桂東南福建柏林分直徑結(jié)構(gòu)研究

羅云龍 龐世龍 羅紅州

摘要 [目的]研究桂東南福建柏林分直徑結(jié)構(gòu)。[方法]以桂東南福建柏人工林為研究對象，采用典型選樣法設(shè)置15個20 m×20 m的樣方，開展植物群落調(diào)查。以2 cm為徑階距，應(yīng)用理論生長方程Richards，Logistic，Gompertz，Mitscherlich和Weibull分布函數(shù)對林分直徑分布進行擬合，采用卡方檢驗法對5種分布進行檢驗。[結(jié)果]福建柏林分平均胸徑19.3 cm，在5.7～29.8 cm，以20 cm為峰點，16～24 cm的林木株數(shù)占多數(shù)，單峰近似于正態(tài)分布，24 cm的株數(shù)累積頻率高達93.64%；林分直徑分布擬合檢驗結(jié)果從大到小依次為Weibull，Logistic，Gompertz，Richards，Mitscherlich。[結(jié)論]Weibull分布函數(shù)更能準確地描述桂東南福建柏林分直徑分布規(guī)律，更適合于建立福建柏林分直徑分布預測模型。

關(guān)鍵詞 福建柏；直徑分布；理論生長方程；分布函數(shù)；桂東南

中圖分類號 S718.4；Q945. 3 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2017）25-0153-03

Abstract [Objective]To study the diameter structure of Fujian and Berlin in Southeast Guangxi. [Method]Fokienia hodginsii plantations distributed in Southeast Guangxi were studied. Plant community investigation was carried out based on 15 plots with 20 m×20 m areas. With 2 cm as a diameter class distance， the stand diameter distribution was fitted by using Richards， Logistic， Gompertz， and Mitscherlich theoretical growth equations， and Weibull function combined with Chisquare test. [Result]The results showed that the average diameter at breast height （DBH） of Fokienia hodginsii plantation was19.3 cm， ranging from 5.7 cm to 29.8 cm. The diameter rank distribution was singlet and similar to normal distribution， with 20 cm as the peak point. 16～24 cm DBH standing trees were in the majority， and the accumulative percentage of 24 cm diameter class was up to 93.64%. The test values of forest diameter distribution fitting from big to small were Weibull， Logistic， Gompertz， Richards， Mitscherlich. [Conclusion]The fitting effect of Weibull function could precisely describe the diameter distribution of Fokienia hodginsii plantation in Southeast Guangxi， which was suitable for establishing the diameter distribution prediction model for this forest.

Key words Fokienia hodginsii；Diameter distribution；Theoretical growth equations；Distribution function；Southeast Guangxi

林分直徑分布是指在林分內(nèi)各種大小直徑林木按徑階的分配狀態(tài)，是林分結(jié)構(gòu)的基本規(guī)律之一。它是估算林分材種出材量、確定合理經(jīng)營周期和準確評定生產(chǎn)力的基礎(chǔ)，具有重要的理論和實踐意義[1]。利用方程或函數(shù)構(gòu)建林分直徑分布結(jié)構(gòu)模型是現(xiàn)代森林經(jīng)營重要的技術(shù)手段，歷來是國內(nèi)外林業(yè)研究者關(guān)注和研究的重點。目前，國內(nèi)林分直徑分布模型研究的對象主要集中在馬尾松（Pinus massoniana）、杉木（Cunninghamia lanceolata）和桉樹（Eucalyptus ssp.）等主要造林樹種[2-5]，而對福建柏（Fokienia hodginsii）的研究尚鮮見報道。福建柏屬柏科（Cupressaceae）福建柏屬常綠大喬木，為我國特有種，國家 Ⅱ 級重點保護野生植物，在柏科的系統(tǒng)發(fā)育研究中具有較大的科學價值。自然分布于浙江南部、福建、廣東北部、江西、湖南南部、廣西、貴州、四川和云南東南部等省，越南北部亦有分布，多生長于海拔150～1 200 m的亞熱帶常綠闊葉林中。主干通直，生長較快，適應(yīng)性強，木材性質(zhì)與用途類似杉木，易栽培，根部有多種菌根真菌，有培肥改良土壤的作用，是杉木、桉樹多代連栽后更新造林的好樹種，推廣前景廣闊[6-9]。筆者應(yīng)用理論生長方程Richards，Logistic，Gompertz，Mitscherlich和Weibull分布函數(shù)對桂東南福建柏人工林直徑分布規(guī)律進行擬合，以期為福建柏人工林定向培育、預估林分蓄積量、出材量以及森林資產(chǎn)評估、效益分析提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于廣西玉林市國有六萬林場河蒿分場內(nèi)，地理坐標109°53′ E，22°35′ N。屬南亞熱帶季風氣候，年均氣溫21.8 ℃，最冷月1月平均氣溫10.9 ℃，極端最低氣溫-2.3 ℃，最熱月7月平均氣溫26.4 ℃，極端最高氣溫38.4 ℃，年均日照時數(shù)1 800 h，年無霜期346 d，年均降雨量1 592 mm，且降雨主要集中于6—9月。土壤以花崗巖發(fā)育的紅壤為主，黃壤為次，土層平均厚度80～110 cm。前茬為杉木，期間未有間伐。林下草本植物主要有鐵芒萁（Dicranopteris linearis）、金毛狗（Cibotium barometz）、團葉鱗始蕨（Lindsaea orbiculata var. orbiculata）、十字苔草（Carex cruciata）和淡竹葉（Lophatherum gracile）等；灌木有苦竹（Pleioblastus amarus）、柃木（Eurya japonica）、三椏苦（Melicope pteleifolia）、山雞椒（Litsea cubeba）和九節(jié)（Psychotria asiatica）等。

1.2 數(shù)據(jù)收集

2016年11月，采用典型選樣法在試驗林內(nèi)設(shè)置了15個20 m×20 m的樣方，開展植物群落調(diào)查。計測環(huán)境因子、林地狀況和林分特征，主要包括地形、土壤、植被和每木調(diào)查。對樣方內(nèi)胸徑≥1.0 cm的喬木物種實測其胸徑、樹高、枝下高和冠幅等因子。每個樣方作為1個獨立樣本，剔除與平均值的偏差超過2倍標準差的異常測定值，以2 cm為1個徑階距，采用上限排外法劃分徑階，統(tǒng)計各徑階林木株數(shù)，進而計算各徑階累積頻率。

1.3 直徑分布擬合

采用理論生長方程Richards、Logistic、Gompertz、Mitscherlich和Weibull分布函數(shù)，對桂東南地區(qū)福建柏人工林直徑累積分布進行擬合，運用Origin 9.0專業(yè)函數(shù)繪圖軟件的非線性擬合（Nonlinear Curve Fit）求解各方程參數(shù)，采用調(diào)整后的決定系數(shù)（R2adj）對各生長方程的擬合精度進行評價。各方程計算公式如下[5，10-12]：

2 結(jié)果與分析

2.1 林分徑級結(jié)構(gòu)特征

根據(jù)樣地調(diào)查，福建柏人工林林齡27 a，林分密度約1 100株/hm2，平均樹高12.1 m，在 4.5～17.0 m變動，平均胸徑19.3 cm，在5.7～29.8 cm變動，林分中有45.05%的樹木胸徑小于平均胸徑，有54.95%大于平均胸徑。從圖1可見，福建柏人工林林分直徑分布以20 cm為峰點，16～24 cm的林木株數(shù)占多數(shù)，徑階兩端的林木株數(shù)逐漸減少，單峰近似于正態(tài)分布曲線。直徑分布曲線偏度為-0.749，呈左偏，林分中小徑階的林木占多數(shù)，表明該階段林木正處于自由生長期，及時間伐可避免林木間競爭帶來的損失。峰度為1.145，直徑分布曲線與標準正態(tài)分布相比呈尖峰分布，表明直徑分布較為集中。24 cm的株數(shù)累積頻率高達93.64 %，株數(shù)累積頻率曲線為近“S”型分布曲線。

2.2 林分直徑分布擬合

對15個福建柏人工林樣本逐一采用5種生長方程進行擬合，結(jié)果見表1。各方程的參數(shù)均存在一個分布范圍，這反映不同林分在形成方程參數(shù)差異的同時，也因其自然生長枯損與演替下某些共同特征以及林分結(jié)構(gòu)規(guī)律，致使各方程參數(shù)存在一個主要分布范圍；而且不同生長方程參數(shù)主要分布范圍的存在也說明了各方程模擬的準確性與靈活性。

采用調(diào)整后的決定系數(shù)（Adj. R-Square）對擬合結(jié)果的優(yōu)劣進行評價。R2adj值在0～1，其值越接近1，說明模型的擬合效果越好。由表1可知，Weibull，Logistic，Gompertz作為最優(yōu)擬合方程出現(xiàn)的概率（最優(yōu)樣本數(shù)×總樣本數(shù)×100%）分別為60.00%、26.67 %和13.33 %。Weibull分布函數(shù)的選優(yōu)率極高，Logistic和Gompertz方程次之，這說明由于各樣本直徑結(jié)構(gòu)不一，符合的最優(yōu)擬合方程也會不同，每個方程都可能表現(xiàn)最佳，不存在一個方程在任何情形下均表現(xiàn)最優(yōu)，這也是不同的研究選用不同方程的原因之一[5]。

2.3 林分直徑分布檢驗

將5種方程的理論值與測定值在α=0.05的顯著性水平下作χ2檢驗，然后分別統(tǒng)計各方程的接受率（接受原假設(shè)：理論值與測定值服從同一分布函數(shù)的樣本數(shù)/總樣本數(shù)×100%），結(jié)果見表2。由表2可知，Logistic方程和Weibull分布函數(shù)的接受率均為100%，檢驗驗證精度最高，表明桂東南福建柏林分直徑結(jié)構(gòu)近似遵從Logistic方程和Weibull分布函數(shù)的理論分布，采用Logistic方程和Weibull分布函數(shù)描述桂東南福建柏林分直徑分布規(guī)律效果最佳。Gompertz和Richards方程的接受率分別為93.33%、80.00%，效果次之。Mitscherlich方程的接受率僅46.67%，效果最差。

3 結(jié)論與討論

桂東南福建柏林分直徑分布曲線為單峰近似于正態(tài)分布曲線，偏度為負，峰度為正，中小徑階的林木占多數(shù)。林分樹種單一、結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量整體偏低，急需調(diào)整林分結(jié)構(gòu)，逐步過渡至合理經(jīng)營密度，以改善林木個體間的營養(yǎng)空間，提高林分質(zhì)量。

林分直徑分布擬合檢驗結(jié)果從大到小依次為Weibull，Logistic，Gompertz，Richards，Mitscherlich，因Mitscherlich方程沒有拐點，是分析方程中最簡單的方程，故擬合精度最低，其他模型的擬合精度較高。相比較而言，Weibull分布函數(shù)具有較大的靈活性，對分布形狀的適應(yīng)性較強，更能準確地描述桂東南福建柏林分直徑分布規(guī)律，更適合于建立福建柏林分直徑分布預測模型。

人工林近自然化改造已成為林業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑[13]。桂東南福建柏林分可根據(jù)擬合分布模型進行改造，通過帶狀采伐、單株擇伐和林窗或林下補植鄉(xiāng)土闊葉樹種等技術(shù)措施，不斷優(yōu)化林分結(jié)構(gòu)和功能，從而使福建柏林分的生態(tài)與經(jīng)濟功能達到最佳狀態(tài)。

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