吉林省立木材積、出材率表電子化及其功能擴(kuò)展

王 貴，沙興龍，叢志亮，崔新宇

(1.吉林省東遼縣林業(yè)工作總站，吉林 東遼 136600；2. 吉林省東遼縣國(guó)有林總場(chǎng)建安保護(hù)站 ，吉林 東遼 136608；3. 吉林省東遼縣國(guó)有林總場(chǎng)梨樹(shù)保護(hù)站 ，吉林 東遼 136619；4. 吉林省東遼縣國(guó)有林總場(chǎng)白泉保護(hù)站， 吉林 東遼 136600)

1 引言

一元立木材積表是以樹(shù)木平均胸徑為自變量平均材積為應(yīng)變量編制的數(shù)表，它不考慮樹(shù)高對(duì)林木材積產(chǎn)生的影響。但是事實(shí)上林木的材積是受到樹(shù)高，斷面積，形數(shù)等諸多因素影響的。二元立木材積表就考慮了胸徑和樹(shù)高兩個(gè)因素的影響，但二元立木材積表在使用的過(guò)程中會(huì)帶來(lái)諸多不便，一般在保證調(diào)查作業(yè)要求所需測(cè)量精度的前提下更多的使用一元立木材積表[1]。

自2016年1月1日起，吉林省森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查(二類(lèi)調(diào)查)、林木采伐設(shè)計(jì)調(diào)查(三類(lèi)調(diào)查)及森林資源檔案管理等已采用原吉林省林業(yè)廳新編制并下發(fā)的《吉林省立木材積表和材種出材率表》查算蓄積量和出材率。

2 紙質(zhì)版一元立木材積和材種出材率表用途范圍

2.1 編表單元?jiǎng)澐?/h3>

根據(jù)森林資源分布、立地條件、林分狀況等結(jié)合行政區(qū)域，將吉林省劃分①地方Ⅰ：白山市市區(qū)、江源區(qū)、撫松縣、靖宇縣、臨江市、長(zhǎng)白縣、長(zhǎng)白森林經(jīng)營(yíng)局；通化市市區(qū)、通化縣、集安市；安圖縣、和龍市、敦化市、汪清縣、安圖森林經(jīng)營(yíng)局；上營(yíng)森林經(jīng)營(yíng)局；省蛟河實(shí)驗(yàn)管理局。②地方Ⅱ：柳河縣、輝南縣；磐石市、樺甸市、蛟河市；延吉市、圖們市、龍井市；琿春市；輝南森林經(jīng)營(yíng)局。③地方Ⅲ：吉林市市區(qū)、舒蘭市、永吉縣；遼源市市區(qū)、東豐縣、東遼縣；梅河口市。④地方Ⅳ：四平市市區(qū)、梨樹(shù)縣、伊通縣；公主嶺市；松原市市區(qū)、扶余市、前郭縣、長(zhǎng)嶺縣、乾安縣。⑤地方Ⅴ：長(zhǎng)春市市區(qū)、九臺(tái)區(qū)、雙陽(yáng)區(qū)、榆樹(shù)市、農(nóng)安縣、德惠市。⑥地方Ⅵ：白城市市區(qū)、大安市、洮南市、通榆縣、鎮(zhèn)賚縣：雙遼市。⑦森工Ⅰ：紅石林業(yè)局、露水河林業(yè)局、臨江林業(yè)局、三岔子林業(yè)局、松江河林業(yè)局、八家子林業(yè)局、和龍林業(yè)局、敦化林業(yè)局、白河林業(yè)局、長(zhǎng)白山保護(hù)局。⑧森工Ⅱ：泉陽(yáng)林業(yè)局、白石山林業(yè)局、黃泥河林業(yè)局、大石頭林業(yè)局、大興溝林業(yè)局、天橋嶺林業(yè)局、汪清林業(yè)局、琿春林業(yè)局、灣溝林業(yè)局等8個(gè)編表單元。

2.2 樹(shù)種組的劃分

根據(jù)吉林省的森林結(jié)構(gòu)和各樹(shù)種的生長(zhǎng)規(guī)律及生物學(xué)特性，將樹(shù)種(組)劃分為①天然針葉I：紅松(包括赤柏松)、云杉(包括魚(yú)鱗云杉、紅皮云杉)。②天然針葉II：臭松、落葉松、樟子松(包括樟子松、赤松、黑松、油松、長(zhǎng)白松)、其他針葉。③天然闊葉I：水曲柳、胡桃楸、黃菠蘿。④天然闊葉II：椴樹(shù)、楓樺。⑤天然闊葉Ⅲ：柞樹(shù)、黑樺。⑥天然闊葉IV：色樹(shù)、榆樹(shù)。⑦天然闊葉V：楊樹(shù)、白樺。⑧天然闊葉VI：其他闊葉。⑨人工針葉I：人工紅松(包括人工赤柏松)、人工云杉(人工魚(yú)鱗云杉、、人工紅皮云杉)。⑩人工針葉II：人工樟子松(包括樟子松、赤松、黑松、油松、長(zhǎng)白松)、人工臭松、人工其他針葉。人工落葉松：人工落葉松。人工楊樹(shù)：人工楊樹(shù)(包括人工朝鮮柳)。沒(méi)有編表的人工闊葉樹(shù)查相應(yīng)編表單元的人工楊樹(shù)表。

3 量測(cè)位置及量測(cè)方法

(1)根徑的量測(cè)。量測(cè)部位為樹(shù)木水平根以上1 cm處，量測(cè)方法為用鋼卷尺或輪尺在長(zhǎng)短軸兩個(gè)方向各量一次取其平均值作為平均根徑。

(2)胸徑的量測(cè)。量測(cè)部位為樹(shù)木水平根(坡面上的樹(shù)應(yīng)在上坡量測(cè))以上1.3 m處。用輪尺量測(cè)時(shí)把輪尺平端，使測(cè)尺、游動(dòng)腳和固定腳必須與樹(shù)干緊密相切，測(cè)定時(shí)先讀數(shù)然后再?gòu)臉?shù)干上取下輪尺[2]。樹(shù)干形狀不規(guī)整時(shí)，應(yīng)測(cè)定其互相垂直的兩個(gè)胸徑，取其平均數(shù)為該樹(shù)木的胸徑測(cè)定值。用圍尺量測(cè)胸徑時(shí)應(yīng)在胸高處量測(cè)兩次，兩次量測(cè)樹(shù)木胸徑值之差不能大于2 mm，否則應(yīng)重新量測(cè)。

(3)用輪尺量測(cè)立木胸徑時(shí)的材積稱(chēng)輪尺立木材積，用圍尺量測(cè)立木胸徑時(shí)的材積稱(chēng)圍尺立木材積。

4 表格電子化的基礎(chǔ)

所能實(shí)現(xiàn)的一元立木材積表和材種出材率表的電子化得益于編表說(shuō)明中給出了詳細(xì)的回歸公式以及根、胸徑之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系公式[3]。

4.1 立木材積計(jì)算方法

(1)利用樹(shù)高式計(jì)算樹(shù)高。

(1)

式(1)中：H為樹(shù)高；D為直徑；a,b,k為參數(shù)。

(2)利用二元材積式計(jì)算立木材積。

V=aDbHc

(2)

式(2)中：V為材積；D為直徑、H為樹(shù)高；a,b,c為參數(shù)。

4.2 調(diào)整樹(shù)高曲線(xiàn)參數(shù)方法

材積表的編制是對(duì)整個(gè)編制單元平均水平的體現(xiàn)，由于受立地條件等環(huán)境因素影響，具體到某個(gè)單株或林分時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的誤差，樹(shù)高是體現(xiàn)立地條件差異的敏感因子，也是材積表產(chǎn)生誤差的重要因子，在此給出調(diào)整樹(shù)高方法[4]。

4.2.1 樹(shù)高式參數(shù)調(diào)整原則

樹(shù)高偏差小于10%(Pc≤10%)不調(diào)整。樹(shù)高偏差大于10%且小于等于20%(10%30%)需按照驗(yàn)證材積表技術(shù)要求，對(duì)材積表進(jìn)行取樣驗(yàn)證。

4.2.2 實(shí)際樹(shù)高偏差的計(jì)算

在立木材積測(cè)定工作中，為提高立木材積計(jì)算的準(zhǔn)確性，對(duì)樹(shù)高明顯異常樹(shù)種(組)，采用測(cè)高器或?qū)崪y(cè)樹(shù)種(組)15株樹(shù)高(最小徑階實(shí)測(cè)1株：中小徑階4株；中等徑階5株；中大徑階4株；最大徑階1株)，利用如下公式計(jì)算實(shí)測(cè)樹(shù)高值與材積表理論樹(shù)高值偏差。

(3)

式(3)中:Pc為樹(shù)高偏差；Hi為實(shí)測(cè)樹(shù)高值；H0為材積表理論樹(shù)高值；N為實(shí)測(cè)樹(shù)高株數(shù)。

4.2.3 樹(shù)高式參數(shù)調(diào)整公式

a1=a×調(diào)整系數(shù)

(4)

b1=b×調(diào)整系數(shù)

(5)

式(4)、(5)中：a1、b1為調(diào)整后的樹(shù)高式參數(shù)；a、b為編表單元使用的標(biāo)準(zhǔn)樹(shù)高式參數(shù)。

4.3 出材率計(jì)算方法

(1)利用下列削度方程計(jì)算樹(shù)干的削度。

式(6)中：Di為任意高度處直徑(帶皮、去皮)；D1.3為輪尺胸徑(帶皮、去皮)；H為全樹(shù)高；Hi為樹(shù)干上任意部位距樹(shù)基的長(zhǎng)度；a、b、c削度方程參數(shù)。

(2)利用下列公式計(jì)算樹(shù)理論高值。

式(7)中：H為樹(shù)高；D1.3為輪尺胸徑；a、b、k為樹(shù)高式參數(shù)。

(3)計(jì)算帶皮全樹(shù)干立木材積。

式(8)中：V為帶皮活立木材積；H為樹(shù)高；D1.3為胸徑；a、b、c為帶皮與帶皮胸徑削度方程參數(shù)。

(4)原條出材率。

利用下列公式計(jì)算原條長(zhǎng)度：

(9)

式(9)中：H為樹(shù)高；hi為原條長(zhǎng)度即樹(shù)干上任意既定直徑di部位距樹(shù)基的長(zhǎng)度；di為小頭去皮直徑為6 cm；D1.3為胸徑；a、b、c為去皮與帶皮胸徑削度方程參數(shù)。

利用下列公式計(jì)算原條材積

(10)

式(10)中：H為樹(shù)高；hi為原條長(zhǎng)度即樹(shù)干上任意既定直徑di部位距樹(shù)基的長(zhǎng)度；D1.3為輪尺胸徑；a、b、c為去皮與帶皮胸徑削度方程參數(shù)。

利用下列公式計(jì)算原條出材率

(11)

原木出材率計(jì)算同原條出材率計(jì)算方法相同，只是大、中、小徑木分別計(jì)算，這里不再贅述。

(5)原木造材損失率。

利用削度方程編制材種出材率表時(shí)，不能充分考慮樹(shù)干病腐、彎曲、枝節(jié)、摔斷等因素對(duì)原木出材率的影響，根據(jù)實(shí)際模擬造材估算原木平均造材損失率。

(12)

式(12)中：Pi為大徑木出材率、中徑木出材率、小徑木出材率。

P原木∑Pi=(i=1、2、3)

(13)

(6)圍尺胸徑、根徑出材率的計(jì)算。利用下列公式計(jì)算輪尺胸徑、圍尺胸徑、根徑之間的關(guān)系[5]。

D輪=a+bDi

(14)

式(14)中：D輪為輪尺胸徑；Di為圍尺胸徑或根徑；a、b為參數(shù)。

5 紙質(zhì)版數(shù)表的局限性

5.1 攜帶和保管不便

紙質(zhì)本體積大，單本體積24 cm×14.5 cm×3.5 cm，質(zhì)量大，整本質(zhì)量約0.8 kg，攜帶和保管都不是十分方便。

5．2 查找數(shù)據(jù)不夠方便

由于涉及諸多用表單元、諸多樹(shù)種(組)、多種測(cè)量方式，查找數(shù)據(jù)會(huì)浪費(fèi)很多時(shí)間。

5.3 查找直徑范圍有限

括約材積表為2 cm(上限排外)計(jì)算材積，括約值最大可以查到60 cm，真值最大也只能查找到60.9 cm。對(duì)于超過(guò)上述最大直徑的樹(shù)木只能根據(jù)表末附錄中給出的樹(shù)高式和材積式自行計(jì)算，比較復(fù)雜和繁瑣且容易產(chǎn)生錯(cuò)誤。對(duì)于大批量的應(yīng)用更需耗費(fèi)大量的時(shí)間和精力，影響工作效率。

5.4 所需數(shù)據(jù)不能直接查得

原條、各材種出材率利用輪尺胸徑查表；輪尺實(shí)測(cè)胸徑小于8 cm不計(jì)算出材率。括約立木材積、出材率表中雖然列出了理論樹(shù)高、原條出材率和原木材種出材率，但理論樹(shù)高、原條出材率和原木材種出材率只是對(duì)應(yīng)輪尺測(cè)量值的數(shù)據(jù)。不能在表中查得根徑測(cè)量和圍尺測(cè)量對(duì)應(yīng)的理論樹(shù)高、原條出材率和原木材種出材率。尤其是把這三種測(cè)量方式列在同一張表上，很容易造成查表人員誤用，以為對(duì)應(yīng)的根徑測(cè)量方式和圍尺測(cè)量方式的理論樹(shù)高和原條出材率、原木材種出材率也是列在這張表上的數(shù)據(jù)。

6 電子材積表的優(yōu)勢(shì)

6.1 應(yīng)用方便簡(jiǎn)單

我們電子化的材積表運(yùn)用普及率高的Excel電子表格制作，電腦安裝率高且上手容易，應(yīng)用和擴(kuò)展都十分方便，手機(jī)上安裝相應(yīng)軟件也可直接使用。

6.2 查詢(xún)數(shù)據(jù)方便快捷

只需選擇“用表單元”、“樹(shù)種組”、“測(cè)量方式”、“樹(shù)高系數(shù)”后就可以在表中直接查得相應(yīng)徑階的相應(yīng)測(cè)量方式對(duì)應(yīng)立木材積、理論樹(shù)高、原條出材率和原木材種出材率。

6.3 功能可隨意擴(kuò)展

直徑數(shù)值既可以輸入括約值也可以輸入真值查詢(xún)數(shù)據(jù)，并且不受直徑大小的限制，只要按需輸入后就可以直接在表上查得，一目了然，十分方便(表1)。

表1 吉林省立木材積、出材率

由于此電子化的材積表是用Excel制作，可以方便擴(kuò)展計(jì)算成批的測(cè)量數(shù)據(jù)或者計(jì)算樣地的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)功能無(wú)限擴(kuò)展(表2)。

表2 樣地?cái)?shù)據(jù)測(cè)算

為了打印、查對(duì)方便，設(shè)計(jì)了能夠打印到A4紙張并能夠打印出來(lái)若干個(gè)直徑的數(shù)表，方便外業(yè)快速查詢(xún)使用。