廣西南寧巨尾桉DH32—28植苗林調(diào)查因子關(guān)系模型研究

黃平升　唐小誠(chéng)　廖克波　楊紫龍　李婷

摘要[目的]調(diào)查廣西南寧巨尾桉（DH32-28）植苗林各調(diào)查因子間的關(guān)系。[方法]對(duì)在廣西南寧樹(shù)木園新塘和橫縣林區(qū)內(nèi)生長(zhǎng)正常的巨尾桉（DH32-28）植苗林進(jìn)行調(diào)查，分別測(cè)定每株樹(shù)的胸徑、樹(shù)高、年齡等樹(shù)木調(diào)查因子，并對(duì)其相關(guān)性進(jìn)行分析，建立胸徑與造林時(shí)間、樹(shù)高與造林時(shí)間、胸徑與樹(shù)高等因子之間的一系列數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行模型的實(shí)用性和精度檢驗(yàn)。[結(jié)果]胸徑、樹(shù)高與造林時(shí)間的對(duì)數(shù)函數(shù)關(guān)系比較密切，樹(shù)高與胸徑的二次函數(shù)模型關(guān)系比較密切。胸徑與造林時(shí)間的關(guān)系可以用對(duì)數(shù)函數(shù)模型y=-3.310+4.132 lnx來(lái)反映，樹(shù)高與造林時(shí)間的關(guān)系可以用對(duì)數(shù)函數(shù)模型y=-15.881+8.816lnx來(lái)反映，胸徑與樹(shù)高的關(guān)系可以用二次函數(shù)模型y=0.635+0.822x+0.042x2來(lái)反映。[結(jié)論]模型揭示了廣西南寧巨尾桉（DH32-28）植苗林各調(diào)查因子之間的生長(zhǎng)規(guī)律性，同時(shí)還可以用于桉樹(shù)人工林林分生長(zhǎng)預(yù)估中單株樹(shù)木潛在的生長(zhǎng)分析，對(duì)桉樹(shù)人工林的可持續(xù)經(jīng)營(yíng)利用和森林生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞 巨尾桉（DH32-28）；人工林；調(diào)查因子；關(guān)系模型；南寧

中圖分類號(hào) S792.39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2016）05-185-04

Abstract [Objective]To investigate the relationship between survey factors of Eucalyptus （DH3228） forest planting in Nanning City of Guangxi Zhuang Autonomous Region.[Method]In Xintang and Hengxian Forest Regions of Nanning Arboretum， normal Eucalyptus （DH3228） forest planting was investigated. Survey factors were detected， such as diameter at breast height ， plant height and plant age. By fully considering the interaction between survey factors， correlation analysis was carried out. A series of mathematical model were carried out， including diameter at breast height and afforestation time， plant height and afforestation time， diameter at breast height and plant height. Practicability and accuracy test of model were detected.[Result]The logarithmic function relationships among diameter at breast height， plant height and afforestation time were relatively close， as well as the quadratic function model relation between plant height and diameter at breast height. Relationship between diameter at breast height and afforestation time could be reflected by logarithmic function model y= -3.310 + 4.132lnx； relationship between plant height and afforestation time could be reflected by logarithmic function model y= -15.881 + 8.816 lnx； relationship between diameter at breast height and plant height could be reflected by quadratic function model y=0.635 + 0.822x+ 0.042x2.[Conclusion]The model reveals the growth regularity among survey factors of Eucalyptus （DH3228） forest planting in Nanning City， can be used as the potential growth analysis of single plant in stand growth forecast of survey factors of Eucalyptus plantations， and has certain guiding significance for the sustainable management and ecosystem restoration of Eucalyptus plantations.

Key words Eucalyptus （DH3228）； Plantation； Survey factors； Relation model； Nanning

桉樹(shù)（Eucalyptus）是桃金娘科（Mgrtaceae）桉屬（Eucalyptus）植物的統(tǒng)稱，天然分布于澳大利亞及華萊士線以東島嶼，種類包括變種和亞種有近1 000種之多，是世界四大速生樹(shù)種之一。因其具有速生、豐產(chǎn)、用途廣、適用性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)效益高等特點(diǎn)而成為重要的人工用材造林樹(shù)種之一，在世界各地廣泛種植。20世紀(jì)中后期，隨著林紙一體化和林板一體化的發(fā)展，在熱帶和亞熱帶地區(qū)，桉樹(shù)人工林得到了迅速的發(fā)展[1]。廣西引種桉樹(shù)有近百年歷史，20世紀(jì)70年代先后從國(guó)外引入160 多個(gè)種源，普遍推廣栽培的有窿緣桉（E. exserta）、細(xì)葉桉（E. tereticornis）、赤桉 （E. camaldulensis）（變種）等10多種。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)桉樹(shù)人工林林分生長(zhǎng)模型的研究并不多，均是利用傳統(tǒng)方法探索胸徑、樹(shù)高、蓄積、林分密度、立地質(zhì)量等之間的關(guān)系，建立相應(yīng)的生長(zhǎng)模型。曾偉生等[2]利用156塊人工林樣地，建立了海南省松類、桉類、木麻黃、相思、橡膠5個(gè)主要樹(shù)種（組）的相對(duì)樹(shù)高曲線模型。陳文友[3]調(diào)查測(cè)定了巨桉1 a中的樹(shù)高、直徑生長(zhǎng)以確定最佳的施肥時(shí)間。黃從德等[4]運(yùn)用Weibull分布、反Weibull分布、Logistic方程3種模型擬合了巨桉短周期工業(yè)原料人工林林分直徑分布規(guī)律，結(jié)果表明Logistic方程擬合巨桉人工林的直徑分布效果較好，并在此基礎(chǔ)上分3個(gè)立地等級(jí)建立了巨桉直徑分布收獲模型。梁理勇等[5]對(duì)雷州林業(yè)局2002年森林二類調(diào)查的剛果12號(hào)桉W5無(wú)性系林分279塊樣地材料，進(jìn)行了蓄積量與胸徑、樹(shù)高、密度及其之間關(guān)系的探討分析。周元滿等[6]以Logistic累計(jì)分布曲線方程為模型，從Logistic模型的生物學(xué)意義出發(fā)，對(duì)桉樹(shù)人工林的現(xiàn)實(shí)最大生產(chǎn)潛力進(jìn)行了研究，以探求最大生產(chǎn)潛力的計(jì)算方法，確定最佳生產(chǎn)力的時(shí)期。而針對(duì)廣西南寧巨尾桉（DH32-28）植苗林諸調(diào)查因子之間相關(guān)性的研究報(bào)道較為少見(jiàn)。為此，筆者對(duì)廣西南寧2010～2014年?duì)I造的巨尾桉（DH32-28）植苗林進(jìn)行了調(diào)查，通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型研究

桉樹(shù)人工林植苗林樣木胸徑、年齡、樹(shù)高等調(diào)查因子之間的關(guān)系，分析巨尾桉（DH32-28）植苗林的生長(zhǎng)趨勢(shì)，為巨尾桉（DH32-28）植苗林林分結(jié)構(gòu)調(diào)整、森林經(jīng)營(yíng)措施制定等提供理論參考，以期促進(jìn)廣西南寧巨尾桉（DH32-28）植苗林的可持續(xù)經(jīng)營(yíng)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)自然概況

試驗(yàn)地位于廣西南寧樹(shù)木園橫縣、新塘造林部，地處106°33′～109°36′E，21°36′～24°02′N。屬南亞熱帶季風(fēng)氣候，光熱資源充足，濕潤(rùn)多雨，年均氣溫20.3～22.4 ℃，年平均降雨量815～1 686 mm，年平均日照時(shí)數(shù)1 275～1 579 h。試驗(yàn)地為丘陵山區(qū)，最高海拔為400 m，最低為150 m，土壤為磚紅性紅壤。

1.2 研究方法

選擇造林密度為1 425株/hm2的巨尾桉（DH32-28）植苗林林地進(jìn)行調(diào)查。結(jié)合造林資料，確定造林月份。選取1、2、3、4、5年生林分中生長(zhǎng)平均的林分作為調(diào)查固定樣地，每個(gè)樣地20 m×30 m，共計(jì)120個(gè)樣地，對(duì)每個(gè)樣地內(nèi)桉樹(shù)進(jìn)行每木檢尺。調(diào)查數(shù)據(jù)采用Excel進(jìn)行整理和計(jì)算，對(duì)外業(yè)調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范化整理，計(jì)算平均樹(shù)高和胸徑生長(zhǎng)量，用SPSS 17.0 繪制散點(diǎn)圖。將收集到的數(shù)據(jù)隨機(jī)分為2組，1組用于建立數(shù)學(xué)模型，另1組用于模型實(shí)用性檢驗(yàn)。在對(duì)測(cè)定因子的相關(guān)性進(jìn)行散點(diǎn)圖形分析的基礎(chǔ)上，分別選用冪函數(shù)、對(duì)數(shù)函數(shù)、二次函數(shù)、三次函數(shù)等對(duì)測(cè)定因子之間的關(guān)系進(jìn)行擬合，通過(guò)決定指數(shù)和方差分析，選擇最優(yōu)的函數(shù)關(guān)系模型建立經(jīng)驗(yàn)方程，最后對(duì)模型的實(shí)用性進(jìn)行檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 胸徑與造林時(shí)間

2.1.1 數(shù)據(jù)散點(diǎn)圖。

將野外調(diào)查收集的巨尾桉（DH32-28）植苗林每個(gè)林分的胸徑和造林時(shí)間實(shí)測(cè)值繪制散點(diǎn)圖，結(jié)果見(jiàn)圖1。

由圖1可知，巨尾桉（DH32-28）植苗林隨著造林時(shí)間的增加，胸徑變化幅度逐漸增加，反映出所收集的數(shù)據(jù)充分體現(xiàn)了不同立地條件下樹(shù)木的生長(zhǎng)狀況。2個(gè)測(cè)定因子造林時(shí)間與胸徑之間具有一定的相關(guān)性，呈一定的曲線或線性關(guān)系，可進(jìn)行曲線或線性方程的擬合。

2.1.2 相關(guān)模型選擇與建立。

根據(jù)上述分析，初步選擇符合2個(gè)測(cè)定因子相關(guān)性趨勢(shì)的函數(shù)模型，用SPSS軟件進(jìn)行回歸分析，具體模型及參數(shù)值計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1，擬合結(jié)果圖見(jiàn)圖2。

由表1可知，對(duì)數(shù)函數(shù)曲線模型的R2值最大，為0.752，其次是S函數(shù)曲線模型的R2值，為0.751，最小為L(zhǎng)ogistic函數(shù)曲線模型的R2值，為0.563，說(shuō)明胸徑與造林時(shí)間的對(duì)數(shù)函數(shù)關(guān)系比較密切。

各模型的顯著性概率值均小于0.001，因而均有顯著性意義。其中F值最大的是對(duì)數(shù)函數(shù)模型，F(xiàn)=185.274。

通過(guò)以上判斷可初步選定廣西南寧巨尾桉（DH32-28）植苗林的胸徑—造林時(shí)間關(guān)系的最佳模型為對(duì)數(shù)函數(shù)模型。采用林分每木實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)建立的數(shù)學(xué)模型為y=-3.310+4.132lnx，其中y為胸徑，x為造林時(shí)間。

2.1.3 回歸模型實(shí)用性檢驗(yàn)。

為進(jìn)一步確定模型的精度和代表性，將相應(yīng)的值帶入回歸模型，計(jì)算胸徑估計(jì)值，將胸徑實(shí)測(cè)值與估計(jì)值進(jìn)行比較，計(jì)算相對(duì)誤差，結(jié)果見(jiàn)表2。實(shí)用性精度檢驗(yàn)結(jié)果顯示該胸徑—造林時(shí)間對(duì)數(shù)函數(shù)曲線模型的平均相對(duì)誤差為3.25%，說(shuō)明對(duì)數(shù)函數(shù)模型：y=-3.310+4.132lnx可以作為經(jīng)驗(yàn)方程用于描述胸徑—造林時(shí)間的關(guān)系。

2.2 樹(shù)高與造林時(shí)間

2.2.1 數(shù)據(jù)散點(diǎn)圖。將野外調(diào)查收集的巨尾桉（DH32-28）植苗林每個(gè)林分的樹(shù)高和造林時(shí)間實(shí)測(cè)值繪制散點(diǎn)圖，結(jié)果見(jiàn)圖3。

由圖2可知，隨著造林時(shí)間的增加，樹(shù)高變化幅度逐漸增加，反映出所收集的數(shù)據(jù)充分體現(xiàn)了不同立地條件下樹(shù)木的生長(zhǎng)狀況。2個(gè)測(cè)定因子造林時(shí)間與樹(shù)高之間具有一定的相關(guān)性，呈一定的曲線或線性關(guān)系，可進(jìn)行曲線或線性方程的擬合。

2.2.2 相關(guān)模型選擇與建立。

根據(jù)上述分析，初步選擇符合2個(gè)測(cè)定因子相關(guān)性趨勢(shì)的函數(shù)模型，用SPSS軟件進(jìn)行回歸分析，具體模型及參數(shù)值計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3，擬合結(jié)果圖見(jiàn)圖4。

由表3可知，對(duì)數(shù)函數(shù)曲線模型的R2值最大，為0.915，其次是S函數(shù)曲線模型的R2值為0.856，最小為L(zhǎng)ogistic函數(shù)曲線模型的R2值=0.717，說(shuō)明樹(shù)高與造林時(shí)間的對(duì)數(shù)函數(shù)關(guān)系比較密切。 各模型的顯著性概率值均小于0.001，因而均有顯著性意義。其中F值最大的是對(duì)數(shù)函數(shù)模型，F(xiàn)=198.850。

通過(guò)以上判斷可初步選定廣西南寧巨尾桉（DH32-28）植苗林的樹(shù)高—造林時(shí)間關(guān)系的最佳模型為對(duì)數(shù)函數(shù)模型。采用林分每木實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)建立的數(shù)學(xué)模型為y=-15.881+8.816lnx，其中y為樹(shù)高，x為造林時(shí)間。

2.2.3 回歸模型實(shí)用性檢驗(yàn)。

為進(jìn)一步確定模型的精度和代表性，將相應(yīng)的值帶入回歸模型，計(jì)算樹(shù)高估計(jì)值，將樹(shù)高實(shí)測(cè)值與估計(jì)值進(jìn)行比較，計(jì)算相對(duì)誤差，結(jié)果見(jiàn)表4。實(shí)用性精度檢驗(yàn)結(jié)果顯示樹(shù)高—造林時(shí)間對(duì)數(shù)函數(shù)曲線模型的平均相對(duì)誤差為3.13%，說(shuō)明對(duì)數(shù)函數(shù)曲線模型y=-15.881+8.816lnx可以作為經(jīng)驗(yàn)方程用于描述樹(shù)高—造林時(shí)間的關(guān)系。

2.3 樹(shù)高與胸徑

2.3.1 數(shù)據(jù)散點(diǎn)圖。

將野外調(diào)查收集的巨尾桉（DH32-28）植苗林每個(gè)林分的樹(shù)高和胸徑實(shí)測(cè)值繪制散點(diǎn)圖，結(jié)果見(jiàn)圖5。

由圖5可知，隨著胸徑的增加，樹(shù)高變化幅度逐漸增加，反映出所收集的數(shù)據(jù)充分體現(xiàn)了不同立地條件下樹(shù)木的生長(zhǎng)狀況。2個(gè)測(cè)定因子胸徑與樹(shù)高之間具有一定的相關(guān)性，呈一定的曲線或線性關(guān)系，可進(jìn)行曲線或線性方程的擬合。

2.3.2 相關(guān)模型選擇與建立。

根據(jù)上述分析，初步選擇符合2個(gè)測(cè)定因子相關(guān)性趨勢(shì)的函數(shù)模型，用SPSS軟件進(jìn)行回歸分析，具體模型及參數(shù)值計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5，擬合結(jié)果圖見(jiàn)圖6。

由表5可知，二次、三次函數(shù)曲線模型的R2值最大，為0.962，最小為L(zhǎng)ogistic函數(shù)曲線模型的R2值，為0.790，說(shuō)明樹(shù)高與胸徑的二次、三次函數(shù)關(guān)系比較密切。各模型的顯著性概率值均小于0.001，因而均有顯著性意義。其中F值最大的是二次函數(shù)模型，F(xiàn)=630.703。

通過(guò)以上判斷可初步選定廣西南寧巨尾桉（DH32-28）植苗林的樹(shù)高—胸徑關(guān)系的最佳模型為二次函數(shù)模型。采用林分每木實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)建立的數(shù)學(xué)模型為y=0.635+0.822x+0.042x2，其中y為樹(shù)高，x為胸徑。

2.3.3 回歸模型實(shí)用性檢驗(yàn)。

為進(jìn)一步確定模型的精度和代表性，將相應(yīng)的值帶入回歸模型，計(jì)算樹(shù)高估計(jì)值，將樹(shù)高實(shí)測(cè)值與估計(jì)值進(jìn)行比較，計(jì)算相對(duì)誤差，結(jié)果見(jiàn)表6。實(shí)用性精度檢驗(yàn)結(jié)果顯示該樹(shù)高—胸徑二次函數(shù)曲線模型的平均相對(duì)誤差為3.25%，說(shuō)明二次函數(shù)曲線模型y=0.635+0.822x+0.042x2可以作為經(jīng)驗(yàn)方程用于描述樹(shù)高—胸徑的關(guān)系。

3 結(jié)論與討論

（1）廣西南寧巨尾桉（DH32-28）植苗林的胸徑與造林時(shí)間之間存在著密切的關(guān)系。通過(guò)對(duì)不同大小的巨尾桉（DH32-28）植苗林的調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬，得出胸徑與造林時(shí)間的關(guān)系可以用對(duì)數(shù)函數(shù)模型y=-3.310+4.132 lnx來(lái)反映。 所以在林業(yè)調(diào)查中，如果知道具體的造林時(shí)間，可以用對(duì)數(shù)函數(shù)模型推算胸徑。

（2）廣西南寧巨尾桉（DH32-28）植苗林的樹(shù)高與造林時(shí)間之間存在著密切的關(guān)系。通過(guò)對(duì)不同大小的巨尾桉（DH32-28）植苗林的調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬，得出樹(shù)高與造林時(shí)間的關(guān)系可以用對(duì)數(shù)函數(shù)模型y=-15.881+8.816 lnx來(lái)反映。 所以在林業(yè)調(diào)查中，如果知道具體的造林時(shí)間，可以用對(duì)數(shù)函數(shù)模型推算樹(shù)高。

（3）廣西南寧巨尾桉（DH32-28）植苗林的胸徑與樹(shù)高之間存在著密切的關(guān)系。通過(guò)對(duì)不同大小的巨尾桉（DH32-28）植苗林的調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬，得出胸徑與樹(shù)高的關(guān)系可以用二次函數(shù)模型y=0.635+0.822x+0.042x2來(lái)反映。 所以在林業(yè)調(diào)查中，可用胸徑推算樹(shù)高。

該試驗(yàn)所測(cè)數(shù)據(jù)的林分較小，僅有5 a，故模型只能應(yīng)用于短期的生長(zhǎng)預(yù)測(cè)。模型的預(yù)測(cè)結(jié)果還有待于今后在實(shí)踐中檢驗(yàn)、修正和進(jìn)一步完善。

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