栗生枝

(遼寧省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃監(jiān)測院，遼寧 沈陽 110122)

林分結(jié)構(gòu)是指在未遭受嚴(yán)重干擾、經(jīng)過長期的自然生長、枯損與演替的情況下，林分內(nèi)許多特征因子，如直徑、樹高、形數(shù)、材積、樹冠等都具有一定的分布狀態(tài)，而且表現(xiàn)出較為穩(wěn)定的林分結(jié)構(gòu)規(guī)律[1]。林分結(jié)構(gòu)內(nèi)含著這些反映林分特征因子的變化規(guī)律，探討這些規(guī)律對森林經(jīng)營技術(shù)、編制經(jīng)營數(shù)表及林分調(diào)查都具有重要意義。

隨著林業(yè)科技進步及統(tǒng)計分析科學(xué)的發(fā)展，林分結(jié)構(gòu)模型朝著復(fù)雜化、多樣化方向發(fā)展，從而從整體上提升了林分結(jié)構(gòu)模擬與預(yù)測系統(tǒng)的性能及準(zhǔn)確度，更能為科學(xué)營林和準(zhǔn)確預(yù)估材積提供翔實的數(shù)字依據(jù)。

在林分內(nèi)各種大小直徑林木按徑階的分配狀態(tài)，稱作林分直徑結(jié)構(gòu)(Stand diameter structure)，亦稱林分直徑分布(Stand diameter distribution)。在林分中，不同樹高的林木按樹高組的分配狀態(tài)，稱作林分樹高結(jié)構(gòu)(Stand height structure)，亦稱林分樹高分布(Stand height distribution)[2]。林分直徑結(jié)構(gòu)和林分樹高結(jié)構(gòu)都是最基本、最重要的林分結(jié)構(gòu)，將直接影響樹木因子的變化。因此研究同齡純林的直徑及樹高結(jié)構(gòu)規(guī)律在營林技術(shù)方面具有重要的指導(dǎo)意義。

1 試驗地概況

西豐縣郜家店鎮(zhèn)位于鐵嶺東北部，距縣城22 km。郜家店鎮(zhèn)屬中溫帶亞濕潤區(qū)大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，氣候溫和，雨量充沛。年平均氣溫5.1 ℃。1月平均氣溫-17 ℃，最低氣溫-41.0 ℃；7月平均氣溫23.2 ℃，最高氣溫35.2 ℃。年平均降水量738 mm， 無霜期135 d，土層厚度50 cm左右，腐殖質(zhì)層厚3 cm左右。

試驗地、對照地全部為人工落葉松純林，林相整齊，易于作業(yè)，便于管理。

2 研究方法

2.1 固定樣地設(shè)置

在西豐縣郜家店鎮(zhèn)林區(qū)選擇坡度平緩、有代表性的長白落葉松(Larixolgensis)人工林，分不同林齡(18年生、22年生、38年生)設(shè)置樣地，樣地面積25 m×25 m。共設(shè)樣地132塊。其中18年生林分設(shè)置樣地36塊，22年生林分設(shè)置樣地48塊，38年生林分設(shè)置樣地48塊，樣地概況見表1。

表1 樣地概況

2.2數(shù)據(jù)搜集

在標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)對所有喬木進行每木檢尺，詳細(xì)記錄每株樹的胸徑、樹高、冠幅、枝下高等林木因子以及坡度、坡向、海拔等立地因子。并按胸徑2 cm為一個徑階，樹高為1 m為樹高距分組記錄數(shù)據(jù)。

2.3 分析方法

2.3.1 正態(tài)分布法

(1)正態(tài)分布概率密度：標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的概率密度為：

(1)

m——林木實測直徑/樹高值；

(2)

在正態(tài)分布中，以數(shù)學(xué)期望及方差為分布參數(shù)，只要林分算術(shù)平均直徑(樹高)及標(biāo)準(zhǔn)差計算出來之后，然后借助已有的正態(tài)分布函數(shù)表計算出林分直徑正態(tài)分布中各徑階株數(shù)理論值。最終與實測株數(shù)對比結(jié)果進行卡方檢驗，研究擬合效果。

2.3.2 卡方檢驗 林分株數(shù)按徑階和樹高分布的現(xiàn)實結(jié)構(gòu)需進行卡方檢驗才能確定是否真正符合擬合曲線。

設(shè)x= (x1,x2,…xn) 為長白落葉松林分各徑階(樹高)實際株數(shù)所構(gòu)成的數(shù)列，y= (y1,y2…yn) 為利用擬合曲線分布得到長白落葉松林分各徑階(樹高)理論株數(shù)所構(gòu)成的數(shù)列。則χ2統(tǒng)計量為：

3 結(jié)果與分析

3.1 長白落葉松林分直徑結(jié)構(gòu)

根據(jù)徑階中值及其對應(yīng)株數(shù)值繪制直徑分布曲線，如圖1。

由圖1可以看出，3個林齡的林分直徑分布曲線的具體形狀雖有些差異，但都形成一條以林分平均直徑為峰點、中等大小的林木株數(shù)占多數(shù)、向其兩端徑階的林木株數(shù)逐漸減少的單峰山狀曲線，類似服從正態(tài)分布曲線。因此，可以用正態(tài)分布對直徑分布曲線進行擬合。

利用林分的算術(shù)平均直徑及標(biāo)準(zhǔn)差(表2)就可以擬合出林分直徑的正態(tài)分布函數(shù)，根據(jù)該函數(shù)，即可求出林分直徑正態(tài)分布中各徑階株數(shù)理論值(表3)。

表2 各林分直徑的期望和標(biāo)準(zhǔn)差值

表3 長白落葉松人工林直徑分布擬合結(jié)果 株

對擬合效果進行分析及卡方檢驗，結(jié)果見表4。

表4 長白落葉松人工林直徑分布擬合效果分析

注：χ2值中帶* 的為符合分布的標(biāo)準(zhǔn)地

由表4可知,3個林分的直徑分布曲線均可以用正態(tài)分布很好的擬合。與相對直徑法所得結(jié)果相同，18年、22年、38年生長白落葉松林分直徑的偏度系數(shù)均為正值，其絕對值均分布在[0.2，0.4] 區(qū)間，說明該標(biāo)準(zhǔn)地林木直徑分布為左偏。從峰度分布來看，18年、22年生林分的峰度為正值, 說明它們比正態(tài)分布曲線略為陡峭，38年生林分的峰度為負(fù)值，說明該曲線比正態(tài)分布曲線略為平坦。其中，18年生林分的直徑分布曲線偏度、峰度最大，38年生林分的偏度、峰度最小，其曲線更近似于正態(tài)分布。說明隨著林分林齡的增長，林分平均直徑逐漸增大，直徑分布曲線的峰度由大變小，形成寬而平的分布曲線，更接近于正態(tài)分布曲線。出現(xiàn)這種情況的原因可能是：幼齡階段，林分密度低，光照、營養(yǎng)、空間充足，林木生長必須的條件都可以滿足，競爭壓力小，所以林木生長速率差別不大，其胸徑均集中在林分平均直徑左右，中等大小的林木株數(shù)占絕大多數(shù)。但隨著年齡的增加，林木生長所需的空間和養(yǎng)分增多，而林地所能提供的空間、養(yǎng)分有限，林木競爭逐漸加劇，此時，林木生長速率出現(xiàn)差異，林木生長量大小開始分化，隨著時間的推移，這種分化越來越明顯，因而出現(xiàn)林木胸徑分布分散化，即林分直徑分布曲線峰度減小，形成寬而平的分布曲線。

3.2 長白落葉松林分樹高結(jié)構(gòu)

根據(jù)樹高值及其對應(yīng)株數(shù)值繪制樹高分布曲線，如圖2。

由圖2分析表明，3塊長白落葉松人工林的樹高分布具有明顯的結(jié)構(gòu)及變化規(guī)律，呈現(xiàn)出近似于以該林分平均高的株數(shù)最多的非對稱性的山狀曲線。

表5 各林分樹高的期望和標(biāo)準(zhǔn)差值

表6 長白落葉松林樹高分布擬合結(jié)果(株)

近似服從正態(tài)分布曲線。因此，可以用正態(tài)分布對長白落葉松林樹高分布曲線進行擬合。

利用林分的算術(shù)平均樹高及標(biāo)準(zhǔn)差(表5)就可以擬合出林分樹高的正態(tài)分布函數(shù)，根據(jù)該函數(shù)，即可求出林分樹高正態(tài)分布中各徑階株數(shù)理論值(表6)。

對擬合結(jié)果進行分析和卡方檢驗，結(jié)果如表7。

表7 長白落葉松林樹高分布擬合效果檢驗

注：χ2統(tǒng)計量值中帶* 的為符合分布的標(biāo)準(zhǔn)地

依表7所示，正態(tài)分布對3個林分的樹高分布曲線擬合效果非常好。3個林齡的長白落葉松林分樹高的偏度系數(shù)均為正值,其絕對值分布在[0.1，0.5] 區(qū)間，說明該標(biāo)準(zhǔn)地林木樹高分布為左偏，說明林分內(nèi)樹高中等和偏低的林木較多，而對林分直徑結(jié)構(gòu)的分析表明林分內(nèi)中小徑階的林木占多數(shù)，胸徑、樹高剛好可以對應(yīng)，說明3個林齡的林分內(nèi)中等及偏小的樹占多數(shù)。但相對樹高法得出的結(jié)論是38年生林分的樹高分布為右偏，可能是由于相對樹高法擬合效果不理想，導(dǎo)致誤差產(chǎn)生所致，應(yīng)以正態(tài)分布所得結(jié)果為準(zhǔn)。從峰度分布來看，峰度為負(fù)值, 說明它們比正態(tài)分布曲線略為平坦。與林分直徑分布曲線不同的是，樹高分布曲線峰度隨著林分年齡的變化基本保持不變，并不隨著林分年齡的變化而有明顯增大或減小的趨勢。這也說明，與胸徑生長不同，樹高生長受林分密度影響較小，其很大程度上取決于立地條件的優(yōu)劣。

4 結(jié)論和討論

根據(jù)以上分析和檢驗結(jié)果，得出正態(tài)分布對林分直徑和樹高結(jié)構(gòu)的擬合效果好，靈活性大、適應(yīng)性強，且隨林分林齡的增大，擬合效果越來越好。根據(jù)正態(tài)分布的擬合結(jié)果得出，西豐縣郜家店鎮(zhèn)地區(qū)不同林齡的長白落葉松人工林林分直徑和樹高分布均為單峰左偏正態(tài)分布，即各個林齡的林分內(nèi)中等及偏小的樹占多數(shù)。直徑和樹高結(jié)構(gòu)分析是林分蓄積量和出材量表編制的基礎(chǔ)，即各徑階單株木材積乘以相應(yīng)徑階株數(shù)得徑階蓄積合計，各徑階蓄積合計得林分蓄積合計；各徑階蓄積乘以相應(yīng)徑階不同材種的出材率得徑階材種出材量，徑階材種出材量合計得林分材種出材量合計。因此，本研究為建立西豐縣郜家店地區(qū)長白落葉松人工林收獲預(yù)估體系提供一定的理論依據(jù)。

本文僅以正態(tài)分布法對樣地直徑樹高結(jié)構(gòu)進行分析，分析方法較為單一，應(yīng)進一步運用相對直徑法和相對樹高法進行比較分析，得出更能反映西豐縣郜家店地區(qū)長白落葉松人工林林分結(jié)構(gòu)的方法。