杉木人工林全林分模型及貨幣收獲表的研制

池新欽

(福建省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，福建 福州 350001)

杉木人工林全林分模型及貨幣收獲表的研制

池新欽

(福建省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，福建 福州 350001)

利用杉木人工林現(xiàn)場實(shí)際造材樣木以及木材價(jià)格、生產(chǎn)成本、稅費(fèi)等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)測算單木純收益，并建立單木貨幣預(yù)估模型。以年齡、地位指數(shù)、林分密度為輔助變量，選擇Korf理論生長方程構(gòu)建杉木人工林全林分模型，結(jié)合單木貨幣預(yù)估模型按經(jīng)營類型編制杉木人工林林分貨幣收獲表。應(yīng)用林分貨幣收獲表，既可預(yù)估林分在各種年齡時(shí)的木材產(chǎn)量及與材積有關(guān)的林分因子，同時(shí)還體現(xiàn)了林分貨幣收獲量，在森林資源經(jīng)營、資產(chǎn)化管理和資產(chǎn)評估中有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

杉木；貨幣收獲表；模型；免疫進(jìn)化算法

收獲表是反映森林?jǐn)?shù)量、質(zhì)量及生長動態(tài)的一種林業(yè)數(shù)表[1]，傳統(tǒng)收獲表的用途主要是用于判斷林地的立地質(zhì)量、評價(jià)森林經(jīng)營措施的實(shí)施效果、查定和預(yù)估現(xiàn)實(shí)及未來林分的蓄積量和生長量、確定森林成熟和主伐年齡，這些用途在現(xiàn)代森林經(jīng)營中仍然發(fā)揮著重要作用[2]。正因?yàn)槿绱?，收獲表已在全世界得到廣泛應(yīng)用，是森林集約經(jīng)營中不可缺少的重要林業(yè)數(shù)表模型之一[3]。但是，隨著科學(xué)技術(shù)和社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，作為森林可持續(xù)經(jīng)營的現(xiàn)代收獲表，要求其研制的基礎(chǔ)理論、技術(shù)方法、編表內(nèi)容和實(shí)際應(yīng)用等方面要有新的突破和擴(kuò)展，以便更好地服務(wù)于森林資源調(diào)查監(jiān)測、森林資源資產(chǎn)化管理和資產(chǎn)評估等工作，促進(jìn)森林可持續(xù)經(jīng)營和現(xiàn)代林業(yè)建設(shè)。因此，本文在以往收獲表研制工作的基礎(chǔ)上，對其貨幣收獲進(jìn)行研究，擴(kuò)展了收獲表的編表內(nèi)容和應(yīng)用范圍。

1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括樣木、標(biāo)準(zhǔn)地和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，來源于福建省各地，具有充分的代表性。樣木共計(jì)2012株，主要用于建立樹高曲線模型和單株貨幣純收益預(yù)估模型，以及測算單株貨幣純收益值。樣木伐倒后以1 m為1個區(qū)分段長度，測定各區(qū)分段中央帶皮和去皮直徑，并按生產(chǎn)實(shí)際進(jìn)行現(xiàn)場造材，主要測樹因子分布范圍：胸徑5.1～41.2 cm，樹高4.1～28.9 m，材積0.0062～1.2693 m3。

標(biāo)準(zhǔn)地共計(jì)1379塊，按森林調(diào)查技術(shù)規(guī)范要求測定林分各個調(diào)查因子，主要因子分布范圍為：年齡5～39 a，平均胸徑2.9～26 cm，平均高2.5～22 m，密度450～5925株·hm-2，蓄積量3～609 m3·hm-2。

為滿足研制貨幣收獲表的要求，在福建省各地進(jìn)行調(diào)研，收集木材價(jià)格、生產(chǎn)成本及稅費(fèi)等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。木材生產(chǎn)經(jīng)營成本包括伐區(qū)設(shè)計(jì)費(fèi)、檢尺費(fèi)、采伐集材成本、短途運(yùn)輸成本、銷售費(fèi)用、管理費(fèi)及不可預(yù)見費(fèi)等。

2 單株木貨幣純收益模型

樣木造材后，用中央斷面區(qū)分求積式確定各材種出材量，根據(jù)各地技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如木材價(jià)格、生產(chǎn)成本及稅費(fèi)等，計(jì)算每株樣木的貨幣純收益。以胸徑、樹高為輔助變量，貨幣純收益為因變量，建立單株木貨幣純收益預(yù)估模型。計(jì)算公式為：Au=0.006963D1.6963H1.6092，R=0.9887，式中：Au為單株林木貨幣純收益；D為胸徑；H為樹高。

3 全林分模型

3.1生長方程

我國李鳳日教授(1987)以興安落葉松為研究對象，選用由捷克斯洛伐克Korf先生所研究的Korf方程來模擬樹木和林分生長，對該方程及其他4個常用的理論生長方程進(jìn)行了分析對比，結(jié)果表明Korf方程優(yōu)于其他生長方程；因?yàn)镵orf方程的生長曲線的下降部分為年齡的冪函數(shù)，實(shí)際上更能準(zhǔn)確地描述樹木和林分的生長，且解析性和適應(yīng)性均優(yōu)于以往常用的Richards方程。因此，本文選擇Korf理論生長方程構(gòu)建杉木人工林全林分模型，結(jié)合單木貨幣預(yù)估模型按經(jīng)營類型編制杉木人工林林分貨幣收獲表[1]。

(1)

式中：Y為林分某一調(diào)查因子；T為年齡；a、b、c為待定參數(shù)。

3.2地位指數(shù)模型的構(gòu)建

評定森林立地質(zhì)量常用的指標(biāo)之一是地位指數(shù)，為便于實(shí)際應(yīng)用，以Korf理論生長方程為基礎(chǔ)，構(gòu)建了地位指數(shù)和優(yōu)勢木平均高的杉木人工林多形地位指數(shù)模型。

(2)

式中：H為優(yōu)勢木平均高；SI為地位指數(shù)；T為年齡；T0為基準(zhǔn)年齡。根據(jù)以往研究，本次取基準(zhǔn)年齡為20a。公式(2)反映了不同地位指數(shù)的優(yōu)勢木平均高的生長過程，根據(jù)林分生長規(guī)律，建立優(yōu)勢木平均高和年齡為自變量的地位指數(shù)函數(shù)。

(3)

地位指數(shù)模型構(gòu)建后，借鑒生物免疫機(jī)制而形成的一種優(yōu)化算法即免疫進(jìn)化算法，求解多形地位指數(shù)模型參數(shù)，該算法的核心在于利用最優(yōu)個體的信息來代替群體的進(jìn)化，在進(jìn)化操作過程中，利用標(biāo)準(zhǔn)差的調(diào)整，為提高該算法的中后期的搜索效率，有機(jī)地結(jié)合全局搜索和局部搜索，克服現(xiàn)有進(jìn)化算法的不成熟收斂，這也是有別于現(xiàn)有其他算法的一種新的進(jìn)化算法，具體計(jì)算步驟見文獻(xiàn)[4-6]。

地位指數(shù)模型參數(shù)的免疫進(jìn)化算法求解結(jié)果為：b1=1.5591，b2=0.7246，b3=0.7352，樹高估計(jì)的相關(guān)指數(shù)為0.9980，地位指數(shù)估計(jì)的相關(guān)指數(shù)為0.9785。

3.3林分密度指標(biāo)

在林業(yè)生產(chǎn)中，表示林分密度指標(biāo)的是林地單位面積上的立木株數(shù)(株數(shù)·hm-2)。該指標(biāo)簡單直觀，使用方便，是森林經(jīng)營中密度控制的直接因子。因此，采用平均每株樹木所占的林地面積作為密度指標(biāo)，建立林分因子(如林分密度)的生長模型，公式為：SD=林地面積/N，式中：SD為林分密度指標(biāo)；N為林分單位面積株數(shù)。

3.4林分平均胸徑模型

在已知林分株數(shù)密度(N)的前提下，單位面積林分?jǐn)嗝娣eG=3.14/40000D2N。

3.5平均高模型

林分平均因子如平均年齡、平均胸徑和平均高等因子相對容易調(diào)查，但往往缺乏林分優(yōu)勢木平均高的測定值，無法確定地位指數(shù)，進(jìn)而無法評定立地質(zhì)量。

3.6林分蓄積量模型

3.7副林木因子的確定

將間伐前后林分的林木胸高斷面積代入杉木人工林林分蓄積量模型計(jì)算，則間伐材積為伐前蓄積M1與伐后蓄積M2之差，即副林木材積Mc=M1-M2。

根據(jù)前述主、副林木的蓄積量公式計(jì)算，則林分總生長量為：MA總=MA主+∑MA副，式中：MA總為A年時(shí)林分總生長量；MA主為A年時(shí)主林木單位面積上的蓄積量；∑MA副為A年時(shí)副林木單位面積上蓄積量累計(jì)。

4 林分貨幣收獲表的編制

應(yīng)用全林分模型確定各年齡時(shí)主、副林木各因子，結(jié)合單株林木貨幣純收益模型，計(jì)算單位面積主、副林木貨幣收獲量，然后根據(jù)林分各年齡和主、副林木的各因子相應(yīng)的值列表，即為林分貨幣收獲表，一般杉木中徑材經(jīng)營類型(地位指數(shù)為16 m)的人工林貨幣收獲表(見表1)。其中，各年齡時(shí)的林分蓄積平均生長量(θ)、連年生長量(Z)和生長率(p)計(jì)算公式為：θ=Mt/t，Z=Mt-Mt-1，p=(Mt-Mt-1)/Mt-1×100。

表1 杉木人工林貨幣收獲表

*：一般杉木中徑材經(jīng)營類型，地位指數(shù)為16 m。

5 結(jié)論

以林分年齡、地位指數(shù)、密度為輔助變量構(gòu)建的全林分生長模型系統(tǒng)，各個子模型均為非線性方程，正確求解參數(shù)并保持穩(wěn)定性是建模的關(guān)鍵。本文在建模中，探索應(yīng)用最小一乘法和免疫進(jìn)化算法取得了成功，將為其他數(shù)表編制提供新的技術(shù)，所編制的全林分貨幣收獲表，對林業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營具有實(shí)用價(jià)值；在森林資源資產(chǎn)測算、林分的貨幣收獲預(yù)估等方面具有一定的理論和現(xiàn)實(shí)意義。但是，當(dāng)木材價(jià)格、木材生產(chǎn)經(jīng)營成本等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)發(fā)生變化時(shí)，對林分貨幣收獲量產(chǎn)生影響，尤其是取消育林金后，林木貨幣純收益明顯增加，從而影響了林分的貨幣收獲量。

林分密度是影響林分生長收獲的重要因素，可變密度收獲模型在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，關(guān)鍵是確定各年齡階段的密度。利用以往收集大量的伐倒木造材數(shù)據(jù)建立單株木貨幣純收益模型，編制杉木人工林全林分模型及林分貨幣收獲表，真實(shí)地反映了林分的貨幣收獲量，解決了林分各材種出材率(量)難以確定的問題。

[1]江希鈿，蔡麗娟，蘭金德，等.杉木人工林可變密度收獲表的編制[J].福建林學(xué)院學(xué)報(bào)，1997，17(1)：84-87.

[2]孟憲宇.測樹學(xué)[M].北京：中國林業(yè)出版社，1996.

[3]駱期邦，曾偉生，賀東北.林業(yè)數(shù)表模型理論、方法與實(shí)踐[M].長沙：湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2001：122-189.

[4]江希鈿，莊晨輝，陳信旺，等.免疫進(jìn)化算法在建立地位指數(shù)曲線模型中的應(yīng)用[J].生物數(shù)學(xué)學(xué)報(bào)，2007(3)：515-519.

[5]倪長健，丁晶，李祚泳.免疫進(jìn)化算法及其在暴雨強(qiáng)度公式參數(shù)優(yōu)化中的應(yīng)用[J].長江科學(xué)學(xué)院，2002，19(6)：59-61.

[6]倪長健，丁晶，李祚泳.免疫進(jìn)化算法[J].西南交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，38(1)：87-91.

StudyonChineseFirPlantationStandModelandMonetaryYieldTable

CHIXinqin

(ForestInventoryandPlanningInstituteinFujianProvince，F(xiàn)uzhou350001，F(xiàn)ujianChina)

A monetary prediction model for single tree timber was established using pure income，which was calculated by technical and economic indexes including actual sample wood of Chinese fir plantation，timber price，cost of production，and expense of taxation.A Chinese fir plantation stand model was built according to Korf theoretical growth equation using age，site index and stand density as auxiliary variables.These tow models were combined to study Chinese fir plantation stand monetary harvest table through working group.The Chinese fir plantation stand monetary harvest table will predict timber yield at each age，stand monetary yield and stand factor about volume of wood.It has actual application value in forestry resource management，asset management and evaluation.

Chinese fir；monetary harvest table；model；immune evolutionary algorithm

10.13428/j.cnki.fjlk.2017.03.026

2017-07-03；

2017-08-10

池新欽(1964—)，男，福建尤溪人，福建省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院工程師，從事林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)工作。E-mail：372213075@qq.com。

S758.62

： A

： 1002-7351(2017)03-0128-05