白桦(Betula platyphylla)次生林是我国北方广泛分布的重要森林类型之一，在水源涵养、水土保持和防风固沙等方面具有不可替代的作用。但由于经营条件等原因限制，目前白桦次生林林分生长状况较差，生态功能不断下降，生物多样性低、病虫害等一系列问题较为严重，而缺少抚育、桦树剥皮与林下放牧是影响白桦次生林健康生长的3个重要方面。

白桦树皮具有多种用途。桦皮是白桦脂酸提取的主要原料，白桦脂酸具有诸多生物活性，如抗肿瘤、抗 HIV、抗炎、抗菌、抗疟疾等(徐军等，2011)，可作人畜用药。桦皮不透水、不透气，柔软而富有弹性，可用于制作桦皮屋、桦皮船、工艺品以及其他生产和生活用品等，形成了森林地区的桦皮文化(魏立群，2006)。并已成为我国民间口头与非物质文化遗产推介对象(王益章等，2011)。同时，桦皮富含油脂，易于燃烧，在一些地区，用桦皮燃柴引火已成习惯。，但是桦木剥皮将导致树木的生长量下降，甚至枯倒死亡，而且，桦树立木剥皮也破坏了森林景观，导致林相残破，森林生态系统的稳定性下降。近年来，随着社会经济的发展与人们生活水平的提高，桦皮用于引柴的现象虽已有所减少，但作为工艺品原材料与药物的应用却不断增多，对林分的健康生长又形成了新的威胁。

目前，树木剥皮研究主要集中在2方面:一是非木质林产品资源(NWFPs)中树木[如杜仲(Eucommia ulmoides)、栓皮栎(Quercus variabilis)、厚朴(Magnolia officinalis)等]剥皮研究，包括剥皮后剥皮部位的树皮再生(Li et al., 1982; 1988)和愈合生长(Delvaux et al., 2010b)、剥皮再生的影响因子(崔克明，1993; 张维涛等，1996; 刘淑明等，2006)、剥皮后林木的保护酶与伤口的响应(程娜等，2009; Delvaux et al., 2010b)、剥皮对林木枯损与种群结构的影响(Gaoue et al., 2007; Delvaux et al., 2010a)、剥皮对林木生长的影响(崔克明等，1986; 2000; 程娜等，2009)、剥皮对树木结实与繁殖能力的影响(Gaoue et al., 2008)等; 二是动物如梅花鹿(Cervus nippon)、马鹿(Cervus elaphus)、狒狒(Papio)、大象(Elephas maximus)等，对树木剥皮影响的研究，包括影响动物剥皮活动的因素(Mountford et al., 1999; Akashi et al., 2005; Kiffner et al., 2008; Unno et al., 2010)、树木动物剥皮的损害概率(Akashi et al., 2005; Kiffner et al., 2008)、动物剥皮对木材强度的影响(Welch et al., 2008)、动物剥皮对林木风害的影响(Shibata et al., 2008)、剥皮对更新与枯损的影响(Akashi et al., 1999; Moncrieff et al.，2008)等。白桦树皮是一种广泛应用的非木质资源，但还未见对白桦剥皮特征与剥皮损害生态后果的报道。本研究探讨燕山北部山地白桦林剥皮木的空间分布特征与风折规律，旨在为白桦次生林的保护性利用与健康经营提供科学依据。

研究区位于河北省木兰围场国有林场管理局下属桃山林场(116°52'—117°16'E，41°55'—42°10'N)，该林场位于围场县西部，为燕山山脉余脉。属半干旱向半湿润、暖温带向寒温带过度的大陆性季风型高原山地气候，冬春寒冷干燥多风，夏季炎热少雨，全年无霜期110天，年均气温3 ℃，年均降水量450 mm，集中在7—9月，年蒸发量1 350 mm。平均海拔1 250 m，土壤多为黑色棕壤土和沙壤土。

白桦次生林是本地区的典型森林类型，广泛分布于山地阴坡、半阴坡，海拔多在1 000 m 以上。树种以白桦、山杨(Populus davidiana)、 色木槭(Acer mono)和棘皮桦(Betula dahurica)等为主，伴生有毛榛(Corylus m and shurica)、蒙古栎、稠李(Padus racemosa)和山荆子(Malus baccata)等(金辉等，2012)。本研究的白桦林林龄44年，平均胸径19.8 cm，平均树高13.1 m，树种组成为7白桦2山杨1棘皮桦+色木槭。样地海拔1 420 m，坡向为东，坡位为中下坡，平均坡度15°，郁闭度0.85，密度1 168 株 ·hm^-2。

2011年7月，选择典型的白桦剥皮区进行实地调查，布设100 m×100 m样地1块，并将样地划分成100个10 m×10 m的网格，再以每个网格为调查单元，记录胸径大于3 cm的树木，树木挂牌并定位，记录树种名称、坐标、胸径、是否剥皮、风折与枯损情况等。

为研究剥皮木的空间分布特征，2012年5月，将大样地沿等高线方向划分成10条10 m宽、100 m长的平行样带，并于样地下方相邻区域增设5条规格相同的样带，样带最下部距道路10 m。在各样带内调查白桦正常木、剥皮木(剥皮后未风折)与风折木(剥皮后风折)的株数。

白桦剥皮在每年初春树液流动时进行。通常采用"工"字形剥皮法，用镰刀在树干上部、下部横向各划出一道切口，再在树干中部由上至下竖向划一道切口，树皮由于张力自行裂开或向两侧揭开树皮。为研究剥皮部位的空间特征，随机调查275株剥皮木的剥皮上部高度("工"字形上边界高)、剥皮下部高度("工"字形下边界高)和剥皮方向(剥皮部位的朝向)。

调查了88株风折木的风折部位与倒向。剥皮木的树干划分为下部未剥皮区、剥皮区与上部未剥皮区，其中剥皮区又划分为剥皮下部、剥皮中部和剥皮上部，共划分为5种类型，并以此确定风折部位。用罗盘仪测量树木风折后树倒方向的方位角，即为风折木的倒向。

白桦被剥掉的树皮为木栓形成层以外的组织。白桦剥皮对树木的影响有3种:一是极少数剥皮木刀口较深，或受风吹日晒及低温的影响，剥皮后裸露的韧皮部干裂，韧皮部与形成层被破坏，树木很快死亡; 二是少部分剥皮木损伤较轻，可形成新的全部周皮，树木恢复正常生长; 三是多数树木能形成部分周皮，并产生1至多道深达木质部的伤口，较轻的维持生长，较重的几年后风折。

调查了264株剥皮木与56株风折木，共计320株。计算剥皮木木质部裸露区域中部的宽度占此部位树干周长的比例，以研究剥皮木遭受风折的风险概率。

为调查剥皮木的风折时间，即树木剥皮后到风折时的时间间隔，随机抽取20株风折木，并在剥皮部位的中部截取圆盘，自然阴干后，经过刨光、磨平、扫描后，再放大年轮图片查数剥皮后生长的年轮数，即为剥皮后至风折时的时间间隔。由于树木腐朽与空心较严重，未能查数剥皮前的年轮数，风折木的个体年龄未知。

采用点格局分析方法(张金屯，1988; 张金屯等，2004; Wieg and et al.， 2004; 宋于洋等，2010)分析剥皮木的空间格局，并确定白桦剥皮木与正常木的关联。Ripley的k(r)函数为:

实际上$\sqrt{\hat{k}(r)/\pi }$表现格局关系时可使方差保持稳定，同时其与r有线性关系。为了更直观地解释实际的空间格局，采用L函数，即:

Monte-Carlo拟合检验用于计算上下包迹线，拟合次数在99%置信水平为100次。用r作为横坐标、上下包迹线作为纵坐标绘图，可得相应的置信区间。用实际分布数据计算得到不同尺度下$\hat{L}(r)$值:若在包迹线以内，符合随机分布; 若在包迹线以上，则呈聚集分布; 若在包迹线以下，则呈均匀分布。

关联分析实际上是2个对象的点格局分析，其定义和计算原理与单种格局相近，${{\hat{k}}_{12}}(r)$可用下式估计:

白桦剥皮后如不能完全愈合，会产生不同程度的木质部裸露。木质部裸露长度占总周长的比例反映个体剥皮强度大小，反映白桦剥皮后的损伤程度与木质部的潜在腐朽程度，裸露比例大，树皮的保护性降低，会发生严重的木材腐朽，也较易风折。采用二项Logistic回归模型构建剥皮木的风折概率，对优势比取对数进行logit变换，建立模型:

应用R_N²评估模型的拟合能力，R_N²可以反映因变量中由自变量解释的变异大小。应用ROC曲线评估模型的预测精度，曲线如果从左下角垂直向上上升至顶，然后水平方向向右延伸到右上角，则表明预测效果最佳。

统计分析采用Excel 2003、Programita 2006与SPSS 17.0软件进行。

由白桦剥皮的样带梯度调查结果(图 1)来看，总体上，从林分边缘到内部，树木剥皮强度逐渐降低，由边缘(1~5样带)的27%~56%降到中部(6~11样带)的23%~29%再降到内部(12~15样带)的9%~18%。这主要是由于林分边缘地带临近耕地、道路、沟谷等地点，人为活动较频繁，剥皮现象也较严重。同时，也可以看出，边缘区域并不是剥皮现象最严重的区域。这是因为林分的边缘区域树木稀疏，树干尖削度大，多枝杈与结疤，剥皮难度大，故剥皮木株数较少。

	图1 白桦剥皮木的分布梯度 Fig.1 Distribution gradient of debarked Betula platyphylla

另外，通过观察发现，在林分内部，微地形对白桦剥皮也有较大影响，在坡度较小的局地或小的沟谷边缘剥皮较为严重，而在坡度较大区域或上坡位则剥皮较轻。这是因为沟谷底部树木稀少、地势平坦，便于通行，剥皮便利。

剥皮木的空间格局反映了剥皮干扰的个体分布特征。从白桦剥皮木的点格局分析(图 2)可知，在所研究的空间尺度(0~50 m)范围内，剥皮木均呈聚集分布，并趋向于随机分布。白桦剥皮木在最大聚集高峰时，所对应尺度为24 m，聚集规模为1 809 m²。

	图2 剥皮木的点格局 Fig.2 Point pattern of debarked tree

白桦剥皮行为受树木状况、通行性与操作便利性等因素的影响。剥皮对象一般为树干通直、无节疤的树木; 操作时要便于站立甚至蹲身，一般会选择乔灌稀疏、较平坦、易于到达的地段。因此，剥皮木的空间分布与白桦剥皮行为有关，并受桦树空间分布、地形与乔灌密度的影响。聚集规模大体是初春剥皮时，在乔灌无叶或少叶、微地形较复杂的森林环境中，可视区域内选择剥皮木的范围。

同时，白桦剥皮后更易于风倒，增加了开敞空间，也方便选择剥皮木与剥皮操作，因此会导致剥皮木数量进一步增加，使局部地区剥皮木聚集度提高。

从白桦剥皮木与正常木的关联性(图 3)来看，在0~6 m范围$\hat{L}(r)$值接近于0，二者无关联，在7~35 m范围内关联不显著，在36~50 m范围内呈负关联。在较小尺度内，剥皮木的选择受干形与地形的影响，具有较大的随机性; 而在较大尺度上，空间异质性表现明显，剥皮时会避开局部林木密度较高的区域，故剥皮木与正常木呈负关联。

	图3 剥皮木与正常木的关联分析 Fig.3 Relationship analysis between normal tree and debarked tree

由于树干节疤、站立位置、剥皮时间等因素的影响，剥皮部位高度、大小不一。剥皮下部最低达地面，最高为1.25 m，平均剥皮下部高度为0.52 m，集中分布于0.2~0.8 m，以0.4~0.6 m的株数最多(图 4)，为人弯腰或下蹲后高度。剥皮上部高最低为0.86 m，最高为2.65 m，平均剥皮上部高度为1.72 m，集中分布于1.2~2.0 m，以1.6~2.0 m的株数最多(图 5)，为人抬手高或伸臂加镰刀长度所达高度。白桦剥皮的平均高度为0.52~1.72 m，剥下树皮的最短长度为0.21 m，最长长度为2.42 m，平均为1.19 m。

	图4 不同剥皮下部高度的株数 Fig.4 Number of stems of different lower debarking heights

	图5 不同剥皮上部高度的株数 Fig.5 Number of stems of different upper debarking heights

坡向以及树木的倾斜方向影响剥皮方向。剥皮时要面向被剥皮的树干，在山坡上朝下倾斜的树干背面便于剥皮。通过对剥皮木的微地形调查，发现坡向与树木倾斜方向大体一致，二者的共同作用，使得剥皮方向在坡向的相反方向，与坡向的方位角差值多处于120°~220°。对于多株丛生的白桦，树木由中间向外侧倾斜，站立于丛生白桦中间便于剥皮，使得剥皮方向与树木倾斜方向相背而不是坡向。在进行白桦剥皮时，多在树木的西南与南部方向进行，而在东北与北部方向进行剥皮的株数比例较少，在西北－东南连线的西南方向进行剥皮的株数比例达82.1%，而在西北－东南连线的东北方向进行剥皮的株数比例仅占17.9%。

由不同树干部位发生风折的树木比例(表 1)可知，调查的88株风折木中，在剥皮以外部位(未剥皮下部与未剥皮上部)风折的株数为12株，占风折木总株数的13.6%; 在剥皮部位风折的株数为76株，占风折总株数的86.4%。多数风折木在剥皮部位的上、下剥皮处折断，占风折总株数的71.6%，其中在剥皮下部折断的株数最多，达47.7%。剥皮后多数树木伤口不能完全愈合，会较长时间地裸露木质部，受水湿与木腐菌的影响，裸露的树木腐朽程度不断加剧，在遭遇大风时易于折断。风折多发生在上、下剥皮部位，主要是因为在靠近上、下剥皮部位特别是下剥皮处，降水后极易积存水分，裸露的木质部受水浸润时间长，再加上木腐菌的浸染，树木易于腐朽且强度降低。

表1 不同树干部位风折的树木比例 Tab.1 Percentage of trees broken at various stem sections

表 1不同树干部位风折的树木比例 Tab.1Percentage of trees broken at various stem sections 项目Item 未剥皮下部Lower non-debarked section 剥皮下部Lower debarked section 剥皮中部Middle debarked section 剥皮上部Upper debarked section 未剥皮上部Upper non-debarked section 总计Sum 株数Number of stems 9 42 13 21 3 88 比例 Percentage(%) 10.2 47.7 14.8 23.9 3.4 100

剥皮木的伤口如不能在较短时间内愈合，裸露的木质部越多则越容易风折。通过二项Logistic回归模型建立风折概率(p)与木质部裸露的周长比例(x)的关系如下:

模型预测的正确率为92.5%，Hosmer-Lemeshow统计量的显著性水平为0，伪决定系数R_N²为0.72，模型拟合效果良好。从ROC曲线(图 6)可知，在左侧曲线上升较快，至顶后接近水平向右延伸，表明构建的二项Logistic回归模型预测效果较好，可以较好地反映风折概率与木质部裸露的周长比例的关系。

	图6 ROC 曲线 Fig.6 Receiver operating characteristic curve

由构建的二项Logistic回归模型计算不同木质部裸露程度剥皮木的风折概率表明:裸露周长比例较低时，剥皮木的风折概率很低; 当裸露周长比例达70%时，风折概率超过50%; 裸露周长比例达90%时，风折概率超过90%。

由图 7可知，在剥皮后3 年内剥皮木风折较少，4~9 年内剥皮木风折数量最多，10~15年内风折木也较少。这是由于剥皮后，如间隔时间较短，腐朽程度低，木材物理性质较好，树木不易风折; 而在6 年左右，如树皮愈合程度较低，有较大面积的木质部裸露，同时长期受雨水浸泡与木腐菌侵染，树木腐朽严重，在风力作用下较易折断; 而在10 年以后，剥皮林木经较长时间的恢复生长，树皮保护面积增多，木质部裸露面积减少，达到相对较稳定的状态，不易风折。

	图7 不同时间间隔的风折木株数 Fig.7 Number of broken stems of different duration

调查表明，风折方向的方位角在0~135°居多，在东偏北方向的风折木最多，在东偏南、北偏东方向的株数次之，没有西向的风折木，其他方向零星分布。这主要是由于研究区盛行西北风，坡向为东，受地形影响，局地的风向多为西风，同时，树木也多向坡下倾斜，剥皮时多站立于上坡位，在树木西侧受损伤较重，木质部裸露较多，综合多种因素造成东向风折株数较多。这说明，剥皮木的风折方向受盛行风向、地形、木质部裸露方向、树木倾斜方向等因素的影响。

相关的点格局分析表明，研究区的白桦具有显著的聚集分布特征(王鹏等，2011; 邵方丽等，2012)，本样地的白桦在0~27 m范围内呈聚集分布，在28~50 m范围内呈随机分布(金辉等，2012)，而白桦剥皮木在所研究的空间尺度(0~50 m)内均呈聚集分布，聚集程度有所加强，反映了白桦的自然状态与剥皮干扰的协同作用。白桦剥皮木与正常木在空间上呈负关联性，既反映了林分密度对剥皮的影响，也反映了剥皮后风折的反馈作用。因此在森林经营管理上，特别要加强对稀疏林分与间伐林分的管理。

白桦剥皮后具有很强的再生能力，但树皮的再生受树木大小、剥皮强度、剥皮时间、土壤水分、降水、日照、昼夜温差等因素的影响(崔克明，1993; 张维涛等，1996; 刘淑明等，2006; Delvaux et al., 2010b)，研究区地处干旱半干旱地区，且春季少雨多风、昼夜温差大，树木剥皮后暴露于较严酷的环境中，多数树木的剥皮伤口不能完全愈合。在后期生长中，裸露部位受雨水浸润与木腐菌侵害，树木不断腐朽，并在大风时折断。本研究表明，剥皮木通常在4~9 年内在剥皮的上、下剥皮处折断，且风折的风险概率受剥皮后未愈合木质部裸露的周长比例影响。

目前，对于树木的剥皮损伤概率有部分研究(Akashi et al., 2005; Kiffner et al., 2008)，但缺少剥皮后风折概率的研究。树木的风折受树种、剥皮损伤程度、木材腐朽等级等因素影响(Shibata et al., 2008)，由于桦木易于腐朽(于文喜等，1992; 刘欣等，2008)，剥皮后未愈合木质部裸露的周长比例可认为是一个既反映了剥皮损伤程度也部分反映了腐朽程度的综合指标，与剥皮木的风折概率具有较紧密的关系。

由于桦皮的经济、文化价值，白桦剥皮现象在北方地区广泛存在。桦皮的再生能力很强，正常范围与强度下的剥皮对树木损伤较小，但由于森林的开放性、利用的粗放性与后果的延迟性，桦皮的利用基本上处于无序状态，因此需要加强对桦皮利用的管理。白桦剥皮具有很强的时间性，特别要在初春时节剥皮多发时，加强对道路边缘、村庄与耕地附近、平坡沟底等位置的重点管理，并适当采取人员巡查、围栏封育、宣传警示等措施。

桦树剥皮木具有多尺度的空间特征。受树木位置、林分密度与地形的影响，剥皮强度由林分边缘向内部逐渐降低，并表现出外强内弱、沟强坡弱的特征。剥皮木在所研究尺度内均表现为聚集分布，并在较大尺度上与正常木呈负关联，使得在剥皮木较多的区域剥皮现象有加重的可能。白桦剥皮部位高度主要受人剥皮行为的影响，平均高度为0.52~1.72 m，被剥皮部位主要位于树干的正南及西南方向。

白桦剥皮后伤口的恢复生长与裸露木质部的腐朽存在竞争生长关系，木质部裸露的周长比例越大，越容易发生风折。构建的二项Logistic回归模型能准确地反映风折概率与木质部裸露的周长比例的关系。风折时间多在剥皮后6 年左右。受盛行风向、地形等因素影响，风折时树木多倒向东偏北方向。