利用一類清查樣地資料編制估測小班蓄積量數(shù)據(jù)模型的研究

徐 樂

(黑龍江省森林植物園，黑龍江 哈爾濱 150001)

我國目前的森林經(jīng)理期為10年，由于在10年間隔期內(nèi)森林資源發(fā)生了較大的變化，特別是經(jīng)過人為活動(dòng)后的小班森林資源，很難用常規(guī)的消長量去修改資源數(shù)據(jù)。所以，對森林資源的檔案管理工作帶來較大的麻煩。

從1976年開始，我國已經(jīng)在全國各省(區(qū))建立了國家級(jí)森林資源連續(xù)清查體系。我省有的市縣已在省級(jí)清查體系基礎(chǔ)上加密了固定樣地，形成了縣市級(jí)森林資源的清查體系。目前，這類森林資源清查的固定樣地只是滿足于每五年一次的復(fù)查需要。

為了充分發(fā)揮與挖掘森林資源一類清查固定樣地的作用，通過用固定樣地中的蓄積、胸徑、株數(shù)等因子資料，研究與編制了縣級(jí)體系的小班蓄積量回歸方程。根據(jù)小班現(xiàn)狀的平均胸徑與株數(shù)的數(shù)據(jù)，代入回歸方程可以估測小班現(xiàn)狀蓄積量。

用數(shù)據(jù)模型估測小班蓄積量的方法，實(shí)際精度可靠，能夠滿足二類調(diào)查間隔期內(nèi)小班森林資源修檔的需要。同時(shí)，也可用于森林資源二類調(diào)查標(biāo)準(zhǔn)地練習(xí)估測標(biāo)準(zhǔn)地蓄積量及三類作業(yè)小班調(diào)查時(shí)的蓄積量估測。

1 資料來源

1)收集2010年嫩江市森林資源一類清查固定樣地(0.06hm2)資料和2012年嫩江市森林資源二類調(diào)查目測資料。其中，森林資源一類清查固定樣地共計(jì)110個(gè)，用作編制回歸方程樣地79個(gè)、對照樣地31個(gè)。

2)固定樣地立木蓄積量查1981年黑龍江省營林局《黑龍江省立木材積表》嫩江流域材積表。

2 研究方法

2.1 研究地自然概況

嫩江市位于黑龍江省西北部，地處東經(jīng)124°44′30″～126°49′30″，北緯48°42′35″～51°00′05″。北依伊勒呼里山，與呼瑪縣交界；東接小興安嶺，與愛輝區(qū)、孫吳縣、五大連池市毗鄰；西鄰嫩江，與內(nèi)蒙古自治區(qū)莫力達(dá)瓦達(dá)斡爾族自治旗、鄂倫春自治旗隔江相望；南連松嫩平原，與訥河市接壤?？偯娣e15109.2km2。嫩江市地處小興安嶺山地的過渡地帶，市域最北端系大興安嶺與小興安嶺的結(jié)合部。東部緊靠小興安嶺，地勢由東北向西南傾斜。地勢的總特點(diǎn)是北高南低、東高西低。研究地位于該市次生林區(qū)，森林植被以蒙古櫟、黑樺、白樺、山楊及興安落葉松為主，人煙稀少生態(tài)環(huán)境良好。

2.2 資料處理

2.2.1 樣地分類

按照本次研究的需要，將嫩江市79個(gè)一類清查固定樣地資料，按林分類型分為：硬闊林與軟闊林兩類。又在兩種類型中再按齡組分為：幼齡組、中齡組和近成過熟齡組。經(jīng)過分類共劃成六個(gè)類型，在嫩江市一類清查樣地中有少量興安落葉松分布，按類型合并在硬闊葉類型中。

1)硬闊葉類型(硬闊葉樹種占五成以上)包括硬闊幼齡組、硬闊中齡組、硬闊近成過熟齡組。

2)軟闊葉類型(軟闊葉樹種占五成以上)包括軟闊幼齡組、軟闊中齡組、軟闊近成過熟齡組。

2.2.2 樣地因子計(jì)算

分別以硬闊或軟闊的齡組為單位，將樣地按上述六個(gè)類型歸類并進(jìn)行因子的計(jì)算。樣地因子主要內(nèi)容包括：齡組、樣地蓄積、平均胸徑、1/2株距等四項(xiàng)。

1) 齡組=幼齡組、中齡組或近成過熟齡組 (以優(yōu)勢樹種年齡確定)。

2)樣地蓄積(m3)=0.06hm2中的每木胸徑查一元立木材積表后的材積合計(jì)。

式中：di2——樣地中每木胸徑的平方;

n——樣地內(nèi)株數(shù)(在中齡組或幼齡組不包括散生木)。

2.3 研究方法

2.3.1S值確定

以41號(hào)樣地(表1)為例計(jì)算S值：

表1 嫩江縣森林資源一類清查41號(hào)固定樣地因子計(jì)算Tab.1 Factor Calculation of Fixed Sample Plot No.41 of Forest Resources Inventory in Nenjiang County

根據(jù)上表數(shù)據(jù)，樣地S值計(jì)算如下：

=1.15m

=13.2cm(0.13m)

=1.15m/0.13m

=8.8

2.3.2S值與材積相關(guān)性研究

在相同林分類型與相同齡組的樣地S值與樣地材積之間，經(jīng)過研究分析具有高度的線性相關(guān)。

根據(jù)S值與樣地材積的二組數(shù)據(jù)(表2)所示，采用ExceI的統(tǒng)計(jì)軟件CORREL程序(具體數(shù)據(jù)內(nèi)容詳見表2中25組A=S值與B=樣地材積),經(jīng)過CORREL(A4:A28,B4:B28)計(jì)算，其相關(guān)數(shù)據(jù)為：r=-0.869599361

表2 嫩江0.06Ha樣地硬闊中齡組Tab.2 Middle Age Group of Hard Broadleaf in Nenjiang 0.06Ha Plot

以上兩者之間為高度線性相關(guān)：

(0.7≦〡-0.8695〡≦1.0)。

2.3.3S值與材積的函數(shù)關(guān)系研究

用坐標(biāo)圖將縱軸表示樣地材積(m3)、橫坐標(biāo)表示(S)值，將表2中25組的每對數(shù)據(jù)(m3、S)落在坐標(biāo)圖中后，其每組散點(diǎn)即排列成明顯b<0的冪函數(shù)曲線形狀(圖1)。

圖1 嫩江縣硬闊中齡組S值與材積回歸曲線圖Fig.1 Regression Curve between S Value and Volume of Hard Broad Leaved Middle Age Group in Nenjiang County

依照圖1冪函數(shù)曲線圖形，其樣地0.06hm2材積方程式為：

m3= a·S^(-b)

2.3.4 材積方程式參數(shù)計(jì)算

1)首先將上述曲線方程式中各項(xiàng)取對數(shù)，換成為直線方程式：

則：logm3=loga+ blogS

上式的方程式的參數(shù)以嫩江市一類清查0.06hm2樣地的硬闊中齡組的表3數(shù)據(jù)為例進(jìn)行計(jì)算。

表3 嫩江硬闊中齡組數(shù)據(jù)Tab.3 Data of Middle Age Group of Hard Broadleaf in Nenjiang

2)表2的方程參數(shù)計(jì)算利用ExceI的統(tǒng)計(jì)軟件INTERCEPT和SLOPE的程序進(jìn)行。

通過INTERCEPT(I18:I42,H18:H42)程序計(jì)算：a=989.7302

通過SLOPE(I18:I42,H18:H42)程序計(jì)算：b=-2.1924

3)通過上述方法研究可以確定，在相同林分類型相同齡組的樣地中，其S值與樣地蓄積之間存在高度線性相關(guān)，同時(shí)兩者之間又呈冪函數(shù)曲線分布。所以，根據(jù)S值通過材積方程式可以求得單位面積的可靠蓄積量數(shù)據(jù)。

3 研究結(jié)果

根據(jù)上述蓄積量方程式及參數(shù)值的研究，確定嫩江市六個(gè)林分類型和齡組的材積方程參數(shù)(表4)。

表4 嫩江市林分類型各齡組單位面積蓄積方程式Tab.4 Volume Equation per Unit Area of Stand Types of Different Age Groups in Nenjiang City

4 對照驗(yàn)證

為了驗(yàn)證固定樣地蓄積量方程式與參數(shù)的可靠性，采用31塊沒有參加編制方程計(jì)算的嫩江市一類清查固定樣地(0.06Ha)資料用作對照驗(yàn)證資料(表5)。

表5 嫩江市固定樣地蓄積量對照Tab.5 Comparison Table of Fixed Sample Plot Volume in Nenjiang City

續(xù)表5 嫩江市固定樣地蓄積量對照Tab.5 Comparison Table of Fixed Sample Plot Volume in Nenjiang City

表5中的固定樣地估測的理論蓄積量的實(shí)際精度為85.8%至99.6%。平均實(shí)際精度為93.7%。足夠滿足國家(B級(jí))測樹因子“小班每公頃蓄積量”允許誤差20%的標(biāo)準(zhǔn)要求[2]。

5 實(shí)際應(yīng)用

5.1 確定目測蓄積與樣地蓄積之比值

二類調(diào)查的林場目測小班蓄積量與一類清查樣地蓄積量，兩者之間存在一定差別。在固定樣地編制的回歸方程來估測小班蓄積時(shí)，須用小班目測蓄積與樣地蓄積的比值進(jìn)行修正。其比值用R表示。

(比值精確到小數(shù)后二位)

注：上式林場二類調(diào)查數(shù)據(jù)與固定樣地?cái)?shù)據(jù)應(yīng)年限接近。

5.2 小班觀測點(diǎn)設(shè)置

5.2.1 小班觀測點(diǎn)選設(shè)

小班觀測點(diǎn)的數(shù)量按照國家《森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查主要技術(shù)規(guī)定》要求設(shè)定。3hm2以下，1～2個(gè)；4～7hm2，2～3個(gè)；8～12hm2，3～4個(gè)；13hm2以上，5～6個(gè)。小班觀測點(diǎn)應(yīng)在小班內(nèi)有代表性地段上設(shè)置。

5.2.2 小班觀測點(diǎn)調(diào)查

小班觀測點(diǎn)上設(shè)置《株距法樣點(diǎn)》進(jìn)行調(diào)查。株距法樣點(diǎn)調(diào)查比較簡單，根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)平均每個(gè)點(diǎn)僅5分鐘可以完成。即按樣點(diǎn)至最近的j株(j=1、2、…10) 樣木距離由近至遠(yuǎn)順序量測水平距離(樣點(diǎn)至樣木軸心的位置)(精確至0.01m)、胸徑(精確至0.01m)及樹種名稱(圖2)。

圖2 嫩江7#株距法樣地
Fig.2 Nenjiang No.7 Sample Plot with Plant Spacing Method

5.3 小班觀測點(diǎn)因子計(jì)算方法

n——為小班內(nèi)觀測點(diǎn)的個(gè)數(shù)。

式中：Lj——為觀測點(diǎn)至某株樣(j)的水平距離(0.01m表示)。

Kj——為觀測點(diǎn)(j)株的1/2株距修正值(Kj=1.0306×(j)-0.6306)

Kj值中的(j)即株距法樣點(diǎn)至最近1-10株樣木的序號(hào)。

n——為小班內(nèi)觀測點(diǎn)的個(gè)數(shù)。

5.3.3 小班觀測點(diǎn)(S小)的計(jì)算

5.3.4 小班觀測點(diǎn)樹種組成計(jì)算

式中：W小——上式小班內(nèi)所有觀測點(diǎn)某樹種占觀測點(diǎn)內(nèi)總株數(shù)的比重(用十分比表示。如：“7柞2白1黑”)。

Nj——為小班內(nèi)所有觀測點(diǎn)某樹種株數(shù)。

M——為小班內(nèi)所有觀測點(diǎn)內(nèi)樹種總株數(shù)。

5.3.5 小班觀測點(diǎn)優(yōu)勢樹種齡組確定

根據(jù)小班觀測點(diǎn)內(nèi)優(yōu)勢樹種平均胸徑，目測優(yōu)勢樹種年齡確定小班觀測點(diǎn)的齡組。

5.4 小班因子估測(實(shí)例)

現(xiàn)以嫩江白云岱林場某有林地小班(6hm2)為實(shí)例計(jì)算小班觀測點(diǎn)因子(表6)。

表6 小班觀測點(diǎn)因子計(jì)算Tab.6 Calculation Table of Observation Point Factors in Small Class

依據(jù)上述表6“觀測點(diǎn)平均值”數(shù)據(jù)計(jì)算該小班各因子：

1)小班觀測點(diǎn)平均胸徑

=(0.0802+0.0726+0.0862)/3

=0.0796

5)小班齡組確定：根據(jù)萌生的黑樺、柞樹優(yōu)勢樹種的平均胸徑為7.9cm，年齡均超過20年至40年之間確定為中齡組。

6)白云岱林場R白=1.0099

7)根據(jù)上述因子取“硬闊中齡組蓄積回歸方程”計(jì)算每公頃蓄積量:

m3/ha=(989.7302×S^-2.1924)/0.06

S代入方程：

=54.1597m3

6 結(jié)論

1)本方法的技術(shù)研究可以拓寬一類清查固定樣地資料的使用途徑。

2)根據(jù)以上研究證明用樣地1/2株距與樣地平均胸徑之比的S值，與樣地蓄積之間有著高度線性相關(guān)及函數(shù)關(guān)系。

3)通過對照驗(yàn)證，理論估測值的平均實(shí)際精度93.7%、最低實(shí)際精度85.8%，足夠滿足國家(B級(jí))測樹因子“小班每公頃蓄積量”允許誤差20%的標(biāo)準(zhǔn)要求。

4)“株距法”測定林分平均胸徑與1/2株距，原理科學(xué)可靠、操作簡易方便、工作效率高。

5)本辦法對森林資源檔案的小班因子修改、標(biāo)準(zhǔn)地目測練習(xí)和作業(yè)小班調(diào)查等工作中均具有應(yīng)用價(jià)值。