迎春5號楊樹人工林地位指數(shù)模型研究

趙麗宏

(黑龍江省尚志國有林場管理局，黑龍江 尚志 150600)

立地質(zhì)量是用森林的生產(chǎn)潛力來衡量森林生存環(huán)境優(yōu)劣的1個指標(biāo)[1]。對林分立地質(zhì)量的精準(zhǔn)評價有利于林業(yè)經(jīng)營的科學(xué)研究，可以做到適地適樹，準(zhǔn)確的對林分生產(chǎn)力進(jìn)行估算[2]。按照方法可將立地質(zhì)量的評定分為直接法和間接法。直接評定法是直接利用林分的收獲量或生長量來量化立地質(zhì)量；間接評定法則是指根據(jù)構(gòu)成立地質(zhì)量的因子特性或相關(guān)的植被類型的生長潛力來評定立地質(zhì)量。目前最常用的方法是地位指數(shù)法，即將某樹種在標(biāo)準(zhǔn)年齡時優(yōu)勢木平均樹高作為指標(biāo)對立地質(zhì)量進(jìn)行評價。

迎春5號楊樹(Populusnigra×Populussimonii)是20世紀(jì)80年代以黑楊和小葉楊雜交引進(jìn)的優(yōu)良無性系，具有速生，優(yōu)產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)，在我國北方進(jìn)行了大面積的栽培[3]。其早期生長較快，能較早達(dá)到成熟年齡，目前對其研究主要集中于種苗栽培，人工培育，而對其林分立地質(zhì)量評價的研究至今仍缺乏。對于以經(jīng)濟(jì)效益為主要目的速生用材林，明確迎春5號楊樹人工林潛在生長力，就可以有針對性地制定經(jīng)營方針。因此，該文以迎春5號楊樹為研究對象，利用其解析木數(shù)據(jù)，制定其地位指數(shù)模型，描繪地位指數(shù)曲線，為該樹種合理經(jīng)營提供理論幫助。

1 研究區(qū)域與研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

研究區(qū)域位于黑龍江省尚志市林管局，地處長白山脈的張廣才嶺西北坡，主要地貌為山區(qū)、丘陵，屬于低山、丘陵、河谷和局部中山相間的低山丘陵區(qū)，平均海拔300 m。127°18′30″E～128°46′16″E，44°49′28″N～45°35′8″N。年平均氣溫2.3 ℃左右，平均降水量為550-750 mm，雨季為每年6-8月份。境內(nèi)水源豐富，河流密集，共有百余條，分別隸屬于松花江支流螞蟻河、阿什河和牤牛河水系。

1.2 樣地設(shè)置

數(shù)據(jù)來源于2020年9月黑龍江省尚志國有林場管理局迎春5號楊樹人工林調(diào)查數(shù)據(jù)。選擇18塊具有代表性的林分設(shè)置面積為0.06 hm2(20 m×30 m)的標(biāo)準(zhǔn)地，所選林分長勢優(yōu)良且均未經(jīng)過間伐。使用GPS在每塊標(biāo)準(zhǔn)地中心進(jìn)行定位，并對樣地內(nèi)每棵樹進(jìn)行檢尺，測量其胸徑，樹高。根據(jù)檢尺數(shù)據(jù)計(jì)算每塊樣地優(yōu)勢木平均胸徑及平均高、林分平均胸徑及平均高和林分密度等因子。各標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)信息計(jì)算如表1所示。

表1 迎春5號楊樹人工林樣地基本信息

1.3 解析木選取及測定

標(biāo)準(zhǔn)木的選取采用等斷面積法，在每塊標(biāo)準(zhǔn)地附近的相同林分中選取長勢正常的5棵解析木，共計(jì)90株。伐倒前，先準(zhǔn)確確定其根頸位置，并在樹干上標(biāo)明胸高直徑的位置和南北方向。伐倒后，測量由根頸至第一個死枝和活枝在樹干上的高度以及總樹高，以1 m為區(qū)分段截取圓盤測量年齡。

1.4 研究方法

地位指數(shù)法是根據(jù)各不同林分在某一特定年齡(基準(zhǔn)年齡或標(biāo)準(zhǔn)年齡)時的優(yōu)勢高作為評定林地立地質(zhì)量的高低。該研究在全部解析木中選擇26株生長處于優(yōu)勢狀態(tài)的解析木高生長數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)分析詳見表2所示。

表2 迎春5號楊樹優(yōu)勢解析木基本信息

關(guān)于基準(zhǔn)年齡的確定，至今尚無統(tǒng)一的方法，本研究綜合考慮楊樹樹高生長趨于穩(wěn)定后的齡階、楊樹自然成熟齡和材積平均生長最大時的年齡等因素，將“迎春5號”楊樹人工林的基準(zhǔn)年齡確定為10 a。

代表中等立地條件下，林分優(yōu)勢樹高隨林分年齡變化的生長曲線稱作導(dǎo)向曲線。導(dǎo)向曲線是根據(jù)平均生長過程推斷出的，它的形狀近似為“S”形，因此Richards、Mitscherlich、Korf和Schumacher等生長方程常被用來擬合這條曲線[4]。各模型形式如下：

Richards方程：HD=A(1-e-kt)c#(1)

Mitscherlich方程：

HD=A(1-e-kt)#(2)

Korf方程：

HD=Ae-kt-c#(3)

Schumacher方程：

使用決定系數(shù)(R2)和均方根誤差(RMSE)作為模型擬合效果的評價指標(biāo)，計(jì)算公式見[5]。

2 結(jié)果分析

2.1 導(dǎo)向曲線的建立

各生長方程對優(yōu)勢木高生長的擬合效果如下表3，從表中可以看出，各生長方程均具有較好的擬合效果，R2均在0.85以上，RMSE均在2.7以下。綜合考慮模型擬合優(yōu)度和模型參數(shù)意義(A代表樹高生長極大值)，Mitscherlich方程效果最優(yōu)，因此將其選為迎春5號楊樹人工林的導(dǎo)向曲線[6-8]。

表3 迎春5號楊樹人工林導(dǎo)向曲線擬合結(jié)果

2.2 模型檢驗(yàn)

在導(dǎo)向曲線已確定的基礎(chǔ)上，以基準(zhǔn)年齡的導(dǎo)向曲線值(即將基準(zhǔn)年齡A0=10年代入導(dǎo)向曲線)為準(zhǔn)，按指數(shù)級距C展開得到各級地位指數(shù)曲線。依據(jù)該地區(qū)迎春5號楊樹人工林在基準(zhǔn)年齡時，樹高絕對變動幅度(ΔH)及經(jīng)營水平確定指數(shù)級距C=2m。最終繪制得到迎春5號楊樹人工林各級地位指數(shù)曲線如圖1所示，圖中SI=8m～SI=18m等多條地位指數(shù)曲線可以較好的涵蓋本研究中26株優(yōu)勢木的樹高生長過程，各齡級樹高基本一致，說明建立的地位指數(shù)模型和地位指數(shù)曲線達(dá)到了使用要求[9-10]。

圖1 迎春5號楊樹人工林各級地位指數(shù)曲線

3 結(jié)語

該研究建立了迎春5號楊樹人工林地位指數(shù)模型及曲線。結(jié)果表明所構(gòu)建的地位指數(shù)模型效果較好，為黑龍江省迎春5號楊樹人工林立地質(zhì)量精準(zhǔn)評價及森林經(jīng)營決策的制定提供了基礎(chǔ)。