樟子松林分成熟年齡的研究

趙文學(xué)

(黑龍江省林業(yè)和草原第一調(diào)查規(guī)劃設(shè)計院，黑龍江 牡丹江 157009)

現(xiàn)行的黑龍江省《森林采伐更新技術(shù)規(guī)程》規(guī)定樟子松人工林成熟年齡在41a-60a，因此，其采伐年齡在41a以上。按此規(guī)定能保證在單位時間單位面積上獲得最高的木材產(chǎn)量，但對木材的品質(zhì)、森林經(jīng)營的投入與收益考慮不完全，這是在簡化經(jīng)營目的、忽略市場供需及木材價格變化的基礎(chǔ)上得出的結(jié)論，其科學(xué)性、實用性有待考證。

林分采伐年齡不應(yīng)該是固定不變的，它隨立地條件、經(jīng)營水平、利用方式、市場供需變化而變化。合理采伐年齡的研究是一項復(fù)雜而又重要的工作，要確定林分合理的采伐年齡就必須先探討林分的成熟機理，在此基礎(chǔ)上以經(jīng)營目標(biāo)為主導(dǎo)，以數(shù)量成熟、經(jīng)濟成熟為輔助來確定合理的采伐年齡。在樟子松人工林生長收獲模型的基礎(chǔ)上，開展樟子松削度方程、出材率表的研究，依此估算特定立地條件、初始密度下樟子松人工林的數(shù)量成熟、工藝成熟及經(jīng)濟成熟年齡，以期為本地區(qū)樟子松人工林合理采伐年齡的確定提供數(shù)據(jù)支撐。

1 數(shù)據(jù)模型與研究內(nèi)容

1.1 數(shù)據(jù)模型

在前期發(fā)表的論文中作者在標(biāo)準(zhǔn)地調(diào)查的基礎(chǔ)上建立了樟子松人工林徑階分布模型、密度動態(tài)預(yù)估模型和生長收獲模型，具體如下：

徑階分布模型：

a=e0.5104+0.06126A-0.00021N；

b=e8.1358-0.05291SL-0.7348LnN；

c為經(jīng)驗值2.0893。

樟子松林分密度動態(tài)預(yù)估模型：

N2=N1exp[-(0.011+0.003SCI)(t2-t1)]

式中：N1、N2分別為時間t1、t2時林分每公頃株數(shù)；SCI林分地位級指數(shù)。

樟子松林分?jǐn)嗝娣e、林分蓄積生長預(yù)估模型：

林分?jǐn)嗝娣eBAS=7.648SCI0.4428exp(-6.7314(SDI/10000)-2.761t

林分蓄積VOL=BAS×TH(34.1346/(TH+48.6497)

其中：SCI——地位級指數(shù)；

SDI——為林分密度指數(shù)；

t——林分年齡；

TH——林分平均高。

1.2 削度方程的擬合與出材率表的估算

在柴河林業(yè)局樟子松人工林23個標(biāo)準(zhǔn)地選擇46株平均木進(jìn)行解析，測量基部直徑、長度，按0.02H分段測量各處帶皮、去皮直徑，并按由大到小的順序進(jìn)行造材，按《國家木材標(biāo)準(zhǔn)》GB 142-84記錄各徑階材種數(shù)量。參照相關(guān)研究選擇修正Kozak方程作為樟子松的削度方程進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，其數(shù)學(xué)式為:

其中：D——帶皮胸徑;

H——樹高;

d——h高處去皮直徑;

Z=h/H;

P——拐點高度，其余為需擬合參數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 削度方程的擬合求解

欲擬合的削度方程中包含參數(shù)P即拐點高度，本文利用標(biāo)準(zhǔn)地解析木數(shù)據(jù)，通過非線性回歸模型參數(shù)估計方法對Max and Burkhart(1976)分段削度方程擬合，估算出樟子松人工林干形曲線的拐點高度P=0.0658。

利用Statistica統(tǒng)計分析軟件對修正Kozak方程進(jìn)行擬合，得到樟子松削度方程:

方程擬合的剩余標(biāo)準(zhǔn)差(Sy.x)為0.71524，相關(guān)指數(shù)(R2)0.98854，方程擬合結(jié)果滿足統(tǒng)計分析精度要求。

2.2 樟子松出材率表的估算

林分材種出材率受立地條件、初始密度的影響較大，受篇幅限制只對立地指數(shù)20、初始密度4400株/hm2的樟子松各材種出材率進(jìn)行估算。通過徑階分布模型、密度動態(tài)預(yù)估模型和生長收獲模型預(yù)估林齡t時各徑階的株數(shù)分布，將各徑階胸徑值代入削度方程求得相應(yīng)小頭去皮直徑，按照《經(jīng)濟材種規(guī)格表》的規(guī)定，將小頭去皮直徑≧26cm的歸為大徑材，將小頭去皮直徑20～24cm歸為中徑材，小頭去皮直徑6～18cm歸為小徑材。利用區(qū)分?jǐn)嗝娣e求積法計算各材種的材積，乘以各徑階株數(shù)即得出各材種的出材率(表1)。

表1 樟子松(SCI=20、初始密度=4400株/hm2)林分生長動態(tài)與出材率預(yù)估Tab.1 Estimation Table of Stand Growth Dynamics and Timber Yield of Pinus sylvestris var. mongolica Litv. (SCI=20, Initial Density=4400 trees/hm2)

從出材率來看，各徑階材的出材率隨林齡變化呈單峰曲線，小徑材、中徑材和大徑材的高峰期分別出現(xiàn)在林齡15年、45年和55年。立地指數(shù)、初始密度對各徑材出材率有一定影響，如果以培育大徑材為經(jīng)營目標(biāo)其采伐年齡應(yīng)在50年以上。

2.3 樟子松人工林成熟年齡的估算

2.3.1 數(shù)量成熟齡

森林成熟可分為數(shù)量成熟、工藝成熟和經(jīng)濟成熟，其中數(shù)量成熟是指林分材積生長量達(dá)到最大時的年齡，從表1可以看出蓄積平均生長量最大值出現(xiàn)在林齡25年左右，通過蓄積連年生長量和出材率可以計算各徑材的生長量，依此得出小徑材、中徑材和大徑材的數(shù)量成熟齡分別為15年、31年和55年。

2.3.2 工藝成熟齡

工藝成熟又稱利用成熟，是指林分目的材種平均生長量達(dá)到最大時的狀態(tài)，與數(shù)量成熟相比，工藝成熟不僅考慮木材數(shù)量多少，而且還要考慮材種的規(guī)格和質(zhì)量。確定林分工藝成熟齡有多種，借鑒相關(guān)研究方法，按照國家原條造材標(biāo)準(zhǔn)，分別以林分平均胸徑達(dá)到6cm、20cm和26cm時的年齡作為小徑材、中徑材和大徑材的工藝成熟齡。從表1平均胸徑調(diào)查數(shù)據(jù)來看，樟子松(SCI=20、初始密度=4400株/hm2)林分小徑材、中徑材和大徑材的工藝成熟齡分別為13年、30年和50年。

2.3.3 經(jīng)濟成熟齡

經(jīng)濟成熟是指林分生長達(dá)到經(jīng)濟收益最高時的狀態(tài)，計算方法有土地期望價法、增值指數(shù)法、內(nèi)部收益率法、凈現(xiàn)值法等,其中凈現(xiàn)值法在計算盈虧前先通過貼現(xiàn)率將不同時間的貨幣進(jìn)行換算，充分考慮了貨幣的時間價值，因此，在實際操作中應(yīng)用最為廣泛，其數(shù)學(xué)表達(dá)式:

式中:Rt——年時的貨幣收入;

Ct——年時的貨幣支出;

i——貼現(xiàn)率=8%。

樟子松人工林經(jīng)營的貨幣支出：整地為640.0元/hm2,種苗為0.25元/株,栽植管理人工費1400元/hm2,管護(hù)費為每年53.0元/hm2,采伐、運輸及儲存68元/m3。貨幣收入：以木材收入為主，其中大徑材售價900元/m3；中徑材售價770元/m3；小徑材售價600元/m3。按公式計算各年的凈現(xiàn)值結(jié)果見圖1。

圖1 樟子松(SCI=20、初始密度=4400株/hm2)林分凈現(xiàn)值變化規(guī)律

從圖1可以看出，0-8a時凈現(xiàn)值為負(fù)值，說明此段時間木材經(jīng)營的支出大于收益，隨著林分蓄積量的增加，木材收益增大凈現(xiàn)值逐步增大至峰值，而后隨著經(jīng)營周期的增大凈現(xiàn)值逐步減少至負(fù)值。其峰值出現(xiàn)在林齡22年時，此時單位時間內(nèi)木材經(jīng)營的收益最大，因此，樟子松(SCI=20、初始密度=4400株/hm2)林分的經(jīng)濟成熟齡為22年。

3 結(jié)論

1)在樟子松人工林徑階分布模型、密度動態(tài)預(yù)估模型和生長收獲模型的基礎(chǔ)上，開展了樟子松削度方程、出材率表的研究，依此估算出立地指數(shù)20、初始密度4400株/hm2的樟子松林分小徑材、中徑材和大徑材的數(shù)量成熟齡分別為15年、31年和55年；工藝成熟齡分別為13年、30年和50年，經(jīng)濟成熟齡為22年。

2)立地指數(shù)和初始密度對林分成熟年齡有較大影響，受篇幅限制，本文只陳列了立地指數(shù)20、初始密度4400株/hm2的樟子松林分的估算結(jié)果，根據(jù)生長模型可以對其它立地指數(shù)、初始密度林分的成熟年齡進(jìn)行估算，本文的研究方法及結(jié)論對本地區(qū)樟子松人工林的經(jīng)營與收獲具有一定的借鑒意義。