西藏昌都縣云杉天然林5個樹齡梯度下的直徑分布研究

李鳳武

(國家林業(yè)局中南林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計院，長沙 410014)

西藏昌都縣云杉天然林5個樹齡梯度下的直徑分布研究

李鳳武

(國家林業(yè)局中南林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計院，長沙 410014)

以昌都縣云杉天然林林分為研究對象，選擇Gamma分布、Logistic分布、Weibull分布和正態(tài)分布4種分布函數(shù)；對平均樹齡在20～30 a，30～40 a，40～50 a，50～60 a和60～70 a這5個樹齡梯度的15個樣地的直徑結(jié)構(gòu)進行擬合研究。結(jié)果表明：隨著西藏昌都縣云杉天然林平均樹齡的增長，其直徑分布的范圍逐漸變小；林分的偏度和峰度都隨著林齡的增長由大變小，使得林分的直徑分布也由相對集中變得較為離散；昌都縣云杉天然林在20～70 a這段樹齡中，林分結(jié)構(gòu)的直徑分布按先由Gamma分布轉(zhuǎn)換為Logistic分布，再變?yōu)檎龖B(tài)分布，最后趨向于Weibull的規(guī)律分布。

云杉天然林；直徑分布；樹齡梯度；分布函數(shù)

云杉(Piceaasperata.)是中國的特有樹種，主要分布在華北山地，東北小興安嶺等地也有分布[1]。云杉能忍耐干燥及寒冷的環(huán)境條件，主要生長在海拔2 400～3 600 m地帶，云杉樹干高大通直，枝干節(jié)少，材質(zhì)略輕柔，紋理直且均勻，結(jié)構(gòu)細致，易加工，共鳴性能良好[2-3]?？晒┙ㄖ?、樂器(鋼琴、提琴)、箱盒、舟車、家具、飛機、器具、刨制膠合板以及木纖維工業(yè)原料等用材。西藏昌都縣云杉林普遍分布在海拔3 000～4 800 m的區(qū)域，是組成森林草原過度地帶的緩沖森林，對防止森林線下降、草原南移及長江源頭地區(qū)的水土保持和水源涵養(yǎng)都有極其重要的作用[4]。

林分直徑結(jié)構(gòu)是森林經(jīng)營的理論基礎(chǔ)，也是林分特征的重要內(nèi)容[5]。研究直徑結(jié)構(gòu)分布可以預(yù)測林分未來的整體生長趨勢[6-7]，這對評價林分功效和規(guī)劃和利用森林資源具有重大意義[8-9]。隨著計算機技術(shù)的普以及計算方法的飛速發(fā)展，許多學(xué)者開始將分布函數(shù)法與概率分布曲線進行擬合[10-11]。本文根據(jù)昌都縣云杉天然林的生長狀況，采用Gamma分布、Logistic分布、Weibull分布和正態(tài)分布這4種分布函數(shù)對昌都縣云杉天然林直徑分布進行擬合研究，以期為預(yù)測和調(diào)整昌都縣云杉天然林的林分結(jié)構(gòu)、充分發(fā)揮云杉天然林的生態(tài)價值。

1 研究區(qū)概況

昌都縣又名卡若區(qū)，位于西藏東部，地處橫斷山脈、三江(金沙江、瀾滄江、怒江)流域，地勢北高南低，東西呈“W”形，平均海拔3 500 m。受地形影響高原寒溫帶季風(fēng)性氣候混雜，山頂終年白雪皚皚，山腰森林茂密，山腳草木叢生，山谷則呈現(xiàn)出亞熱帶特征，雨熱同季，氣候宜人，年均氣溫7.5 ℃，年均降水量477.7 mm，無霜期127 d。云杉是昌都縣的主要喬木樹種之一，研究云杉天然林的直徑分布規(guī)律能為昌都縣云杉林分的經(jīng)營與規(guī)劃提供一定的理論依據(jù)，使昌都縣的云杉以及其他林分的發(fā)展更為科學(xué)合理。

2 材料與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

2016年9月，在昌都縣選取云杉天然林的森林資源一類清查樣地及部分自選臨時樣地為研究樣本。分別在云杉天然林平均樹齡為20～30 a，30～40 a，40～50 a，50～60 a和60～70 a這5個樹齡梯度，各設(shè)置3塊規(guī)格為20 m×30 m的標(biāo)準(zhǔn)樣地。對每塊樣地內(nèi)胸徑大于5 cm的云杉進行每木檢尺，15塊標(biāo)準(zhǔn)樣地云杉的實測總量為2 181株，樣地信息見表1。

表1 樣地信息樣地編號海拔/m坡度/(°)坡向郁閉度抽樣株數(shù)/株估計密度/(株/hm2)平均胸徑/cm平均樹高/m平均樹齡/a13500～358035西南0 8198330014 37 420～3023640～368028東0 7164273313 47 220～3033480～352046東0 7169281712 67 120～3043750～378028南0 6156260015 88 330～4053780～381033東0 7172286716 18 530～4063740～377026東北0 7168280015 97 830～4074010～404026北0 6134223317 911 740～5084060～412040東南0 6135225018 212 440～5094030～408053西0 6116193317 712 740～50104550～459042南0 5109181719 413 250～60114480～452029東0 7120200019 913 850～60124520～457034西北0 7120200020 314 350～60133670～370050西北0 8144240023 214 860～70143750～380048西南0 8139231723 215 560～70153780～383034東北0 7137228323 915 360～70

2.2 研究方法

選擇Gamma分布、Logistic分布、Weibull分布和正態(tài)分布4種分布函數(shù)，通過FORSTAT2.1統(tǒng)計軟件進行分布擬合[12-13]。對樣地內(nèi)所測云杉胸徑以2 cm進行整化， 不同徑階的云杉進行株數(shù)統(tǒng)計，并計算其變動系數(shù)、直徑標(biāo)準(zhǔn)差、偏度系數(shù)和峰度系數(shù)，采用x2檢驗法對擬合效果進行檢測驗證。

2.2.1 偏度與峰度

林分直徑分布的形狀特征可以通過偏度和峰度直觀體現(xiàn)。概率密度分布曲線相對于平均值偏離程度的特征數(shù)即為偏度，因此，正態(tài)分布的偏度為0，偏度大于0則表示概率密度曲線分布相對左偏，反之則表示相對右偏，其絕對值的大小則標(biāo)志著偏離程度的高低；表示概率密度分布曲線在平均值處峰值高低的特征數(shù)即為峰度，正態(tài)分布的峰度等于0，峰度大于0則表示直徑分布比較集中，呈現(xiàn)尖峰態(tài)，反之則表示直徑分布較分散，呈現(xiàn)低峰態(tài)，峰度絕對值的大小標(biāo)志著其與正態(tài)分布差異的高低程度。

變動系數(shù)C為直徑標(biāo)準(zhǔn)差與算數(shù)平均直徑的比值，C值越大則意味著直徑分布范圍越大。其公式如下：

(1)

2.2.2 參數(shù)估計及分布檢驗

3 結(jié)果與分析

3.1 林分直徑分布特征

通過 Forstat2.1計算出此次外業(yè)調(diào)查各樣地的直徑分布特征值，結(jié)果見表2。

由Forstat2.1的計算結(jié)果可知：在林分直徑變動范圍方面，隨著西藏昌都縣云杉天然林平均樹齡的增長，林分的直徑標(biāo)準(zhǔn)差整體呈現(xiàn)逐漸增大的現(xiàn)象，表明所選樣地的云杉天然林直徑變動程度隨樹齡的增大而增大；在林分變動系數(shù)方面，隨著云杉天然林平均樹齡的增長，林分的變動系數(shù)整體呈現(xiàn)逐漸減小的現(xiàn)象，說明所選樣地的云杉天然林林分的變動系數(shù)隨著樹齡的增大而減小，其原因可能是隨著林分樹齡的增長，林木間的競爭逐漸減弱，使林分結(jié)構(gòu)愈發(fā)穩(wěn)定，從而導(dǎo)致林分的直徑分布范圍越來越小。

由偏度系數(shù)可知，所選樣地云杉天然林絕大部分的偏度系數(shù)值都大于0，且平均樹齡越大的樣地其偏度系數(shù)絕對值越小，表明所選樣地的絕大部分林分直徑分布曲線左偏，且林分的平均樹齡越小，左偏程度越大，這是因為在立地條件相似的同齡林中，平均胸徑越小時，林分的直徑分布以中小徑階為主，其分布曲線左偏程度會越大；反之，右偏程度越大。

表2 直徑分布特征值樣地編號平均樹齡/a變動系數(shù)直徑標(biāo)準(zhǔn)差偏度系數(shù)峰度系數(shù)10 385 480 36-0 51220～300 385 050 75-0 0230 374 630 760 2640 345 390 33-0 09530～400 345 470 21-0 4560 375 850 34-0 3370 335 950 24-0 39840～500 285 110 1-0 5690 295 190 11-0 49100 275 230 34-0 391150～600 295 710 34-0 63120 306 060 28-0 49130 276 360 24-0 471460～700 255 860 13-0 26150 266 29-0 07

由峰度系數(shù)可知，除了樣地3和樣地15外，其他樣地的峰度系數(shù)均為負值，說明這些樣地的云杉林直徑分布相對比較集中，呈現(xiàn)尖峰態(tài)；樣地3的林分直徑分布較為分散，為低峰態(tài)；樣地5則是標(biāo)準(zhǔn)的正態(tài)分布峰值。

3.2 林分直徑分布擬合與檢驗

3.2.1 林分直徑分布參數(shù)估計

把4種分布函數(shù)用于昌都縣云杉天然林各樣地的直徑分布擬合，得到相應(yīng)不同分布函數(shù)的參數(shù)估計值。其中，Gamma分布、正態(tài)分布和Weibull分布采用矩法估計，而Logistic采用分位數(shù)回歸法估計。詳見表3。

3.2.2 林分直徑分布擬合結(jié)果與檢驗

本次研究采用x2檢驗法對15塊昌都縣云杉天然林樣地的直徑分布擬合結(jié)果進行驗證。結(jié)果見表4。

表3 函數(shù)參數(shù)估計值樣地號Gamma分布Logistic分布Weibull分布正態(tài)分布abcbcabcσu16 002 096 833 1514 326 009 251 555 4814 3226 001 907 052 8013 416 008 211 495 0513 4136 001 707 392 5712 586 007 251 444 6312 5846 001 838 613 0615 816 0011 051 895 3915 8156 001 868 643 1016 076 0011 351 925 4716 0766 002 157 413 3115 936 0011 151 755 8515 9376 001 989 063 4017 906 0013 432 105 9517 9086 001 4412 632 9218 186 0013 722 555 1118 1896 001 5211 692 9917 746 0013 242 415 1917 74106 001 4113 763 0119 396 0015 052 775 2319 39116 001 6412 093 2619 876 0015 612 615 7119 87126 001 8111 253 4820 336 0016 152 536 0620 33136 001 7513 263 6323 156 0019 232 946 3623 15146 001 4815 693 3623 216 0019 213 235 8623 21156 001 6614 433 6223 936 0020 043 126 2923 93

表4 函數(shù)擬合結(jié)果檢驗樣地號Gamma分布Logistic分布Weibull分布正態(tài)分布χ20 05P參考結(jié)論χ20 05P參考結(jié)論χ20 05P參考結(jié)論χ20 05P參考結(jié)論18 770 36是9 420 39是41 29否16 280 06是26 650 47是21 590 01否10 360 24是27 12否32 840 89是11 930 15是11 230 19是19 550 01否412 930 16是9 780 46是28 78否12 120 28是513 820 13是9 290 50是34 27否6 230 79是616 860 05是8 850 57是50 15否10 440 4是713 990 17是10 720 47是29 5否8 940 63是812 030 15是11 20 26是8 290 50是9 790 37是910 710 29是10 970 36是10 110 43是7 590 67是104 170 94是9 170 61是4 730 94是7 290 78是116 910 81是15 520 21是5 620 93是10 400 58是126 370 85是11 280 51是4 590 97是8 640 73是136 350 93是11 070 68是5 260 98是7 910 89是1417 730 17是13 110 52是10 580 72是10 180 75是1541 55否8 200 88是16 180 30是9 910 77是

4 結(jié)論

云杉是昌都縣的重要喬木樹種之一，在昌都縣分布較廣，其主要分布在昌都縣的北部、西部、南部以及中部地區(qū)。本次研究結(jié)果表明，西藏昌都縣云杉天然林隨著平均樹齡的增長，其直徑分布的范圍逐漸變小，這一結(jié)論直觀體現(xiàn)在林分的直徑標(biāo)準(zhǔn)差以及變動系數(shù)兩個方面。偏度和峰度在自然狀態(tài)的林分下會隨林分平均樹齡的增長而出現(xiàn)規(guī)律性變化[19]，本次研究的偏度和峰度結(jié)果表明：昌都縣云杉天然林林分隨平均樹齡的增長，林分的算術(shù)平均直徑逐漸增大，但林分的偏度系數(shù)值隨著林分的算術(shù)平均直徑的增大而減小；峰度系數(shù)值也具備相同規(guī)律，即隨著林齡的增長峰度系數(shù)值由大變小(由正值到負值)，林分的直徑分布由相對集中變成較為離散。

由所選樣地的直徑分布擬合結(jié)果可知，20～30 a的云杉天然林最符合Gamma分布、30～40 a的云杉天然林與Logistic分布的契合程度最高、40～50 a的云杉天然林與正態(tài)分布的契合程度最高、50～70 a的云杉天然林與Weibull分布擁有較高的契合度。這說明昌都縣云杉天然林在20～70 a這段樹齡中，林分結(jié)構(gòu)的直徑分布規(guī)律為：先由Gamma分布轉(zhuǎn)換為Logistic分布，再變?yōu)檎龖B(tài)分布，最后趨向于Weibull分布。這是因為天然林的平均樹齡越大，其林分結(jié)構(gòu)便越趨于復(fù)雜，而Weibull分布函數(shù)中的3個參數(shù)與林分特征因子的相關(guān)性較大，故而隨著林分平均樹齡的增大，Weibull分布函數(shù)的擬合效果就愈發(fā)理想。研究昌都縣不同林齡云杉的林分直徑分布規(guī)律，可以通過分布函數(shù)預(yù)測林分中不同林齡的直徑分布特征，從而起到監(jiān)測和調(diào)控云杉天然林林分結(jié)構(gòu)的作用，為昌都縣云杉天然林的經(jīng)營管理，尤其為西藏昌都地區(qū)的森林連續(xù)清查提供一定程度的理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

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StudyonDiameterDistributionofFiveAgeGradientsofPiceaasperataNaturalForestinQamdoCounty

LI Fengwu

(Central South Forest Inventory and Planning Institute of State Forestry Administration，Changsha 410014，Hunan，China)

The distribution of Gamma distribution, Logistic distribution, Weibull distribution and normal distribution were selected as the research methods, and the average age ware 20～30 a, 30～40 a, 40～50 a, 50～60 a And 60～70 a of the five age gradients of 15 samples of the diameter structure for the fitting study. The results showed that with the increase of the average age of natural forests ofPiceaasperatain Qamdo county, the range of diameters was gradually smaller. The skewness and kurtosis of stand were greatly increased with the increase of age. The diameter distribution of the forest structure were as follows: the distribution of the Gamma distribution to the Logistic distribution was changed from the Gamma distribution to the Logistic distribution. State distribution, and finally tends to Weibull distribution.

Piceaasperatanatural forest；diameter distribution；age gradient；distribution function

2017—05—05

李鳳武(1974—)，男，四川洪雅人，工程師，主要從事森林資源監(jiān)測和林業(yè)規(guī)劃等方面的工作。

S 791.18

A

1003—6075(2017)02—0047—05

10.16166/j.cnki.cn43—1095.2017.02.011