不同樣地面積對人工林林分參數(shù)的影響*

周梅，王新華,李春干,楊承伶

(1.廣西大學(xué) 計算機與電子信息學(xué)院，廣西 南寧 530004；2.廣西大學(xué) 林學(xué)院，廣西 南寧 530004； 3.廣西林業(yè)勘測設(shè)計院，廣西 南寧 530011)

1 研究區(qū)域與研究方法

1.1 研究區(qū)自然概況

研究區(qū)位于廣西壯族自治區(qū)南寧市北部的高峰林場內(nèi)，為一個呈東北-西南走向的近矩形區(qū)域，中心地理位置為22°58′33″N，108°23′45″E，長11.2km，寬4.2km，面積約4 770hm2。低山地貌，海拔90-460m，地形封閉，山不高但坡陡，一般坡度為24°-34°，坡度大于24°的面積占研究區(qū)面積的75%。研究區(qū)位于北回歸線以南，屬濕潤亞熱帶季風(fēng)氣候，年均氣溫21.6℃左右，年均降雨量1 300mm，相對溫度79%，熱量充足、雨量充沛，林木生長迅速。區(qū)內(nèi)森林約95%為人工林，除桉樹(Eucalyptus)外，年齡大多在15年以上，主要樹種為尾葉桉(Eucalyptusurophylla)、巨尾桉(Eucalyptusgrandis×E.urophylla)、馬尾松(Pinusmassoniana)、濕地松(Pinuselliottii)、杉木(Cunninghamialanceolata)、八角(Illiciumverum)、紅錐(Castanopsishystrix)、火力楠(Micheliamacclurei)、米老排(Mytilarialaosensis)、厚莢相思(Acaciacrassicarpa)等，約60%的林分為人工天然混交林。其形成過程為：由于研究區(qū)的水熱條件好，在杉木、馬尾松、尾葉桉、巨尾桉、八角人工造林后，原生樹種白楸(Mallotuspaniculatus)、木荷(Schimaargentea)等在林內(nèi)萌芽、生長，形成人工天然復(fù)層混交林，也有部分為人工混交林，如杉木×馬尾松、厚莢相思×紅錐等。在溝谷地帶有少量天然雜木林。

1.2 研究方法

1.2.1 樣地設(shè)置與調(diào)查方法

將研究區(qū)森林分為4個優(yōu)勢樹種組：杉木、松樹(馬尾松、濕地松)、桉樹(尾葉桉、巨尾桉)和一般闊葉樹(紅錐、火力楠、米老排、八角、厚莢相思等和天然雜木林)，每個樹種組設(shè)置25塊以上樣地，共設(shè)置了110個樣地。樣地設(shè)置與調(diào)查方法：(1)在ArcGIS軟件環(huán)境中在小班空間分布圖上根據(jù)優(yōu)勢樹種(組)按相對均勻分布原則半隨機地布設(shè)樣地，確定樣地中心點的圖面坐標。(2)根據(jù)樣地中心的圖面坐標，采用手持雙頻差分GPS導(dǎo)航至樣地中心。觀察周圍林分樹種組成，若該中心四周30m內(nèi)林分均屬同一類型(杉木林或松林、桉樹林、一般闊葉林)，則該中心即為樣地中心；否則，移動該中心至合適的位置；若無論如何移動，樣地都無法只包含一個林分類型，則可涵蓋2個類型，但不能包含無林地。(3)在樣地中心西北方向20m處附近，隨機確定樣地西北角點，用森林羅盤儀和激光測距儀(LeicaDISTOTMX30)測設(shè)樣地邊界和分隔樣方(樣地面積為30m×30m，分為9個10m×10m的樣方)。(4)在每個樣方內(nèi)，對于胸徑大于或等于5.0cm的林木進行每木檢尺，用超聲波測高儀(Haglf VERTEX Ⅳ)測定3株平均木和1株優(yōu)勢木的樹高。樣方計算指標包括平均直徑、平均高、斷面積、每公頃株數(shù)、每公頃蓄積量等，其中，每公頃蓄積量根據(jù)斷面積和平均高采用形高表計算。樣地數(shù)據(jù)基本情況見表1。

表1 900m2樣地的主要林分參數(shù)

注：杉木(Cunninghamialanceolata)；松樹(Pinus)為馬尾松(P.massoniana)、濕地松(P.elliottii)；桉樹(Eucalyptus)為尾葉桉(E.urophylla)、巨尾桉(E.grandis×E.urophylla)。

1.2.2 樣方組合及其林分參數(shù)計算方法

在900m2的樣地上，以西北角樣方(1號樣方)為固定樣方，組合成面積分別為100m2、200m2、300m2、400m2、600m2和900m2的6個不同面積大小的樣地(圖1)。

圖1 樣地設(shè)置和組合圖

根據(jù)以上組合，每個900m2樣地可以計算6個不同面積大小的樣地數(shù)據(jù)，其方法是對于每個給定面積(如400m2等)的樣地，其斷面積、每公頃株數(shù)、每公頃蓄積量分別為其包含樣方相應(yīng)值之和，平均胸徑、平均高分別取其包含樣方相應(yīng)值的斷面積加權(quán)平均值，優(yōu)勢高為其包含樣方中最高優(yōu)勢木的高。

1.2.3 林木直徑變動分析方法

由于研究區(qū)內(nèi)絕大部分林分為人工林，多經(jīng)撫育間伐等人為干擾，且大部分為復(fù)層混交林，采用SPSS 21軟件作Shapiro-Wilk檢驗、Kolmogorov-Smirnov檢驗和矩法檢驗(U檢驗)——偏度和峰度檢驗[10]，只有不到20%的樣地林木直徑分布服從正態(tài)分布，故采用變動系數(shù)對不同面積樣地的林木直徑變動情況進行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同面積大小樣地的林分參數(shù)平均值比較

不同優(yōu)勢樹種(組)、不同面積樣地的林分參數(shù)的算術(shù)平均值及其變動系數(shù)見表2。由表2可以看出,(1)無論是全部樣地還是各個優(yōu)勢樹種，不同面積大小樣地的平均直徑、平均高、每公頃斷面積、每公頃株數(shù)和每公頃蓄積量總平均值十分接近；(2)隨著樣地面積的增大，樣地間各個林分參數(shù)的變動系數(shù)均呈逐漸減小的趨勢，說明樣地面積越大林分參數(shù)的變化越穩(wěn)定。進一步分析可以發(fā)現(xiàn),①各個優(yōu)勢樹種中，不同面積大小樣地的平均直徑、平均高、每公頃斷面積、每公頃株數(shù)和每公頃蓄積量的最大值和最小值的相對相差(最大相差)均在8%以內(nèi)，松樹、桉樹和一般闊葉樹各個參數(shù)的最大相差絕大部分小于5%(松樹、桉樹每公頃蓄積量最大相差分別為6.8%和6.1%)，杉木各個參數(shù)的最大相差略大，但均小于8.0%；②不同面積大小樣地的林分優(yōu)勢高最大相差為10.0%-19.8%，遠大于其他林分參數(shù)；③在110個900m2樣地中，優(yōu)勢木出現(xiàn)在1-9樣方的概率分別為10.0%、8.2%、14.5%、8.2%、12.7%、7.3%、10.9%、12.7%、15.5%，作樣方組合后，優(yōu)勢木出現(xiàn)在100m2、200m2、300m2、400m2、600m2、900m2樣地的概率分別為10.0%、18.2%、38.2%、60.9%、100.0%，說明隨著樣地范圍的擴大，更高的樣木出現(xiàn)的可能性增大。

表2 不同面積樣地林分參數(shù)的平均值和變動系數(shù)

以上結(jié)果與黃清麟等采用125塊杉木人工林樣地的分析結(jié)果相似，在該研究中，面積分別為667m2、534m2、400m2、267m2的樣地每公頃蓄積量總體平均值最大相差為2.2%，其中：幼齡林為3.7%，中齡林為1.8%，近熟林為4.7%，成過熟林為7.9%[3]。

2.2 不同面積樣地的林分參數(shù)與900m2樣地的比較

理論上，隨著樣地面積的增大，樣木株數(shù)的增多，樣地各個林分參數(shù)與所在林分相應(yīng)的參數(shù)越接近，當樣地面積增大至與林分面積相等時，樣地的各個林分參數(shù)就與林分的相應(yīng)參數(shù)相等。在本調(diào)查中，900m2是樣地的最大面積，各個林分參數(shù)的樣地間的變動系數(shù)亦最小，因此，可以假定其林分參數(shù)與林分真值最接近，故可用900m2樣地的各個林分參數(shù)值考察其余不同面積大小樣地相應(yīng)參數(shù)值的偏差。

對于每個優(yōu)勢樹種(組)的25-31組樣地數(shù)據(jù)，逐組計算100m2、200m2、300m2、400m2、600m2樣地各項林分參數(shù)與900m2樣地相應(yīng)參數(shù)的相對偏差，可以發(fā)現(xiàn)：總體上，隨著樣地面積的增大，各個林分參數(shù)的偏差均呈逐漸減小的趨勢，600m2樣地的偏差最小。圖2表示4個優(yōu)勢樹種(組)不同面積樣地每公頃蓄積量與900m2樣地每公頃蓄積量的相對偏差曲線。由該圖可以看出，各個優(yōu)勢樹種(組)中，600m2樣地的偏差曲線與偏差為0的水平直線最接近。

圖2 不同面積樣地與900m2樣地每公頃蓄積量的相對偏差曲線

將上述相對偏差取絕對值后按優(yōu)勢樹種、樣地面積分別取平均值，得到各個優(yōu)勢樹種不同面積大小樣地林分參數(shù)與900m2樣地相應(yīng)參數(shù)的平均相對偏差(表3)。

由表3可以看出，當樣地面積達到600m2時，平均直徑、平均高、優(yōu)勢高和每公頃斷面積及桉樹每公頃株數(shù)、每公頃蓄積量的平均相對偏差均小于5%，杉木、松樹和一般闊葉樹每公頃株數(shù)、每公頃蓄積量的偏差略大，但均小于8%；隨著樣地面積的增大，各項林分參數(shù)與900m2樣地的最大相對偏差亦呈逐漸減小的趨勢，尤其是每公頃蓄積量和每公頃株數(shù)，減少的幅度最大，600m2樣地的最大偏差比100m2樣地減小了50%以上。

進一步分析發(fā)現(xiàn)，隨著樣地面積的增大，各個林分參數(shù)與900m2樣地相應(yīng)參數(shù)偏差大的樣地數(shù)量逐漸減少。以每公頃蓄積量為例，當樣地面積為100m2時，杉木、松樹、桉樹和一般闊葉樹偏差大于10%的樣地數(shù)量比重分別為72.0%、65.5%、64.0%和74.2%，當樣地面積增大至600m2時，這一比重分別減小至12.0%、20.7%、8.0%和25.8%。

2.3 不同面積樣地對其林木直徑變動的影響

理論上，當樣地面積的增大、林木株數(shù)增多時，林木直徑的變動將趨于穩(wěn)定，變動系數(shù)變小。但分析結(jié)果表明，無論是全部樣地，還是各個優(yōu)勢樹種(組)，林木直徑變動系數(shù)并未隨著樣地面積的增大而變小，而是呈現(xiàn)出無規(guī)律的變化，但總平均值十分接近，見表4。

表4 不同面積樣地的林木直徑平均變動系數(shù)

進一步分析發(fā)現(xiàn)，盡管不同面積大小樣地的林木直徑變動系數(shù)變化的規(guī)律性不強，但總體存在100m2樣地的直徑變化系數(shù)大于900m2樣地的情況，但隨著樣地面積的增大，樣地間的變動系數(shù)呈減小的趨勢。以杉木為例，其林木直徑變動系數(shù)的變化情況見圖3。

圖3 不同面積大小杉木樣地林木直徑變動系數(shù)的變化

以上樣地林木直徑的變動系數(shù)無規(guī)律的變化，可能與研究區(qū)大多為混交林，且除桉樹外都經(jīng)歷過撫育間伐有關(guān)。

3 結(jié)論與討論

在本研究中，除優(yōu)勢高外，不同面積大小樣地的林分參數(shù)總平均值十分接近，全部樣本各個參數(shù)的最大相差均小于4%，每公頃蓄積量的最大相差只有2.9%，各個優(yōu)勢樹種全部林分參數(shù)的最大相差均小于8%，大多數(shù)參數(shù)的最大相差小于5%，說明對于總體平均數(shù)的估計而言，100m2的樣地與900m2的樣地具有相同或相近的結(jié)果。因此，在采用抽樣方法進行森林資源調(diào)查時，可考慮設(shè)置較小面積的樣地，如300-600m2，在確保抽樣精度的前提下，盡可能減少調(diào)查工作量，提高工作效率。上述結(jié)果與黃清麟等的研究中建議采用400m2樣地的結(jié)論[3]相近。

雖然不同面積大小樣地的林分參數(shù)總平均值十分接近，但在同一組樣地中，不同面積大小樣地林分參數(shù)仍然存在較大差異，并且隨著樣地面積的增大，樣地林分參數(shù)與900m2樣地的偏差逐漸減小，600m2樣地與900m2樣地的林分參數(shù)的平均絕對相對相差均不超過7%，大部分小于5%。此外，不同面積樣地的林木直徑的變動系數(shù)表現(xiàn)為無規(guī)律的變化。因此，在作林分參數(shù)建模樣地設(shè)置時，600m2的樣地也可能取得較好結(jié)果。這一結(jié)果與司洪生[2]編制杉木立地指數(shù)表、龍紅等[4]編制濕地松數(shù)表建議采用的800m2樣地有較大差異。

本研究的樣地數(shù)量偏少，樣地最大面積亦不足夠大，抽樣方法亦非完全隨機抽樣，因此，其結(jié)論的可靠性仍有待進一步的驗證。

致謝：廣西壯族自治區(qū)林業(yè)勘測設(shè)計院梁耀、黃孝發(fā)、何黃之園等15人，廣西大學(xué)林學(xué)院陸道調(diào)等4人參與樣地調(diào)查，在此謹表謝意。

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