基于度量方法的闊葉紅松林區(qū)樹種樹高曲線模型的研究

陳立莉

(東北林業(yè)大學(xué))

0 引言

在林木各調(diào)查因子之間，均存在著緊密的相關(guān)關(guān)系，研究和探討這些相關(guān)關(guān)系，是揭示林木結(jié)構(gòu)和生長規(guī)律的基礎(chǔ).因此，林木生長很可能將會成為新世紀(jì)的熱門科學(xué)之一.在實際的林業(yè)調(diào)查中，調(diào)查結(jié)果會受到諸如林分密度、樹高、胸徑等很多因素的影響，但樹高和胸徑是衡量林分生長標(biāo)準(zhǔn)的兩個重要的指標(biāo)，是最重要的因子.他們與樹的年齡成正相關(guān)，同時二者之間也成正相關(guān).胸徑和樹高的這種特殊的性質(zhì)，決定了其在林業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中的重要的不可替代的作用.在樹高曲線模型的研究中，向瑋等［1］、孫圓等［2］、曾翀等［3］、王曉琳等［4］分別對湖南黃豐橋林場杉木、江蘇省楊樹、落葉松云冷杉林單木、柞樹等樹種的樹高曲線都做了比較系統(tǒng)的研究，說明了在進(jìn)行樹種生長模擬實驗時，不同的樹種林分所適合的最優(yōu)樹高曲線是不同的，我們在研究室必須根據(jù)樹種林分類型的不同選取不同的樹高曲線模型.該文以黑龍江省帶嶺林業(yè)局東方紅林場3個標(biāo)準(zhǔn)樣地為研究對象，通過對以往研究中精度較高的非線性標(biāo)準(zhǔn)樹高曲線通過回歸分析，以確定闊葉紅松林區(qū)各主要樹種在不同林分中所適合的最優(yōu)生長模型.

1 研究地概況

以東方紅林場為研究區(qū)，面積為18 984 hm2，位于黑龍江省伊春地區(qū)帶嶺林業(yè)局境內(nèi).該地區(qū)地處中溫帶，屬大陸性季風(fēng)氣候，全年平均氣溫為1.4℃，無霜期為115 d左右.植物屬于長白山植物區(qū)系.原地帶性的植被為闊葉紅松林.研究數(shù)據(jù)來自于東方紅林場3個標(biāo)準(zhǔn)樣地的1997年調(diào)查的數(shù)據(jù).

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

在帶嶺林業(yè)局東方紅林場選取了闊葉紅松林區(qū)具有代表性的三個林分類型:白樺林分、過伐林分和柞木林分作為樣地，其中每個樣地為25 m×40 m.在三個樣地中，分別選取了樹高大于1.3 m、株數(shù)大于10棵的樹種為研究對象，具體數(shù)據(jù)取值范圍見表1.

表1 三個樣地樹種數(shù)據(jù)范圍

2.2 研究方法

該文針對闊葉紅松林區(qū)的3種林分類型樣地進(jìn)行了森林調(diào)查，根據(jù)樣地的調(diào)查數(shù)據(jù)，列出了一些比較常用的樹高曲線模型(詳見表2)，分別對以下10種標(biāo)準(zhǔn)樹高曲線模型進(jìn)行非線性度量誤差分析，根據(jù)分析結(jié)果選擇最優(yōu)模型并進(jìn)行比較，從而找出不同林分中各樹種所適應(yīng)的樹木最優(yōu)生長方程.

表2 樹高曲線模型

表2中，H為樹高，D為胸徑，a、b、c為方程參數(shù).

3 結(jié)果與分析

根據(jù)現(xiàn)有樣地資料，利用統(tǒng)計之林(ForStat)2.1軟件，分別對表2中10個模型進(jìn)行度量誤差模型分析.

3.1 白樺林分主要樹種樹高曲線模型的確定

利用統(tǒng)計之林(ForStat)2.1軟件對白樺林分中主要樹種紅松、椴樹、榆樹、色木、云杉和白樺的樹高與胸徑的關(guān)系進(jìn)行了度量誤差模型分析，結(jié)果見表3.

從表3中由決定系數(shù)R2和殘差平方和SSE可以看出:在白樺林分中，紅松、椴樹、榆樹、色木和白樺都以拋物線型H=a+bD+cD2為最優(yōu)樹高曲線模型，其中，紅松、椴樹和榆樹也可用Schumacher型H=1.3+aDb來描述，色木也可用冪函數(shù)型H=aDb來描述，白樺可用雙曲線型H=aD/(D+b)來描述;而云杉則以雙曲線型H=1.3+aDb為最優(yōu)樹高曲線模型，也可用拋物線型H=a=bD+cD2來描述.

3.2 過伐林分主要樹種樹高曲線模型的確定

利用統(tǒng)計之林(ForStat)2.1軟件對過伐林分中主要樹種紅松、椴樹、榆樹、色木、云杉、水，胡，黃、冷杉和樺樹樹高與胸徑的關(guān)系進(jìn)行了非線性度量誤差模型分析，結(jié)果見表4.

表3 白樺林分主要樹種非線性度量誤差模型分析結(jié)果

表4 過伐林主要樹種擬合結(jié)果

從表4中由決定系數(shù)R2和殘差平方和SSE可以看出:在過伐林分中，紅松、云杉、水胡黃、白樺都拋物線型H=a+bD+cD2為最優(yōu)樹高曲線模型，其中云杉也可用雙曲線型H=aD/(D+b)來描述;而椴樹、榆樹和色木以冪函數(shù)型H=aDb為最優(yōu)樹高曲線模型，其中，色木也可用Schumacher型H=1.3+aDb來描述;冷杉則以對數(shù)型H=1.3+aDb為最優(yōu)樹高曲線模型，但也可用拋物線型H=a+bD+cD2來描述.

3.3 柞木林分主要樹種樹高曲線模型的確定

統(tǒng)計之林(ForStat)2.1軟件對柞木林主要樹種紅松和柞木標(biāo)準(zhǔn)木為對象，進(jìn)行了回歸分析，結(jié)果見表5.

表5 柞木林主要樹種擬合結(jié)果

從表5中由決定系數(shù)R2和殘差平方和SSE可以看出:在柞木林分中，紅松以拋物線型H=a+bD+cD2為最優(yōu)樹高曲線模型，也可用Schumacher型H=1.3+aDb來描述;而柞木以冪函數(shù)型H=aDb為最優(yōu)模型，也可用拋物線型H=a+bD+cD2或 Schumacher型H=1.3+aDb來描述.

4 結(jié)論

(1)在闊葉紅松林區(qū)中，紅松、白樺的樹高曲線模型受林分類型的影響較小，用拋物線型能較好地模擬當(dāng)?shù)丶t松和白樺的樹高與胸徑的關(guān)系.在白樺林分和柞木林分中雖然紅松主要以幼樹為主，但也以 Schumacher型H=1.3+aDb為最優(yōu).

(2)在闊葉紅松林區(qū)中，椴樹、色木、云杉和榆樹的樹高曲線模型受林分類型的影響較大，在不同的林分中，它們的胸徑樹高曲線模型有所不同.

(3)在白樺林分和柞木林分中，由于水曲柳、胡桃楸、黃菠蘿、冷杉和柞木數(shù)量較少，還無法統(tǒng)計分析出它們的樹高曲線模型在不同林分中的差異.水曲柳、胡桃楸、黃菠蘿以拋物線型H=a+bD+cD2為最優(yōu)樹高曲線模型;柞木以冪函數(shù)型H=aDb為最優(yōu)樹高曲線模型，也可用拋物線型H=a+bD+cD2或 Schumacher型H=1.3+aDb來描述;冷杉以Schumacher型H=1.3+aDb為最優(yōu)樹高曲線模型，也可用拋物線型H=a+bD+cD2來描述.

(4)該文在研究不同林分類型中主要樹種的樹高曲線最優(yōu)模型中，沒有考慮林分密度等因素.

［1］ 向瑋，呂勇，邱林.湖南黃豐橋林場杉木樹高曲線模擬研制.中南林業(yè)調(diào)查規(guī)劃，2007(1):16-18.

［2］ 孫圓，王萬江.江蘇省楊樹樹高曲線模型的研制.林業(yè)科技開發(fā)，2005(5):31-34.

［3］ 曾翀，雷相東，劉憲釗，等.落葉松云冷杉林單木樹高曲線的研究.林業(yè)科學(xué)研究，2009(2):182-189.

［4］ 曉琳，郭斌.柞樹樹高與胸徑相關(guān)關(guān)系的研究.森林工程，2012(6):18-21.

［5］ 唐守正，李勇.生物數(shù)學(xué)模型的統(tǒng)計學(xué)基礎(chǔ).北京:科學(xué)出版社，2002.

［6］ 李永慈，唐守正.度量誤差對模型參數(shù)估計值的影響及參數(shù)估計方法的比較研究［J］.生物數(shù)學(xué)學(xué)報，2006，21(2):285-290.

［7］ 唐守正，張淑梅.度量誤差模型及其應(yīng)用［J］.生物數(shù)學(xué)學(xué)報，1998，13(2):161-166.