目前，森林资源退化是世界范围内所面临的一个主要的环境问题(马姜明等，2010 ; Lipper，2002 ;Dobson et al.，1997 ; Freer-smith，1998 ; Kobayashi，2004)。全球森林面积以每年9.4 × 10⁶ hm²速度减少，热带森林的破坏速度平均每年超过1.2 ×10⁷ hm²，43 % 的陆地生态系统的服务功能受到影响，我国现存森林植被也处于不同程度的退化状态(彭舜磊等，2011 ; Li，2004 ; 雷静品等，2010)。

根据演替发展方向的不同，演替一般可分为进展演替、逆行演替和循环演替(李俊清等，2006 ; Bormann et al.，1981)。循环演替出现于局部地区，相对比较少见(薛建辉等，2006)。现存森林植被发生的退化属于逆行演替。

封山育林是防止逆行演替、推进进展演替的好方法，也是天然林保护中常用的一种措施，但缺点是周期太长。产生逆行演替的原因是由于外力的干扰与破坏，但模仿天然林，以森林进展演替规律为指导，人为促进进展演替，是近自然经营的常见经营技术(赵中华，2011 ; 孟京辉等，2011)，它能够促进林分向顶级林的等级演替，而不会造成森林的逆行演替(郝云庆等，2005)。

本文通过构建自然构成指数来评价森林演替方向与进展演替的差异程度，并尝试以此指导森林经营。

试验区设在湖北省崇阳县桂花林场，崇阳县地处湖北省东南部，幕阜山北坡低山丘陵与江汉平原的过渡地带。林场属亚热带季风气候，四季分明，气候温和，雨量充沛，水热条件优越，年平均气温16.7 ℃，年降水量1 460~1 570 mm，林区内土壤深厚、肥沃，植被繁多。

试验区以苦槠(Castanopsis sclerophylla)为优势树种，伴生树种为枫香(Liquidambar formosana)、小叶栎(Quercus chenii)、杉木(Cunninghamia lanceolata)、马尾松(Pinus massoniana)等。

在湖北省崇阳县桂花林场，选择典型苦槠混交林分设置了4块20 m × 20 m 的试验样地，样地的基本情况如表 1 。对样地内的林木进行每木检尺，包括树木的相对XY坐标、树种、胸径、树高、冠幅等。

表 1 样地概况^① Tab.1 General situation of the sample plot

表 1 样地概况① Tab.1 General situation of the sample plot 样地号Sample plots No． 海拔Elvation/m 坡度Slope /(°) 坡向Aspect 郁闭度Canopy 林分平均高Stand mean height/m 林分平均胸径 Stand mean DBH/cm 林分密度 Stand denstiy /(tree·hm -2) 林分年龄 Stand age/a 树种组成 Species composition ①Ⅰ :苦槠 Castanopsis sclerophylla; Ⅱ :枫香 Liquidambar formosana; Ⅲ :小叶栎 Quercus chenii; Ⅳ:杉木 Cunninghamia lanceolata; Ⅴ :马尾松 Pinus massoniana。 P1 278 15 E 0.5 17.6 26.7 600 42 8 Ⅰ1 Ⅱ +Ⅲ +Ⅴ P2 277 15 ES 0.6 17.0 22.1 725 39 6 Ⅰ4 Ⅱ +Ⅲ +Ⅳ P3 266 30 E 0.7 17.2 21.4 800 37 7 Ⅰ2 Ⅱ1 Ⅲ P4 265 35 N 0.7 16.2 23.3 825 39 7 Ⅰ3 Ⅱ +Ⅲ

通过研究群落演替的规律和发展方向，提出用自然构成指数这一指标来评价森林现状与森林进展演替的差异程度，并据此给出森林结构调整的建议。

构成指数(composeindex，CI)是 Curtis等(1951)提出的一种描述群落演替状态的指标，由组成群落的各乔木树种的重要值和其顶极适应值(climax adaptation value，CAV)相乘得到，即 $\text{CI=}\sum{\text{IV}\cdot \text{CAV}}$ (Curtis et al.，1951 ; 毕刚蕊等，2011)。按群落的 CI 值从小到大排序，作为森林演替序列群落，同时可以将各类型按照现实阶段及未来发展潜力对各群落进行单轴排序，并进行定量描述(陈高等，2005)。

构成指数只是描述群落演替状态的指标，无法对林分的演替走向进行判断，只能作为评价林分与地带性顶级群落差异的指标，不便于在森林经营中应用，所以尝试构建自然构成指数(natural composeindex)来解决这一问题。

自然构成指数是一种对森林现状与进展演替的差异程度进行评价的指标。主要思路是处于演替高级阶段的树木在森林中所受到的竞争压力小于处于演替低级阶段的树木在森林中所受到的竞争压力，即高级树种的环境生长优势大于低级树种。自然构成指数具体公式如下:

式中:NCI_i为以第i株树为参照树的空间结构单元的自然构成指数;NCI_ij是一个离散变量，当参照树i比第j株最近相邻木处于更高的演替阶段且参照树i的竞争压力小于第j株最近相邻木的竞争压力时，或者当参照树i比第j株最近相邻木处于较低的演替阶段且参照树i的竞争压力大于第j株最近相邻木的竞争压力时，取1，否则取0 。树木的竞争压力考虑使用改进的Hegyi 竞争指标进行量化(李建军等，2010)，参照树的最近相邻木株数n取4(惠刚盈等，2001 ; 吕勇等，2012)。

由自然构成指数的定义与式(1)可知，当参照树的最近相邻木株数n取4时，一个空间结构单元自然构成指数的取值有5种可能:

1)在参照树与最近4株相邻木的比较中，有且仅有4株演替等级高的树所受到的竞争压力小于演替等级低的树时，NCI_i= 1 ;

2)在参照树与最近4株相邻木的比较中，有且仅有1株演替等级高的树所受到的竞争压力大于等于演替等级低的树时，NCI_i= 0.75 ;

3)在参照树与最近4株相邻木的比较中，有且仅有2株演替等级高的树所受到的竞争压力大于等于演替等级低的树时，NCI_i= 0.5 ;

4)在参照树与最近4株相邻木的比较中，有且仅有1株演替等级高的树所受到的竞争压力小于演替等级低的树时，NCI_i= 0.25 ;

5)在参照树与最近4株相邻木的比较中，有且仅有0株演替等级高的树所受到的竞争压力小于演替等级低的树时，NCI_i= 0 。

显然，林分的自然构成指数应为林分中所有空间结构单元自然构成指数的均值，故林分自然构成指数计算公式如下:

由式(1)，(2)和自然构成指数的5种取值可能可以判断，当 NCI > 0.5时，处于演替高级阶段的树种在林分中的环境生长优势大于处于演替低级阶段的树种;当 NCI < 0.5时，则相反。因此，可以得到:当林分的自然构成指数为1时，说明林分的演替方向为进展演替，且林分内所有空间结构单元的演替方向为进展演替; 当林分的自然构成指数为0时，说明林分的演替方向为逆行演替，且林分内所有空间结构单元的演替方向为逆行演替; 当林分的自然构成指数越接近1时，说明林分的演替方向为进展演替，而林分内越少部分空间结构单元的演替方向为逆行演替; 当林分的自然构成指数越接近0时，说明林分的演替方向为逆行演替，而林分内越少部分空间结构单元的演替方向为进展演替。

应用自然构成指数分析湖北省桂花林场苦槠混交林的演替方向。

查询《树木学(第二版)》(南方本)中对中国林区的划分，桂花林场属于中南林区。根据中南林区的树种演替，对桂花林场苦槠混交林样地中树种的演替等级进行划分(祁承经等，2005)，并参照彭舜磊等(2011)的研究对各演替等级的树种赋顶级适应值，见表 2 。

表 2 树种演替等级划分 Tab.2 Tree species succession classification

表 2 树种演替等级划分 Tab.2 Tree species succession classification 树种Tree species 演替等级 Succession level 树种组 Tree group 顶级适应值 Climax adaptation value 苦槠 Castanopsis sclerophylla 3 顶级种 Climax species 9 枫香 Liquidambar formosana 2 次顶级种 Sub-climax species 5 小叶栎 Quercus chenii 杉木 Cunninghamia lanceolata 1 先锋种 Pioneer species 1 马尾松 Pinus massoniana

应用自然构成指数计算式(1)和式(2)，分析苦槠混交林的演替状况。

由表 3可知，桂花林场苦槠混交林4块样地的平均自然构成指数都大于0.5，因此其演替方向是进展演替，但林分内有少部分空间结构单元的演替方向是逆行演替。

表 3 各树种在不同样地的自然构成指数及构成指数对比 Tab.3 The comparison among natural composeindex and composeindex of different tree species in different samples

表 3 各树种在不同样地的自然构成指数及构成指数对比 Tab.3 The comparison among natural composeindex and composeindex of different tree species in different samples 指标名称 Index 树种 Tree species 样地号 Sample plots number P1 P2 P3 P4 自然构成指数 Natural composeindex 苦槠 Castanopsis sclerophylla 0.73 0.83 0.78 0.89 枫香 Liquidambar formosana 0.53 0.75 0.67 0.61 小叶栎 Quercus chenii 0.55 0.92 0.86 0.69 杉木 Cunninghamia lanceolata 0 0.83 0 0 马尾松 Pinus massoniana 0.79 0 0 0 汇总 Total 0.65 0.83 0.79 0.76 构成指数 Composeindex 苦槠 Castanopsis sclerophylla 7.21 5.22 6.34 6.10 枫香 Liquidambar formosana 0.59 1.81 1.32 0.98 小叶栎 Quercus chenii 0.25 0.11 0.16 0.63 杉木 Cunninghamia lanceolata 0 0.04 0 0 马尾松 Pinus massoniana 0.03 0 0 0 汇总 Total 8.08 7.18 7.82 7.71

其中样地 P1的构成指数最高，为8.08，说明样地 P1与地带性顶级群落的差异最小，但样地 P1的自然构成指数最低，仅为0.65，说明样地 P1相对林分而言有较多的空间结构单元的演替方向为逆行演替，但样地总体的演替方向仍为进展演替。结合表 2和表 3可知，样地 P1中以苦槠为参照树的空间结构单元其自然构成指数较高，而苦槠为顶级种，说明在样地 P1中苦槠受到较小的竞争压力，所以经过长时间的演替，苦槠将具有更大的生长优势; 而以枫香、小叶栎为参照树的空间结构单元其自然构成指数最低，考虑到样地中苦槠数量最多，且枫香和小叶栎为次顶级种，可以认为枫香和小叶栎所受到的竞争压力较小，以枫香和小叶栎为参照树的空间结构单元其自然构成指数的演替方向最接近逆行演替，若不进行人为调控，有发展成逆行演替的可能; 以马尾松为参照树的空间结构单元其自然构成指数很高，因此马尾松在林分中的作用应该会进一步弱化，甚至会从林分中退出。

样地 P2的构成指数虽然最低，仅7.18，但自然构成指数为0.83，说明样地 P2有较少的空间结构单元的演替方向为逆行演替，而样地总体的演替方向为进展演替。其中以小叶栎为参照树的空间结构单元自然构成指数为0.92，其演替方向最接近进展演替; 以苦槠、杉木为参照树的空间结构单元其次，以枫香为参照树的空间结构单元在整个样地中与进展演替差异最大，但也有0.75，说明林分的演替方向整体趋向于进展演替。由于以苦槠为参照树的空间结构单元其自然构成指数较高，考虑到苦槠为主要树种且为顶级种，可以认为苦槠在林分中所受的竞争压力较小，所以经过长时间的演替，苦槠将具有更大的生长优势; 以小叶栎和杉木为参照树的空间结构单元其自然构成指数很高，说明该空间结构单元将进一步向顶级种演替，可以认为小叶栎和杉木会从林分中退出; 以枫香为参照树的空间结构单元其自然构成指数最低，即最接近逆行演替，若不进行人为调控，有发展成逆行演替的可能。

样地 P3的构成指数为7.82，说明样地 P3与地带性顶级群落的差异不大，自然构成指数为0.79，说明样地 P3中有较少的空间结构单元的演替方向为逆行演替，而样地总体的演替方向为进展演替。其中以苦槠为参照树的空间结构单元其自然构成指数较高，而苦槠为顶级种，说明在样地 P3中苦槠受到较小的竞争压力，所以经过长时间的演替，苦槠将具有更大的生长优势; 而以枫香为参照树的空间结构单元其自然构成指数最低，考虑到样地中苦槠数量最多，且枫香为次顶级种，可以认为枫香所受到的竞争压力较小，以枫香为参照树的空间结构单元其自然构成指数的演替方向最接近逆行演替，若不进行人为调控，有发展成逆行演替的可能;以小叶栎为参照树的空间结构单元其自然构成指数很高，因此小叶栎在林分中的作用应该会随着林分的演替而进一步弱化，甚至有可能会从林分中退出。

样地 P4的构成指数为7.71，说明样地 P4与地带性顶级群落的差异不大，自然构成指数为0.76，说明样地 P4中有较少的空间结构单元的演替方向为逆行演替，而样地总体的演替方向为进展演替。其中以苦槠为参照树的空间结构单元其自然构成指数很高，而苦槠为顶级种，说明在样地 P4中苦槠受到较小的竞争压力，所以经过长时间的演替，苦槠将具有更大的生长优势; 而以枫香、小叶栎为参照树的空间结构单元其自然构成指数最低，考虑到样地中苦槠数量最多，且枫香和小叶栎为次顶级种，可以认为枫香和小叶栎所受到的竞争压力较小，以枫香和小叶栎为参照树的空间结构单元其自然构成指数的演替方向最接近逆行演替，若不进行人为调控，有发展成逆行演替的可能。

由于自然构成指数低于0.5的空间结构单元其演替方向为逆行演替，故考虑对4块样地中自然构成指数低于0.5(包括0.5)的空间结构单元进行结构调整。结合4块样地中各树种的平均自然构成指数分析，建议对各样地进行如下结构调整:

1)由于样地 P1中以枫香和小叶栎为参照树的空间结构单元其自然构成指数偏低，可以适当对该空间结构单元中大径材的低演替等级树木进行采伐，以帮助高演替等级树木的生长，防止逆行演替，促进进展演替。

2)由于样地 P2中以枫香为参照树的空间结构单元其自然构成指数偏低，可以适当对该空间结构单元中大径材的低演替等级树木进行采伐，以帮助高演替等级树木的生长，防止逆行演替，促进进展演替。

3)由于样地 P3中以枫香为参照树的空间结构单元其自然构成指数偏低，可以适当对该空间结构单元中大径材的低演替等级树木进行采伐，以帮助高演替等级树木的生长，防止逆行演替，促进进展演替。

4)由于样地 P4中以枫香和小叶栎为参照树的空间结构单元其自然构成指数偏低，可以适当对该空间结构单元中大径材的低演替等级树木进行采伐，以帮助高演替等级树木的生长，防止逆行演替，促进进展演替。

1)自然构成指数是一种对森林现状与森林进展演替的差异程度进行评价的指标。以处于演替高级阶段的树木在森林中所受到的竞争压力小于处于演替低级阶段的树木在森林中所受到的竞争压力为思路，通过对空间结构单元中参照树与相邻木的生长优势进行对比，并综合考虑树种的演替等级，从而得到自然构成指数。对比构成指数，自然构成指数不仅能描述林分的演替方向，而且对森林经营有一定的指导作用。

2)在分析湖北桂花林场苦槠混交林时，通过计算林分的自然构成指数，可以知道林分的演替方向为进展演替，但林分内有部分空间结构单元的演替方向是逆行演替。可以利用自然构成指数为指导进行结构调整，防止林分的逆行演替，促进林分更快地向顶级群落演替。