优化异龄混交迪纳里克森林中优势银杉(Abies alba Mill.)可持续管理的竞争因子定义

【字体: 时间:2025年05月15日 来源:Forest Ecosystems 3.8

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  为明确异龄混交林树木间竞争关系对生长动态的影响,研究人员针对迪纳里克银杉 - 欧洲山毛榉森林,评估 9 种竞争指数(CIs)对银杉生长的建模适用性。发现距离依赖型指数表现更优,优化确定竞争半径为目标树胸径(DBH)的 26 倍、最小竞争 DBH 为目标树的 20%。该研究为森林经营中平衡密度与竞争提供依据。

  
在森林生态系统的复杂网络中,树木间的竞争关系如同看不见的指挥棒,默默调控着森林的生长与演替。对于结构复杂的异龄混交林而言,准确理解竞争机制更是实现可持续管理的关键。然而,目前学界对不同森林类型中竞争指数(Competition Indices, CIs)的适用性仍缺乏共识,尤其是在成熟且结构复杂的林分中,如何量化树木间的竞争影响成为亟待解决的难题。为填补这一研究空白,斯洛文尼亚研究人员针对迪纳里克山脉地区的银杉(Abies alba)- 欧洲山毛榉(Fagus sylvatica)异龄混交林展开深入研究,相关成果发表于《Forest Ecosystems》。

研究人员以 60 株优势银杉为研究对象,通过树干解析、树木年轮测量及邻树竞争因子测定,系统评估了 9 种竞争指数(包括 3 种距离独立型和 6 种距离依赖型指数)对银杉近五年体积生长量(Volume Increment, Vincr)的解释能力。研究采用动态优化方法,调整最小竞争胸径阈值(以目标树胸径 DBHi的比例系数 α 表示)和最大竞争距离阈值(以目标树胸径的比例系数 β 表示),通过线性回归模型的调整决定系数(Adj. R2)筛选最优参数组合。

研究结果


3.1 林分结构与目标树特征


银杉在研究区域占绝对优势(占总蓄积量的 83.4%),平均胸径 41.3 cm,树高 26.0 m,体积 2.70 m3。目标银杉平均年龄 178 年,胸径 59.2 cm,近五年体积生长量变异显著(0.036-0.720 m3)。仅基于树体积的模型解释 32.5% 的生长变异,表明竞争等其他因素影响显著。

3.2 竞争指数的表现差异


距离依赖型指数(如 Hegyi 树高 - 距离指数 CI6、Rouvinen-Kuuluvainen 胸径 - 距离指数 CI7)表现显著优于距离独立型指数。其中,CI6(整合树高与距离)的 Adj. R2最高达 0.647,表明垂直竞争与空间距离对银杉生长影响关键。优化后的竞争阈值显示,当 α=0.26-0.39(即邻树胸径≥目标树 DBH 的 20%-39%)、β=19.0-30.5(即竞争距离≤目标树 DBH 的 26 倍)时,模型解释力最佳,说明较小邻树(如 DBH 为目标树 20% 的个体)及较远邻树(距离达 26 倍 DBH)均可能产生竞争影响。

3.3 动态阈值的优化效果


相较于固定阈值,基于目标树 DBH 的动态阈值优化显著提升模型性能,且竞争距离阈值(β)的优化对模型的贡献大于胸径阈值(α)。这表明在异龄混交林中,树木的空间分布格局比单纯的大小比例更能解释生长变异,印证了距离依赖型指数在复杂林分中的必要性。

结论与意义


本研究首次在迪纳里克异龄混交林体系中系统验证了竞争指数的适用性,明确距离依赖型指数(尤其是整合树高与距离的 CI6)是评估优势银杉竞争影响的有效工具。研究发现,即使在老龄林分中,竞争仍显著抑制银杉生长,且竞争范围远超传统认知的 “近邻” 范畴,延伸至 26 倍胸径距离的区域。动态阈值的提出为精准界定竞争范围提供了量化依据,揭示了异龄混交林结构复杂性对竞争机制的深刻影响。

该成果对森林可持续管理具有重要指导意义:在营林实践中,需综合考虑树木的空间分布与垂直结构,通过合理调控林分密度(如选择性采伐距离达 26 倍胸径的竞争木),优化优势木生长空间。同时,研究强调树高作为竞争预测因子的重要性,为以光竞争为主导的森林生长模型提供了新视角。未来研究可进一步拓展至更长时间尺度及多物种交互作用,以完善复杂森林生态系统的竞争理论体系。

研究方法概括:
研究采用树干解析技术(将树干划分为 15-20 个分段测量直径与年轮宽度)、WinDendro 软件进行年轮宽度测定、Vertex IV 仪器测量邻树树高与距离,通过 R 语言构建线性回归模型,动态优化竞争阈值参数(α 和 β),以调整决定系数(Adj. R2)评估竞争指数性能。样本来源于迪纳里克山脉地区 500 m2 圆形样地,共选取 60 株优势银杉及 4454 株邻树进行分析。

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