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        青島城區(qū)水杉和銀杏立木結(jié)構(gòu)特征分析

        2019-04-26 00:39:42劉志君管洋洋徐穎瀾李士美
        廣西林業(yè)科學(xué) 2019年1期
        關(guān)鍵詞:徑階優(yōu)度水杉

        劉志君,管洋洋,徐穎瀾,徐 悅,李士美

        (1.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)園林與林學(xué)院,山東青島 266109;2.平度市自然資源局,山東青島 266100)

        立木結(jié)構(gòu)特征決定著樹(shù)干材積的數(shù)量和質(zhì)量,是森林計(jì)測(cè)用表編制的基礎(chǔ),對(duì)森林資源調(diào)查、評(píng)估及經(jīng)營(yíng)管理意義重大[1-3]。研究地徑與胸徑、樹(shù)高的關(guān)系,構(gòu)建合適的數(shù)學(xué)模型,在林業(yè)資源管理上有重要的現(xiàn)實(shí)意義,相關(guān)成果可運(yùn)用于林木盜伐案件與林權(quán)糾紛處置、航空攝影測(cè)量中單木和林分特征信息的提取等[4-6]。鄭聰慧等[4]基于149株栓皮櫟(Quercus variabilis)解析木的數(shù)據(jù),建立了華北地區(qū)栓皮櫟根徑相關(guān)模型。顧麗等[5]利用小興安嶺地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)地調(diào)查資料,編制了落葉松(Larix gmelinii)人工林根徑材積表,發(fā)現(xiàn)胸徑與根徑、冠幅的相關(guān)關(guān)系均以二次拋物線模型最佳。劉曉農(nóng)等[6]對(duì)實(shí)測(cè)的冠幅與無(wú)人機(jī)影像提取的冠幅進(jìn)行了相關(guān)分析,并根據(jù)實(shí)測(cè)樹(shù)高和冠幅的關(guān)系,構(gòu)建了杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林影像冠幅樹(shù)高聯(lián)立方程組反演模型。

        近年來(lái),隨著城市森林建設(shè)的快速發(fā)展,城市森林的結(jié)構(gòu)與功能得到越來(lái)越多的關(guān)注[7-8]。此外,遙感和地理信息技術(shù)已越來(lái)越多地被用以觀測(cè)和記錄城市森林的結(jié)構(gòu)及動(dòng)態(tài),但其難以識(shí)別樹(shù)種及胸徑、高度等結(jié)構(gòu)特征[9-11]。由于胸徑是立木結(jié)構(gòu)特征的基本參數(shù),明確胸徑與樹(shù)高、冠幅等結(jié)構(gòu)特征的確切關(guān)系,是城市森林結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確計(jì)測(cè)的前提和基礎(chǔ)。目前有關(guān)城市森林重要樹(shù)種的立木結(jié)構(gòu)特征研究尚鮮有報(bào)道。水杉(Metasequoia glyptostroboides)和銀杏(Ginkgo biloba)均是古老珍稀孑遺樹(shù)種,也是城市重要綠化樹(shù)種,栽培范圍廣。本研究通過(guò)水杉和銀杏立木結(jié)構(gòu)特征因子的實(shí)測(cè),基于立木地徑、胸徑、冠幅、樹(shù)高等特征因子的關(guān)系分析,構(gòu)建水杉和銀杏立木結(jié)構(gòu)特征模型,以期為區(qū)域森林資源調(diào)查與監(jiān)測(cè)、森林資源保護(hù)與管理等提供參考依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 研究區(qū)概況

        青島市位于山東半島東南部的黃海之濱(119°30′~121°00′E,35°35′~37°09′N(xiāo))。屬溫帶季風(fēng)氣候,兼具季風(fēng)氣候與海洋氣候特點(diǎn),年均氣溫12.7℃,年均降水量662.1 mm。2015年,青島市森林覆蓋率達(dá)到39.4%,建成區(qū)綠化覆蓋率44.7%,人均公園綠地面積14.6 m2。水杉和銀杏是青島市城區(qū)綠化的重要樹(shù)種。

        1.2 測(cè)定方法

        選擇無(wú)生長(zhǎng)缺陷、樹(shù)干生長(zhǎng)正常的水杉和銀杏作為樣木。樹(shù)干直徑的測(cè)量含地徑(D0)、距地表10 cm直徑(D0.1)和胸徑(D1.3),運(yùn)用測(cè)徑圍尺測(cè)量,樹(shù)高(H)運(yùn)用布魯萊斯測(cè)高器測(cè)量,枝下高(h)使用塔尺測(cè)量,用皮尺測(cè)量東西冠幅和南北冠幅(EW+NS)并計(jì)算其平均冠幅(CW)。本研究共測(cè)定水杉樣木150株、銀杏樣木175株。

        1.3 數(shù)據(jù)分析

        首先,運(yùn)用SPSS 19.0的相關(guān)分析功能,利用實(shí)測(cè)的樣木數(shù)據(jù),確定林木結(jié)構(gòu)指標(biāo)之間的相關(guān)關(guān)系。然后,運(yùn)用Origin Pro 8進(jìn)行各指標(biāo)之間的回歸分析,構(gòu)建各指標(biāo)間的回歸模型。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 各指標(biāo)之間的相關(guān)性

        相關(guān)性分析結(jié)果表明(表1、2),在P=0.01水平(雙側(cè))上,水杉和銀杏的立木結(jié)構(gòu)指標(biāo)間存在不同程度的相關(guān)性,且銀杏立木結(jié)構(gòu)指標(biāo)間的相關(guān)性優(yōu)于水杉。在立木結(jié)構(gòu)指標(biāo)中,水杉和銀杏不同部位的直徑(D1.3、D0、D0.1)之間具有極顯著的強(qiáng)相關(guān)性,胸徑(D1.3)與樹(shù)高(H)間也存在極顯著相關(guān)性。

        表1 水杉立木結(jié)構(gòu)指標(biāo)之間的相關(guān)性Tab.1 Relationship among structure indicators of Metasequoia glyptostroboides standing tree

        2.2 不同部位直徑之間的回歸模型

        水杉和銀杏D0-D1.3的相關(guān)系數(shù)分別為0.891、0.945。按2 cm徑階對(duì)胸徑劃分徑階組,水杉D1.3/D0的分布范圍為0.64~0.93,平均值為0.77,其中34 cm徑階最接近平均值;銀杏D1.3/D0的分布范圍為0.58~0.83,平均值為0.69,其中28 cm徑階的D1.3/D0值最大。擬合分析結(jié)果表明(圖1),水杉D0-D1.3之間的關(guān)系用Logistic方程擬合優(yōu)度最佳,其校正可決系數(shù)為0.818 6,銀杏D0-D1.3之間的關(guān)系用直線性式擬合最佳,其校正可決系數(shù)為0.893 2。

        表2 銀杏立木結(jié)構(gòu)指標(biāo)之間的相關(guān)性Tab.2 Relationship among structure indicators of Ginkgo biloba standing tree

        圖1 水杉和銀杏D0-D1.3擬合模型Fig.1 Models for D0-D1.3of Metasequoia glyptostroboides and Ginkgo biloba standing tree

        水杉和銀杏D0.1-D1.3的相關(guān)系數(shù)分別為0.930、0.939。按2cm徑階對(duì)胸徑劃分徑階組,水杉D1.3/D0.1的分布范圍為0.68~0.95,平均值為0.80;銀杏D1.3/D0.1的分布范圍為0.61~0.89,平均值為0.74。擬合分析結(jié)果表明(圖2),水杉D0.1-D1.3之間的關(guān)系用Logistic方程擬合優(yōu)度為0.877 3,銀杏D0.1-D1.3之間的關(guān)系用直線性式擬合優(yōu)度為0.880 3。

        圖2 水杉和銀杏D0.1-D1.3擬合模型Fig.2 Models for D0.1-D1.3of Metasequoia glyptostroboides and Ginkgo biloba standing tree

        水杉和銀杏D0-D0.1的相關(guān)系數(shù)分別為0.981、0.973。按2 cm徑階對(duì)胸徑劃分徑階組,水杉D0.1/D0的分布范圍為0.88~0.99,平均值為0.94;銀杏D0.1/D0的分布范圍為0.87~0.98,平均值為0.93。擬合分析結(jié)果表明(圖3),水杉D0-D0.1之間的關(guān)系用線性方程擬合優(yōu)度為0.961 7,銀杏D0-D0.1之間的關(guān)系用線性式擬合優(yōu)度為0.946 5。

        圖3 水杉和銀杏D0-D0.1擬合模型Fig.3 Models for D0-D0.1of Metasequoia glyptostroboides and Ginkgo biloba standing tree

        2.3 胸徑-樹(shù)高相關(guān)關(guān)系

        樹(shù)木高生長(zhǎng)與胸徑生長(zhǎng)之間存在著密切的關(guān)系,隨著胸徑的增大樹(shù)高通常會(huì)增加,兩者之間的關(guān)系常用胸徑樹(shù)高曲線來(lái)表示。按2cm徑階對(duì)胸徑劃分徑階組,水杉H/D1.3的分布范圍為0.36~0.99,平均值為0.56;銀杏H/D1.3的分布范圍為0.25~0.99,平均值為0.47。水杉D1.3和H之間的關(guān)系用Gompertz式擬合優(yōu)度較高,其校正可決系數(shù)為0.603 0;銀杏D1.3和H之間的關(guān)系用Gompertz式擬合也具有較高的可決系數(shù)(圖4)。就觀測(cè)值與擬合結(jié)果對(duì)比而言,銀杏的D1.3和H之間的相關(guān)性更強(qiáng)。

        圖4 水杉和銀杏D1.3-H擬合模型Fig.4 Models for D1.3-H of Metasequoia glyptostroboides and Ginkgo biloba standing tree

        2.4 冠幅-胸徑相關(guān)關(guān)系

        通常胸徑對(duì)冠幅具有顯著的正向作用,且隨著林分的發(fā)育,通常呈現(xiàn)正向作用逐漸增強(qiáng)的趨勢(shì)。研究結(jié)果表明,水杉、銀杏的D1.3與CW之間的相關(guān)系數(shù)分別為0.558和0.614,分別屬于中等強(qiáng)度相關(guān)和強(qiáng)相關(guān)。對(duì)D1.3和CW之間的關(guān)系擬合分析,發(fā)現(xiàn)水杉CW-D1.3之間的關(guān)系用Gompertz式擬合優(yōu)度較高,銀杏則用直線式擬合優(yōu)度較高,相應(yīng)校正可決系數(shù)分別為0.323 8和0.373 8(圖5)。

        圖5 水杉和銀杏CW-D1.3擬合模型Fig.5 Models for CW-D1.3of Metasequoia glyptostroboides and Ginkgo biloba standing tree

        2.5 冠幅-樹(shù)高相關(guān)關(guān)系分析

        水杉、銀杏的CW-H之間分別存在中等強(qiáng)度相關(guān)(相關(guān)系數(shù)r=0.502)和強(qiáng)相關(guān)(相關(guān)系數(shù)r=0.754)關(guān)系。擬合分析結(jié)果表明,水杉CW-H之間的關(guān)系均可用Gompertz式表示,但銀杏的擬合優(yōu)度(Adj.R2=0.571 2)明顯高于水杉(Adj.R2=0.250 3)(圖6)。

        圖6 水杉和銀杏CW-H擬合模型Fig.6 Models for CW-H of Metasequoia glyptostroboides and Ginkgo biloba standing tree

        3 結(jié)論與討論

        立木結(jié)構(gòu)特征是森林資源調(diào)查、評(píng)估及經(jīng)營(yíng)管理的基礎(chǔ)。本研究通過(guò)對(duì)150株水杉和175株銀杏立木結(jié)構(gòu)特征因子的實(shí)測(cè),基于立木地徑(D0)、胸徑(D1.3)、冠幅(CW)、樹(shù)高(H)等特征因子的實(shí)測(cè)和相關(guān)關(guān)系分析,構(gòu)建了水杉和銀杏立木結(jié)構(gòu)特征回歸模型。結(jié)果表明,水杉、銀杏的胸徑(D1.3)、地徑(D0)、距地面10 cm直徑(D0.1)、樹(shù)高(H)、枝冠幅(CW)等指標(biāo)間存在極顯著的正相關(guān)關(guān)系,其中以不同部位直徑(D1.3、D0、D0.1)之間的相關(guān)性最強(qiáng)。

        本研究擬合了水杉和銀杏立木結(jié)構(gòu)指標(biāo)之間的回歸模型,發(fā)現(xiàn)水杉的D0-D1.3、D0.1-D1.3之間的關(guān)系用Logistic式擬合優(yōu)度較高,而銀杏D0-D1.3、D0.1-D1.3、D0-D0.1之間的關(guān)系用直線式擬合優(yōu)度較高,這主要是因?yàn)樗几i部有凸起導(dǎo)致樹(shù)干斷面性狀不規(guī)則。

        本研究發(fā)現(xiàn),水杉D1.3-H、銀杏D1.3-H之間的關(guān)系均可用Gompertz式擬合。林木生長(zhǎng)受樹(shù)種生物學(xué)特性、立地質(zhì)量、經(jīng)營(yíng)管理措施等因子的影響,不同樹(shù)種的胸徑樹(shù)高曲線模型存在較大差別,如嶗山黑松的樹(shù)高曲線為指數(shù)式[12],華北落葉松(Larix principis-rupprechtii)天然次生林樹(shù)高曲線為L(zhǎng)ogistic式[13],小興安嶺紅松(Pinus koraiensis)、云杉 (Picea asperata) 和椴樹(shù) (Tilia tuan)以Logistic模型擬合優(yōu)度最佳,而水曲柳(Fraxinus mandschurica)則以拋物線模型最優(yōu)[14]。

        樹(shù)木的生產(chǎn)力在很大程度上取決于樹(shù)冠結(jié)構(gòu),其中冠幅和冠高率是反應(yīng)樹(shù)冠結(jié)構(gòu)的重要因子。本研究發(fā)現(xiàn),水杉D1.3-CW、銀杏D1.3-CW之間均存在一定的線性相關(guān)關(guān)系。然而,由于立地條件、經(jīng)營(yíng)管理措施等因素的影響,冠幅與林分調(diào)查因子之間存在復(fù)雜的關(guān)系,且這種關(guān)系可能是非線性的。本研究發(fā)現(xiàn)水杉、銀杏的CW-H、CW-D1.3之間的關(guān)系均可用Gompertz式表示,但模型的擬合優(yōu)度相對(duì)較低,其中以銀杏CW-H之間的關(guān)系用Gompertz式擬合優(yōu)度最佳,但其校正可決系數(shù)僅為0.571 2。鄧寶忠等[15]得出紅松、山楊(Populus davidiana)、蒙古櫟 (Quercus mongolica)等10個(gè)樹(shù)種的胸徑與冠幅的相關(guān)系數(shù)均達(dá)0.96以上。

        本研究基于立木實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),通過(guò)相關(guān)與回歸分析,構(gòu)建了水杉和銀杏立木結(jié)構(gòu)特征模型。由于城市苗木來(lái)源地和栽培管理措施并非完全一致,這對(duì)模型的預(yù)測(cè)精度有一定影響。

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