基于heghi模型的枫香竞争强度分析

基于heghi模型的枫香竞争强度分析

森林之间的竞争是影响森林生长发育的重要因素，也是形成种群结构的重要因素。因此，森林之间的竞争关系一直是植物生态学和其他领域研究的热点问题。竞争普遍存在于森林生态系统中,它是林木种内种间关系的主要表现形式之一,主要表现在邻近的林木之间对所生存的空间和环境资源的争夺。如今很多问题尚无满意的回答和解释,如植物竞争的发生条件,林木之间的竞争指数系统等。为了更准确地预测林木生长,自20世纪60年代以来,人们相继提出了描述林木间竞争强度的数量指标,即竞争指数系统。对单木竞争的研究,以Hegyi提出的单木竞争模型预测效果最佳。枫香Liquidambarformosana系落叶大乔木,高可达40m;树皮灰褐色,叶片纸质,宽卵形,上面深绿色;木材通常作家具及建筑用材,也是很好的行道绿化树种。由于受人为干扰的影响,枫香树在全国范围内锐减,目前主要分布在四川、湖北、湖南、浙江、江苏、安徽、江西、广东、广西及贵州等省、自治区的亚热带常绿阔叶林区。迄今为止,国内学者在枫香树种的探索方面主要集中在新种的筛选和幼苗的培育,但关于枫香的种内种间竞争研究却鲜有报道。本研究以临安天目山枫香群落为研究对象,采用Hegyi的单木竞争模型,分析枫香种内种间的竞争强度,旨在探索枫香林内以及枫香群落与伴生树种的相互关系,为天目山国家级自然保护区经营管理以及枫香人工林的栽植和培育,提供可参照的依据。1森林生态系统及动植物多样性天目山国家级自然保护区地处浙江省临安市西北部,面积为4248hm2,位于30°18′30″~30°24′55″N,119°24′11″~119°28′21″E,海拔300~1556m,具有典型的中亚热带森林生态系统和森林景观。由于独特的山体影响,区内形成冬暖夏凉的小气候。其丰富的植物资源和优越的自然环境,为各种植被的生长繁衍提供了良好的条件。保护区内国家珍稀濒危植物有35种,有种子植物1718种,蕨类植物151种,苔藓植物291种。土壤以红壤、棕壤为主,常绿阔叶林是天目山地带性植被。2学习方法2.1样地的选取和竞争木距离的确定在对保护区的植被进行系统踏查的基础上,结合地势条件,选择15块具有代表性的典型样地,每块样地林木密度适宜,郁闭度不低于0.6,样地大小为30m×30m,并对所有样地内的林木进行每木检尺,记录其胸径、树高、冠幅、枝下高、树种等指标,并用全站仪记录每株林木的具体坐标。把样地内所有胸径(DBH)≥5cm的枫香初选作为对象木。竞争木距离范围的确定主要根据林隙半径和上层树的影响范围。本研究以6m为竞争半径对枫香群落所受到的种内、种间的竞争关系进行定量分析。2.2应用he立树模型的单木竞争模型目前,国内关于单木竞争的研究很多,也相继提出一些单木竞争模型。竞争指数种类很多,研究种群竞争关系,选择合适的竞争指数非常重要,应当以简单实用为原则。本研究采用Hegyi的单木竞争模型来分析预测林木竞争强度,其表达式为:其中:IC为竞争指数,其值越大,表明对象木受到的竞争越激烈;Di为对象木i的胸径;Dj为竞争木的胸径;Lij为对象木i与竞争木j之间的距离;N为竞争木株树。首先计算选定对象木和其竞争范围内竞争木的竞争指数,将N株竞争木的竞争指数累加平均即得该对象木的竞争强度。2.3不同类型单位的林木样方边缘的林木,考虑到公式的性质以及排除对象木可能受到林缘效应,为了消除样方外未统计相关数据的林木影响,必须做林缘矫正。方法是这些林木不作为对象木,而只是作为竞争木讨论。而对象木只在距离边缘6m的样方内选取,而距离边缘6m以内的林木只作为竞争木讨论。3结果与分析3.1不同径级对象木竞争强度对比在调查研究的15个样地中,共调查林木1614株,其中枫香201株,占总林木的12.5%,重要值为0.367。剔除受边缘效应影响的枫香树,选出对象木145株,最小胸径为5.0cm,最大胸径63.4cm,平均胸径13.2cm。将调查的对象木按径级分组,结果表明:随着枫香径级的变大,对象木所受到的竞争强度逐渐变小,其中径级在5.0~10.0cm的对象木平均竞争指数达到17.60,在所有径级对象木中最大,而径级在40.0cm的对象木受到的平均竞争强度为1.57,在所有径级对象木中最小(表1)。由此可知,枫香对象木在生长初期所受到的竞争压力大,到了胸径30.0cm以后,受到种内种间的竞争变得很小,这与林分实际生长状况相符合。由于枫香在生长初期个体矮小,处于林分中下层,对光照的需求得不到满足,在资源的争夺中处于不利位置。随着对象木个体的增大,枫香对光照和水分的利用能力增强,在林分自疏作用下,对象木个体随着年龄增大距离不断变大,最终保留在最适生存位置,因此,受到的竞争强度逐渐变弱并渐趋稳定。3.2不同种类树种间的竞争强度由表2可以看出:随着径级增大,枫香受到的竞争强度逐渐变小,这符合林木自然生长规律。枫香在不断生长过程中,由于对生长条件的需求一致,因此,种内竞争在所难免,并产生了自疏现象。随着个体不断生长,它们之间的距离逐渐变大并保持在适当距离。枫香在生长初期,由于处于竞争劣势,因此,会受到来自种内和种间其他林木的剧烈竞争,受到的竞争强度随着个体胸径的增大而逐渐减弱。由表3可以看出:不同种类的竞争木由于其生物学特性不同,因此,其对枫香的竞争强度有所差异。在所有林分中,马尾松对枫香竞争指数最大,竞争指数为825.346;其次为杉木,竞争指数为115.734;其后为山合欢和麻栎,竞争指数分别为45.708和42.084。枫香种间的竞争强度顺序为马尾松>枫香>杉木>山合欢>麻栎>白栎>苦槠>短尾柯>锥栗>化香>小叶栎>紫楠>檵木>粗糠柴>木荷>黄连木>山矾等。另外,树种在林分的不同演替阶段,其竞争能力也是不同的,如先锋树种在林分的初期竞争能力较强,随着进展演替,先锋树种不断被其他树种所替代,竞争也随之变小。植物种间的竞争取决于它们特定的生态习性和生态幅度。当2种植物种的生态习性和其对水、气、光、热的需求越接近时,它们之间的竞争就会越激烈,反之竞争就会越小。不可避免,当一个种群处于生态位优位时,就会对其他的物种生长和发育产生抑制作用,也就处于生态系统中的主导地位。枫香树种是天目山自然保护区的建群种之一,因此会受到其他树种的比较剧烈的竞争。3.3对象木胸径与竞争强度的关系林木竞争受到多种因素影响制约,如植株个体大小、植株种类、生态学特性、生长发育不同阶段以及地理环境等,其中对象木的胸径与竞争强度有很大的相关性。为了研究对象木胸径大小与竞争强度之间的关系,通过分析145株对象木胸径与其受到的竞争强度的关系,分别采用线性、双曲线、幂函数和对数函数进行回归分析拟合,发现对象木胸径与竞争强度近似服从幂函数关系(图1,表4),即:IC=AD-B。其中:D为对象木胸径;A,B为模型参数。经显著性检验,相关系数R均达到显著水平。从表5可以看出,枫香种内种间竞争随着对象木胸径的变大而减小,当枫香胸径达到30cm时,其受到的竞争强度已变得很小。因此,在枫香胸径达到30cm之前,有必要施予一定的人工管理。具体措施为在枫香个体胸径比较小时进行抚育间伐,并对其周围的伴生树种进行择伐,这样可以有效降低枫香个体受到周围伴生树种的竞争压力。4不同品种与不同伴生树种竞争关系植物间的竞争是自然界中普遍存在的现象,而从个体水平去研究林分中植物间的竞争关系,能够更加准确的反映出个体和群体间的竞争关系。本研究运用Hegyi的单木竞争模型来定量分析枫香群落种内种间的竞争关系。实验证明:枫香种内种间竞争随着对象木胸径的变大而逐渐变小,两者呈现出显著的负相关性。这是由于当枫香个体增大时,其对周围资源环境的利用能力增强,从而产生了自疏现象,受到的竞争随之变小。在众多伴生树种中,马尾