李 芳

(福建金森林業(yè)股份有限公司，福建 將樂(lè) 353300)

將樂(lè)縣杉木人工林去皮胸徑與帶皮胸徑的關(guān)系

李 芳

(福建金森林業(yè)股份有限公司，福建 將樂(lè) 353300)

為估算杉木人工林胸高處去皮直徑及樹(shù)皮厚度等指標(biāo)，利用將樂(lè)縣39株杉木解析木數(shù)據(jù)，對(duì)帶皮胸徑與去皮胸徑之間相關(guān)模型進(jìn)行研究。結(jié)果表明：杉木去皮胸徑(Dib)與帶皮胸徑(Dob)的關(guān)系方程為Dib=0.9369Dob，從而間接推導(dǎo)出樹(shù)皮厚度(Bt)方程Bt=0.0631D；杉木樹(shù)皮直徑調(diào)整因子K=1.067。這些數(shù)據(jù)的獲得將為植被模擬系統(tǒng)的推廣及相關(guān)模型的優(yōu)化奠定良好基礎(chǔ)。

杉木；樹(shù)皮；FVS；胸徑；模型

隨著林業(yè)信息化進(jìn)程的不斷深入，運(yùn)用各種模型對(duì)森林調(diào)查因子進(jìn)行監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)已經(jīng)得到公認(rèn)，但僅僅停留在模型的研究和改進(jìn)上還是不夠的，模型與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的結(jié)合不僅能提高模型的計(jì)算速率，而且能將多種模型同步融合，大大提高了模型的使用頻率和綜合效益，得出大量適用于實(shí)際營(yíng)林生產(chǎn)的成果，為森林的可持續(xù)經(jīng)營(yíng)與管理發(fā)揮重要作用[1]。

在森林植被生長(zhǎng)收獲模擬系統(tǒng)中，使用最廣泛的莫過(guò)于美國(guó)發(fā)明并推廣良好的FVS(Forest vegetation simulator)，其強(qiáng)大的森林資源調(diào)查、分析功能，深受林業(yè)主管部門(mén)、企業(yè)、私營(yíng)業(yè)主等的好評(píng)[2]。為優(yōu)化CFFE—FVS，使其適于評(píng)價(jià)分析中國(guó)杉木人工林的生長(zhǎng)與收獲，有必要優(yōu)化FVS直徑生長(zhǎng)模型中只估測(cè)去皮胸徑生長(zhǎng)量的模型參數(shù)的問(wèn)題，降低或消除向上推導(dǎo)杉木樹(shù)皮生長(zhǎng)量0～6%的預(yù)估誤差。為提高FVS估算精度，郭孝玉等[3]對(duì)東北地區(qū)長(zhǎng)白落葉松的帶皮與去皮胸徑的關(guān)系進(jìn)行研究，馬豐豐[4]對(duì)北京地區(qū)油松、側(cè)柏林分的帶皮與去皮胸徑進(jìn)行研究。但就杉木的帶皮與去皮胸徑的關(guān)系研究還比較少見(jiàn)，尤其是對(duì)于第2代、第3代杉木人工林的樹(shù)皮厚度關(guān)系研究更少。

隨著人工杉木林培育技術(shù)的發(fā)展，其樹(shù)皮結(jié)構(gòu)與天然林有很大區(qū)別，為獲取杉木人工林去皮胸徑生長(zhǎng)量模型換算系數(shù)，根據(jù)換算系數(shù)求算帶皮胸徑生長(zhǎng)量值，確保杉木人工林胸徑、材積等指標(biāo)在FVS中使用的準(zhǔn)確性，從而實(shí)現(xiàn)杉木人工林生長(zhǎng)模型中由帶皮計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)化到軟件系統(tǒng)中去皮因子的優(yōu)化，降低轉(zhuǎn)化過(guò)程中的誤差。因此，本文就不同胸徑大小的杉木人工林在胸高位置的樹(shù)皮厚度展開(kāi)研究，以期為相關(guān)生長(zhǎng)模型在模擬系統(tǒng)中的使用提供參數(shù)。

1 研究區(qū)概況

將樂(lè)縣位于福建省西北部，三明市北部，閩江支流金溪中下游，東臨順昌縣，西界泰寧縣，南接明溪縣，北連邵武市，東南與沙縣毗鄰。地理坐標(biāo)界于東經(jīng)117°05′—117°40′、北緯26°26′—27°04′。東西寬59 km，南北長(zhǎng)71 km。境內(nèi)水系發(fā)達(dá)，河網(wǎng)密布，河道比大，切割深河床窄，源短流急，具有山溪性河流特點(diǎn)。屬中亞熱帶季風(fēng)氣候，具有春早、夏長(zhǎng)、秋遲、冬短、夏季炎熱、冬無(wú)嚴(yán)寒，有明顯雨季，潮濕多云霧，風(fēng)小多靜風(fēng)的特點(diǎn)，有利林木生長(zhǎng)。全縣植物種類達(dá)1000多種，經(jīng)過(guò)鑒定的野生植物種類已達(dá)127科539種。

2 研究方法

本文使用39株杉木解析木1.3 m處帶皮直徑(Diameter at breast height outside bark，Dob)和去皮直徑(Diameter at breast height inside bark，Dib)。通過(guò)內(nèi)業(yè)計(jì)算1.3 m處圓盤(pán)的帶皮和去皮的東西、南北垂直方向直徑的算術(shù)平均值，用帶皮直徑減去去皮直徑，然后再除以2，即計(jì)算得出胸高位置的樹(shù)皮厚度值。帶皮直徑與去皮直徑的比值為樹(shù)皮直徑調(diào)整因子(Bark diameter adjustment factor，K)。根據(jù)杉木人工林1.3 m處帶皮直徑與去皮直徑的測(cè)量值的相關(guān)關(guān)系，利用Excel軟件建立兩者的生長(zhǎng)模型，然后再通過(guò)分析，推導(dǎo)出杉木的樹(shù)皮調(diào)整直徑因子值、樹(shù)皮生長(zhǎng)量和樹(shù)木斷面積比的公式[5]。

表1 39株解析木統(tǒng)計(jì)分析

3 結(jié)果與分析

圖1 杉木人工林帶皮與去皮直徑關(guān)系圖

3.1 帶皮胸徑與去皮胸徑關(guān)系

根據(jù)表1中39株解析木數(shù)據(jù)中胸徑高處帶皮直徑和去皮直徑值，利用Excel 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，擬合結(jié)果見(jiàn)圖1、表2。杉木去皮胸徑與帶皮胸徑的關(guān)系方程為：

Dib=0.9369Dob

(1)

從表1可知，不含常量的決定系數(shù)在0.99以上，說(shuō)明不使用常量擬合的方程精度很高，為了計(jì)算的簡(jiǎn)潔，同時(shí)保持與前人研究截距為0的模型相匹配，因此使用無(wú)截距模型進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的推導(dǎo)[2]。

3.2 樹(shù)干帶皮和去皮斷面積比

樹(shù)干1.3 m處帶皮斷面積除以1.3 m處去皮斷面積得到樹(shù)木斷面積比值(Basal area ratio，Bar)，根據(jù)斷面積定義和計(jì)算公式S=πR2，可以推導(dǎo)出：

表2 杉木模型不含常量擬合結(jié)果

(2)

由于本文用解析木計(jì)算分析帶皮與去皮因子的相關(guān)關(guān)系，因此，數(shù)據(jù)中均測(cè)量生長(zhǎng)量。經(jīng)計(jì)算得到杉木人工林的斷面積比計(jì)算值為Bar=1.178，標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算值為0.102，根據(jù)比值，可以求算杉木1.3 m處樹(shù)皮斷面積生長(zhǎng)量占木材斷面積生長(zhǎng)量的比例是17.8%，占總斷面積生長(zhǎng)量的比例是15.11%，這么大的比率累積起來(lái)的結(jié)果就非常龐大，因此研究樹(shù)皮生長(zhǎng)量在模擬樹(shù)木生長(zhǎng)模擬中具有重要意義，如果忽略對(duì)樹(shù)皮生長(zhǎng)量的估算，在FVS等植被模擬系統(tǒng)中，將對(duì)預(yù)估值產(chǎn)生較大偏差[6]。

3.3 樹(shù)皮生長(zhǎng)量

樹(shù)皮的生長(zhǎng)量是為估算不同胸徑大小杉木樹(shù)皮的生長(zhǎng)變化情況而建立的，該指標(biāo)對(duì)于直徑生長(zhǎng)方程的分析精度至關(guān)重要，文獻(xiàn)中對(duì)胸高處樹(shù)皮生長(zhǎng)量的測(cè)量大多不是直接測(cè)定，而是通過(guò)t年前帶皮直徑與樹(shù)皮厚度關(guān)系反演出來(lái)的[4]。

因?yàn)槿テぶ睆降淖兓^(guò)程與樹(shù)皮的厚度沒(méi)有關(guān)系，因此Dib0=Dib1-2W1(方程中Dib0為t年前1.3 m處的去皮直徑；Dib1為1.3 m處現(xiàn)在的去皮直徑；W1為t年木材半徑的生長(zhǎng)量)。

由方程(1)式Dib=0.9369Dob可知，t年之前1.3 m處的去皮直徑Dib0=0.9369Dob0，1.3 m處現(xiàn)在的去皮直徑Dib1=0.9369Dob1，因此0.9369Dib0=0.9369Dob1-2W1，兩邊同時(shí)除以0.9369，得出[2]：

Dib0=Dob1-2.135W1

(3)

然后用(3)式推算出樹(shù)皮t年生長(zhǎng)量。

3.4 樹(shù)皮調(diào)整因子

在植被模擬系統(tǒng)中，只對(duì)木材直徑的生長(zhǎng)量進(jìn)行預(yù)測(cè)，而不估算帶皮直徑，這與現(xiàn)實(shí)中的木材生長(zhǎng)量是建立在帶皮直徑的基礎(chǔ)上相差較大，如果忽視樹(shù)皮的量，會(huì)對(duì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果造成嚴(yán)重預(yù)估偏差，因此前人大多采用樹(shù)皮厚度調(diào)整因子K值來(lái)估算1.3 m處帶皮直徑的預(yù)測(cè)值[4]。

樹(shù)皮厚度(Bark thickness，Bt)估算模型的參數(shù)是剔除去皮直徑的間接估計(jì)值，也就是abt=1-a，即abt=1-0.9369=0.0631，從而得出樹(shù)皮的厚度Bt=0.0631D，其中D為總胸徑生長(zhǎng)量。因此，K=1/(1-0.0631)，根據(jù)D=KW，得到D=1.067W。

通過(guò)對(duì)39株杉木解析木去皮胸徑值與實(shí)際值進(jìn)行檢驗(yàn)，平均估計(jì)誤差計(jì)算值為1.71%，因此K=1.067可以作為杉木樹(shù)皮調(diào)整因子[2]，這一重要參數(shù)用于植被模擬系統(tǒng)對(duì)去皮胸徑和去皮胸徑生長(zhǎng)量的預(yù)測(cè)值估計(jì)[4]。

4 結(jié)論與討論

采用一元線性方程對(duì)福建杉木去皮與帶皮胸徑關(guān)系進(jìn)行擬合，得出杉木帶皮與去皮胸徑的關(guān)系式Dib=0.9369Dob，間接推導(dǎo)出杉木t年前的帶皮胸徑的計(jì)算模型Dib0=Dob1-2.135W1，樹(shù)皮厚度調(diào)整因子K=1.067，為實(shí)現(xiàn)杉木直徑生長(zhǎng)模型的優(yōu)化提供可靠參數(shù)。

經(jīng)計(jì)算得出杉木的斷面積比計(jì)算值Bar=1.178，標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算值是0.102，因此可以推斷杉木樹(shù)皮斷面積生長(zhǎng)量占木材斷面積生長(zhǎng)量的比例是17.8%，占總斷面積生長(zhǎng)量的比例15.11%[2]。從這個(gè)比值來(lái)看，研究樹(shù)皮厚度指標(biāo)在預(yù)估直徑生長(zhǎng)量的重要意義[4]。

這些模型的建立和因子參數(shù)的取得，將為植被模擬系統(tǒng)在區(qū)域推廣奠定基礎(chǔ)，為直徑生長(zhǎng)模型的優(yōu)化提供了基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)，如果忽略對(duì)樹(shù)皮生長(zhǎng)量的預(yù)估，在FVS等植被模擬系統(tǒng)中，將對(duì)預(yù)估值產(chǎn)生較大的誤差，影響森林資源的精確監(jiān)測(cè)。

[1]Crookston N L，Dixon G E.The forest vegetation simulator：A review of its structure，content，and applications[J].Computers and Electronics in Agriculture，2005，49(1)：60-80.

[2]馬豐豐.基于FVS的北京地區(qū)側(cè)柏人工林單木模型優(yōu)化及應(yīng)用[D].北京：北京林業(yè)大學(xué)，2008.

[3]郭孝玉，孫玉軍，馬煒，等.適于FVS的長(zhǎng)白落葉松樹(shù)皮因子[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，39(10)：28-31.

[4]馬豐豐，賈黎明.北京地區(qū)側(cè)柏、油松帶皮胸徑與去皮胸徑的關(guān)系[J].浙江林學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，26(1)：13-16.

[5]孟憲宇.測(cè)樹(shù)學(xué)[M].3版.北京：中國(guó)林業(yè)出版社，2006.

[6]Finch T L.Effect of bark growth in measurement of periodic growth of individual trees[R].Missoula Mont：USDA Forest Service，North Rocky Mt，1948：3.

The Diameter Inside and Outside Bark at Breast Height for Chinese Fir

LI Fang

(FujianJinsenForestryCo.，Ltd.，Jiangle353300，F(xiàn)ujian，China)

In order to estimate the diameter inside and outside bark at breast height for Chinese fir.Linear model was used to analysis the relationship between inside and outside diameter at breast height.The data of 39 Cunninghamia lanceolata(lamb.) Hook trees come from Jiangle county，F(xiàn)ujian Province.Results showed that the relationship of inside bark (Dib) diameters at breast height and outside bark (Dob) diameters at breast height wasDib=0.9369Dob，the diameter adjusted bark coefficientK=1.067，the model ofBt=0.0631Dobtained indirectly from the thickness of the bark.These functions indicated that the models were stable for diameter growth model optimization of Chinese fir in Fujian Province.

Chinese fir；bark；forest vegetation simulate；diameter at breast height；model

10.13428/j.cnki.fjlk.2015.04.027

2014-11-29；

2015-01-06

李芳(1972—)，男，福建政和人，福建金森林業(yè)股份有限公司工程師，從事?tīng)I(yíng)林生產(chǎn)管理工作。E-mail：lifangstudy@outlook.com。

S758.5

A

1002-7351(2015)04-0125-03