不同林齡長(zhǎng)白落葉松人工林林分結(jié)構(gòu)研究

栗生枝

(遼寧省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃監(jiān)測(cè)院，遼寧 沈陽(yáng) 110122)

林分結(jié)構(gòu)是指在未遭受嚴(yán)重干擾、經(jīng)過長(zhǎng)期的自然生長(zhǎng)、枯損與演替的情況下，林分內(nèi)許多特征因子，如直徑、樹高、形數(shù)、材積、樹冠等都具有一定的分布狀態(tài)，而且表現(xiàn)出較為穩(wěn)定的林分結(jié)構(gòu)規(guī)律[1]。林分結(jié)構(gòu)內(nèi)含著這些反映林分特征因子的變化規(guī)律，探討這些規(guī)律對(duì)森林經(jīng)營(yíng)技術(shù)、編制經(jīng)營(yíng)數(shù)表及林分調(diào)查都具有重要意義。

隨著林業(yè)科技進(jìn)步及統(tǒng)計(jì)分析科學(xué)的發(fā)展，林分結(jié)構(gòu)模型朝著復(fù)雜化、多樣化方向發(fā)展，從而從整體上提升了林分結(jié)構(gòu)模擬與預(yù)測(cè)系統(tǒng)的性能及準(zhǔn)確度，更能為科學(xué)營(yíng)林和準(zhǔn)確預(yù)估材積提供翔實(shí)的數(shù)字依據(jù)。

在林分內(nèi)各種大小直徑林木按徑階的分配狀態(tài)，稱作林分直徑結(jié)構(gòu)(Stand diameter structure)，亦稱林分直徑分布(Stand diameter distribution)。在林分中，不同樹高的林木按樹高組的分配狀態(tài)，稱作林分樹高結(jié)構(gòu)(Stand height structure)，亦稱林分樹高分布(Stand height distribution)[2]。林分直徑結(jié)構(gòu)和林分樹高結(jié)構(gòu)都是最基本、最重要的林分結(jié)構(gòu)，將直接影響樹木因子的變化。因此研究同齡純林的直徑及樹高結(jié)構(gòu)規(guī)律在營(yíng)林技術(shù)方面具有重要的指導(dǎo)意義。

1 試驗(yàn)地概況

西豐縣郜家店鎮(zhèn)位于鐵嶺東北部，距縣城22 km。郜家店鎮(zhèn)屬中溫帶亞濕潤(rùn)區(qū)大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，氣候溫和，雨量充沛。年平均氣溫5.1 ℃。1月平均氣溫-17 ℃，最低氣溫-41.0 ℃；7月平均氣溫23.2 ℃，最高氣溫35.2 ℃。年平均降水量738 mm， 無霜期135 d，土層厚度50 cm左右，腐殖質(zhì)層厚3 cm左右。

試驗(yàn)地、對(duì)照地全部為人工落葉松純林，林相整齊，易于作業(yè)，便于管理。

2 研究方法

2.1 固定樣地設(shè)置

在西豐縣郜家店鎮(zhèn)林區(qū)選擇坡度平緩、有代表性的長(zhǎng)白落葉松(Larixolgensis)人工林，分不同林齡(18年生、22年生、38年生)設(shè)置樣地，樣地面積25 m×25 m。共設(shè)樣地132塊。其中18年生林分設(shè)置樣地36塊，22年生林分設(shè)置樣地48塊，38年生林分設(shè)置樣地48塊，樣地概況見表1。

表1 樣地概況

2.2數(shù)據(jù)搜集

在標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)對(duì)所有喬木進(jìn)行每木檢尺，詳細(xì)記錄每株樹的胸徑、樹高、冠幅、枝下高等林木因子以及坡度、坡向、海拔等立地因子。并按胸徑2 cm為一個(gè)徑階，樹高為1 m為樹高距分組記錄數(shù)據(jù)。

2.3 分析方法

2.3.1 正態(tài)分布法

(1)正態(tài)分布概率密度：標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的概率密度為：

(1)

m——林木實(shí)測(cè)直徑/樹高值；

(2)

在正態(tài)分布中，以數(shù)學(xué)期望及方差為分布參數(shù)，只要林分算術(shù)平均直徑(樹高)及標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算出來之后，然后借助已有的正態(tài)分布函數(shù)表計(jì)算出林分直徑正態(tài)分布中各徑階株數(shù)理論值。最終與實(shí)測(cè)株數(shù)對(duì)比結(jié)果進(jìn)行卡方檢驗(yàn)，研究擬合效果。

2.3.2 卡方檢驗(yàn) 林分株數(shù)按徑階和樹高分布的現(xiàn)實(shí)結(jié)構(gòu)需進(jìn)行卡方檢驗(yàn)才能確定是否真正符合擬合曲線。

設(shè)x= (x1,x2,…xn) 為長(zhǎng)白落葉松林分各徑階(樹高)實(shí)際株數(shù)所構(gòu)成的數(shù)列，y= (y1,y2…yn) 為利用擬合曲線分布得到長(zhǎng)白落葉松林分各徑階(樹高)理論株數(shù)所構(gòu)成的數(shù)列。則χ2統(tǒng)計(jì)量為：

3 結(jié)果與分析

3.1 長(zhǎng)白落葉松林分直徑結(jié)構(gòu)

根據(jù)徑階中值及其對(duì)應(yīng)株數(shù)值繪制直徑分布曲線，如圖1。

由圖1可以看出，3個(gè)林齡的林分直徑分布曲線的具體形狀雖有些差異，但都形成一條以林分平均直徑為峰點(diǎn)、中等大小的林木株數(shù)占多數(shù)、向其兩端徑階的林木株數(shù)逐漸減少的單峰山狀曲線，類似服從正態(tài)分布曲線。因此，可以用正態(tài)分布對(duì)直徑分布曲線進(jìn)行擬合。

利用林分的算術(shù)平均直徑及標(biāo)準(zhǔn)差(表2)就可以擬合出林分直徑的正態(tài)分布函數(shù)，根據(jù)該函數(shù)，即可求出林分直徑正態(tài)分布中各徑階株數(shù)理論值(表3)。

表2 各林分直徑的期望和標(biāo)準(zhǔn)差值

表3 長(zhǎng)白落葉松人工林直徑分布擬合結(jié)果 株

對(duì)擬合效果進(jìn)行分析及卡方檢驗(yàn)，結(jié)果見表4。

表4 長(zhǎng)白落葉松人工林直徑分布擬合效果分析

注：χ2值中帶* 的為符合分布的標(biāo)準(zhǔn)地

由表4可知,3個(gè)林分的直徑分布曲線均可以用正態(tài)分布很好的擬合。與相對(duì)直徑法所得結(jié)果相同，18年、22年、38年生長(zhǎng)白落葉松林分直徑的偏度系數(shù)均為正值，其絕對(duì)值均分布在[0.2，0.4] 區(qū)間，說明該標(biāo)準(zhǔn)地林木直徑分布為左偏。從峰度分布來看，18年、22年生林分的峰度為正值, 說明它們比正態(tài)分布曲線略為陡峭，38年生林分的峰度為負(fù)值，說明該曲線比正態(tài)分布曲線略為平坦。其中，18年生林分的直徑分布曲線偏度、峰度最大，38年生林分的偏度、峰度最小，其曲線更近似于正態(tài)分布。說明隨著林分林齡的增長(zhǎng)，林分平均直徑逐漸增大，直徑分布曲線的峰度由大變小，形成寬而平的分布曲線，更接近于正態(tài)分布曲線。出現(xiàn)這種情況的原因可能是：幼齡階段，林分密度低，光照、營(yíng)養(yǎng)、空間充足，林木生長(zhǎng)必須的條件都可以滿足，競(jìng)爭(zhēng)壓力小，所以林木生長(zhǎng)速率差別不大，其胸徑均集中在林分平均直徑左右，中等大小的林木株數(shù)占絕大多數(shù)。但隨著年齡的增加，林木生長(zhǎng)所需的空間和養(yǎng)分增多，而林地所能提供的空間、養(yǎng)分有限，林木競(jìng)爭(zhēng)逐漸加劇，此時(shí)，林木生長(zhǎng)速率出現(xiàn)差異，林木生長(zhǎng)量大小開始分化，隨著時(shí)間的推移，這種分化越來越明顯，因而出現(xiàn)林木胸徑分布分散化，即林分直徑分布曲線峰度減小，形成寬而平的分布曲線。

3.2 長(zhǎng)白落葉松林分樹高結(jié)構(gòu)

根據(jù)樹高值及其對(duì)應(yīng)株數(shù)值繪制樹高分布曲線，如圖2。

由圖2分析表明，3塊長(zhǎng)白落葉松人工林的樹高分布具有明顯的結(jié)構(gòu)及變化規(guī)律，呈現(xiàn)出近似于以該林分平均高的株數(shù)最多的非對(duì)稱性的山狀曲線。

表5 各林分樹高的期望和標(biāo)準(zhǔn)差值

表6 長(zhǎng)白落葉松林樹高分布擬合結(jié)果(株)

近似服從正態(tài)分布曲線。因此，可以用正態(tài)分布對(duì)長(zhǎng)白落葉松林樹高分布曲線進(jìn)行擬合。

利用林分的算術(shù)平均樹高及標(biāo)準(zhǔn)差(表5)就可以擬合出林分樹高的正態(tài)分布函數(shù)，根據(jù)該函數(shù)，即可求出林分樹高正態(tài)分布中各徑階株數(shù)理論值(表6)。

對(duì)擬合結(jié)果進(jìn)行分析和卡方檢驗(yàn)，結(jié)果如表7。

表7 長(zhǎng)白落葉松林樹高分布擬合效果檢驗(yàn)

注：χ2統(tǒng)計(jì)量值中帶* 的為符合分布的標(biāo)準(zhǔn)地

依表7所示，正態(tài)分布對(duì)3個(gè)林分的樹高分布曲線擬合效果非常好。3個(gè)林齡的長(zhǎng)白落葉松林分樹高的偏度系數(shù)均為正值,其絕對(duì)值分布在[0.1，0.5] 區(qū)間，說明該標(biāo)準(zhǔn)地林木樹高分布為左偏，說明林分內(nèi)樹高中等和偏低的林木較多，而對(duì)林分直徑結(jié)構(gòu)的分析表明林分內(nèi)中小徑階的林木占多數(shù)，胸徑、樹高剛好可以對(duì)應(yīng)，說明3個(gè)林齡的林分內(nèi)中等及偏小的樹占多數(shù)。但相對(duì)樹高法得出的結(jié)論是38年生林分的樹高分布為右偏，可能是由于相對(duì)樹高法擬合效果不理想，導(dǎo)致誤差產(chǎn)生所致，應(yīng)以正態(tài)分布所得結(jié)果為準(zhǔn)。從峰度分布來看，峰度為負(fù)值, 說明它們比正態(tài)分布曲線略為平坦。與林分直徑分布曲線不同的是，樹高分布曲線峰度隨著林分年齡的變化基本保持不變，并不隨著林分年齡的變化而有明顯增大或減小的趨勢(shì)。這也說明，與胸徑生長(zhǎng)不同，樹高生長(zhǎng)受林分密度影響較小，其很大程度上取決于立地條件的優(yōu)劣。

4 結(jié)論和討論

根據(jù)以上分析和檢驗(yàn)結(jié)果，得出正態(tài)分布對(duì)林分直徑和樹高結(jié)構(gòu)的擬合效果好，靈活性大、適應(yīng)性強(qiáng)，且隨林分林齡的增大，擬合效果越來越好。根據(jù)正態(tài)分布的擬合結(jié)果得出，西豐縣郜家店鎮(zhèn)地區(qū)不同林齡的長(zhǎng)白落葉松人工林林分直徑和樹高分布均為單峰左偏正態(tài)分布，即各個(gè)林齡的林分內(nèi)中等及偏小的樹占多數(shù)。直徑和樹高結(jié)構(gòu)分析是林分蓄積量和出材量表編制的基礎(chǔ)，即各徑階單株木材積乘以相應(yīng)徑階株數(shù)得徑階蓄積合計(jì)，各徑階蓄積合計(jì)得林分蓄積合計(jì)；各徑階蓄積乘以相應(yīng)徑階不同材種的出材率得徑階材種出材量，徑階材種出材量合計(jì)得林分材種出材量合計(jì)。因此，本研究為建立西豐縣郜家店地區(qū)長(zhǎng)白落葉松人工林收獲預(yù)估體系提供一定的理論依據(jù)。

本文僅以正態(tài)分布法對(duì)樣地直徑樹高結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，分析方法較為單一，應(yīng)進(jìn)一步運(yùn)用相對(duì)直徑法和相對(duì)樹高法進(jìn)行比較分析，得出更能反映西豐縣郜家店地區(qū)長(zhǎng)白落葉松人工林林分結(jié)構(gòu)的方法。