塞罕壩地區(qū)樟子松立木材積表研究

許 晴，李曉莎，許中旗，張 巖，張 菲，程 順，崔同祥

(1.河北農(nóng)業(yè)大學林學院，河北省林木種質(zhì)資源與森林保護重點實驗室，河北保定071000;2.塞罕壩機械林場，河北圍場068450)

塞罕壩地區(qū)樟子松立木材積表研究

許 晴1，李曉莎1，許中旗1，張 巖2，張 菲2，程 順2，崔同祥2

(1.河北農(nóng)業(yè)大學林學院，河北省林木種質(zhì)資源與森林保護重點實驗室，河北保定071000;2.塞罕壩機械林場，河北圍場068450)

基于塞罕壩地區(qū)的實測數(shù)據(jù)建立了該地區(qū)樟子松人工林的二元材積模型、一元胸徑立木材積模型和一元地徑立木材積模型，分別為 V=0.00006938D1.763H1.037(R2=0.997)、V=0.000123D2.494(R2=0.970)和 V= 0.00001235D3.017(R2=0.950)。通過以上模型建立了該地區(qū)的二元立木材積表、一元胸徑立木材積表和一元地徑立木材積表。t檢驗表明，以上材積表在該地區(qū)有良好的適用性。該地區(qū)的二元立木材積模型與大興安嶺地區(qū)及遼寧地區(qū)的樟子松立木材積模型有明顯差異，對于分布于不同地區(qū)的相同樹種應分別建立不同的材積表。

樟子松;二元立木材積表;一元立木材積表;塞罕壩地區(qū)

立木材積表是林業(yè)的基本數(shù)表之一，也是林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設計的重要工具。按查定材積需測立木因子(胸高、樹高、干形)的數(shù)量不同而分三元、二元和一元材積表，其中，二元材積表最為常用，一元材積表因為數(shù)據(jù)獲取相對容易，應用也較為廣泛。樟子松(Pinus sylvestris var．mongolica)具有耐寒、耐旱、耐瘠薄等特征，尤其能適應干旱的山脊、陽坡，以及較干旱的沙質(zhì)土壤，因此，在我國北方地區(qū)具有廣泛的分布［1］。樟子松是塞罕壩林區(qū)重要的造林樹種，種植面積達到9 354hm2。該地區(qū)樟子松林多為20世紀60—70年代營造，目前已進入林分經(jīng)營和收獲的關(guān)鍵階段，需要建立立木材積表指導樟子松的經(jīng)營與生產(chǎn)。目前已有大興安嶺地區(qū)和遼寧地區(qū)的樟子松材積表的發(fā)表［2－3］，但是樟子松在不同地區(qū)生長特征會有明顯差異［4］，這些材積表難以在本地區(qū)推廣使用。在20世紀90年代，塞罕壩地區(qū)建立了自己的樟子松林立木材積表［5－6］，但是當時該地區(qū)樟子松的年齡相對較小，其胸徑及樹高都比較小，已不能滿足當前本地區(qū)樟子松林經(jīng)營生產(chǎn)的要求，需要編制新的立木材積表。本研究以塞罕壩地區(qū)的樟子松林為研究對象，編制該地區(qū)樟子松林的立木材積表，為該地區(qū)樟子松人工林的合理經(jīng)營提供科學依據(jù)。

1 研究地概況

塞罕壩機械林場(42°02'～42°36'N、116°51'～117°39'E)位于河北省最北部，分為壩上、壩下兩部分。壩上是以丘陵、曼甸為主，海拔1 500～1 940m;壩下典型的山地地形，海拔 1 010～1 500m。該地區(qū)氣候?qū)儆诎敫珊蛋霛駶櫤疁匦源箨懠撅L氣候，春秋季短而干燥多風，冬季氣溫寒冷而漫長。年平均氣溫為 －1.2℃，最高氣溫為33.4℃，最低氣溫為－43.3℃，年無霜期平均59d，年均降水量為452mm。該地區(qū)常有大風、干旱、風沙、霜凍等災害性天氣。塞罕壩林區(qū)土壤主要為灰色森林土、山地棕壤和風沙土3種。該地區(qū)的森林類型主要有華北落葉松人工林、樟子松人工林、楊樺天然次生林、蒙古櫟林等。

該林場自1962開始引種樟子松，1968年開始進行大面積造，現(xiàn)有樟子松人工林面積已達9 354hm2，為該林場分布面積最廣的2種森林類型之一，已成為該林場主要的森林經(jīng)營類型。

2 研究方法

2．1 林分樣地

2014年8—9月份，在前期調(diào)查和實地考察基礎上，針對塞罕壩機械林場的樟子松人工林林分情況，用典型取樣的方法，在塞罕壩機械林場所屬的大喚起林場、千層板林場、北曼甸林場、三道河口林場，選取不同年齡(10!45a生)、不同立地條件、不同林分密度的樟子松林，設置樣地28塊，樣地面積為600m2。在每一樣地內(nèi)進行每木檢尺，調(diào)查內(nèi)容包括坐標、胸徑、樹高、枝下高、冠幅等。胸徑采用胸徑尺，樹高采用勃魯萊測高器，冠幅采用皮尺進行測定。同時調(diào)查每塊樣地的地理坐標、海拔、土層厚度等指標。在樣地調(diào)查的基礎上，實際獲取解析木26株。同時收集當?shù)氐囊延械慕馕瞿緮?shù)據(jù)134株，共獲得解析木數(shù)據(jù)160株。

2．2 二元材積表編制方法

將獲得的160株解析木分成兩組，分別為93株和67株，其中93株用來建立二元材積模型，另外67株用來進行模型的驗證。采用的模型有以下幾種:

式中:a，b，c，d均為常數(shù);V為材積;D為胸徑; H為樹高。

用以上模型進行擬合，最后選擇決定系數(shù)最大，同時剩余殘差最小的模型來編制二元立木材積表。

2．3 一元材積表的編制

采用與二元材積表相同的取樣和驗證方法，采用模型V=aDb，建立一元胸徑材積表和一元地徑材積表。

2．4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

數(shù)據(jù)的統(tǒng)計及擬合全部采用統(tǒng)計分析軟件SPSS Statistics 22來完成。

3 結(jié)果與分析

3．1 二元材積表的編制

3．1．1 模型選擇

由圖1可以看出，樟子松的材積與樹高及胸徑回歸關(guān)系的決定系數(shù)分別達到了0．960 5和0．97，說明樹高及胸徑對樟子松材積的解釋量分別達到了96．05%和97．00%，可以建立樟子松材積與胸徑及樹高的回歸模型。

圖1 樟子松材積與樹高及胸徑的回歸關(guān)系Fig．1 The regression relationships between the Scotch Pine volume，height and DBH

利用解析木數(shù)據(jù)建立單株材積與胸徑和樹高的回歸模型。不同回歸方程的決定系數(shù)及剩余殘差如表1所示。

表1 不同模型決定系數(shù)及殘差平方和Tab．1 The coefficient of determination and residual sum of squares of different models

由表1可知，以模型(1)和模型(6)的決定系數(shù)最大，都達到了0．997，同時殘差平方和最小，都為0．006。比較而言，模型(1)的形式更為簡潔，因此采用模型(1)來編制塞罕壩地區(qū)的立木材積表，樟子松二元材積表的計算公式則為:

V=0．00006938D1．763H1．037

R2=0．997

式中:V為單株材積，D為胸徑，H為樹高。由上式得到塞罕壩地區(qū)樟子松林的二元立木材積表(表3)。

3．1．2 二元材積表的適用性檢驗

為了進一步驗證材積表的適合程度，用67株解析木數(shù)據(jù)，對模擬單株材積及實際單株材積進行t檢驗，檢驗材積表的適用性。檢驗結(jié)果如表2所示。由表2可以看出p=0．612，說明實測值和模擬值差異不顯著，材積表具有良好的適用性。

表2 實際值與模擬值的t檢驗Tab．2 T test between simulation results and measured values

3．2 一元材積表的編制

目前已發(fā)表的一元材積表的編制多采用模型V=aDb［3］，因此本研究也采用該模型。由SPSS的非線性回歸得到樟子松的一元胸徑材積模型式:

V=0．000123D2．494

R2=0．970，殘差平方和為0．059。

由一元胸徑材積模型得到一元胸徑立木材積表(表4)。用67株解析木數(shù)據(jù)，對模擬單株材積及實際單株材積進行t檢驗，檢驗結(jié)果如表5所示。由表5可以看出p=0．147，說明實測值和模擬值差異不顯著，材積表具有良好的適用性。

表4 塞罕壩地區(qū)樟子松人工林一元胸徑立木材積表Tab．4 One way volime table on DBH of Scotch Pine in Saihanba area

表5 一元材積模型模擬值與實際值的t檢驗Tab．5 T test between simulation results through one way volume model and measured values

采用與一元胸徑材積模型相同的方法得到一元地徑材積模型為:

V=0．00001235D3．017

R2=0．950，殘差平方和為0．122。

由一元地徑材積模型建立樟子松一元地徑材積表(表6)。用解析木數(shù)據(jù)對模擬單株材積及實際單株材積進行t檢驗，檢驗結(jié)果如表5所示。由表5可以看出p=0．293，說明實測值和模擬值差異不顯著，該材積表具有良好的適用性。

表6 塞罕壩地區(qū)樟子松人工林一元地徑立木材積表Tab．6 One way volume table on ground diameter of Scotch Pine in Saihanba area

4 討論與結(jié)論

4．1 討論

樟子松是一個優(yōu)良用材樹種，同時具有耐寒、耐旱、耐瘠薄等特征，因此在中國北方地區(qū)具有廣泛的分布。但是由于各地的生態(tài)條件具有較大差異，其生長特征也表現(xiàn)出明顯不同，導致各地樟子松的樹干表現(xiàn)出不同的形態(tài)特征。因此，一個地區(qū)得到樟子松材積表難以在其他地區(qū)推廣應用。宮淑琴等［3］曾構(gòu)建的大興安嶺地區(qū)樟子松人工林二元材積模型為 V=0．0000966D1．8146H0．8276，張日升等［2］曾構(gòu)建遼寧地區(qū)的樟子松林的二元立木材積模型為V=0．000115923D1．9170H0．6251，本文得到的塞罕壩地區(qū)樟子松的二元材積為V=0．00006938D1．763H1．037(R2=0．997)。由比較可以看出，3個地區(qū)樟子松的立木模型有很大差別，尤其是樹高在材積的計算中的作用，塞罕壩明顯高于另外兩個地區(qū)，這在一定程度上反映了幾個地區(qū)樟子松生長的差異。塞罕壩地區(qū)的樟子松在胸徑相同的情況下，具有更大的樹高，說明該地區(qū)的樟子松的生長優(yōu)于另外兩個地區(qū)，這在其他的研究中也已得到證實［5］。同時，不同地區(qū)材積模型存在較大差異也說明，在一個地區(qū)得到的材積表或材積模型在其他地區(qū)的適用性較差，因此，各個地區(qū)應建立當?shù)氐牧⒛静姆e表，而不能直接使用其他地區(qū)的材積表。

4．2 結(jié)論

1)本文根據(jù)塞罕壩地區(qū)的實測數(shù)據(jù)建立了該地區(qū)樟子松人工林的二元及一元立木材積模型，分別為V=0．00006938D1．763H1．037(R2=0．997)和V= 0．000123D2．494(R2=0．970)，經(jīng)檢驗，3個模型都有較高的適用性。通過該模型建立了該地區(qū)的二元立木材積表和一元立木材積表。

2)該地區(qū)的二元立木材積模型與大興安嶺地區(qū)及遼寧地區(qū)的樟子松立木材積模型有較大差異，從材積模型的差異可以反映出塞罕壩地區(qū)的樟子松生長優(yōu)于其他兩個地區(qū)。

3)不同地區(qū)同一樹種的生長形態(tài)會有很大差異，一個地區(qū)建立的材積表在其他地區(qū)的適用性較差，不同地區(qū)應建立當?shù)氐牧⒛静姆e表。

［1］張振軍．郁閉樟子松林撫育間伐的綜合效應分析［J］．防護林科技，2014(10):73－74．

［2］張日升，于洪軍，王國晨，等．遼寧樟子松人工林二元材積表的編制［J］．遼寧林業(yè)科技，2004(6):22－24．

［3］宮淑琴，劉東蘭．大興安嶺地區(qū)樟子松人工林材積表的編制［J］．林業(yè)資源管理，2002(5):31－32．

［4］李曉莎，楚聰穎，許中旗，等．塞罕壩地區(qū)樟子松林生物量研究［J］．河北林果研究，2016，31(3):226－230．

［5］張向忠．樟子松二元材積模型的研究［J］．河北林學院學報，1995，10(4):335－337．

［6］趙亞民．塞罕壩林場主要樹種一元立木地徑材積表的編制［J］．河北林學院學報，1993，8(3):223－228．

Study on the Volume Table of Scotch Pine in Saihanba Aera

XU Qing1，LI Xiaosha1，XU Zhongqi1，ZHANG Yan2，ZHANG Fei2，CHENG Shun2，CUI Tongxiang2
(1.Key Laboratory of Genetic Resources of Forest and Forest Protection of Hebei Province，College of Forestry，Agricultural University of Hebei Baoding Hebei 071000;2.Sanhanba Mechanical Forest Farm，Weichang，Hebei 068450，China)

Based on the data measured in the Saihanba area，standard volume model，one-way tree volume model of DBH and one-way tree volume model of ground diameter were established，which were V=0．00006938D1．763H1．037(R2=0．997)，V=0．000123D2．494(R2=0．970)and V=0．00001235D3．017(R2= 0.950)，respectively.Based on the above models，the standard volume table，one-way tree volume table of DBH and one-way tree volume table of ground diameter are constructed.The t-test showed that the above volume tables had good applicability in the area.And there was a significant difference between the standard volume model in the Saihanba area and tree volume model of Scotch pine in Daxinganling and Liaoning areas.So different volume tables should be established for the same tree species distributed in different areas.

Scotch Pine，binary volume table，unitary volume table Saihanba area

S757.2

A

1002－6622(2017)01－0057－06

10．13466/j．cnki．lyzygl．2017．01．011

2016－10－07;

2017－01－03

河北省林業(yè)科學技術(shù)研究應用研究類指導性計劃項目(1416464);河北省科技廳科技支撐項目(10236728);中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項(XDA05050203－02－01)

許晴(1972－)，女，廣東饒平人，實驗師，學士，主要從事植物與土壤養(yǎng)分研究。Email:xuq7205@sohu.com

許中旗(1971－)，男，河北人，教授，主要從事森林生態(tài)學研究。Email:xzq7110@163.com