馬尾松人工林南北坡向直徑分布研究
——以杉木河國有林場為例

周宏清，吳 疆

(1.湖南省永順縣林業(yè)局，湖南 永順 416700； 2.國家林業(yè)局中南林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計院， 長沙 410014)

馬尾松人工林南北坡向直徑分布研究
——以杉木河國有林場為例

周宏清1，吳 疆2

(1.湖南省永順縣林業(yè)局，湖南 永順 416700； 2.國家林業(yè)局中南林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計院， 長沙 410014)

對杉木河國有林場南北坡向的馬尾松人工林，采用正態(tài)分布、Weibull分布、Logistic分布、Gamma分布和Lognormal分布5種分布函數(shù)，進(jìn)行直徑分布的擬合與驗(yàn)證研究。結(jié)果表明： 1)樣地馬尾松平均胸徑為17.93 cm，南坡的平均胸徑略大于北坡； 2)南坡馬尾松的直徑分布存在普遍的左偏和離散現(xiàn)象，說明其擁有優(yōu)越的生長空間結(jié)構(gòu)，相比之下北坡則略顯不足； 3)大部分樣地均符合正態(tài)分布擬合曲線，尤其是北坡樣地，與正態(tài)分布的擬合效果顯著，而南坡樣地的馬尾松人工林與Weibull分布的契合度更高，兩者之間存在一定的差異。

馬尾松人工林；南北坡；直徑分布；分布函數(shù)

林分結(jié)構(gòu)是林分特征的重要內(nèi)容，也是森林經(jīng)營的理論基礎(chǔ)[1]。林分結(jié)構(gòu)在森林經(jīng)理研究方向上主要以直徑、樹高、形數(shù)、蓄積和樹種組成等指標(biāo)表示[2-4]。而直徑結(jié)構(gòu)是林分結(jié)構(gòu)中最基本、最重要的組成成分[5]，它不僅能用于直接編制一元材積表，還能預(yù)測林分未來直徑結(jié)構(gòu)的整體變化趨勢和蓄積增長狀況，這對評價林分功效和評估森林資產(chǎn)等林業(yè)規(guī)劃和資源利用都有重大意義[6-7]。

馬尾松(Pinusmassoniana)作為長江流域以南重要的荒山造林樹種之一，經(jīng)濟(jì)價值極高，其松木主要供應(yīng)制板、建筑、包裝箱、礦柱、枕木、家具及木纖維工業(yè)原料等使用[9]。近年來，隨著國家林業(yè)發(fā)展方向的轉(zhuǎn)變，用材林不再是單一的木材產(chǎn)出樹種，其固碳釋氧、涵養(yǎng)水源、保持水土等生態(tài)功能[10]開始漸漸被重視。對馬尾松人工林直徑結(jié)構(gòu)的研究也具備了十分重要的理論意義和實(shí)踐價值[11]。

同一區(qū)位條件下的不同坡向，其氣候特征往往具備較大差異性，尤以南北坡向的差別最為明顯[12]，例如南坡因?yàn)楣庹諒?qiáng)，所以氣溫和土溫較高，土壤水分蒸發(fā)快，北坡因光照弱于南坡，氣溫和土溫低于南坡，土壤也相對濕潤。所以自然狀態(tài)下，會出現(xiàn)同一樹種垂直分布存在南坡高于北坡的規(guī)律性[13]。

將分布函數(shù)法與概率分布曲線進(jìn)行擬合是計算機(jī)技術(shù)與計算方法飛速發(fā)展的產(chǎn)物[14]，這一方法在林業(yè)領(lǐng)域同樣適用[15]。如正態(tài)分布、Weibull 分布、Logistic 分布等均為表示林分直徑結(jié)構(gòu)的常用擬合函數(shù)[16]。根據(jù)杉木河國有林場馬尾松人工林的生長狀況，采用正態(tài)分布、Weibull 分布、Logistic 分布、Gamma 分布和Lognormal 分布對杉木河國有林場馬尾松人工林的直徑分布進(jìn)行擬合研究，為充分發(fā)揮杉木河國有林場馬尾松人工林的生態(tài)功能提供理論依據(jù)[17-18]。

1 研究區(qū)概況

杉木河國有林場地處湖南省永順縣北部，屬蝕造臺狀低山地形，海拔跨度處于541.9～1 134.6 m之間，坡度多在16～35°之內(nèi)。地貌主要成土母巖以砂礫巖為主，土壤類型為山地黃壤；氣候類型為亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，年降雨量1 300 mm，無霜期258 d，年均氣溫13.5 ℃。杉木河國有林場經(jīng)營面積0.25萬hm2，森林蓄積量19.49萬m3。其中商品林蓄積量15.47萬m3，林分類型以杉松人工林和亞熱帶常綠落葉混交林為主。

2 材料與方法

2.1 樣地設(shè)置

2016 年在杉木河國有林場的固定樣地及部分自選樣地選取具有代表性的馬尾松人工林林分。在海拔600～800 m的區(qū)域，按南北坡向向各自選取4塊規(guī)格為 20 m×30 m的馬尾松人工林標(biāo)準(zhǔn)樣地。在8塊標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)，對胸徑大于5 cm的馬尾松進(jìn)行每木檢尺，所測總數(shù)為800棵。樣地信息見表1。

表1 樣地信息樣地編號坡向坡度/(°)郁閉度平均胸徑/cm平均樹高/m平均年齡/a抽樣株數(shù)估計密度/(株/hm2)1南350 717 39．0259515832東南200 718 511 5258914833南270 719 412．02511118504南160 620 712 5258414005東北300 718．011．02510217006北280 714 58．02311619337北220 718 310 52510717838東北350 716 79 523961600

2.2 研究方法

選擇正態(tài)分布、Weibull 分布、Logistic 分布、Gamma 分布和Lognormal 分布 5 種分布函數(shù)。樣地所測的胸徑以2 cm進(jìn)行徑級整化，并分徑階統(tǒng)計株數(shù)，采用Forstat2.1統(tǒng)計軟件計算其直徑標(biāo)準(zhǔn)差、變動系數(shù)、偏度系數(shù)和峰度系數(shù)，擬合效果用χ2檢驗(yàn)法進(jìn)行檢驗(yàn)[16-17]。

偏度和峰度能有效表現(xiàn)林分直徑分布的形狀特征，偏度顯示概率密度分布曲線偏離平均值的程度，峰度是概率密度分布曲線在平均值處所表現(xiàn)出峰值高低的特征數(shù)，變動系數(shù)C則是直徑標(biāo)準(zhǔn)差與算數(shù)平均直徑的比值，其值越小，說明林分直徑分布范圍越小。

3 結(jié)果與分析

3.1 林分直徑分布特征

通過 Forstat2.1計算出各樣地馬尾松直徑分布特征值(表2)。8塊樣地的林分直徑標(biāo)準(zhǔn)差都在6 cm以下，表明所選樣地的馬尾松人工林直徑變動范圍不大。變動系數(shù)均在0.30左右，表明各樣地的直徑分布基本處于同一范圍。南坡所有樣地、北坡樣地5和樣地6的偏度系數(shù)均大于0，樣地的馬尾松林分直徑分布曲線左偏；而北坡的樣地7和樣地8偏度系數(shù)值小于0，表示這兩塊樣地的分布曲線為右偏。立地條件相同的同齡林中，平均胸徑越小，林分直徑分布以中小徑階為主，直徑分布曲線左偏程度會越大；反之，則右偏程度越大。從峰度系數(shù)上來看，絕大部分樣地的峰度系數(shù)都是負(fù)值，只有樣地6的峰度系數(shù)為正值。表明除了樣地6的直徑分布則較為集中外大部分樣地的直徑分布相對比較分散。

表2 直徑分布特征值樣地編號坡向變動系數(shù)直徑標(biāo)準(zhǔn)差偏度系數(shù)峰度系數(shù)1南0 335 720 42-0 622東南0 284 060 09-0 553南0 305 730 33-0 134南0 285 740 18-0 85東北0 295 230 26-0 536北0 294 20 310 337北0 285 21-0 09-0 388東北0 274 53-0 14-0 54

3.2 林分直徑分布擬合與檢驗(yàn)

3.2.1 林分直徑分布參數(shù)估計

將5 種分布函數(shù)用于杉木河國有林場馬尾松人工林直徑分布擬合，得到各樣地不同分布函數(shù)的參數(shù)估計值。正態(tài)分布、Lognormal分布、Weibull分布和Gamma分布采用矩法估計；而Logistic分布函數(shù)則采用分位數(shù)回歸法估計。得到結(jié)果見表3。

3.2.2 林分直徑分布擬合結(jié)果與檢驗(yàn)

對8塊馬尾松人工林樣地分別采用χ2檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果見表4。

表3 函數(shù)參數(shù)估計值樣地編號正態(tài)分布Weibull分布Logistic分布Gamma分布Lognormal分布σuabcbcabcσu15 7217 27612 722 073 2817 2761 899 120 342 7924 0614 6969 812 272 3714 6961 1213 090 302 6535 7319 42615 132 513 3119 4261 6911 490 312 9245 7420 67616 482 763 3220 6761 5912 950 292 9955 2417 96613 492 443 0117 9661 5311 670 312 8464 214 4769 562 122 4314 4761 2211 860 312 6275 2118 29613 852 533．0018 2961 4812 350 322 8684 5316 74612 12 542 6316 7461 2213 670 302 78

表4 函數(shù)擬合結(jié)果檢驗(yàn)樣地編號正態(tài)分布Weibull分布Logistic分布Gamma分布Lognormal分布χ2χ20 05Pχ2χ20 05Pχ2χ20 05Pχ2χ20 05Pχ2χ20 05P5種分布函數(shù)參考結(jié)論116 3716 120 098 1716 120 6119 2216 120 048 3816 120 498 2616 120 56是是是是是219 6612 020 0117 6512 020 0226 0812 0220 6812 0223 1712 02否否否否否38 7614 660 647 6114 660 758 1814 660 698 0914 660 6211 9614 660 37是是是是是45 3710 50 803 0310 50 967 8510 50 553 8810 50 874 8910 50 84是是是是是516 817 930 0817 9117 930 0620 4817 930 0216 3817 930 0620 3817 930 03是是否是否67 5515 840 4827 4415 842 3715 840 9711 1215 840 1315 9215 840 04是否是是否711 3913 810 3322 113 810 0112 0413 810 2829 1613 8133 5313 81是否是否否82 2514 050 9723 5714 054 5414 050 8114 1914 050 0419 1514 050 01是否是否否

驗(yàn)證結(jié)果表明位于南坡的樣地，除了樣地2沒有符合的分布函數(shù)外，樣地1、樣地3和樣地4都有基本符合的分布函數(shù)，而在這5種擬合曲線中最符合的都是Weibull分布。而位于北坡的4個樣地均符合正態(tài)分布，同時又均不符合Lognormal分布，除了樣地5之外也均不符合Weibull分布。正態(tài)分布是除去樣地2之外，所有樣地都符合的分布函數(shù)，而樣地6在5種分布函數(shù)中與Logistic分布的契合程度最高。各樣地直徑分布擬合曲線見圖1。

4 結(jié)論與討論

1) 林分的平均胸徑是林分直徑結(jié)構(gòu)的重要組成部分，從本次調(diào)研的8個馬尾松人工林樣地的平均胸徑分析可知：南坡馬尾松人工林的胸徑大小普遍高于北坡馬尾松，這符合馬尾松喜光樹種的特性，加之林場年降雨量充沛，比較適合陽坡馬尾松的生長。但本次調(diào)研目的主要是坡向?qū)︸R尾松直徑結(jié)構(gòu)的影響，未曾對每個樣地的立地質(zhì)量進(jìn)行深入研究，且諸多因子都能直接或間接的影響到林分的平均胸徑，因此本文只能初步認(rèn)為在光溫條件占據(jù)優(yōu)勢的南坡更適合馬尾松的生長。

圖1 各樣地直徑分布擬合

圖1(續(xù)) 各樣地直徑分布擬合

2) 偏度和峰度在林分的自然狀態(tài)下會隨著林分年齡的增長而呈規(guī)律性變化[19]，參照南北坡向各樣地的偏度和峰度的研究結(jié)果可以得初步認(rèn)定：南坡樣地的偏度均為正值，屬于左偏現(xiàn)象，表明整個林分以中小徑階為主；南坡的峰度也均為負(fù)值，說明林分的直徑分布較為離散，由此可知南坡在平均胸徑大于北坡的前提下?lián)碛懈觾?yōu)越的空間結(jié)構(gòu)。北坡相對南坡而言馬尾松的生長潛力略顯不足，似乎北坡馬尾松因生長潛力不足，其林分空間結(jié)構(gòu)比南坡的空間結(jié)構(gòu)提前進(jìn)入穩(wěn)定期。

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DiameterDistributionofPinusmassonianaPlantationinNorthandSouthSlope：A Case Study of Shamuhe State-owned Forest Farm

ZHOU Hongqing1，WU Jiang2

(1.Forestry Bureau of Yongshun County,Yongshun 416700,Hunan,China；2.Central South Forest Inventory and Planning Institute of State Forestry Administration,Changsha 410014,Hunan,China)

The normal distribution, Weibull distribution, Logistic distribution, Gamma distribution and Lognormal distribution of thePinusmassonianaplantation in the north and south slope of Shamuhe forest farm were studied by fitting and validating the diameter distribution. The results showed that:1)The average DBH size of the 8Pinusmassonianaplantations was 17.93 cm, and the average diameter of the southern slope was slightly larger than that of the northern slope.2)The diameter distribution ofPinusmassonianain the southern slope was common.3)Most of the plots were in accordance with the normal distribution curve, especially the northern slope, and the fitting effect of the normal distribution in the northern slope was significant, and the fitting effect of the Weibull distribution in the southern slope plot was higher, and there was some difference between north and south slope.

Pinusmassonianaplantation；north and south slope；diameter distribution；distribution function

2017-06-27

周宏清(1975-)，男，湖南永順縣人，工程師，畢業(yè)于中南林業(yè)科技大學(xué)，主要從事林業(yè)調(diào)查設(shè)計等工作。

S 791.284

A

1003-6075(2017)03-0037-06

10.16166/j.cnki.cn43-1095.2017.03.009