解析的方法研究了树枝长度、材积的平均生长量、连年生长量与密度的关系,结果表明幼龄期各生长量差异不大;(5)在建立冠幅模型时考虑了自变量间的多重共线性问题,所建的胸径单自变量二次方模型能够很好地预测侧柏人工幼龄林冠幅生长过程,模型相关系数R2为0.961。     

北京不同类型居住区树种组成结构及其三维空间配置

以北京城区3种不同类型居住区为对象,对其树种组成、相对重要程度以及在胸径、树高和树冠等级上的三维空间配置结构进行了分析.结果表明:不同类型居住区既有相同的核心树种又有各自的特色主导树种,其中,毛白杨(Populus tomentosa)、国槐(Sophora japonica)和侧柏(Platycladus orientalis)是各类居住区重要值均较高的共同核心树种,而泡桐(Paulewnia fortunei)、雪松(Cedrus deodara)、加杨(Populus canadensis)和银杏(Ginkgo biloba)等高大挺拔树种是单位附属居住区中的重要树种,臭椿(Ailanthus altissima)、白蜡(Fraxinus chinensis)和枣树(Ziziphus jujube)等传统乡土树种是胡同居住区中的重要树种,刺槐(Robinia pseudoacacia)、油松(Pinus tabulaeformis)、垂柳(Salix babylonica)和龙爪槐(Sophora japonica cv.Pendula)等优良园林景观树种则是混合居住区中的重要树种;从居住区树木三维空间配置结构来看,不同类型居住区树木在水平胸径等级、垂直树高等级和树冠等级结构上的总体分布均表现出向上发展的潜力,整个居住区树木仍处于一个快速生长阶段;从3种类型居住区的比较来看,单位附属居住区的树木密度、树冠覆盖度以及平均胸径、平均树高水平都明显高于其他两类居住区,其空间绿量相对充实,而胡同居住区由于受土地所限已难以大幅提升绿量水平,但混合居住区内仍有较大的空间绿量增加潜力.     

黄土高原油松天然纯林结构特征的研究

结构是森林群落的基本特征,决定着群落的功能和发展方向。该研究采用结构参数角尺度(W)、混交度(M)、大小比数(U)以及样地纵剖面图分析了两块长宽均为60 m×60 m的油松天然林的空间结构特征,同时采用胸径(DBH)、树高(TH)和冠幅面积(CA)分布的直方图以及Shannon-Wiener多样性指数分析了它的非空间结构特征。结果表明:油松天然林种间隔离程度很低(=0.019),几乎为油松纯林,个体大小分化均匀(=0.478),整体呈随机分布(=0.485)。小树(TH≤5 m)个体相对较少,而大树(TH10 m)占多数且其树高分布集中。平均树高多样性THD=2.35,胸径集中分布在14~34 cm,58.4%~62.8%的树冠面积分布在20~40 m~2。林下油松幼苗更新丰富,但分布不均。这些特征表明成熟的油松天然林群落结构不稳定,可能趋向衰退并将逐渐被其他阔叶树种代替。