测树学—第4章—立地质量及林分密度

第4章立地质量和林分密度内容提要•立地质量及其评价方法•林分密度指标第一节立地质量评价方法一、立地和立地质量•立地——“林地环境和由该环境所决定的林地上的植被类型及质量”（美国林学会，1971）。•立地是森林或其他植被类型生存的空间及与相关的自然因子的综合。它有两个含义，（1）立地这个词具有地理位置的含义（2）它是指存在于一个特定位置的环境条件（生物、土壤、气候）的综合。•立地在一定的时间内是不变的，而且，与生长于其上的树种无关。一、立地和立地质量•立地质量则指在某一立地上既定森林或者其他植被类型的生产潜力.•一个既定的立地，对于不同的树种来说，可能会得到不同的立地质量评价的结果。•立地的调查应包括两个内容，一个是立地的分类，一个是立地质量的评价。一般来说，具体的森林经营工作总是针对一定的树种和一定的地理区域而言，因此，在林分调查中关于这部分内容是以立地质量评价为主。二、立地质量评定方法（一）直接评定法（1)根据林分蓄积量或收获量评定立地质量采用这种方法时应将林分换算到某一相同密度状态下才为有效。另外，这种评定方法一般适用于同龄林。•利用固定标准地或根据林分蓄积量的历史记录评定立地质量：利用固定标准地的蓄积量测定记录，可以得到林分蓄积量及其生长量，将其换算为某一标准林分密度状态下的蓄积和生长量，即可以评定、比较林分的立地质量。•利用正常收获表的蓄积量估计值评定立地质量（一）直接评定法（2）利用林分高评定立地质量•生长在立地质量好的林地上的树木材积生长快，树高生长也快。•林地生产力的高低与林分高之间有着紧密关系，在相同年龄时，林分越高，林地的立地条件越好，林地的生产力越高。•树高也比较容易测定，与平均胸径及蓄积量相比，受林分密度影响较小。•利用林分高已成为林业上最常采用的评定立地质量的方法。主要为地位级法和地位指数法。地位级法•地位级（Siteclass）——依据林分平均高（HD）与林分年龄（A）的关系作为评定立地质量的标志，所编制出的表称作地位级表。它是反映林地生产力的一种相对度量指标。•地位级表上将同立地质量按相同年龄时林分条件平均高的变动幅度划分为若干个级数，通常为5～7级，以罗马数字Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、……符号来表示。•使用地位级表时，先测定林分平均高（HD）和林分年龄（A），由地位级表上即可查出该林地的地位级。•复层混交林，则应根据主林层的优势树种确定地位级。地位级表小兴安岭红松天然林地位级表年龄地位级ⅠⅡⅢⅣⅤ405060708090100110120130140150710—913—1216—14.519—1722—19.524.5—21.526—2327.5—24.529—2630—2731—2868.5—7.511—1013.5—1216—1418.5—1620.5—17.522—1923.5—20.525—2226—2327—2457—69—811—9.513—1115—12.516.5—1418—1519.5—16.521—1822—1923—203.55.5—4.57—68.5—710—811.5—913—10.514—11.515.5—12.517—1418—1519—162.54—35—46—4.57—58—69.5—710.5—811.5—913—1014—1115—12地位指数法•地位指数（Siteindex）用标准年龄（或基准年龄）时林分优势木平均高的绝对值作为评定林地生产力的指标。所编制的数表，称为地位指数表。•它是依据林分优势木的平均高（HT）与林分年龄（A）的相关关系而编制的。•使用地位指数表时，先测定林分优势木平均高和年龄，由地位指数表上即可查得该林分林地的地位指数级。小兴安岭红松天然林地位指数表标准年龄：100年（单位：m）年龄（年）地位指数级12141618202224204.58～5.40～6.23～7.06～7.90～8.73～9.57～10.40406.80～8.03～9.27～10.50～11.74～12.98～14.22～15.46608.49～10.02～11.56～13.10～14.65～16.19～17.73～19.28809.85～11.63～13.42～15.22～17.01～18.80～20.59～22.3810011.00～12.99～14.99～16.99～18.99～20.99～22.99～24.9912011.98～14.15～16.33～18.51～20.69～22.87～25.05～27.2314012.84～15.16～17.50～19.83～22.17～24.50～26.83～29.1716013.59～16.05～18.52～20.99～23.46～25.93～28.40～30.8718014.25～16.83～19.42～22.01～24.60～27.19～29.78～32.3720014.84～17.52～20.22～22.92～25.62～28.31～31.01～33.7122015.36～18.14～20.93～23.72～26.52～29.31～32.10～34.8924015.83～18.69～21.57～24.44～27.32～30.20～33.08～35.9526016.24～19.18～22.14～25.09～28.05～31.00～33.95～36.9028016.62～19.63～22.65～25.67～28.70～31.72～34.73～37.7630016.96～20.03～23.11～26.20～29.28～32.36～35.44～38.52小兴安岭红松天然林地位指数曲线图异型地位指数曲线•多形分离曲线•多形相交曲线地位指数的优点与地位级法相比，地位指数有以下优点：•用优势高的绝对值来反映林分生产力等级，它给人们一个直观反映立地质量的数量指标。•优势木高受林分密度和树种组成的影响较小，避免了抚育间伐（下层间伐）的影响，且优势木平均高的测定工作量比林分条件平均高的测定工作量小。•在使用过程中若发现其不能满足所用地区的最高或最低要求，可按相同的指数级距加以补充。缺点：不适合上层间伐的林分。（二）间接评定法间接评定法是指根据构成立地质量的因子特性或相关植被类型的生长潜力来评定立地质量的方法，具体方法有：⑴根据不同树种间树木生长量之间的关系进行评定的方法。⑵多元地位指数法（也称为综合法）。⑶指示植被法。•当采用直接评定法时，要求生长在这一林地上的目的树种至今一直存活着，否则，只能采用间接评定方法。（1）根据上层木树种间的关系评定立地质量•当所要研究的树种尚未生长在将要评定的立地上时，只能采用间接的方法评定该树种在此立地上的立地质量。•利用现有树种的林分优势木平均高（或林分条件平均高）之间的回归关系，利用现有林分的地位指数（或地位级）推算所评定树种在同样立地上所具有的立地质量。•采用这种方法的前提是所评定的树种的生长型和现实林分主要树种的生长型之间存在着密切的关系，适合使用这种方法的最普通的关系为两个树种的地位指数之间呈线性关系⑵多元地位指数法（也称为综合法）•用以评定无林地或宜林地的立地质量。•这种方法是利用地位指数与立地因子之间的关系建立多元回归方程，然后用以评价宜林地对该树种的生长潜力。•主要根据地形、气候、土壤因子，采用数量化理论建立含定量和定性因子的多元回归方程。⑶指示植被法•一定的植物经常与某种立地质量结合在一起，而不存在于其它立地质量中，这种植物可称作指示种•常用于植被比较简单的而且指示植物较明显的高纬度地区，如林型法用于北欧、俄罗斯远东地区和我国大兴安岭地区。•评定依据是由于许多环境因子影响林分上层林木和下层植被的生长，因此可以利用下层植物为特征为有关的树木生长的立地质量提供信息。大兴安岭落叶松天然林林型分布第二节地位指数表和地位级表的编制•在测树学中，评定有林地的生产潜力，一般采用依据林分高与年龄的关系所编制的地位级表或地位指数表，下面介绍这两种表的编制方法。一、地位指数表的编制方法1.资料的收集（1）确定标准地的数量根据未来用表地区范围的大小及编表树种的生长状况，确定标准地的数量，一般要求每个树种在300块以上为宜。在编表地区内，分别树种，在不同年龄、不同立地条件（如地形、地势、坡度、坡向、坡位或各种土壤类型）上设置标准地。（2）标准地选设条件标准地设置在同一起源的相对同龄纯林中（编表树种占7成以上）。林分郁闭度在0.4以上的林分中设置。标准地均匀分布在各年龄和各立地类型的林分中。（3）标准地的形状、面积和调查内容同本章第四节。1.资料的收集（4）选测优势木①在林分中测定所有上层木的树高的算术平均值作为优势木平均高。②在标准地中，每100m2的林地上测一株最高树木的树高，其平均值作为优势木平均高。③在林分中测定20株以上的优势木（含亚优势木），以其平均值作为优势木平均高。④测定3—6株均匀分布在标准地或样地内的优势木树高，以其平均值作为优势木平均高。（5）选伐解析木各标准地内选伐平均木和优势木各一株作树干解析。2.资料的整理•将标准地调查结果，分别树种，将各标准地的平均年龄(A)和优势木平均高(HT)建立计算机数据库作为基础数据。•先将所收集的全部样木，大致按4：1（75%和25%）的比例分成两组独立样本：编表样本和检验样本，分别用于编制和检验地位指数表。•剔除异常数据：编表的数据是总体中的一组样本，如有个别过大或过小的异常数据混杂进去，编表的精度会受到影响。为此，必须剔除异常数据以提高编表的质量。2.资料的整理•异常数据的剔除过程：（1）用计算机绘制平均年龄(A)和优势木平均高(HT)的散点图，通过肉眼观察确定出明显远离样点群的数据并删除，这类数据是属于因登记、计算等错误而引起的异常值；（2）其次是用编表数据对某一导向曲线拟合，并绘制模型预估值()与标准化残差()之间的残差图。在残差图中，超出±2倍标准差以外的数据作为极端观测值予以剔除。iyˆMSEyyiiˆ3．导向曲线的拟合•在林分优势高生长曲线簇中，有一条代表在中等立地条件下，林分优势高随林分年龄变化的平均高生长曲线，这条曲线称作导向曲线。•该曲线的形状近似呈“S”型，常用树木生长方程来拟合这条曲线，主要候选模型有：导向曲线候选模型式中：H—林分优势木平均高；林分年龄；a、b、c—待定参数，其中参数a为树高生长的最大值（Hmax）AbaeH/)1(bAeaH)1(bAceaHcAbeaeHcbAaeHcbAeaH1序号方程名称模型1舒马克（Schumacher）方程2单分子（Mitscherlich）式3逻辑斯蒂（Logistic）方程4坎派兹（Gompertz）方程5考尔夫（Korf）方程6理查德（Richards）方程3．导向曲线的拟合•根据标准地整理资料，采用非线性回归模型的参数估计方法，拟合导向曲线的候选模型，估计其参数并计算拟合统计量。•通过比较各模型的拟合统计量，选择一个最优模型作为该树种地位指数的导向曲线。•例如，根据小兴安岭红松天然林255块标准地资料，拟合得到的最优导向曲线方程为：611651.0004605.0101133.34AeH4．标准年龄及地位指数级距的确定（1）标准年龄（AI）的确定•标准年龄－根据树种的生长快慢，决定在某一年龄的树高来表示林地生产力。•标准年龄的确定方法，至今尚无统一的方法，一般综合考虑以下几个方面：①树高生长趋于稳定（平均生长量最大时）后的一个龄阶。②该树种在各种立地条件下的平均采伐年龄。③自然成熟龄的一半年龄。④材积或树高平均生长最大时的年龄。一般以10年为单位，大多以20年、30年、40年、……作为标准年龄，如实生杉木的基准年龄为20年。我国主要树种（人工林）的标准年龄树种地区起源标准年龄红松、云杉、柏木、紫杉、铁杉北部南部人工人工4040落叶松、冷杉、樟子松、赤松、黑松北部南部人工人工3030油松、马尾松、云南松、思茅松、华山松、高山松北部南部人工人工3020杨、柳、桉、檫、楝、泡桐、木麻黄、枫杨、软阔北部南部人工人工1515桦、榆、木