秦嶺林區(qū)天然次生林與人工林立地質(zhì)量評(píng)價(jià)

吳恒，黨坤良，田相林，孫帥超，陳書(shū)軍，3，趙鵬祥，曹田健

（1. 西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院，楊凌712100；2. 生態(tài)仿真優(yōu)化實(shí)驗(yàn)室，楊凌712100；3. 陜西秦嶺森林生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站，寧陜711600）

專家推薦

秦嶺林區(qū)天然次生林與人工林立地質(zhì)量評(píng)價(jià)

吳恒1，2，黨坤良1，田相林1，2，孫帥超1，2，陳書(shū)軍1，3，趙鵬祥1，曹田健1，2

（1. 西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院，楊凌712100；2. 生態(tài)仿真優(yōu)化實(shí)驗(yàn)室，楊凌712100；3. 陜西秦嶺森林生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站，寧陜711600）

學(xué)科：林學(xué)

推薦專家：張君穎研究員（中國(guó)林學(xué)會(huì)）

推薦論文：吳恒，黨坤良，田相林，等. 秦嶺林區(qū)天然次生林與人工林立地質(zhì)量評(píng)價(jià)［J］. 林業(yè)科學(xué)，2015，51（4）： 78-88

·專家點(diǎn)評(píng)·

該論文以秦嶺林區(qū)典型的松櫟林帶為例，采用大量的臨時(shí)樣地、固定樣地和解析木數(shù)據(jù)，研究了秦嶺林區(qū)油松、華山松、銳齒櫟和落葉松立地指數(shù)表和立地形表，并比較了天然次生林和人工林的立地質(zhì)量評(píng)價(jià)方法。

本論文雖然在立地評(píng)價(jià)理論和技術(shù)方法上沿用了傳統(tǒng)的研究方法，但是本研究數(shù)據(jù)豐富，方法科學(xué)，研究結(jié)果對(duì)天然次生林立地質(zhì)量評(píng)價(jià)具有重要的實(shí)踐意義。文章篇幅有些大，建議優(yōu)化文章結(jié)構(gòu)，精簡(jiǎn)提煉文字內(nèi)容。

森林立地是森林生產(chǎn)力的基礎(chǔ)，對(duì)森林更新、樹(shù)種選擇、地力維持和經(jīng)營(yíng)管理至關(guān)重要。在造林規(guī)劃設(shè)計(jì)、森林撫育經(jīng)營(yíng)和森林經(jīng)營(yíng)規(guī)劃等林業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中，立地質(zhì)量評(píng)價(jià)是基礎(chǔ)，科學(xué)的立地質(zhì)量評(píng)價(jià)方法對(duì)提高林分生長(zhǎng)收獲預(yù)估準(zhǔn)確性、優(yōu)化撫育經(jīng)營(yíng)設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)森林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)具有極其重要的意義。

林分生產(chǎn)力的立地質(zhì)量評(píng)價(jià)方法可以分為生物因子法和地理因子法兩大類，其中生物因子法的地位級(jí)和立地指數(shù)是立地質(zhì)量評(píng)價(jià)最常用的方法（Batho et al.，2006）。立地指數(shù)多用于人工林立地質(zhì)量評(píng)價(jià)，少見(jiàn)用于天然林。研究表明，天然次生林多為相對(duì)同齡林，亦可用立地指數(shù)評(píng)價(jià)其立地質(zhì)量（Hann，1998；孟憲宇等，2001；鄭慧聰?shù)龋?013）；但是，由于天然林樹(shù)種組成和林分結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，天然林立地質(zhì)量評(píng)價(jià)更多采用立地形法（Vanclay et al.，1988；Huang et al.，1993；馬建路等，1995；陳永富等，2000）。

采用不同方法評(píng)價(jià)立地質(zhì)量各有優(yōu)缺點(diǎn)。地理因子法易于分類（劉建軍等，1996），但缺乏作為立地條件影響林分生長(zhǎng)的生物學(xué)解釋。地位級(jí)法簡(jiǎn)便易行（李悅黎等，1993），但其精度和準(zhǔn)確性相對(duì)低于立地指數(shù)。立地指數(shù)的無(wú)偏估計(jì)要求準(zhǔn)確的年齡測(cè)量值，人工林根據(jù)造林記錄可查出準(zhǔn)確的林分年齡，天然次生林則需要通過(guò)年輪分析法確定。立地指數(shù)評(píng)價(jià)天然次生林立地質(zhì)量時(shí)易受林分結(jié)構(gòu)的影響（Lynch，1958；Cieszewski et al.，1993；MacFarlane et al.，2000），影響的大小因樹(shù)種差異而有所不同（Flewelling et al.，2001）。相較基于年齡和樹(shù)高的地位級(jí)和立地指數(shù)而言，立地形評(píng)價(jià)立地質(zhì)量時(shí)對(duì)基準(zhǔn)胸徑的選擇較為敏感（Goelz et al.，1992），立地形取決于胸徑和樹(shù)高的關(guān)系。人工林由于胸徑與樹(shù)高的關(guān)系受造林密度、經(jīng)營(yíng)措施等的影響（Wang，1998），使得立地形的評(píng)價(jià)效果較差。

不同立地質(zhì)量評(píng)價(jià)方法特點(diǎn)各異，采用單一評(píng)價(jià)方法容易忽略不同方法對(duì)林分立地質(zhì)量評(píng)價(jià)造成的誤差，系統(tǒng)比較不同方法在人工林和天然次生林立地質(zhì)量評(píng)價(jià)中的差異能加深對(duì)森林立地質(zhì)量的認(rèn)識(shí)，提高立地評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性。

秦嶺林區(qū)面積占陜西省有林地總面積的35.8%，森林覆蓋率達(dá)56.3%，天然林面積和蓄積分別占林區(qū)總面積和總蓄積的86.7%和98.3%，是天保工程的重要組成部分（韓福利，2006）。然而，該林區(qū)長(zhǎng)期以來(lái)缺少對(duì)森林立地質(zhì)量的準(zhǔn)確評(píng)價(jià)，嚴(yán)重制約了林區(qū)森林撫育經(jīng)營(yíng)技術(shù)的發(fā)展與提高。因此，本研究選取秦嶺林區(qū)具有代表性的松櫟林帶，比較不同森林立地質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，編制普適性廣、應(yīng)用性強(qiáng)的地位指數(shù)表和立地形表。通過(guò)比較不同編表方法及統(tǒng)計(jì)學(xué)檢驗(yàn)，證明多元化評(píng)價(jià)森林立地質(zhì)量的科學(xué)性和必要性。

1　研究區(qū)概況與研究方法

1.1研究區(qū)概況

研究地區(qū)位于西北農(nóng)林科技大學(xué)火地塘教學(xué)試驗(yàn)林場(chǎng)。該林區(qū)地處秦嶺南坡中段寧陜縣境內(nèi)，林區(qū)地形復(fù)雜，山勢(shì)東高西低，坡度在20°～25°之間，海拔1420～2474 m。林區(qū)年降水量1000 mm，年積溫2200～3100℃，屬于北亞熱帶氣候類型。土壤主要有山地棕壤、暗棕壤和山地草甸土。油松（Pinus tabulaeformis）林分分布在海拔1000～2000 m地帶，在坡度較大、土層較薄的山坡、山脊占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)并形成純林，有一定的天然更新能力，是該林區(qū)最常見(jiàn)的針葉林。華山松（Pinus armandii）林分分布在海拔1400～2300 m地帶，上限多與青杄（Picea wilsonii）、秦嶺冷杉（Abies chensiensis）、紅樺（Betula albo-sinensis）和鐵杉（Tsuga chinensis）混交，下限多與銳齒櫟（Quercus aliena var. acuteserrata）和油松等混交，常見(jiàn)于山坡、谷底或溪旁。銳齒櫟林分在海拔1300～1900 m形成優(yōu)勢(shì)群落，多與松屬、其他闊葉樹(shù)混交，生產(chǎn)力較高。華山松和銳齒櫟林天然更新均表現(xiàn)較好。落葉松人工林主要是人工更新的華北落葉松（Larix principis-rupprechtii），分布在海拔1000～2400 m之間。

1.2數(shù)據(jù)來(lái)源和特征

本研究采用臨時(shí)樣地（圓形樣方半徑10 m）、固定樣地（方形20 m × 20 m）和解析木多源數(shù)據(jù)。其中油松臨時(shí)樣地378塊，固定樣地6塊，解析木10株；華山松臨時(shí)樣地1434塊，固定樣地20塊，解析木6株；落葉松臨時(shí)樣地203塊，固定樣地34塊，解析木7株；銳齒櫟臨時(shí)樣地944塊，固定樣地16塊，解析木22株。解析木數(shù)據(jù)除來(lái)源于西北農(nóng)林科技大學(xué)火地塘教學(xué)試驗(yàn)林場(chǎng)外，還來(lái)源于陜西省寧東林業(yè)局旬陽(yáng)壩林場(chǎng)、新礦林場(chǎng)和高橋林場(chǎng)。齡階按5年、徑階按4 cm整化，以各齡階、徑階優(yōu)勢(shì)木平均高為準(zhǔn)，±3倍標(biāo)準(zhǔn)差為界剔除該齡階或徑階范圍之外的異常點(diǎn)后進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)（表1）。

1.3編制天然次生林立地指數(shù)表可行性驗(yàn)證

在同齡純林中，林分直徑結(jié)構(gòu)近似遵循正態(tài)分布，平均直徑在株數(shù)積累分布曲線上在55%～64%范圍內(nèi)，一般近似于60%（孟憲宇，2006）。孟憲宇等（2001）研究認(rèn)為，天然次生林的徑階分布如果與正態(tài)分布沒(méi)有顯著性差異，便可視為“相對(duì)同齡林”，該方法的可行性可通過(guò)直徑頻次直方圖來(lái)驗(yàn)證（鄭聰慧等，2013）。本文按照單個(gè)樹(shù)種株數(shù)占樣地總株數(shù)65%以上的標(biāo)準(zhǔn)選取了5塊油松固定樣地、8塊華山松固定樣地和7塊銳齒櫟固定樣地進(jìn)行直徑分布Shapiro-Wilk統(tǒng)計(jì)量正態(tài)性檢驗(yàn)，用三次拋物線方程擬合肩形曲線，計(jì)算相對(duì)直徑為1時(shí)的株數(shù)積累百分?jǐn)?shù)。當(dāng)顯著性水平為0.05時(shí)，有3塊油松樣地、4塊華山松樣地和2塊銳齒櫟樣地直徑結(jié)構(gòu)與正態(tài)分布沒(méi)有顯著性差異，17塊樣地株數(shù)積累百分?jǐn)?shù)在55%～64%范圍內(nèi)（表2），表明本研究中的天然次生林符合“相對(duì)同齡林”特征。

1.4立地指數(shù)和立地形模型的建立

1.4.1優(yōu)勢(shì)木選擇

常用的優(yōu)勢(shì)木選擇方法是選擇林分中最高的林木作為優(yōu)勢(shì)木，并要求編表與使用表時(shí)選測(cè)方法一致（孟憲宇，2006）。本文對(duì)20 m × 20 m固定樣地選擇4株最高的優(yōu)勢(shì)木作為高選樣本（鄢志明等，1983）；對(duì)臨時(shí)樣地在半徑10 m的圓形樣方內(nèi)選擇3株最高的優(yōu)勢(shì)木作為高選樣本（孟憲宇，2006；詹昭寧等，1978）。將異常數(shù)據(jù)剔除后的樣本數(shù)據(jù)80%用于導(dǎo)向曲線擬合，20%用于檢驗(yàn)。

1.4.2導(dǎo)向曲線的擬合

導(dǎo)向曲線的選擇直接影響模型對(duì)立地質(zhì)量評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性，這就需要導(dǎo)向曲線的形式既符合樹(shù)高生長(zhǎng)的生物學(xué)規(guī)律，又要能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行最優(yōu)化擬合。良好的導(dǎo)向曲線應(yīng)該呈平滑的“S”形，并且具有上限漸近線（Weiskittel et al.，2011）。常用的導(dǎo)向曲線有拋物線式、雙曲線式、單分子式和理查茲式等，本文采用了模型1-5（李?？龋?011）進(jìn)行胸徑-樹(shù)高生長(zhǎng)擬合、模型6-19（孟憲宇，2006；Perin et al.，2013）進(jìn)行年齡-樹(shù)高生長(zhǎng)擬合（表3）。擬合時(shí)為了不減少模型的自由度，不采用各齡階（或徑階）年齡（或胸徑）與樹(shù)高平均值擬合，而采用所有建模數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行擬合，根據(jù)決定系數(shù)R2、SEE選擇導(dǎo)向曲線模型。

1.4.3基準(zhǔn)年齡、基準(zhǔn)胸徑和指數(shù)級(jí)距的確定

基準(zhǔn)年齡和基準(zhǔn)胸徑對(duì)立地指數(shù)和立地形模型的影響十分顯著，選擇不當(dāng)會(huì)對(duì)立地質(zhì)量評(píng)價(jià)造成偏差。本研究在確定基準(zhǔn)年齡時(shí)，利用解析木資料分析樹(shù)高的生長(zhǎng)過(guò)程，分別對(duì)不同立地條件下解析木的連年生長(zhǎng)量和平均生長(zhǎng)量求平均值并繪制曲線圖；同時(shí)計(jì)算建模樣本各齡階樹(shù)高變異系數(shù)CV和樹(shù)高變異系數(shù)變化幅度ΔCV并繪制曲線圖，根據(jù)曲線圖上樹(shù)高生長(zhǎng)趨于平緩且能靈敏反映立地質(zhì)量的原則確定基準(zhǔn)年齡?；鶞?zhǔn)胸徑的確定方法與基準(zhǔn)年齡的確定方法一致。指數(shù)級(jí)距C根據(jù)基準(zhǔn)年齡和基準(zhǔn)胸徑時(shí)的樹(shù)高絕對(duì)變幅和指數(shù)級(jí)個(gè)數(shù)概算。采用式（1）～式（4）。

1.4.4立地指數(shù)表和立地形表的編表方法

立地指數(shù)常用的編表方法有標(biāo)準(zhǔn)差調(diào)整法［standard deviation adjustment，SDA，式（4）］、變動(dòng)系數(shù)調(diào)整法［coefficient variationadjustment，CVA，式（5）］和相對(duì)優(yōu)勢(shì)高法［ratio method /RM，式（6）］（孟憲宇，2006）。標(biāo)準(zhǔn)差調(diào)整法多用于闊葉樹(shù)種，而變動(dòng)系數(shù)調(diào)整法普遍用于針葉樹(shù)種，相對(duì)優(yōu)勢(shì)高法精度相對(duì)較低（陶吉興等，1990）。立地形的調(diào)整方法與立地指數(shù)一致（馬建路等，1995；陳永富等，2000）。本文對(duì)每個(gè)樹(shù)種分別采用3種方法建立立地指數(shù)模型，將年齡換成胸徑、齡階換成徑階同理建立立地形模型。式（4）～式（6）。

1.5模型的評(píng)價(jià)與檢驗(yàn)

對(duì)編制的立地指數(shù)表和立地形表，運(yùn)用檢驗(yàn)樣本進(jìn)行卡方檢驗(yàn)、落點(diǎn)檢驗(yàn)和相關(guān)性檢驗(yàn)?？ǚ綑z驗(yàn)根據(jù)檢驗(yàn)樣本的年齡（或胸徑）和優(yōu)勢(shì)樹(shù)高值查出對(duì)應(yīng)的立地指數(shù)（或立地形），再求出該齡階（或徑階）的樹(shù)高理論值硂，然后與實(shí)際樹(shù)高值 H進(jìn)行卡方檢驗(yàn)。檢驗(yàn)公式為式（7）。

落點(diǎn)檢驗(yàn)將檢驗(yàn)樣本做散點(diǎn)圖，繪制到立地指數(shù)和立地形曲線簇中，算出散點(diǎn)落在曲線簇內(nèi)的概率，即為立地指數(shù)表或立地形表能夠解釋優(yōu)勢(shì)木生長(zhǎng)的概率值。運(yùn)用SPSS19.0軟件對(duì)優(yōu)勢(shì)樹(shù)高理論值與實(shí)際值進(jìn)行相關(guān)性分析?？ǚ綑z驗(yàn)值作為評(píng)價(jià)模型的主要指標(biāo)，根據(jù)臨界值表判斷模型精度是否符合要求?？ǚ綑z驗(yàn)值均低于臨界值時(shí)，檢驗(yàn)值越小、落點(diǎn)檢驗(yàn)概率值越大和相關(guān)系數(shù)越大，表明樹(shù)高理論值與實(shí)際值之間的偏離程度越小，模型精度就越高。

根據(jù)各樹(shù)種的小班平均年齡和平均高查秦巴林區(qū)通用地位級(jí)表，得到對(duì)應(yīng)的地位級(jí)，再求出平均樹(shù)高理論值，油松、華山松和落葉松采用針葉樹(shù)地位級(jí)表，銳齒櫟采用闊葉樹(shù)地位級(jí)表。同樣的方法得到小班樹(shù)高理論值，用實(shí)際值H與理論值?進(jìn)行誤差統(tǒng)計(jì)量分析，檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量包括平均誤差（MRES）、平均絕對(duì)誤差（AMRES）和平均相對(duì)誤差（MRES%），檢驗(yàn)公式為式（8）～式（10）。

平均誤差絕對(duì)值和平均絕對(duì)誤差小于0.5、相對(duì)誤差絕對(duì)值小于5%，說(shuō)明樹(shù)高理論值與真實(shí)值的偏差小于0.5 m，模型檢驗(yàn)值符合精度要求。誤差絕對(duì)值越小，模型精度越高。

2　結(jié)果與分析

2.1立地指數(shù)和立地形模型擬合結(jié)果

導(dǎo)向曲線擬合結(jié)果（表4）表明，落葉松人工林?jǐn)M合決定系數(shù)R2高于其他天然次生林，這與人工林?jǐn)?shù)據(jù)分布比較集中、天然次生林?jǐn)?shù)據(jù)分布比較分散有關(guān)。各樹(shù)種的擬合決定系數(shù)R2均低于0.9，這與模型擬合時(shí)采用所有數(shù)據(jù)點(diǎn)而非各齡階（或徑階）年齡（或胸徑）和樹(shù)高平均值有關(guān)。

2.2基準(zhǔn)年齡、基準(zhǔn)胸徑與指數(shù)級(jí)距

以油松為例，當(dāng)年齡30年左右、胸徑18 cm左右時(shí)，樹(shù)高的連年生長(zhǎng)量曲線與平均生長(zhǎng)量曲線相交，之后生長(zhǎng)趨于平緩，樹(shù)高變異系數(shù)趨于平穩(wěn)，變異系數(shù)變化幅度趨于1，從而確定油松的基準(zhǔn)年齡為30年，基準(zhǔn)胸徑為18 cm。同樣的方法確定華山松、落葉松和銳齒櫟的基準(zhǔn)年齡分別是30，20和20年，基準(zhǔn)胸徑分別是20，16和12 cm。根據(jù)基準(zhǔn)年齡和基準(zhǔn)胸徑時(shí)的樹(shù)高變化幅度確定油松、華山松、落葉松和銳齒櫟的指數(shù)級(jí)距分別為2，2，1和2 m，指數(shù)級(jí)個(gè)數(shù)都為5。以油松、落葉松立地指數(shù)和華山松、銳齒櫟立地形為例展開(kāi)得到立地指數(shù)和立地形曲線簇，見(jiàn)圖1。

2.3基準(zhǔn)年齡、基準(zhǔn)胸徑與指數(shù)級(jí)距

表5比較了立地指數(shù)表和立地形表的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)結(jié)果。各樹(shù)種卡方檢驗(yàn)值均小于臨界值，油松、落葉松卡方檢驗(yàn)臨界值為77.9（df=60－1，α=0.05），華山松卡方檢驗(yàn)臨界值為178.5（df=150－1，α=0.05），銳齒櫟卡方檢驗(yàn)臨界值為1399（df=115－1，α=0.05），符合精度要求。油松、落葉松和華山松立地指數(shù)卡方檢驗(yàn)平均值分別比立地形低2.83，4.56和0.17，銳齒櫟立地指數(shù)卡方檢驗(yàn)平均值比立地形高0.80。油松、落葉松和銳齒櫟立地指數(shù)表落點(diǎn)檢驗(yàn)平均值分別高立地形表3.89%，10.55% 和3.19% ，華山松落點(diǎn)檢驗(yàn)立地指數(shù)表與立地形表差異較小，平均值差為 1.56%，相對(duì)優(yōu)勢(shì)高法落點(diǎn)檢驗(yàn)平均值分別高標(biāo)準(zhǔn)差調(diào)整法和變異系數(shù)調(diào)整法2.45%和1.08%。油松和落葉松立地指數(shù)表相關(guān)系數(shù)平均值分別高于立地形表0.018和0.014，華山松差異較小為0.002，銳齒櫟立地指數(shù)表相關(guān)系數(shù)略低于立地形表為0.004，標(biāo)準(zhǔn)差調(diào)整法和變異系數(shù)調(diào)整法的相關(guān)系數(shù)差異不大且都大于相對(duì)優(yōu)勢(shì)高法，平均值分別為0.976，0.977和0.969。

以卡方檢驗(yàn)值為主要指標(biāo)，綜合考慮落點(diǎn)檢驗(yàn)和相關(guān)性檢驗(yàn)結(jié)果確定林分立地質(zhì)量評(píng)價(jià)方法分別是落葉松和油松采用立地指數(shù)、華山松和銳齒櫟采用立地形；編表調(diào)整方法分別是油松和銳齒櫟選擇CVA、華山松和落葉松選擇SDA；導(dǎo)向曲線選取分別是油松選取Gaussian、華山松選取Korf、落葉松選取Sigmoidal、銳齒櫟選取Weibull。編成油松、落葉松立地指數(shù)表和華山松、銳齒櫟立地形表見(jiàn)附表1～4。

2.4不同立地質(zhì)量評(píng)價(jià)方法的比較

立地指數(shù)、立地形與地位級(jí)的統(tǒng)計(jì)誤差分析如表6所示。從表6可以看出，油松和落葉松地位級(jí)平均誤差（MRES）大于立地指數(shù)平均誤差，華山松和銳齒櫟地位級(jí)與立地形平均誤差差異較小；立地指數(shù)和立地形平均絕對(duì)偏差（AMRES）均在 0.54以下，地位級(jí)在0.8左右，落葉松最大為1.614；立地指數(shù)和立地形平均相對(duì)誤差（MRES%）均小于1%，落葉松地位級(jí)相對(duì)誤差最大為 15.5%。結(jié)果表明，地位級(jí)評(píng)價(jià)立地質(zhì)量的偏差大于立地指數(shù)和立地形，落葉人工林采用地位級(jí)的立地質(zhì)量評(píng)價(jià)方法誤差明顯大于立地指數(shù)。通用地位級(jí)表不區(qū)分樹(shù)種、林分平均高也受樹(shù)種組成等影響都可能降低地位級(jí)評(píng)價(jià)立地質(zhì)量的準(zhǔn)確性。

3　結(jié)論與討論

本研究采用固定樣地、臨時(shí)樣地和解析木高選樣本數(shù)據(jù)，運(yùn)用3種編表方法對(duì)林區(qū)4個(gè)主要樹(shù)種編制立地指數(shù)表和立地形表。油松和落葉松適合采用立地指數(shù)表，華山松和銳齒櫟適合采用立地形表，各樹(shù)種地位指數(shù)表符合統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)要求，能用于林分立地質(zhì)量的評(píng)價(jià)。然而，立地質(zhì)量評(píng)價(jià)準(zhǔn)確性會(huì)受建模數(shù)據(jù)、評(píng)價(jià)方法等因素的影響。

3.1數(shù)據(jù)對(duì)立地質(zhì)量評(píng)價(jià)模型的影響

林分最高木與最粗木之間存在著極顯著相關(guān)性，高選和徑選方法之間存在著高度的統(tǒng)一（趙美麗等，1994）。鄢志明等（1983）在編制油松地位指數(shù)表時(shí)對(duì)高選樣本和徑選樣本的差異性檢驗(yàn)表明，2種方法選擇得到的樣本沒(méi)有顯著性差異，樹(shù)高相對(duì)于胸徑不受林分密度的影響，而胸徑則與密度相關(guān)。因此，本研究未考慮徑選而直接采用高選優(yōu)勢(shì)木。

解析木數(shù)據(jù)雖被廣泛地用于立地指數(shù)模型（Curtis，1964），但也存在其局限性。使用解析木建立的優(yōu)勢(shì)樹(shù)高生長(zhǎng)模型是否會(huì)高估樹(shù)高生長(zhǎng)仍有爭(zhēng)議（Raulier et al.，2003；Perin et al.，2013）。固定樣地?cái)?shù)據(jù)是建模最理想的數(shù)據(jù)，因?yàn)樗鼙容^樣地組內(nèi)和組間的統(tǒng)計(jì)值去驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性。與解析木數(shù)據(jù)相比，固定樣地?cái)?shù)據(jù)擬合的優(yōu)勢(shì)樹(shù)高生長(zhǎng)曲線會(huì)更早地達(dá)到漸近線水平（Raulier et al.，2003）；但實(shí)際中由于各種原因較難獲取大量固定樣地的數(shù)據(jù)，臨時(shí)樣地?cái)?shù)據(jù)亦可用于生長(zhǎng)建模。單獨(dú)使用臨時(shí)樣地?cái)?shù)據(jù)會(huì)造成模型的估計(jì)偏差，Perin等（2013）在比較挪威云杉（Picea abies）的樹(shù)高生長(zhǎng)時(shí)發(fā)現(xiàn)，使用臨時(shí)樣地建立的樹(shù)高生長(zhǎng)模型會(huì)低估樹(shù)高生長(zhǎng)。由于臨時(shí)樣地?cái)?shù)據(jù)是在短期內(nèi)測(cè)量完成的，使得測(cè)量數(shù)據(jù)更容易受極端氣候變化的影響，Keen等（1937）發(fā)現(xiàn)干旱地區(qū)西黃松（Pinus ponderosa）對(duì)降雨極其敏感，從而導(dǎo)致優(yōu)勢(shì)樹(shù)高的數(shù)據(jù)誤差。本文采用Garcia（2005）和Perin等（2013）基于多樣數(shù)據(jù)的方法編制立地位指數(shù)表和立地形表，力圖降低單一數(shù)據(jù)類型造成的立地質(zhì)量評(píng)價(jià)誤差；然而，本研究調(diào)查數(shù)據(jù)集中于秦嶺南坡中段，有待于補(bǔ)充秦嶺東西段和北坡數(shù)據(jù)，以提高本文模型的精度和普適性。

3.2導(dǎo)向曲線和基準(zhǔn)胸徑對(duì)立地質(zhì)量評(píng)價(jià)模型的影響

人工林常采用各齡階年齡和優(yōu)勢(shì)樹(shù)高的平均值進(jìn)行導(dǎo)向曲線擬合（孟憲宇，2006；段吉力等，2009），平均年齡和優(yōu)勢(shì)木平均高擬合能顯著提高決定系數(shù)R2，但也極大地減少了模型的自由度；特別是天然次生林由于優(yōu)勢(shì)木年齡不一致，以及數(shù)據(jù)的分布較人工林存在明顯差異，采用各齡階平均年齡和優(yōu)勢(shì)木平均高建模更容易造成模型估計(jì)誤差。本文采用所有建模數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行擬合，提高了樹(shù)高生長(zhǎng)模型的自由度。

立地形作為評(píng)價(jià)混交林和異齡林的有效方法，需要確定一個(gè)樹(shù)高生長(zhǎng)趨于穩(wěn)定且能靈敏反映立地質(zhì)量差異的基準(zhǔn)胸徑（Weiskittel et al.，2011）。根據(jù)林木調(diào)查數(shù)據(jù)中出現(xiàn)頻次較多的胸徑值為基準(zhǔn)胸徑的方法（Vanclay et al.，1988 ）缺少合理的生物學(xué)解釋。令胸徑-樹(shù)高方程二階導(dǎo)數(shù)為零時(shí)得到的基準(zhǔn)胸徑（陳永富，2000）是樹(shù)高連年生長(zhǎng)量最大時(shí)的胸徑，根據(jù)基準(zhǔn)年齡對(duì)應(yīng)的胸徑值確定基準(zhǔn)胸徑（Huang et al.，1993）則需要準(zhǔn)確的年齡-胸徑方程。本文根據(jù)樹(shù)高生長(zhǎng)量趨于穩(wěn)定且能靈敏反映立地質(zhì)量差異時(shí)對(duì)應(yīng)的胸徑為基準(zhǔn)胸徑（馬建路等，1995）滿足反映立地質(zhì)量差異的要求；但由于缺乏固定樣地和解析木數(shù)據(jù)，特別是落葉松和銳齒櫟解析木數(shù)據(jù)的短缺，使得這2個(gè)樹(shù)種基準(zhǔn)年齡和基準(zhǔn)胸徑確定的準(zhǔn)確性受到影響。

3.3立地質(zhì)量評(píng)價(jià)模型檢驗(yàn)方法

如果對(duì)立地指數(shù)表的落點(diǎn)檢驗(yàn)采用編表數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)，容易引起檢驗(yàn)樣本和編表樣本的耦合（段劼等，2009）。在立地質(zhì)量評(píng)價(jià)模型檢驗(yàn)中，通用式卡方檢驗(yàn)不適合檢驗(yàn)連續(xù)型隨機(jī)變量的實(shí)際值與理論值的擬合優(yōu)度（吳再明，1988）。本文將樣本數(shù)據(jù)分為編表樣本和檢驗(yàn)樣本，其中檢驗(yàn)樣本占總體樣本的1/5，這樣可降低編表樣本數(shù)據(jù)檢驗(yàn)立地指數(shù)表造成的耦合現(xiàn)象。本文采用的檢驗(yàn)樣本是由固定樣地?cái)?shù)據(jù)、臨時(shí)樣地?cái)?shù)據(jù)和解析木數(shù)據(jù)隨機(jī)選取，可用通用式卡方檢驗(yàn)進(jìn)行有效檢驗(yàn)。本文可在相同顯著水平上，比較預(yù)測(cè)值與真實(shí)值的相關(guān)系數(shù)大小，也可比較各種立地質(zhì)量評(píng)價(jià)方法的優(yōu)劣。

3.4不同方法對(duì)立地質(zhì)量評(píng)價(jià)準(zhǔn)確性的影響

油松和銳齒櫟立地指數(shù)曲線簇與地位級(jí)曲線簇相比，成熟林時(shí)地位級(jí)曲線樹(shù)高生長(zhǎng)仍然處于上升狀態(tài)，相對(duì)高估了成熟林時(shí)樹(shù)高生長(zhǎng)（圖2）。誤差統(tǒng)計(jì)量分析結(jié)果表明，通用地位級(jí)表評(píng)價(jià)立地質(zhì)量的誤差大于立地指數(shù)或立地形表，其中落葉松人工林采用地位級(jí)法評(píng)價(jià)立地質(zhì)量誤差最大（表6）。采用林分平均高或者優(yōu)勢(shì)高評(píng)定立地質(zhì)量均會(huì)受人為干擾而產(chǎn)生誤差，地位級(jí)法不適用于采用下層伐的林分，立地指數(shù)和立地形不適用于使用上層伐的林分（孟憲宇，2006）。秦嶺林區(qū)在禁伐令前多有間伐作業(yè)，然而，歷史間伐強(qiáng)度和間伐方式等準(zhǔn)確數(shù)據(jù)難以獲得，這在一定程度上也影響了本文立地質(zhì)量評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性。

摘編自《林業(yè)科學(xué)》，2015年51卷4期78-88頁(yè)，圖、表、參考文獻(xiàn)已省略。