东北地区天然水曲柳地位指数表和立地形表的编制_梁万君.pdf

第 卷第 期吉 林 林 业 科 技.年 月 ：文章编号：（）中图分类号：文献标识码：收稿日期：基金项目：“十三五”国家重点研发计划（）第一作者简介：梁万君（），男，吉林长春人，研究员，从事森林生态和森林培育研究工作，：。通信作者简介：张忠辉（），男，吉林长春人，研究员，主要从事森林生态和森林经理研究工作，：。东北地区天然水曲柳地位指数表和立地形表的编制梁万君，何怀江，李 岩，罗 也，韩 姣，张忠辉，（吉林省林业科学研究院，吉林 长春；吉林省退化森林生态系统恢复与重建跨区域合作科技创新中心，吉林 长春）摘要：在东北三省调查水曲柳临时样地 块，收集 株优势木数据和 株解析木数据，通过对查数年龄木芯的严格筛查，剔除了被压木，确定用于编表的数据 组。用 个函数式对水曲柳的年龄与优势木高、胸径与优势木高分别进行模拟，通过相关系数和剩余标准差的比较，选择了理查德函数式作为导向曲线模型。地位指数级 ，级距 ，用相对树高法展开曲线簇。经过相关系数检验、检验和落点检验，地位指数表与立地形表符合要求，立地形精度更高。通过木芯年轮的疏密来筛选优势木，可有效地提高立地形表精度。关键词：水曲柳；天然林；地位指数表；立地形表；优势木 ，（，；，）：，：；水曲柳（）是东北地区硬阔叶树种，树体高大，出材量高，木质坚硬，纹理美观，在国民经济建设和群众生活中起到重要作用。由于长期的不合理采伐利用，水曲柳资源逐渐减少，严重影响群众生活甚至国家的木材安全，高效培育水曲柳资源势在必行。水曲柳分布广泛，在辽宁省的千山、吉林省的长白山、黑龙江省的小兴安岭均有分布。由于水曲柳的分布区域气候条件和地理条件相差较大，导致其在不同立地条件下的生长有较大差异，为了合理地规划和管理有必要进行立地质量评价。目前天然林立地质量评价方法主要有 种，即地位指数法和立地形法。地位指数法是用基准年龄时的优势木平均高来表示立地质量，该方法一般用于人工林，如果用于天然林则需要符合一定条件。吴恒在进行天然松栎林立地质量评价时，首先证明了样地直径结构为正态分布，样地株数积累百分数在合理范围内，从而证明了研究对象符合相对同龄林特征，所以用地位指数表进行立地质量评价。同样在编制山杨次生林和栓皮栎天然次生林地位指数表时，也进行了相对同龄林检验，。进行同龄林检验，是因为同龄林的上层高较少受到林分结构的影响，上层高能够体现立地条件。另一种方法是立地形法，该方法是用基准胸径的优势木平均高来表示立地质量，使用这种方法是因为胸径与上层高的相关性高于年龄与上层高的相关性。邹得棉在进行马尾松天然林立地质量评价时，进行了优势木平均高与年龄的变动幅度分析，结果发现年龄在决定马尾松天然林优势木平均高时意义不大；而通过对优势木平均高与胸径的分析发现，优势木平均高与胸径更加相关，故放弃传统上惯用的年龄因子，用优势木在基准胸径时的平均高度值来表示地位指数。马建路在进行红松林立地质量评价时，通过相关分析发现，红松天然林优势树树高和年龄的关系不明显，而与胸径的相关性密切，认为用胸径代替年龄是可行的。相关研究还有 用 树 高 进 行 核 桃 楸 地 位 指 数 表 的 编制，。无论使用地位指数法还是立地形法，都必须消除林分结构对上层高和胸径的影响，使得上层高能够体现立地质量。本文首先剔除受压优势木，用优选的优势木编制了地位指数表和立地形表，对天然林的立地质量评价方法进行探讨，为适地适树造林以及森林管理提供依据。数据来源与研究方法.数据来源用于水曲柳分析的数据来源于样地调查和历史数据收集两部分。年起开始进行水曲柳调查，调查范围涵盖了水曲柳在东北三省分布范围内的大部分市、县，北到伊春市、东到饶河县、南到丹东市、西到辽阳县，共调查了 个市、县，调查样地 块。临时样地为矩形，面积 ，每 选择 株优势木，用生长锥钻取木芯，用光学测高仪测量树高，用围尺测量胸径，记录样地环境条件和立地因子。收集优势木 株，解析木 株。在对木芯查数年龄的过程中，对年轮模糊、生长过程中明显被压或间断性被压的优势木严格筛选，确定 组树高 胸径 年龄数据。数据特征见表 和表。表 各年龄段优势木特征值 年龄区间 年优势木高 株数 株标准差 最小值 最大值 变动系数 .表（续）年龄区间 年优势木高 株数 株标准差 最小值 最大值 变动系数 .表 各胸径区间优势木特征值 胸径区间 优势木高 株树 株标准差 最小值 最大值 变动系数 .地位指数和立地形模型的建立导向曲线是指中等立地条件下，林分优势高随年龄（或胸径）变化的平均生长曲线，导向曲线是编制地位指数表的基础，其他曲线都是导向曲线按某项规则进行的展开，因而导向曲线决定着地位指数曲线的性质和精度。选择导向曲线首先要求函数式应该与生长规律相贴合，初始比较平缓，然后迅速上升，之后进入平缓阶段，也就是 形曲线。多年来，许多学者在这方面做过一些研究，比较符合高生长的曲线有抛物线式、双曲线式、单分子式和理查德式等。本次研究采用 个函数式对生长数据进行模拟，。根据模拟过程中的相关系数和剩余标准差评价函数式并确定模型。.基准年龄和基准胸径的确定天然林分中的林木年龄不一，胸径不同，所对应的上层高也不同，只有将不同年龄和不同胸径的上层高归结为基准年龄的上层高，上层高之间才具有可比性，才能进行立地质量评价。基准年龄过小会在林分结构的影响下导致上层高不一致，难以显现土地生产力对上层高的影响；而基准年龄过大，所有林木的树高都会趋于极限树高，这时的上层高掩盖了土地生产力对高生长的作用。确定基准年龄和基准胸径就是寻找树高生长趋于稳定且能够灵敏反映立地差异的年龄和胸径。基准年龄的设定有多种方法，可以通过树高连年生长量和平均生长量的交点来确定，也可以用工艺成熟龄来确定，也可用树高平均生长量最大值出现的时间点来确定，也可用树高的标准差和变动系数稳定的时间点来确定，也可用最大寿命或最大胸径的一半来确定。本文根据水曲柳导向曲线的上层高趋于稳定的时间点来确定基准年龄和基准胸径。.地位指数表和立地形表的编表方法地位指数常用的编表方法有标准差调整法、变动系数调整法和相对优势高法。本次研究采用相对优势高法，。将基准年龄和基准胸径时上层高的下线和上线作为地位指数表和立地形表的下线和上线，我国多采用 或 作为级距，指数级个数很少超过 个。各个指数级的展开公式如下：式中：是第 龄阶第 指数级的树高值；是基准年龄（或基准胸径）时第 指数级的树高值；是第 龄阶基准年龄（或基准胸径）时的树高值；是基准年龄（或基准胸径）时导向曲线的树高值。.模型的评价与检验.导向曲线回归效果检验地位指数表和立地形表都是以导向曲线为基础用某种规则展开的，因而导向曲线的精度决定了编表的精度。导向曲线的回归效果由相关系数和回归标准差来决定。.卡方检验选择 株解析木样本，用解析木的基准年龄和基准胸径所对应的树高确定该株解析木的地位指数级，将该解析木的各个年龄所对应的树高作为实际上层高，各个年龄所对应的地位指数曲线上的树高作为理论上层高，逐次统计各株解析木的实际上层高和理论上层高，并用检验公式计算卡方值，用该值即可对地位指 数 表 进 行 检 验。检 验 公 式 为：（）。用同样方法确定各个解析木的基准胸径所对应的立地形级、各个胸径对应的理论上层高和实际上层高，统计卡方值，对立地形表进行检验。.落点检验一般来说，落点检验就是将所有优势木上层高在地位指数曲线图和立地形图上作散点图，并计算落在图内的概率，以此作为地位指数表或 立 地 形 表 能 够 解 释 优 势 木 生 长 的 概率，。概率越大，所编的地位指数表和立地形表越能准确地反映立地质量。本次研究依照此原理，计算上层高落在 指数级以下同时落在 指数级以上的点数，并统计落点概率。由于指数级距为 ，所以落在 指数级以下同时落在 指数级以上的点均视为落在曲线簇内。结果与分析.地位指数和立地形模型模拟结果导向曲线模型及模拟结果见表，地位指数导向曲线模拟结果表明，韦布尔式函数的相关系数 为.，剩余标准差 为.，与其他函数式相比 最大，最小；其次为理查德式，为.，为.。立地形导向曲线模拟结果表明，理查德式的相关系数最大，为.，为.；其次为韦布尔式，为.，为.。由于 个函数式的相关系数和剩余标准差的差别很小，考虑到地位指数和立地形的一致性以及曲线的特性，用理查德式作为编制地位指数曲线和立地形曲线的函数式。用 个函数式分别对优势高和年龄、优势高和胸径进行了模拟，结果发现，模拟优势高与年龄时的相关系数全部小于模拟优势高与胸径时的相关系数，而模拟优势高与年龄时的剩余标准差全部大于模拟优势高与胸径时的剩余标准差，说明优势高与胸径远比优势高与年龄更相关。表 导向曲线模型及模拟结果 函数式表达式相关系数 剩余标准差 参数对数曲线式 .对数曲线式 .对数双曲线式 .抛物线式 .理查德式 （）（）.（）（）.表（续）函数式表达式相关系数 剩余标准差 参数韦布尔式 （）.（）.坎派兹式 （）.（）.逻辑斯蒂式 （）.（）.高斯式 （）.（）.注：为各年龄优势木高的平均值；为年龄；为胸径。.基准年龄、基准胸径与指数级距从地位指数曲线（见图）和立地形曲线（见图）上可以看出，年龄在 年左右上层高趋于平缓，胸径在 左右上层高趋于平缓，因此，将地位指数表和立地形表的基准年龄（）和基准胸径定为 年和 。经统计，基准年龄时水曲柳上层高分布范围为.，基准胸径时上层高变化范围为.，上层高跨度均为 左右。如果将指数级距设为 ，将有 条曲线，曲线过多；将指数级距设为 ，曲线个数为 条较为合适。同样，将立地形级距设为 ，曲线个数为 条。地位指数表见表，立地形表见表。表 东北地区水曲柳地位指数表（部分）年龄 年地位指数级.表 东北地区水曲柳立地形表（部分）胸径 立地形级.地位指数表与立地形表的检验.导向曲线的检验结果编制地位指数表和立地形表的导向曲线均为理查德模型，从表 中可以看出，地位指数表模型的 .（）.，立地形表模型的 .（）.。继续考察剩余标准差，两表的剩余标准差分别为.和.，说明回归关系显著，导向曲线回归效果好。.卡方检验经计算，地位指数表的卡方值为.，立地形表的卡方值 .。查卡方表得知，临界值为.（，.），卡方值均小于临界值（地位指数表和立地形表卡方检验所用的解析木相同，所以自由度相同），这表明地位指数曲线和立地形曲线趋势与解析木树高生长趋势的差异不显著。.落点检验一般认为，落点检验时，落在曲线簇以内的点超过 认为合格。本次研究落在地位指数曲线簇以内的点为.，落在立地形曲线簇以内的点为.，检验合格。具体见图 及图。图 水曲柳地位指数曲线簇及落点检验 图 水曲柳立地形曲线簇及落点检验 （下转第 页）必须创新管理思路，坚持政、事、企分开的改革方向，保证国有林场持续健康发展。未来吉林省国有林场建设要按照“择优选取、科学规划、资金引导、合作共建”的创建方式，积极开展现代国有林场建设试点，将试点林场建设成为管理制度健全、人员精简高效、森林经营科学、资源保护有力、基础设施完善、产业发展充分、林区富裕和谐，集“绿色、文化、智慧、科技”为一体的现代林场。吉林省国有林场总体建设目标是，至 年，试点林场率先实现现代化，至 年，基本实现国有林场现代化，至 年，全面实现国有林场现代化。参考文献 张晓民，廖海荣，莫勤秋 国有林场改革与可持续发展研究 中国集体经济，（）：储海红 论国有林场改革 中国集体经济，（）：闫平 中国国有林场改革的进展与挑战 林业资源管理，（）：（本篇专家编审：陈建军）（上接第 页）结论经导向曲线的精度检验、地位指数表和立地形表的落点检验和卡方检验，东北地区天然水曲柳的地位指数表和立地形表可用于立地质量评价。两者相比立地形表的精度更高，与以往的研究结果相同，。筛选优势木，是提高地位指数表和立地形表精度的有效方法。在进行查数木芯年龄时，排除间断性被压或持续性被压的优势木后，合格的优势木在生长过程中，无论处于林下阶段还是上层木阶段，受林分结构的影响较小，胸径与上层高反映的是水曲柳的生物学特性，满足了立地形假设“在异龄或混交林分中，林分密度并不影响优势木或亚优势木的胸径 树高关系”，因而编制的立地形表效果较好。如何科学而有效地筛选优势木有必要进一步探讨，用筛选优势木的方法提高天然林的编表精度是否具有普适性有必要进一步进行理论探讨和大量的实证。参考文献 吴恒，党坤良，田相林，等 秦岭林区天然次生林与人工林立地质量评价 林业科学，（）：孟宪宇，陈东来 山杨次生林地位指数表编制方法的研究 北京林业大学学报，（）：郑聪慧，贾黎明，段劼，等 华北地区栓皮栎天然次生林地位指数表的编制 林业科学，（）：邹得棉 马尾松天然林立地质量评价 福建林业科技，（）：马建路，宣立峰，刘德君 用优势树全高和胸径的关系评价红松林的立地质量 东北林业大学学报，（）：罗也，王君，杨雨春，等 利用随机效应模型模拟东北三省胡桃楸地位指数 应用生态学报，（）：罗也，杨雨春，王君，等 吉林省长白山区胡桃楸天然次生混交林立地指数模型 应用生态学报，（）：张瑜，贾黎明，郑聪慧，等 秦岭地区栓皮栎天然次生林地位指数表的编制 林业科学，（）：唐诚，王春胜，庞圣江，等 广西大青山西南桦人工林立地指数表编制 浙江农林大学学报，（）：段劼，马履一，贾黎明，等 北京低山地区油松人工林立地指数表的编制及应用 林业科学，（）：马丰丰，贾黎明，段劼，等 北京山区侧柏人工林立地指数表的编制 北京林业大学学报，（）：陈永富，杨彦臣，张怀清，等 海南岛热带天然山地雨林立地质量评价研究 林业科学研究，（）：李清顺，王得军，孙景梅，等 利用马尾松解析木对林地立地指数和立地形的研究 西北林学院学报，（）：（本篇专家编审：杨雨春）