三峽庫(kù)區(qū)常見(jiàn)樹(shù)種一元立木材積表的編制

王安　王松　文士發(fā)　王毅　張新　曹祖榮　張杰　趙軍

摘要：林業(yè)案件查處過(guò)程中，濫伐或盜伐的林木無(wú)法測(cè)定樹(shù)木胸徑，通常是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)直接估計(jì)樹(shù)木胸徑后查閱《一元立木材積表》算出材積。如何利用樹(shù)木地徑科學(xué)地計(jì)算胸徑和材積，本研究選擇了馬尾松、杉木、柏木、麻櫟4個(gè)常見(jiàn)樹(shù)種，通過(guò)實(shí)地隨機(jī)抽樣測(cè)量、數(shù)據(jù)分析、建模估算、分析匯總、實(shí)地驗(yàn)證，在三峽庫(kù)區(qū)秭歸縣分析得出各樹(shù)種地徑與胸徑的關(guān)系，編制出4個(gè)樹(shù)種地徑一元立木材積表，并在Excel中編制程序代入相關(guān)數(shù)據(jù)，制作出了地徑一元立木材積計(jì)算表，選擇樹(shù)種后輸入該樹(shù)種的地徑數(shù)值即得該樹(shù)木的胸徑和材積，實(shí)現(xiàn)了在辦案過(guò)程中科學(xué)、快速、準(zhǔn)確地測(cè)算立木材積的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：地徑；一元立木材積表；常見(jiàn)樹(shù)種；三峽庫(kù)區(qū)

中圖分類(lèi)號(hào)：S758.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1004-3020（2023）03-0021-06

Compilation of a One-dimensional Timber Volume Table of Common Tree Species in Three Gorges Reservoir Area

Wang An Wang Song Wen Shifa Wang Yi Zhang Xin Cao Zurong Zhang Jie Zhao Jun

（1.Zigui Forestry BureauZigui443600;2.National Jiulingtou Forest Farm Protection Center of ZiguiZigui443604;

3.Xietan Forestry Station in ZiguiZigui443608;4.Shuitianba Forestry Station in ZiguiZigui443605;

5.Moping Forestry Station in ZiguiZigui443615;6.Jiuwanxi Forestry Station in ZiguiZigui 443623）

Abstract：In the process of investigating and handling forestry cases，trees that were cut indiscriminately or illegally，so the DBH（diameter at breast height） of the trees could not be measured.Usually，the volume was calculated by directly estimating the DBH of the trees based on experience and consulting the one-dimensional Timber Volume Table.How to scientifically calculate the DBH and volume by using the ground diameter of trees.In this study，four tree species of Pinus massoniana，Cunninghamia lanceolata，Cupressus funebris and Quercus acutissima commonly seen in Three Gorges Reservoir Area were selected to analyze the relationship between ground diameter and DBH of each tree species through field random sampling measurement，data analysis，modeling estimation，analysis summary and field verification in Zigui County，in Three Gorges Reservoir area，and a one-dimensional volume table for the ground diameter of each tree species was prepared，In addition，the program was compiled in Excel to substitute relevant data，and a calculation table of standing volume of one yuan of ground diameter was made.After selecting tree species，the DBH and volume of the tree species were obtained by inputting the ground diameter value of the tree species，which realized the goal of scientific，rapid and accurate calculation of standing volume in the process of handling the case.

Key words：ground diameter；one-dimensional timber volume table；common tree species；Three Gorges Reservoir area

在查處各種濫伐或盜伐林木的林業(yè)案件中，作出處罰決定前有一個(gè)重要的證據(jù)采集，就是當(dāng)事人濫伐或盜伐林木的材積的測(cè)算。林木蓄積的大小是案件定性和罰款金額的唯一依據(jù)。在林業(yè)行政或刑事案件查處過(guò)程中，林木材積通常是用一元立木材積計(jì)算（林木1.3 m處的胸徑［1］）。濫伐或盜伐林木都被當(dāng)事人運(yùn)出現(xiàn)場(chǎng)，只有伐樁存在，無(wú)法測(cè)定林木胸徑。常用的解決方式有兩種：一種是經(jīng)驗(yàn)豐富的執(zhí)法人員直接估算立木胸徑再通過(guò)《湖北省一元立木材積表》［2］計(jì)算材積，此方法隨意性較大，精度很難保證，影響了執(zhí)法的公正性；另一種是在相同立地條件下尋找一定數(shù)量與被采伐樹(shù)木相同樹(shù)種、相同地徑的樣木，通過(guò)測(cè)量樣木的胸徑來(lái)確定被伐樹(shù)木的胸徑，再計(jì)算被伐樹(shù)木的立木材積。此方法工作量大、過(guò)程繁瑣，在實(shí)際執(zhí)法中難以推行。因此，通過(guò)伐樁直徑直接估算胸徑，存在著很大的隨意性，很不科學(xué)。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2010年，湖北省內(nèi)對(duì)樹(shù)木地徑計(jì)算材積方程的研究?jī)H限于潛江市楊金德對(duì)平原地區(qū)濕地松Pinus elliottii、水杉Metasequoia glyptrobides、池杉Taxodium ascendens、加拿大楊Populus×canadensis等4個(gè)樹(shù)種的地徑與材積關(guān)系的研究［3］，而山區(qū)縣市尚未開(kāi)展這方面的研究。山區(qū)與平原的立地條件存在很大的差異，不同樹(shù)種的干形和生長(zhǎng)勢(shì)在不同立地條件下也有很大的差別。因此，對(duì)樹(shù)木地徑材積方程的系數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)卣{(diào)整，才能測(cè)算出更準(zhǔn)確的立木材積數(shù)據(jù)。四川省楊春齊、朱志芳等曾用柏木地樁與胸徑按徑階建立了單株材積數(shù)字模型［4］，但本研究認(rèn)為實(shí)測(cè)的地徑和胸徑數(shù)值精確到0.1 cm進(jìn)行計(jì)算分析才會(huì)更加精準(zhǔn)。針對(duì)以上問(wèn)題，本研究選擇了［5］馬尾松Pinus massoniana、杉木Cunninghamia Lanceolata、柏木Cupressus funebris、麻櫟Quercus acutissima 4個(gè)常見(jiàn)樹(shù)種在三峽庫(kù)區(qū)秭歸縣內(nèi)在實(shí)地采集了大量樣本數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)分析、建模估算、分析匯總、實(shí)地驗(yàn)證，分析得出各樹(shù)種地徑與胸徑的關(guān)系，編制了各樹(shù)種一元立木材積表，實(shí)現(xiàn)了辦案過(guò)程科學(xué)、快速、準(zhǔn)確地測(cè)算立木材積的目標(biāo)。同時(shí)，在氣候、立地條件及植被相似的三峽庫(kù)區(qū)興山縣和巴東縣對(duì)模型進(jìn)行了實(shí)地驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果與秭歸縣實(shí)地驗(yàn)證結(jié)果差異很小，三峽庫(kù)區(qū)其它相關(guān)地區(qū)可參考使用。

1研究區(qū)概況

秭歸縣地處鄂西，東經(jīng)110°18′～111°0′，北緯30°38′～31°11′，海拔175～2 057 m。東與夷陵區(qū)交界，南與長(zhǎng)陽(yáng)土家族自治縣接壤，西與巴東縣相連，北與興山縣毗鄰，地跨長(zhǎng)江西陵峽兩岸，位于三峽庫(kù)區(qū)壩上庫(kù)首。屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫17～19 ℃，年平均降雨量1 493.2 mm，年平均無(wú)霜期為260 d。主要土壤類(lèi)型有黃壤、黃棕壤、棕壤、石灰土、紫色土、潮土、水稻土等，在全國(guó)植被區(qū)劃中屬東部（濕潤(rùn)）常綠闊葉林區(qū)域。境內(nèi)林木種類(lèi)繁多，具有南北交匯的特點(diǎn)，主要植被類(lèi)型是：低山、半高山地區(qū)主要分布有亞熱帶針葉林、常綠闊葉林、落葉闊葉林與針闊混交林，為全縣樹(shù)種最豐富的地區(qū)。高山地區(qū)主要為落葉闊葉林、飛播針葉林。主要樹(shù)種有馬尾松、華山松Pinus armandii、油松Pinus tabuliformis、杉木、柏木、刺槐Robinia pseudoacacia、櫟類(lèi)、柑橘Citrus reticulata、板栗Castanea mollissima、茶Camellia sinensis等。境內(nèi)海拔1200 m以上，主要以油松、華山松、日本落葉松Larix kaempferi及天然落葉闊葉林為主；海拔800～1 200 m地帶，以天然馬尾松、櫟類(lèi)、杉木、板栗、杜仲Eucommia ulmoides、茶葉為主；海拔800 m以下山區(qū)，以天然和人工馬尾松、柏木、刺槐、柑橘為主。

興山縣地處鄂西，長(zhǎng)江西陵峽以北，地處秦巴大山區(qū)，東經(jīng)110°25′～111°06′，北緯31°04′～31°34′之間。東臨宜昌、?？担髋c巴東毗鄰，南接秭歸，北抵神農(nóng)架林區(qū)，海拔109.5～2 426.9 m，屬亞熱帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫在15.3 ℃左右，年平均無(wú)霜期217 d，年平均降水量為900～1 200 mm。有中亞熱帶常綠闊葉林和北亞熱帶常綠落葉闊葉混交林兩個(gè)林帶。海拔500 m以下為常綠闊葉林帶，代表樹(shù)種以樟科、殼斗科常綠闊葉樹(shù)種為主，海拔500～1 300 m為針葉、落葉闊葉混交林帶，代表樹(shù)種以馬尾松、杉木、櫟類(lèi)等為主，海拔1 300 m以上為落葉闊葉林、針葉林帶，代表樹(shù)種以巴山松Pinus henryi、華山松、槲櫟Quercus aliena為主。

巴東縣地處鄂西南，長(zhǎng)江三峽中段，東經(jīng)110°04′～110°32′、北緯30°28′～31°28′。東連宜昌興山、秭歸、長(zhǎng)陽(yáng)，南接五峰、鶴峰，西交建始、重慶、巫山，北靠神農(nóng)架林區(qū)。海拔66.8～3 005 mm，屬亞熱帶季風(fēng)區(qū)，年平均溫度14～23 ℃，無(wú)霜期最長(zhǎng)為311 d，最短173 d，年平均降水量為978.6 mm。森林植被分布情況與秭歸縣、興山縣相似。

2材料與方法

2.1材料

鋼圍尺、油漆、粉筆、1.3 m木棍、砍刀、記錄夾。

2.2樣地設(shè)置及樣木調(diào)查方法

林地抽樣調(diào)查選在湖北省宜昌市秭歸縣泄灘鄉(xiāng)、水田壩鄉(xiāng)、歸州鎮(zhèn)、磨坪鄉(xiāng)、梅家河鄉(xiāng)、九畹溪鎮(zhèn)、楊林橋鎮(zhèn)、屈原鎮(zhèn)的馬尾松、杉木、柏木、麻櫟等不同樹(shù)齡、坡度、海拔的天然林。2021年6～11月，在8個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)隨機(jī)選擇調(diào)查點(diǎn)35個(gè)，實(shí)測(cè)樣木13 200株（起測(cè)胸徑≥5 cm），馬尾松、杉木、柏木、麻櫟各3 300株。每株樣木用鋼圍尺實(shí)測(cè)地徑和胸徑（樹(shù)干1.3 m處），數(shù)值精確到0.1 cm作為樣本數(shù)據(jù)記錄于外業(yè)調(diào)查表。若樹(shù)干基部為畸型，則地徑測(cè)量部位提高至樹(shù)干正常部位，再向上量1.3 m處為胸徑測(cè)量部位；若樹(shù)干1.3 m處為畸型，則在畸型處上下10 cm部位測(cè)量?jī)商幤骄蟮臄?shù)值作為該樹(shù)木的胸徑。

2.3數(shù)據(jù)錄入與處理

2.3.1數(shù)據(jù)錄入

將外業(yè)調(diào)查表中的樣本逐一編號(hào)，在Excel中錄入各樣本的胸徑、地徑、地點(diǎn)、坡度、海拔，數(shù)值精度到0.1 cm。

2.3.2數(shù)據(jù)處理

將每個(gè)樹(shù)種實(shí)測(cè)株數(shù)的90％，既每個(gè)樹(shù)種隨機(jī)抽取3 000株作為建模樣本，并通過(guò)Excel數(shù)據(jù)分析功能進(jìn)行地徑與胸徑相關(guān)性分析，建立地徑與胸徑線性回歸模型，同時(shí)計(jì)算各模型的回歸相關(guān)系數(shù)并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)假設(shè)檢驗(yàn)［6］，編制地徑立木材積表。在剩余樣本中各隨機(jī)抽取210株作為驗(yàn)證數(shù)據(jù)組，對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)。

3結(jié)果與分析

根據(jù)現(xiàn)有植物生理學(xué)理論研究［7］，樹(shù)木各器官之間在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中具有相關(guān)性。同時(shí)從現(xiàn)實(shí)觀察研究發(fā)現(xiàn)，喬木樹(shù)主干成圓錐形狀，地徑與胸徑應(yīng)該滿(mǎn)足一元的線性相關(guān)性。從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的散點(diǎn)分布圖也可發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是闊葉樹(shù)種，還是針葉樹(shù)種，地徑、胸徑呈現(xiàn)出明顯的線性相關(guān)性［8］，但不同樹(shù)種之間相關(guān)度略有差異，說(shuō)明不同樹(shù)種的生物學(xué)特性與其生長(zhǎng)勢(shì)有關(guān)聯(lián)，數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)不同樹(shù)種擬合程度高由高到低為杉木、柏木、麻櫟、馬尾松。

3.1地徑與胸徑的相關(guān)性分析

根據(jù)對(duì)不同樹(shù)種林分的調(diào)查數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，不同樹(shù)種的地徑與胸徑的回歸關(guān)系都是趨向于線形（圖1）。

3.2地徑與胸徑的回歸關(guān)系分析

本研究對(duì)地徑與胸徑的回歸模型進(jìn)行了分析。利用測(cè)量的數(shù)據(jù)，進(jìn)行回歸計(jì)算，建立地徑與胸徑的關(guān)系式（表1）。

3.3地徑一元材積模型的驗(yàn)證

3.3.1調(diào)查區(qū)對(duì)模型驗(yàn)證

3.3.2興山縣、巴東縣對(duì)模型實(shí)地驗(yàn)證

2022年6月14～17日項(xiàng)目組在秭歸縣相鄰的興山縣昭君鎮(zhèn)的青華村、陳家灣村、響龍村和巴東縣茶店子鎮(zhèn)的茶店子村對(duì)4個(gè)樹(shù)種的地徑一元材積模型進(jìn)行了實(shí)地隨機(jī)驗(yàn)證。驗(yàn)證方法：每個(gè)樹(shù)種在兩地各隨機(jī)選擇30株實(shí)測(cè)地徑和胸徑，利用4個(gè)樹(shù)種的地徑一元材積模型計(jì)算的立木材積和胸徑與利用《湖北省一元立木材積表》計(jì)算的立木材積和實(shí)測(cè)胸徑相比較。經(jīng)計(jì)算，4個(gè)樹(shù)種的平均胸徑絕對(duì)誤差在0.1～0.4 cm，相對(duì)誤差在0.6%～3.1%；材積絕對(duì)誤差在0.002 2～0.009 3 m3，相對(duì)誤差在0.7%～4.8%（表3、表4）。

通過(guò)表2～4和圖2可以看出，4個(gè)樹(shù)種在秭歸縣、興山縣、巴東縣三地實(shí)地驗(yàn)證的胸徑誤差率均在±3%左右，材積誤差率在±5%以?xún)?nèi)，符合《森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查主要技術(shù)規(guī)定》第37條［9］和《國(guó)家森林資源連續(xù)清查技術(shù)規(guī)定》第七條［10］規(guī)定的調(diào)查允許誤差，可以證明本研究建立的4個(gè)樹(shù)種的地徑與胸徑關(guān)系式在三峽庫(kù)區(qū)相關(guān)山區(qū)縣市可以參考使用。

3.4編制地徑一元立木材積表

將4個(gè)樹(shù)種的地徑與胸徑關(guān)系式，導(dǎo)入《湖北省一元立木材積表》編制出了4個(gè)樹(shù)種的地徑一元立木材積表（表5～8）。

3.5編制地徑一元立木材積計(jì)算表

本研究根據(jù)以上完成的杉木、柏木、麻櫟、馬尾松地徑立木材積表的數(shù)據(jù)，錄入Excel形成地徑立木材積比對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)。通過(guò)Excel的行查詢(xún)、匹配函數(shù)等功能，寫(xiě)入程序制作了地徑立木材積計(jì)算表。只需要在表格中選擇待測(cè)樹(shù)種、實(shí)測(cè)地徑，便可以快速計(jì)算出對(duì)應(yīng)胸徑、立木材積（表9）。

4結(jié)論與討論

（1）本研究所編制的地徑一元材積表經(jīng)樣本數(shù)據(jù)檢驗(yàn)，系統(tǒng)誤差符合《森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查主要技術(shù)規(guī)定》和《國(guó)家森林資源連續(xù)清查技術(shù)規(guī)定》規(guī)定的質(zhì)量檢驗(yàn)要求及調(diào)查允許誤差范圍內(nèi)，說(shuō)明該地徑立木材積表可應(yīng)用于立地條件相同的湖北省西部地區(qū)及三峽庫(kù)區(qū)山區(qū)縣市進(jìn)行材積計(jì)算，提高林政執(zhí)法計(jì)算材積的準(zhǔn)確度，有助于案件定性準(zhǔn)確，減少爭(zhēng)議，規(guī)避了執(zhí)法人員的辦案風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，對(duì)森林經(jīng)營(yíng)管理、森林資源調(diào)查、林業(yè)雪災(zāi)調(diào)查、限額采伐管理等方面都有廣泛的推廣和應(yīng)用價(jià)值。

（2）根據(jù)測(cè)算的地徑一元材積表，利用Excel行查詢(xún)、匹配函數(shù)等功能編制的地徑一元材積計(jì)算表，通過(guò)選擇樹(shù)種、輸入地徑，便可以快速測(cè)算出對(duì)應(yīng)樹(shù)種的立木材積，提升了材積計(jì)算速度。

（3）克服了以往類(lèi)似研究文獻(xiàn)中對(duì)地徑一元立木材積表按徑階計(jì)算編制的不足，用大量實(shí)測(cè)并精確到0.1 cm數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析，與《湖北省一元立木材積表》相對(duì)應(yīng)，提高了利用地徑測(cè)算立木材積的精度。

（4）通過(guò)對(duì)4個(gè)樹(shù)種的地徑與胸徑進(jìn)行了一元線形回歸分析，與以往類(lèi)似研究文獻(xiàn)相比缺少了地徑與樹(shù)高的關(guān)系分析。在實(shí)際工作中，樹(shù)高測(cè)量不是很準(zhǔn)確，大多是估計(jì)值，且耗時(shí)間，因此基于地徑測(cè)算材積不建議考慮樹(shù)高因素。若考慮4個(gè)樹(shù)種在不同立地條件下，對(duì)海拔、坡度、土壤厚度等多個(gè)因子進(jìn)行多元分析，計(jì)算的立木材積會(huì)更精確。

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（編校：鄭京津）