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大青山落叶松人工林直径分布规律的研究

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山东农业大学学报(自然科学版),2011,42(3):349—355 Journal of Shandong Agricultural University(Natural Science) 大青山落叶松人工林直径分布规律的研究 王香春,张秋良,春 兰,高 娃 (内蒙古农业大学林学院,呼和浩特010018) 摘要:本文运用正态分布、weibul1分布和13分布3种概率密度函数,研究了内蒙古大青山32块落叶松人工林标 准地的直径分布规律。结果表明,内蒙古大青山落叶松人工林的直径分布用13分布拟合效果较好,在此基础上 建立了B分布参数的预估方程,预测林分理论直径分布,为华北落叶松人工林的科学经营提供理论依据. 关键词:华北落叶松人工林;直径分布;预测模型 中图分类号:S 750 文献标识码:A 文章编号:1000—2324(2011)03—0349—07 STUDY oN THE LARIX PR CIPIS—RUPPRECHrl’ⅡMAYR PLANTATIoN S DIAMETIER DISTRⅡIUTIoN DAQ GSHAN. WANG Xiang—chun ,ZHANG Qiu—liang ,CHUN Lan,GAO wa (College of Forestry,Inner Mongolia Agriculture University,Huhhot 010018,China) Abstract:This paper studied diameter distribution regularities of 32 sample plots of principls rupprechtii Mayr plantation in Inner Mongolia Daqingshan,based on 3 probability density function:normal distribution, weibuH distribution and B distribution.The study shows that the fitting effect of diameter distribution of Inner Mongolia Daqingshan principis rupprechtii Mayr plantation with 13 distirbution is better than the other two. Prediction of B distribution function is setted up on the basis,and forecast stand diameter distribution in theory. It provides theoretical basis for scientific management of Larix p , 咖 rupprechtii Mayr plantation. Key words:Lar/x principis rupprechtii Mayr plantation;diameter distribution;predictive model 林分结构是林分特征的主要内容,林分结构的研究是经营森林的理论基础。林分结构受树种组成、林 分年龄、密度、林木空间分布格局、林木遗传特性等的影响 。 林分直径分布是林分结构的基本规律之一,是研究林木及其材种结构的基础 林分直径结构反映了各径级木的株数分布,其规律性很早就受到林学家们的关注 J。无论是在理论上 还是在实践上都是最重要、最基本的林分结构 J。因为林分内各种大小直径的树木的分布状态将直接影响 树木的树高、干形、材积、材种及树冠等因子的变化,是许多森林经营技术及测树制表技术理论的依据。 在林分生长过程中,直径分布遵循一定的变化规律.研究直径分布可以预测不同径阶林木株数,为森 林抚育间伐、设计间伐方案 J、评估林分经济效益、计算材种出材量等提供科学的理论根据。 在测树调查中,林分的林木直径分布主要采用正态分布, ibul1分布、对数正态分布、r分布、p分布、 Sb分布等。近年来,在森林生长、收获预估模型、林分直径动态预测模型中,Weibul1分布应用相当广泛。 比如用weibul1分布来描述油松 J,日本落叶松 J,杉木 J,刺槐阔叶人工林 均取得了很好的效果。但 采用Weibul1分布、B分布等对于华北落叶松人工林直径分布规律的研究却未见报道。 本文以内蒙古大青山华北落叶松( prineipis rupprechtii Mayr)人工林为对象,利用B分布函数模拟 收稿日期:2010—12—06 基金项目:林业公益性行业科研专项”内蒙古中西部山地生态林可持续经营关键技术研究与示范”(200804027-03,04) 作者简介:王香春(1985一),女,硕士研究生,主要研究方向:森林资源可持续经营管理理论与技术。 ・350・ 山东农业大学学报(自然科学版) 第42卷 出直径分布规律,预测林分理论直径分布,为华北落叶松人工林的科学经营提供理论依据。模拟是预测的 前提条件 ∞ ,预测就是采用模拟模型对未知的林分状况进行预估,精确的对林分直径分布预测能为科学 地进行人工林的培育提供可靠的理论依据。 1 研究区概况与研究方法 I.1研究区概况 大青山位于阴山山脉中段,横贯呼和浩特市,东西长109 km,南北宽36 km,海拔高1 100—2 770.8 m,山区总面积4 01I.34 km ,属中山土石山区。该地区属干旱半干旱性气候,风沙多,空气干燥, 冬季寒冷而漫长,夏季短而炎热,年均气温3—5℃,大于l0℃积温2 500 oC;年均降雨量400—450 rIlITl,主要集中在6—9月,多以暴雨形式出现,年平均蒸发量1 870.3 mm;大风日数20—40 d;无霜期 7O~120 d,。自然植被分布规律总的特点是从北向南由森林草原逐步过度为灌丛草原和草甸草原。目前 山地阴坡属夏绿阔叶林区,主要建群种为白桦、山杨的混交次生林,森林下部有中性灌木丛伴生,在山间 沟谷及平缓坡脚一带有山黄柳、山榆等亚乔木。一般草高3O一50 cm,灌木高50—150 cm。据林业部门最 新调查结果,大青山区现有草本植物300多种,木本植物100余种,森林覆被率为26%,其中人工林占 13%,天然林占87%;幼林占13%,中林占76%,成林占11%。矿产资源、水资源较丰富。 1.2研究方法 对落叶松人工林进行全面踏查,在此基础上选择代表性较强的地段设置标准地,分不同坡向、坡位、林 分密度等设立标准地l4块,详细调查树种组成、林分年龄、林分密度、林分起源、林木的胸径、树高等生长 因子,并在各标准地内选取1株平均标准木进行树干解析。 本研究以2 cm径阶距进行划分径阶,分别统计各径阶林木株数,然后运用正态分布、weibul1分布、B 分布3种概率密度函数,研究了大青山14块落叶松人工林标准地的直径分布规律。 1.2.1 直径分布模型的选择将3种分布各自的理论株数与实际株数在a=0.05的显著水平下做X 检 验,经x 检验后,按3种分布分别统计被接受的样地数,然后被总样地数除,得到各自的接受率。 表1 4种分布函数的拟合结果 Table 1 Four kinds of distribution function fitting results 从表1可看出,weibul1分布拟合效果最差,可拟合的标准地数仅占标准地总数的15.6%;p分布拟合 效果最好,可拟合的标准地数占标准地总数的96.9%;正态分布拟合效果次于p分布,可拟合的标准地数 占标准地总数的28.1%。 1.2.2 B分布f(x,al,a2,b,c)=(x—a1) (b一1)jI=(a2一x) (c—I)/Beta(b,c)/(a2一a1) (b+c一1) b=(m—a1) (a2一m)/s'2/(a2一a1), c=b (a2一m)/(m—a),al=最小值,a2=最大值¨Ij I.2.3 13分布的参数求解本文采用统计之林软件求解参数,求解过程相对简单,而且求解的参数精度 很高(具体操作过程就不详述),求出a、b和c以后,计算直径分布函数曲线的偏度值(SK)及其峰度值 (ST):  ・1.2.4 p分布理论株数预测 利用参数(a、b、c)求解值与之对应的林分特征因子(林龄、密度、平均直 径、林分直径变动系数),采用多元回归分析方法建立回归关系,并把相应的林分特征因子代人到建立的 回归模型中,分别求得B分布的参数估计值,再用B分布函数拟合,得各直径理论值。 第3期 王香春等:大青山落叶松人工林直径分布规律的研究 ・351・ 1.2.5 p分布卡方检验把直接用p分布拟合得到的直径理论值与调查的直径实际值作比较,进行x 检验,求得的x 值称作实际值。 1.2.6 回归分析利用SPSS对B分布的参数a,b,c分别与林分调查因子(如算术平均直径D、林分直 径变动系数evd、林分年龄A、林分树高H等)的关系进行回归分析,建立相应的回归方程,进而得出参数 a,b,c分别与相应的林分调查因子的关系。 2结果与分析 2.1 B分布拟合结果 表2 B分布拟合结果 Table 2 Beta distribution fitting results 2.1.1 偏度与峰度偏度SK表示非对称分布的偏斜方向与偏斜程度,SK>0表示正偏差数值较大,为 正偏或右偏,即有一条长尾巴拖在右边;SK<0表示负偏差数值大,为负偏或左偏,有一条长尾拖在左边。 SK的绝对值越大则表明偏斜程度愈大。峭度ST表示分布的尖峭或平坦程度,ST>0表示尖峭。 由表2可知,标准地偏度系数大部分都是负值(29块样地)。从数理统计上分析,说明这些标准地直 径分布左偏现象比较明显。峰度为负值的标准地占主要成份的62.5%,这说明分布比较集中,两头分布 较少。直径分布的偏度变动在一1.748286—0.140790之间,峭度分布在一1.3489一+4.94105之间,根 据有关研究成果,最小胸径、立地指数、平均胸径、最大胸径、平均树高、年龄对偏度的影响比较明显,而平 均胸径、最小胸径、立地指数等对峭度有影响。 2.1.2 B分布参数参数al一般定义为林分最小径阶的下限值,也就代表了研究的林分的最小起测直 径。参数a的范围为(1—9);a2是直径的上限值,参数a2的范围为(15~27),参数b不仅反映了林木直 径平均水平,而且反映了林木个体差异的大小,参数b的范围为(1.4~6.22);从计算结果看,参数c的最 小值1.08,最大达4.78,形状上基本属于单峰型山状曲线,说明林木处于中龄。 2.1.3. p分布结果从卡平方()【2)检验结果来看,对华北落叶松人工林林分直径分布来说,除3号标 准地以外,其余都符合B分布(P=93.3%),关系比较显著,这说明应用p分布对林分直径结构进行动态 模拟,其方法和结果是比较可靠的。一块标准地不符合B分布的原因是由于实施了不恰当的择伐使实际 株数的变化变得无规律性,使林分结构处于一种无序状态。 2.2林分直径分布模型拟合 利用符合B分布的l3标准地的参数求解值与之对应的林分特征因子(林龄、密度、平均直径、林分直 径变动系数(见表3);采用多元回归分析方法建立回归关系,即可得到p分布参数的预估方程。 ・352・ 山东农业大学学报(自然科学版) 第42卷 ● 4 6 0 9 m n n H n 加 £! ∞ ∞ 弘 18.4 16.86 0.1473l7 1566.667 5.22 4.78 16.79 15.3 O.183416 2188.889 4.07 3.41 9.O8 6.1 0.229125 29O0 3.71 3.61 10.86 9 0.256495 2533.333 2.93 2.29 1O.01 7.9 O.313736 1688.889 2.36 3.D3 9 7 3 3 3 3 7 3 3 5 5 1 1 7 9.09 13.9 O.267725 1933.333 2.58 2.5 18.69 9.7 0.169865 3466.667 2.92 1.O8 12.7 1O.5 O.3684O5 4733.333 1.44 1.24 12.34 12 0.299712 2ooO " 2.07巧 :2 1.48 l3.8 12 0.171692 1066.667 4.5 2.66 9.7 9.4 0.211850 17l1.11l 2.3O 2.6 8.8O 9.2 0.299137 3033.333 3.33 2.65 7.91 8.1 0.297527 3877.778 3.87 3.97 19.39 17.9 O.243617 3466.667 4.926752 2.912197 19.9 l8.1 0.175416 2l88.889 2.118O22 0.647866 l7 l6.2 0.229125 2D66.667 3.267O93 2.423973 18.17 16.9 O.186495 2533.333 3.19g99l 1.639367 18.5 17.2 0.314236 1725 6.222222 4.444444 l7.4 16.8 0.217731 1450 3.2D873O 】.633186 17 16.4 O.279861 1683.333 3.926867 3.097591 18.I I6.7 O.298421 2O66.667 2.16O659 1.879598 16.9 16 0.279765 2875 4.528282 2.234989 l7.1 14.8 0.261685 1066.667 2.828146 2.248014 17.6 15.6 O.243845 1711.111 3.255260 2.492447 l6.3 14.6 0.268136 825 2.487oo7 2.1148O2 16.9 15.2 O.187525 12OO 1.840934 2.07lO50 l5.8 14.1 O.249738 80o 4.553468 3.887899 l8.4 15.9 0.147317 l850 4.O40743 2.916828 17.2 15.6 0.286338 14OO 2.582O81 1.cr72674 17.7 16.1 0.257521 l312.5 4.3011O4 3.46O8l3 l6.8 13.9 0.282734 1688.889 3.182837 2.1ll13l 凹 6 5 第3期 王香春等:大青山落叶松人工林直径分布规律的研究 ・353・ 2.3 林分直径的分布预测 在知道林分平均直径,林分平均树高,林分直径变动系数,林分年龄的情况下,可利用得参数al,a2、 b、c再代入B分布函数对内蒙古大青山落叶松人工林直径分布预测(结果见表4),并通过X2检验其遵从 率达97%,(表5)。这能说明根据林分特征子来确定p分布的参数估计值,据此来拟合大青山落叶松人 工林直径分布效果较好。根据未来林分的林木特征因子(平均直径、直径变动系数、林龄、林分平均高)利 用方程(2)(3)(4)(5)可得到p函数的参数估计值,再利用B密度函数公式可以得到未来林分直径分布。 表4 32块标准地直径分布拟合结果 Table 4 32 standard plots in diameter distribution fitting results ・354・ 山东农业大学学报(自然科学版) 第42卷 实测值 理论值 实测值 理论值 实测值 2 1 理论值 实测值 2 2 2 4 6 5 l l 3 3 2 3 5 7 6 6 l 2 1 O 5 4 3 1 4 2 理论值 实测值 理论值 4 6 n 巧6 7 5 7 4 6 n H 6 8 3 2 6 7 5 5 5 7 实测值 理论值 n¨ " ” 9 ¨加 掩 6 9儿 0 实测值 理论值 " ¨ 加 n m" "" 9 m 实测值 理论值 7 9●,7 9 7 n :2 M m H M 打 实测值 理论值 ,, m“ m 实测值 理论值 7 5 4 m 2● ∞ 实测值 理论值 3 2 4 3 9 m 实测值 理论值 8 n 2 6 4 6 实测值 理论值 l 2 心能铝 弛鼹∞ m m m m研研m m 第3期 王香春等:大青山落叶松人工林直径分布规律的研究 ・355・ 3结论 3.1 内蒙古大青山落叶松人工林的直径分布用13分布拟合效果较好,可拟合的标准地数占标准地总数 的96.9%;weibul1分布拟合效果最差,可拟合的标准地数仅占标准地总数的15.6%;正态分布拟合效果次 于13分布,可拟合的标准地数占标准地总数的28.1%。 3.2 用平均直径、直径变动系数、林龄、林分平均高、林分密度等林分特征因子来预估 分布的参数值, 在此基础上利用B密度函数公式可以得到未来林分直径分布。 3.3标准地偏度系数都是负值。从数理统计上分析,说明这些标准地直径分布左偏现象比较明显。峰度 为负值的标准地占主要成份的62.5%,这说明两头分布较少,其直径有了明显的分化,株树多集中在算术 平均直径左右。直径分布的偏度变动在一1.748286—0.140790之间,峭度分布在一1.3489一十4.94105 之间,根据有关研究成果,最小胸径、立地指数、平均胸径、最大胸径、平均树高、年龄对偏度的影响比较明 显,而平均胸径、最小胸径、立地指数等对峭度有影响。 参考文献 [1]刘丽华.桦树天然林生长发育规律的研究[D].石家庄:河北农业大学,2002 [2]吴刚,冯宗炜.中国油松林群落特征及生物量的研究[J].生态学报,1994,14-(4):415—422 [3]惠刚盈。盛炜彤.林分直径结构模型的研究[J].林业科学研究.1995,8(2):127—131 [4]孟宪字.测树学(第2版)[M].北京:中国林业出版社,1996.66—98 [5]李梦。仲崇淇.长白落叶松人工林直径分布模型的研究[J].南京林业大学学报.1998,3(1):57—6o [6]孟宪宇.使用Weibul1分布对人工油松林直径分布的研究[J].北京林学院学报,1985,(1):30—40 [7]周国模,王瑞铨,俞双群,等.庆元县人工杉木林直径分布的研究[J].华东森林经理,1996,10(1):18—21 [8]王振亮,毕君.太行山刺槐人工林直径分布规律的研究[J].河北林业科技,1994(3):15—18 [9]王艳洁,腾启和.河北省承德地区天然次生栎林直径分布的研究[J].林业资源管理,2001,(1):45—50 [10]李双龙.华北落叶松人工林直径分布规律及其动态的研究[J].林业勘测设计,2009,(2)156—58 [11]王振良,毕君.太行山刺槐人工林直径分布规律的研究[J].河北林业科技,1994,9(3):15—18 

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