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目前,无论是对人工林还是天然林,大多都将乔木层视作整体研究探讨其直径分布[1-6],基于分层的直径分布研究较少[7-10]。Knoke等[8]仅对由不同林龄的人工林组成的混交林直径分布进行了描述;庄崇洋等[9]对典型中亚热带天然阔叶林各林层直径分布及变化规律的研究表明,各林层直径分布差异显著,分林层研究林分直径分布是有必要的。
半天然林是指通过造林和人工促进天然更新方式经营与调整后的森林[11],是介于人工林和天然林之间的重要的森林类型。目前国内外对半天然林的研究较少,现有报道中多以半天然杉阔混交林或半天然杉木马尾松混交林为研究对象,且研究内容多集中于林分的形成发育、树种组成和物种多样性、空间格局及群落结构等方面[12-18],在对半天然林林分直径结构的研究上,陈存及等[13]仅对半天然杉阔混交林的直径分布做简单的形状描述,尚未见从各林层和分布拟合的角度研究半天然林直径分布的报道。
本研究以半天然马尾松(Pinus massoniana Lamb.)阔叶混交林为研究对象,采用最大受光面法[19]划分林层,在对其树种组成与多样性研究的基础上[12],对半天然马尾松阔叶混交林各林层(包括全林和各亚层)的直径分布进行探讨,揭示半天然马尾松阔叶混交林全林及各林层直径分布的特点,以期为该类型林分的可持续经营提供依据。
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计算各样地各林层的偏度和峰度值,并进行正态性检验,结果见表1。从S-W检验结果来看,各样地全林的P值均小于0.05,说明其直径分布均不服从正态分布,这与典型人工林的直径分布有显著区别;所有样地的第Ⅱ亚层均未通过正态性检验,第Ⅰ亚层中有5块样地服从正态分布。
样地号
Plot No.层属
Storey偏度系数
SK峰度系数
KTS-W检验P值
P value of S-W test1 全林 Stand 0.60 −0.70 0.000 第Ⅰ亚层
Sublayer Ⅰ0.15 −0.75 0.078* 第Ⅱ亚层
Sublayer Ⅱ0.83 −0.13 0.000 2 全林 Stand 0.77 0.02 0.000 第Ⅰ亚层
Sublayer Ⅰ0.60 −0.13 0.001 第Ⅱ亚层
Sublayer Ⅱ0.76 −0.48 0.000 3 全林 Stand 0.59 −0.51 0.000 第Ⅰ亚层
Sublayer Ⅰ0.44 −0.43 0.010 第Ⅱ亚层
Sublayer Ⅱ1.09 0.81 0.000 4 全林 Stand 0.77 −0.41 0.000 第Ⅰ亚层
Sublayer Ⅰ0.05 −0.77 0.186* 第Ⅱ亚层
Sublayer Ⅱ0.78 −0.18 0.000 5 全林 Stand 0.91 0.01 0.000 第Ⅰ亚层
Sublayer Ⅰ0.25 −0.51 0.366* 第Ⅱ亚层
Sublayer Ⅱ1.05 0.69 0.000 6 全林 Stand 0.55 −0.56 0.000 第Ⅰ亚层
Sublayer Ⅰ0.36 −0.69 0.009 第Ⅱ亚层
Sublayer Ⅱ0.88 0.04 0.000 7 全林 Stand 0.55 −0.55 0.000 第Ⅰ亚层
Sublayer Ⅰ0.30 −0.36 0.181* 第Ⅱ亚层
Sublayer Ⅱ1.11 0.72 0.000 8 全林 Stand 0.48 −0.49 0.000 第Ⅰ亚层
Sublayer Ⅰ0.50 −0.49 0.001 第Ⅱ亚层
Sublayer Ⅱ1.05 0.72 0.000 9 全林 Stand 0.54 −0.42 0.000 第Ⅰ亚层
Sublayer Ⅰ0.34 0.01 0.352* 第Ⅱ亚层
Sublayer Ⅱ1.06 0.43 0.000 10 全林 Stand 1.05 0.95 0.000 第Ⅰ亚层
Sublayer Ⅰ0.71 0.26 0.005 第Ⅱ亚层
Sublayer Ⅱ0.94 0.50 0.000 *表示服从假设分布。
* Means obeying the hypothesis distribution.Table 1. Characteristic values of diameter distributions for each sample plot and storey
分析林分及各亚层的偏度系数可知,所有样地各林层的偏度系数均为正值,说明直径分布曲线均为右偏,林分或亚层内小于平均直径的林木株数较多,直径偏向小径阶;所有样地第Ⅱ亚层的偏度系数均大于第Ⅰ亚层,说明相对于第Ⅱ亚层来说第Ⅰ亚层的直径分布更接近于正态分布;比较各样地全林及各亚层的偏度系数可知,除2号、8号和10号样地外,其余样地的全林偏度系数均介于第Ⅰ亚层和第Ⅱ亚层之间。
从峰度系数来看,全林中除2号、5号和10号样地的峰度大于0外,其余样地的峰度均小于0,说明大多数样地的分布曲线呈低峰态,直径分布比较分散;除1号、4号和6号样地外,其余样地第Ⅱ亚层的峰度绝对值均大于第Ⅰ亚层峰度绝对值;比较各样地全林及各亚层的峰度系数可知,除2号、5号和10号样地外,其余样地的全林峰度系数绝对值均介于第Ⅰ亚层和第Ⅱ亚层峰度绝对值之间。
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利用χ2检验法在0.05的显著性水平下对各样地各林层的直径分布拟合结果进行检验,若χ2 < χ20.05则说明在0.05水平下拟合效果显著,Weibull分布、Meyer负指数分布的拟合参数及卡方检验结果见表2。
样地号
Plot No.层属
StoreyWeibull分布 Meyer负指数函数 参数
Parameters卡方值
Chi-square value参数
Parameters卡方值
Chi-square valuea b c χ2 χ20.05 K a χ2 χ20.05 1 全林 Stand 5.999 10.064 0.994 5.092* 12.592 107.033 0.107 5.186* 14.067 第Ⅰ亚层 Sublayer Ⅰ 5.279 11.611 2.360 2.175* 12.592 13.218 −0.004 37.681 14.067 第Ⅱ亚层 Sublayer Ⅱ 5.000 3.003 1.219 0.835* 3.841 358.938 0.301 0.939* 3.841 2 全林 Stand 4.348 8.644 1.393 7.760* 14.067 77.678 0.089 17.910 15.507 第Ⅰ亚层 Sublayer Ⅰ 5.645 9.608 11.201 11.201* 14.067 22.946 0.031 58.200 15.507 第Ⅱ亚层 Sublayer Ⅱ 5.187 3.335 1.056 2.000* 3.841 211.086 0.289 2.419* 5.991 3 全林 Stand 5.208 9.649 1.145 10.865* 15.507 63.865 0.082 15.159* 16.919 第Ⅰ亚层 Sublayer Ⅰ 6.000 10.804 2.150 4.636* 15.507 15.906 0.019 60.845 16.919 第Ⅱ亚层 Sublayer Ⅱ 4.908 3.124 1.310 4.696 3.841 229.297 0.299 5.467* 5.991 4 全林 Stand 5.997 11.382 0.947 9.249* 16.919 75.020 0.125 11.194* 18.307 第Ⅰ亚层 Sublayer Ⅰ 5.000 14.062 1.807 15.154* 16.919 10.603 0.029 15.553* 18.307 第Ⅱ亚层 Sublayer Ⅱ 5.502 4.230 0.953 3.086* 3.841 145.589 0.254 3.369* 5.991 5 全林 Stand 5..433 7.593 1.012 5.479* 14.067 100.005 0.129 4.434* 15.507 第Ⅰ亚层 Sublayer Ⅰ 4.402 12.627 2.250 5.364* 14.067 9.673 0.012 22.719 15.507 第Ⅱ亚层 Sublayer Ⅱ 4.747 3.534 1.424 0.559* 5.991 211.021 0.259 6.183* 7.815 6 全林 Stand 5.998 10.647 0.999 16.035 12.592 63.324 0.084 12.981* 14.067 第Ⅰ亚层 Sublayer Ⅰ 5.780 10.646 2.068 9.355* 12.592 12.457 0.002 36.115 14.067 第Ⅱ亚层 Sublayer Ⅱ 5.237 3.394 0.958 4.391* 5.991 231.060 0.303 3.512* 7.815 7 全林 Stand 5.973 9.654 1.010 12.566* 12.592 83.482 0.091 12.032* 14.067 第Ⅰ亚层 Sublayer Ⅰ 5.999 10.196 2.427 5.311* 12.592 13.670 −0.001 54.500 14.067 第Ⅱ亚层 Sublayer Ⅱ 4.611 3.288 1.467 5.254* 5.991 283.565 0.292 5.827* 7.815 8 全林 Stand 3.745 9.491 1.500 12.079* 12.592 69.279 0.077 17.254 14.067 第Ⅰ亚层 Sublayer Ⅰ 7.663 8.228 1.762 4.029* 11.071 26.525 0.033 36.942 12.592 第Ⅱ亚层 Sublayer Ⅱ 5.381 3.857 0.882 5.103* 5.991 247.803 0.293 4.776* 7.815 9 全林 Stand 5.999 11.708 0.994 19.511 15.507 71.481 0.090 17.313 16.919 第Ⅰ亚层 Sublayer Ⅰ 5.297 11.720 2.535 5.366* 15.507 13.872 0.017 59.709 16.919 第Ⅱ亚层 Sublayer Ⅱ 5.280 3.511 0.909 5.000* 5.991 270.918 0.306 5.936* 7.815 10 全林 Stand 4.859 7.450 1.274 7.078* 15.507 80.561 0.111 15.351* 16.919 第Ⅰ亚层 Sublayer Ⅰ 3.214 12.357 2.738 13.140* 15.507 11.831 0.032 30.008 16.919 第Ⅱ亚层 Sublayer Ⅱ 4.905 4.499 1.305 2.752* 7.815 115.074 0.191 6.619* 9.488 *表示服从假设分布。
* Means obeying the hypothesis distribution.Table 2. The fitting parameters and inspection results of diameter distributions for each sample plot and storey
由表2可知,对于Weibull分布而言,10块样地的全林直径分布中,只有6号和9号样地未通过卡方检验,其余8块样地均通过检验;所有样地的第Ⅰ亚层直径分布均服从Weibull分布,第Ⅱ亚层中仅有3号样地未通过。对于Meyer负指数分布而言,10块样地的全林直径分布中,有3块样地未通过,通过率较Weibull分布更低;10块样地中仅有4号样地的第Ⅰ亚层直径分布服从Meyer负指数分布,其余9块样地均拒绝;但对于各样地第Ⅱ亚层来说,Meyer负指数分布的通过率高达100%。总体而言,Weibull分布在全林及第Ⅰ亚层的拟合效果更好,特别是对于第Ⅰ亚层的拟合效果显著,而Meyer负指数分布则能更好的拟合第Ⅱ亚层直径分布。
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通过比较两种分布函数的拟合效果,选择Weibull分布拟合各样地全林及第Ⅰ亚层的直径分布,第Ⅱ亚层则选用Meyer负指数分布进行拟合,结果见图1、图2。
Figure 1. Line charts of diameter class and fitting curves of distribution functions of No.1~5 sample plots
Figure 2. Line charts of diameter class and fitting curves of distribution functions of No.6~10 sample plots
从图1、图2可以看出,全林直径分布呈反J型或波纹状反J型曲线,第Ⅰ亚层和第Ⅱ亚层的直径分布差异显著,但各样地的各对应亚层表现相对一致,整体表现为第Ⅰ亚层呈山状曲线或多峰分布,第Ⅱ亚层则呈反J型;从第Ⅱ亚层过渡到第Ⅰ亚层时,亚层直径分布在图上表现为顶峰右移、峰值减小。各样地的第Ⅰ亚层直径分布与全林直径分布均有重叠,重叠部分的起始径阶介于14~18 cm之间,但第Ⅱ亚层直径分布与全林直径分布基本没有重叠。各样地第Ⅰ亚层与第Ⅱ亚层均存在交点,交点径阶介于8~14 cm之间,在该径阶范围内相同直径大小的林木处于第Ⅰ亚层与第Ⅱ亚层的株数大致相等,说明该径阶范围内林分的树高结构比较复杂,可能对林分树高研究产生影响。