魏 彪，戴 福，殷霈瑤，劉 影，金 虎，陸 瑩，趙禹寧

(1.黑龍江省牡丹江林業(yè)科學研究所，黑龍江 牡丹江 157009；2.黑龍江省穆棱林業(yè)局，黑龍江 穆棱 157009)

天然次生林在黑龍江省森林資源中占有重要的地位，其面積和蓄積占全省森林資源相應統(tǒng)計量的60%和50%左右，這些林分不但發(fā)揮著重要的生態(tài)效益，而且大量次生林的立地條件很好，有很好的經(jīng)營利用前途。對該林分采取科學合理的保護和經(jīng)營利用，可以大大提高林分質(zhì)量、生產(chǎn)力和森林健康程度。現(xiàn)有天然次生林生產(chǎn)力很低，年平均生長率不足4%，而且存在結(jié)構(gòu)不合理等問題[1-3]。林分生長和收獲模型，一直受到國內(nèi)外林業(yè)研究者的高度重視，并且從提出以來，一直是研究熱點之一，因為林分生長和收獲模型具有多種重要用途：模型的預估結(jié)果為森林管理決策提供林木資源方面的依據(jù)；通過生長模型和經(jīng)營模型實現(xiàn)資源數(shù)據(jù)的更新和檢測校對；對各種經(jīng)營措施或林業(yè)工程的影響和效應進行評價評估；為采伐計劃提供基礎參考數(shù)據(jù)[4-8]。為此，本研究對黑龍江省東南部山區(qū)典型天然次生林特點進行研究，嘗試建立林分生長和收獲模型，作為研究該地區(qū)森林生長變化規(guī)律及預估林分生長量、收獲量的基礎手段，為資源保護和未來的經(jīng)營利用提供基礎資料和技術參考。

1 試驗地資源概況

黑龍江省東南部山區(qū)分布著大量的天然次生林，特別是地處該區(qū)的穆棱林業(yè)局有著豐富的次生林資源，資源類型十分典型而且經(jīng)營條件較好，有很大的經(jīng)營價值，本研究以該地區(qū)為典型，開展天然次生林生長與收獲模型建模研究。試驗地地處黑龍江省東南部山區(qū)，施業(yè)區(qū)總面積為267530 hm2，有林地面積230470 hm2；活立木總蓄積2487萬m3。天然林蓄積1850萬m3，人工林蓄積350萬m3，森林覆被率為88.03%。森林經(jīng)營經(jīng)歷了多個發(fā)展階段，森林資源已經(jīng)發(fā)生巨大的變化，已由原始林、成熟林占主體的森林轉(zhuǎn)變?yōu)橹?、幼齡林占主體的形式，間或擁有或分布一定數(shù)量的成熟木的天然次生林。從結(jié)構(gòu)看，中幼齡林面積占94%。按林型計算，闊葉混交林占37.3%、針闊混交林占29.3%、針葉混交林占14.5%、其他占18.9%。采伐間隔期越來越短，頻繁短期輪伐，森林資源得不到休養(yǎng)生息，結(jié)構(gòu)和質(zhì)量發(fā)生了極大變化，森林資源的質(zhì)量仍在下降。主要表現(xiàn)在樹種結(jié)構(gòu)、徑階、密度、年齡、更新和針闊比重等不合理，由此也導致林地生產(chǎn)力較低，近期很難恢復到森林資源的原始風貌。

2 試驗內(nèi)容與方法

2.1 試驗方法

本研究利用兩期固定樣地與臨時樣地每木檢尺數(shù)據(jù)，對天然楊樺混交次生林、天然云杉混交次生林、天然冷杉混交次生林的林分生長和收獲模型進行研究。2013年在穆棱林業(yè)局牛心山、樺樹河、代馬溝林場按照林分類型，每個林型建立長期固定經(jīng)營試驗區(qū)，在試驗區(qū)內(nèi)每個林型建立0.1 hm2固定樣地20塊，2018年對固定樣地進行復測。利用這些標準地調(diào)查數(shù)據(jù)對最近兩期二類調(diào)查數(shù)據(jù)進行修正。利用兩期調(diào)查數(shù)據(jù)和林業(yè)局二類調(diào)查360個小班數(shù)據(jù)，對各個林型的生長收獲方程參數(shù)進行估計，并利用20塊固定標準地中的20 m×5 m固定樣地數(shù)據(jù)對模型進行檢驗。根據(jù)計算得出的樹種組成和每木檢尺的結(jié)果，選取試驗區(qū)標準地外的林木作為解析木，計算生長過程曲線。

固定標準地不但作為模型檢驗數(shù)據(jù)來源，而且作為后期定向定株經(jīng)營技術試驗的主要試驗地，主要固定標準地情況見表1。

2.2 模型選擇

選擇Sullivan和Clutter(1972)改進的Schumacher相容性林分生長與收獲模型[9-10]。

表1 固定標準地分布表

(1)

式中：b0～b5為模型待估參數(shù)；M2為未來林分蓄積量；SI為林分地位級指數(shù)；G1為林分現(xiàn)在胸高斷面積；t1為林分現(xiàn)在林齡；t2為林分未來林齡。

3 模型建立與檢驗

3.1 建模準備工作

將2013年、2018年固定樣地與臨時樣地資料經(jīng)過整理建立數(shù)據(jù)庫，并編制微機程序計算固定樣地各調(diào)查因子。首先分樹種統(tǒng)計林分平均直徑、平均樹高、株數(shù)、斷面積、蓄積等，并根據(jù)各樹種的蓄積組成比例來確定林分的優(yōu)勢樹種(組)。其次統(tǒng)計優(yōu)勢樹種(組)年齡、林分優(yōu)勢樹種平均直徑、林分優(yōu)勢樹種平均樹高，在此基礎上計算地位級指數(shù)，林分每公頃株數(shù)、每公頃斷面積等統(tǒng)計量。

根據(jù)試驗區(qū)森林資源狀況，本研究主要對天然楊樺混交次生林、天然云杉混交次生林、天然冷杉混交次生林3個林分類型進行研究，根據(jù)2013年、2018年兩期數(shù)據(jù)得出試驗樣地內(nèi)因子概況(表2～表4)。

表2 天然楊樺混交次生林樣地因子概況

表3 天然云杉混交次生林因子概況

表4 天然冷杉混交次生林因子概況

3.2 模型建立與檢驗

表5 3種林分地位指數(shù)方程擬合結(jié)果

表6 穆棱林業(yè)局3種林分類型基準年齡 a

第二步，由各優(yōu)勢樹種的平均高生長曲線和基準年齡，可以計算各樣地的地位級指數(shù)，各樹種基準年齡的確定見表6。根據(jù)公式計算地位級指數(shù)：SCI=H×exp(b/t-b/tb)，式中：SCI為林分的地位級指數(shù)；H為林分平均高；t為林分年齡；b為參數(shù)；tb為基準年齡。

第三步，在得到地位級指數(shù)后，代入預估方程，并通過兩期數(shù)據(jù)的分析，建立相容性林分生長與收獲模型，模型形式見公式(2)，各林分類型擬合結(jié)果見表7。通過擬合結(jié)果分析各林分建立的相容性林分生長與收獲模型效果較好，相關系數(shù)都較好，達到85%以上。

(2)

式中：G1為現(xiàn)在林分斷面積；t1為現(xiàn)在林分年齡；SI為地位指數(shù)；M2為未來林分蓄積量；t2為未來林分年齡。b0、b1、b2、b3、b4均為參數(shù)。

3.2.2 模型檢驗 利用20塊固定標準地中的20 m×5 m樣地數(shù)據(jù)對模型進行檢驗，計算各種檢驗統(tǒng)計量，結(jié)果見表8。從表8可以看出：模型的標準誤差都很小，估計精度均達到85%以上，因此該模型可以用來預估3種林分未來的林分生長量和蓄積量。為該地區(qū)今后的森林經(jīng)營與資源預估管理提供理論基礎。

表7 3種林分擬合結(jié)果和參數(shù)估計值表

表8 穆棱林業(yè)局各林型模型的檢驗結(jié)果

4 結(jié)論

一種模型的建立需要大量的數(shù)據(jù)和長期、多期數(shù)據(jù)的支撐和檢驗，更需要后續(xù)樣地調(diào)查數(shù)據(jù)的檢驗，因此，相關研究會持續(xù)進行，以期建立真正精確可用的林分生長收獲模型。