遼東山區(qū)紅松人工林直徑分布規(guī)律的研究

杜建平

（國(guó)營(yíng)清原滿(mǎn)族自治縣大邊溝林場(chǎng)，遼寧 清原 113309）

林分直徑分布是林分結(jié)構(gòu)的重要規(guī)律之一，是進(jìn)一步研究材種出材規(guī)律及制定森林經(jīng)營(yíng)措施的基礎(chǔ)，研究林分直徑可以及時(shí)提供林分樹(shù)木更新的狀況[1-2]。在同齡純林中，各株樹(shù)木之間由于環(huán)境和立地因子不同，會(huì)使它們?cè)趶诫A分布產(chǎn)生一些差異，而且這些差異在正常的情況下會(huì)比較穩(wěn)定地遵循某種規(guī)律，顯然研究這一規(guī)律對(duì)森林經(jīng)營(yíng)和森林調(diào)查都具有很大意義[3]。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)林分直徑分布進(jìn)行了廣泛的研究，其中相對(duì)直徑法、概率函數(shù)法、種群分布模型及理論生長(zhǎng)方程法等在林分直徑結(jié)構(gòu)分布中得到了廣泛的應(yīng)用[4]。此外，F(xiàn)uzzy 分布在林分直徑分布中也得到了較好的應(yīng)用效果，并對(duì)模擬精度大小產(chǎn)生的原因進(jìn)行了分析，進(jìn)一步完善了林分直徑的模擬技術(shù)對(duì)林分直徑結(jié)構(gòu)的研究[5]。對(duì)于林分直徑結(jié)構(gòu)模型的研究，大體上可分為參數(shù)法和非參數(shù)法兩種，其中應(yīng)用比較廣泛的是最相似回歸法和核密度估計(jì)方法，這兩種都是非參數(shù)估計(jì)法。非參數(shù)方法既不提前設(shè)定擬合函數(shù)的具體表達(dá)形式，也不設(shè)定固定的參數(shù)，函數(shù)在每一點(diǎn)的值都由數(shù)據(jù)本身來(lái)決定，對(duì)直徑分布的擬合相對(duì)比較靈活而且效果也比較理想[6-8]。Maltamo 將最相似回歸法用于林分材積的估計(jì)、林分結(jié)構(gòu)的描述和林分生長(zhǎng)的預(yù)測(cè)，并與Weibull 分布函數(shù)結(jié)合起來(lái)研究直徑分布問(wèn)題，結(jié)果表明最相似回歸法更好一些；此外，相似回歸法在其他統(tǒng)計(jì)模型中也得到了廣泛的應(yīng)用，但大多數(shù)不會(huì)用其進(jìn)行直徑分布模擬預(yù)測(cè)[9-10]。然而，截止目前遼東山區(qū)紅松Pinus koraiensis人工林徑階分布的研究還比較少見(jiàn)。

遼東山區(qū)是遼寧省重要的林業(yè)基地，紅松在遼東山區(qū)分布廣泛，具有喜光、耐寒性較強(qiáng)的優(yōu)良特性[11-12]。在以往研究的基礎(chǔ)之上，深入研究遼東山區(qū)紅松人工林的徑級(jí)分布規(guī)律，對(duì)制定科學(xué)合理的森林經(jīng)營(yíng)方案具有重要的意義。為此，本研究以遼東山區(qū)撫順市清原滿(mǎn)族自治縣大邊溝林場(chǎng)不同林齡的紅松人工林為研究對(duì)象，分析不同年齡段紅松人工林各徑階的株數(shù)分布規(guī)律，并分析這種分布隨林齡的變化規(guī)律，為該地區(qū)紅松人工林經(jīng)營(yíng)提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于遼寧省撫順市清原縣國(guó)有大邊溝林場(chǎng)（124°4′~125°18′E，41°51′~42°00′N(xiāo)）。大邊溝林場(chǎng)位于長(zhǎng)白山山脈西南延伸的邊緣地帶，氣候類(lèi)型為典型的北溫帶大陸季風(fēng)氣候，夏季炎熱多雨，冬季寒冷干燥。最高氣溫為36.5 ℃，最低氣溫為-37.7 ℃，年均氣溫為5 ℃。降水主要集中在6-9月，年均降水量750 mm 左右。土壤類(lèi)型主要包括暗棕壤和棕壤，植被類(lèi)型屬于長(zhǎng)白植物區(qū)系，人工林是主要的森林類(lèi)型。人工林主要包括紅松林、落葉松林Larixspp[13]。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)獲取

2020 年6 月在遼寧省清原縣大邊溝林場(chǎng)進(jìn)行外業(yè)調(diào)查。根據(jù)踏查結(jié)果，選擇紅松人工林29 年生、43 年生、58 年生的小班設(shè)置固定樣地。每個(gè)小班選取面積為600 m2（20 m × 30 m）的矩形固定樣地3 塊，共計(jì)9 塊固定樣地。記錄每塊固定樣地的經(jīng)緯度坐標(biāo)，并對(duì)樣地內(nèi)所有的樹(shù)木進(jìn)行每木檢尺，用胸徑尺測(cè)量樹(shù)木的胸徑（DBH，cm），用超聲波測(cè)高器測(cè)量樹(shù)高（HT，m）、第一活枝高（HLB，m）、第一死枝高（HDB，m），用皮尺測(cè)量東、南、西、北4 個(gè)方向的冠幅（CW，m）。為方便進(jìn)行復(fù)測(cè)，以矩形樣地的30 m 邊為X 軸，20 m 為Y 軸，同時(shí)對(duì)所有樹(shù)木進(jìn)行定位[13]。

固定樣地的具體信息見(jiàn)表1。

表1 紅松人工林固定樣地因子

2.2 數(shù)據(jù)分析與處理

分別對(duì)林齡為29 年、43 年、58 年的人工紅松固定樣地的胸徑按照2 cm 一個(gè)徑級(jí)進(jìn)行株數(shù)統(tǒng)計(jì)，用Excel 軟件作圖，分析每個(gè)年齡段的直徑分布規(guī)律及直徑分布的動(dòng)態(tài)變化?；赟AS 軟件，計(jì)算各樣地林木直徑的偏度、峰度、標(biāo)準(zhǔn)偏差（S）、變異系數(shù)（CV）等統(tǒng)計(jì)量，計(jì)算公式如下。

式中：N為樣本數(shù)量；Xi為觀測(cè)值；Xˉ為平均值；μ為均值；σ為標(biāo)準(zhǔn)差；S為樣本標(biāo)準(zhǔn)差。

偏度是用來(lái)反映隨機(jī)變量概率分布不對(duì)稱(chēng)性的指標(biāo)。峰度是反映隨機(jī)變量概率分布的陡峭程度的指標(biāo)。標(biāo)準(zhǔn)偏差是反映隨機(jī)變量各觀測(cè)值離散程度的指標(biāo)。變異系數(shù)是衡量各觀測(cè)值變異程度的另一個(gè)統(tǒng)計(jì)量。

采用Shapiro-Wilk 檢驗(yàn)數(shù)據(jù)是否服從正態(tài)分布?；谝陨现笜?biāo)，比較各林齡人工紅松直徑分布的統(tǒng)計(jì)特征。

3 結(jié)果與分析

從圖1 和表2 可以看出，29 年生紅松樣地1 徑階分布峰值出現(xiàn)在22 cm 處，平均胸徑19.9 cm，偏度為-0.668 7，峰度為1.491 4，標(biāo)準(zhǔn)偏差為4.86。經(jīng)檢驗(yàn)，樣地1 的直徑分布呈正態(tài)分布。樣地2 徑階分布峰值出現(xiàn)在18 cm 和20 cm 處，平均胸徑為19.1 cm，偏度為-0.225 7，峰度為-0.180 1，標(biāo)準(zhǔn)偏差為4.37。經(jīng)檢驗(yàn)，樣地2 的直徑基本呈正態(tài)分布。樣地3 直徑分布的峰值出現(xiàn)在20 cm 處，平均胸徑為16.9 cm，偏度為-1.348 2，峰度為2.242 2，標(biāo)準(zhǔn)偏差為3.77。經(jīng)檢驗(yàn)，樣地3 的徑階分布不服從正態(tài)分布。

圖1 29年生紅松人工林徑階分布規(guī)律

表2 紅松人工林徑階分布統(tǒng)計(jì)量

從圖2 和表2 可以看出，34 年生紅松樣地1 徑階分布峰值出現(xiàn)在28 cm 處，平均胸徑28.5 cm，偏度為0.652 4，峰度為0.370 3，標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.74，樣地1 的直徑分布呈正態(tài)分布的趨勢(shì)。樣地2 徑階分布的峰值出現(xiàn)在30 cm 處，平均胸徑為28 cm，偏度為-0.318 7，峰度為-0.011 6，標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.41。說(shuō)明樣地2 的直徑基本呈正態(tài)分布。樣地3 直徑分布峰值出現(xiàn)在26 cm 處，平均胸徑為26.5 cm，偏度為-1.043 3，峰度為2.883 0，標(biāo)準(zhǔn)偏差為3.18，不服從正態(tài)分布。

圖2 43年生紅松人工林徑階分布規(guī)律

從圖3 和表2 可以看出，58 年生紅松樣地1 直徑分布的峰值出現(xiàn)在28 cm，平均胸徑為29.2 cm，偏度為0.134 5，峰度為-0.371 0，標(biāo)準(zhǔn)偏差為4.57，服從正態(tài)分布。樣地2 直徑分布的峰值無(wú)一定的規(guī)律，平均胸徑為35.2 cm，偏度為0.215 7，峰度為-1.544 6，標(biāo)準(zhǔn)偏差為4.89，服從正態(tài)分布。樣地3 直徑分布峰值出現(xiàn)在34 cm，平均胸徑34.5 cm，偏度為0.220 5，峰度為-1.147 4，標(biāo)準(zhǔn)偏差為3.63，服從正態(tài)分布。

圖3 58年生紅松人工林徑階分布規(guī)律

從圖4 可以看出，29 年生的人工紅松直徑分布規(guī)律顯示，偏度為-0.466 4，峰度為1.084 3，標(biāo)準(zhǔn)偏差為4.47；43 年生的人工紅松直徑分布規(guī)律顯示，偏度為-0.493 9，峰度為2.188 1，標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.87；58 年生的人工紅松直徑分布規(guī)律顯示，偏度為0.003 2，峰度為-0.474 4，標(biāo)準(zhǔn)偏差為5.29。

圖4 不同年齡段人工紅松徑階分布規(guī)律

4 結(jié) 論

紅松人工林是遼東山區(qū)重要的森林類(lèi)型，研究不同林齡紅松人工林的直徑分布對(duì)深入分析紅松人工林的發(fā)育規(guī)律，制定科學(xué)合理的經(jīng)營(yíng)措施以促進(jìn)生長(zhǎng)具有重要的作用。本研究基于遼寧省大邊溝林場(chǎng)29 年、43 年、58 年的紅松人工林固定樣地的每木檢查數(shù)據(jù)，深入分析不同年齡段紅松人工林的徑階分布規(guī)律，得出結(jié)論：（1）總體上29 年、43年、58 年生的紅松人工林的直徑分布呈正態(tài)分布規(guī)律，以上研究結(jié)果為制定森林經(jīng)營(yíng)方案提供基礎(chǔ)。（2）由現(xiàn)有的3 個(gè)年齡段的分析結(jié)果看，林齡對(duì)直徑分布具有一定的影響，29 年、43 年和58 年的紅松人工林直徑分布偏度逐漸向右變化。

總體上，隨著林齡的增加，人工紅松的徑階分布出現(xiàn)了右偏的規(guī)律，出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因可能是樹(shù)木生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，自然稀疏導(dǎo)致被壓木自然枯死，保留木的胸徑不斷生長(zhǎng)所致。