滇西禿杉人工林林分直徑結(jié)構(gòu)分析

雷陽+許彥紅+段成波+李驕+梁麗+熊宗豪

摘要：通過對62塊典型樣地進行調(diào)查，采用相對直徑株數(shù)累積百分數(shù)、正態(tài)分布函數(shù)、Weibull分布函數(shù)、Logistic生長函數(shù)等對不同密度和不同年齡的禿杉人工林分進行了直徑結(jié)構(gòu)分析和函數(shù)擬合，并進行了統(tǒng)計檢驗。研究結(jié)果表明：隨林分密度減小，直徑株數(shù)累積百分數(shù)曲線規(guī)律性右移;在任意的相同株數(shù)累積百分數(shù)所對應的不同密度的直徑，密度越大，直徑越小;Logistic生長函數(shù)對于騰沖禿杉人工林直徑分布的擬合效果優(yōu)于Weibull分布函數(shù)和正態(tài)分布函數(shù)，可用于該研究區(qū)禿杉人工林林分直徑分布及生長量預測。

關(guān)鍵詞：禿杉;人工林;直徑結(jié)構(gòu);函數(shù)擬合

中圖分類號：S718.5

文獻標識碼：A文章編號：16749944（2014）12006104

1引言

林分直徑結(jié)構(gòu)在許多樹種林分中都具有其特定的分布狀態(tài)以及結(jié)構(gòu)規(guī)律性，可以在定向培育目標樹種的過程中及時調(diào)整林分的結(jié)構(gòu)，讓目標樹種能更好地生長。在林分內(nèi)各種大小直徑林木按徑階的分配狀態(tài)，稱作林分直徑結(jié)構(gòu)（Stand diameter structure），亦稱林分直徑分布（Stand diameter distribution）[1]。

禿杉[2，3] （Taizemnia flousiana Gaussen）除了對生長環(huán)境濕度要求較高外，對其他要求并不嚴格，這造就其具有廣泛的適應性，可作為我國常用造林更新樹種。云南省是我國禿杉天然林和人工林主要分布區(qū)之一，因此，禿杉直徑結(jié)構(gòu)的研究對于禿杉大徑材培育技術(shù)研究和云南省速生豐產(chǎn)鄉(xiāng)土樹種產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展都具有重要的意義。

2研究區(qū)概況

選取云南西部騰沖縣作為研究區(qū)域，是禿杉天然林和人工林分布最為集中地區(qū)，生長最具代表性。研究區(qū)屬亞熱帶季風氣候類型，多年平均氣溫14.9℃。平均降雨量1425.4mm，1月為最冷月均溫7.5℃，8月均溫19.7℃，年日照指數(shù)2176h，日照百分率49%，年均相對濕度78%。其地帶性土壤有灌叢草甸土、暗棕壤、棕壤、黃棕壤、黃壤和紅壤，非地帶性土壤有棕色石灰土、黑色石灰土和火山石灰土。

3研究內(nèi)容及方法

3.1資料收集

按林分不同齡級及立地條件選設標準地，面積不小于400m2，閉合差小于1/200。對標準地內(nèi)的樹木進行每木檢尺[4～7]，起測徑階按所選標準地的林分生長情況確定，盡量包括最小徑階;調(diào)查林木胸徑、林分郁閉度、年齡等基本因子，記載標準地的地理位置、海拔、坡向、坡度、坡位、土壤類型和土層厚度等立地環(huán)境因子，以及林下灌木、草本的種類、蓋度、平均高度和分布等;對林分經(jīng)營情況如修枝撫育、間伐等經(jīng)營措施進行調(diào)查記錄。共設置調(diào)查標準地62塊，主要分布于海拔1740～2386m，林分郁閉度0.60～0.95，林分年齡6～58年。

3.2數(shù)據(jù)整理

用Excel軟件和SPASS軟件對外業(yè)調(diào)查數(shù)據(jù)進行處理，統(tǒng)計每塊樣地各徑階株數(shù)分布情況，并求算林分平均胸徑Dg和算術(shù)平均胸徑：

Dg=1Nki=1nidi2（1）

=1NNi=1di（2）

式中：N為林分內(nèi)林木總株數(shù);di為第i株林木的斷面積和胸徑。

3.3研究方法

采用相對直徑株數(shù)百分數(shù)累計法、概率分布函數(shù)法和生長函數(shù)法分別對騰沖縣禿杉人工林的直徑結(jié)構(gòu)進行分析和擬合，其中概率分布函數(shù)法采用正態(tài)分布[8]和Weibull分布[9～11]，函數(shù)，生長函數(shù)法采用著名的Logistic生長函數(shù)[12～15]，擬合結(jié)果用卡方檢驗判定各函數(shù)擬合效果。

3.3.1正態(tài)分布函數(shù)

標準正態(tài)分布的概率密度函數(shù)為：

f（x）=12πσe-（x-）22σ2（3）

式中：為隨機變量x的數(shù)學期望;σ為隨機變量x的標準差。

3.3.2三參數(shù)Weibull分布密度函數(shù)

f（x）=0

cb（x-ab）c-1·exp-（x-ab）cx≤a

x>a，b>0，c<0

（4）

式中：a被定義為位置參數(shù)，a的取值為林分中最小徑階的林木的直徑下限值;b為尺度參數(shù);c為形狀參數(shù)。

在用Weibull分布密度函數(shù)擬合林分直徑分布時，參數(shù)a為直徑最小徑階的下限值，而對于參數(shù)b和參數(shù)c，通常用最大似然估計法求解。

3.3.3Logistic生長函數(shù)

應用于林分直徑分布模型時，形式為：

y=c1+ep-qx（5）

式中：y為各徑階對應的累積頻率;x為徑階中值。c，p，q>0，c為f（x）的上漸進值;p為與f（x）初值有關(guān)的參數(shù);q為內(nèi)秉生長率。

4結(jié)果與分析

4.1不同年齡段各徑階株數(shù)分布

將調(diào)查樣地禿杉按齡級（即Ⅰ齡級：0～5年，Ⅱ齡級：6～10年，Ⅲ齡級：11～15年，Ⅳ齡級：16～20年，Ⅴ齡級：21～25年，Ⅵ齡級：26～30年，Ⅶ齡級：31～35年，Ⅷ齡級：36～40年，Ⅸ齡級：41年以上）統(tǒng)計各徑階株數(shù)，得出各徑階株數(shù)分布曲線如圖1所示?？煽闯龈鼾g級林分直徑結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為以某一徑階為峰點的單峰山狀曲線，并且隨著林分年齡的增長，頂點規(guī)律性右移，峰點對應的直徑可看作是林分算術(shù)平均胸徑;林分直徑分布曲線隨著林分年齡的增長由尖峭慢慢變?yōu)槠教?，林分徑階離散度由小變大，分布曲線由左偏慢慢向右偏過渡。同時可以看出，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ齡級曲線之間峰點相對右移程度較大，說明禿杉在Ⅱ到Ⅵ齡級生長速度快;到Ⅶ、Ⅷ齡級時，曲線峰點右移不明顯，說明禿杉生長進入緩慢期。

4.2不同密度林分的株數(shù)累積直徑分布endprint

將林分密度分為5級，即Ⅰ級：500株/hm2以下，

圖1不同年齡徑階株數(shù)分布曲線

Ⅱ級：501～1000，Ⅲ級：1001～1500，Ⅳ級：1501～2000，Ⅴ級：2001以上。按林分密度不同對騰沖縣禿杉人工林林分做徑階株數(shù)累積曲線，如圖2所示，隨林分密度減小，株數(shù)累積曲線規(guī)律性右移;在任意的相同累積百分數(shù)所對應的不同密度的直徑，密度越大，直徑越小。在同一徑階上林分密度越大，其株數(shù)積累率越高，說明直徑分布曲線隨著林分密度的減少而提前右偏;在任意的相同株數(shù)累積百分數(shù)時，高密度林分的株數(shù)累積百分數(shù)所對應的直徑均小于低密度的林分，亦即在獲取目標材種的時候，同樣的株數(shù)累積百分數(shù)，密度越高的林分所對應的平均直徑越小，整個林分的直徑分布較窄，材種規(guī)格低。

圖2不同密度禿杉林分徑階株數(shù)累積百分數(shù)曲線

4.3正態(tài)分布、Weibull分布函數(shù)、Logistic生長函數(shù)

擬合

4.3.1參數(shù)估計

篩選出調(diào)查樣地林木株數(shù)滿足進行直徑分布函數(shù)擬合條件的13塊具有代表性的樣地，年齡從6～32年排序，分別用正態(tài)分布函數(shù)、Weibul1分布函數(shù)和Logistic生長方程進行擬合，擬合方程參數(shù)如表1所示。

4.3.2分布擬合及x2檢驗

由表1中每塊樣地的參數(shù)估計值，分別求出正態(tài)分布、Weibull分布函數(shù)和Logistic生長函數(shù)各徑階對應的理論株數(shù)，計算結(jié)果與實測株數(shù)進行卡方檢驗，在=0.05時，查出對應的卡方值，函數(shù)擬合檢驗結(jié)果如表2所示。

由表2看出，在α=0.05時，正態(tài)分布函數(shù)可以較好擬合23、24、25、21、32、8和38號樣地的禿杉直徑分布;Weibull函數(shù)可以較好擬合25、31、32、48和38號樣地的禿杉直徑結(jié)構(gòu)分布;Logistic函數(shù)可以較好擬合14、23、25、21、27、31、32、17、8、48和43號樣地的林分直徑結(jié)構(gòu)分布。其中23、24、25、21和8號樣地為未經(jīng)過間伐的樣地，其他樣地均經(jīng)歷過不同程度的撫育間伐活動。13塊樣地年齡由小到大，14號樣地林分年齡6年，43號樣地林分年齡32年。從樣地林分年齡來看，三參數(shù)Weibull函數(shù)和Logistic函數(shù)可以擬合禿杉各年齡階段間伐與未間伐的林分樣地的直徑分布，但Logistic函數(shù)可以擬合的范圍更大，其擬合效果和適用性優(yōu)于Weibull函數(shù);正態(tài)分布適宜擬合中幼齡未經(jīng)過間伐活動的林分樣地的林分直徑分布。

5結(jié)論與討論

（1）禿杉人工林林分直徑株數(shù)分布曲線呈現(xiàn)出以某一徑階為峰點的單峰山狀曲線，隨著林分年齡的增大，林分直徑株數(shù)分布曲線由左偏逐漸轉(zhuǎn)為右偏。

（2）隨林分密度減小，直徑株數(shù)累積百分數(shù)曲線規(guī)律性右移;在任意的相同累積百分數(shù)所對應的不同密度的直徑，密度越大，直徑越小。

（3）正態(tài)分布、Weibull分布函數(shù)和Logistic生長函數(shù)對于禿杉直徑結(jié)構(gòu)規(guī)律的模擬均具有一定的適用性。本文在對騰沖縣禿杉人工林調(diào)查樣地的直徑結(jié)構(gòu)分析時，發(fā)現(xiàn)正態(tài)分布較適宜未經(jīng)撫育間伐的林分，而Weibull分布函數(shù)和Logistic生長函數(shù)的適應性較廣，且適用性Logistic生長函數(shù)>Weibull分布函數(shù)。至于Logistic生長函數(shù)以外的其他生長方程能否用于騰沖縣禿杉人工林直徑結(jié)構(gòu)擬合還有待于更多的研究。

（4）通過對禿杉人工林直徑結(jié)構(gòu)的分析，發(fā)現(xiàn)未經(jīng)撫育間伐或者撫育間伐措施不及時等的樣地其林分內(nèi)林木直徑分化嚴重，不利于大徑材禿杉人工林的培育。為了縮短大徑材林木培育的時間，建議根據(jù)不同立地條件下禿杉人工林生長狀況的優(yōu)劣，積極探索禿杉速生期內(nèi)較適宜的間伐強度和間隔期，縮短大徑材培育期限，以期在一定的輪伐期內(nèi)獲取更多的禿杉大徑材林木。

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