杉木人工林地徑材積表編制方法研究

2011-04-29 00:00:00蘇杰南黎良財

湖北農業科學 2011年16期

摘要：根據杉木［Ｃｕｎｎｉｎｇｈａｍｉａ lａｎｃｅｏｌａｔａ（Lamb.） Hook.］人工林樣木的胸徑Ｄ１．３、地徑Ｄ０．１、樹高Ｈ的測定值和立木材積的計算值Ｖ，分別采用材積Ｖ－地徑Ｄ０．１多模型選優法和二元材積表導算法編制一元地徑材積表，并進行比較。經檢驗，這兩種方法編制的數表均能夠滿足生產上的精度要求，可以作為林業調查、經營管理的工具數表。

關鍵詞：杉木；人工林；地徑；材積表；編制

中圖分類號：Ｓ７９１．２７；Ｓ７２７．１；Ｓ７５８．６２文獻標識碼：Ａ文章編號：0439－８114（２０11）16－3342-04

Study on Ground Diameter Single Entry Volume Table of Cunninghamia lanceolata Plantation

ＳＵＪｉｅ－ｎａｎ，ＬＩＬｉａｎｇ－ｃａｉ

（ＧｕａｎｇｘｉＥｃｏ－ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＶｏｃａｔｉｏｎａｌａｎｄＴｅｃｈｎｉｃａｌＣｏｌｌｅｇｅ，Ｌｉｕｚｈｏｕ５４５００４，Ｇｕａｎｇｘｉ，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＤＢＨ（Ｄ１．３），ｇｒｏｕｎｄｄｉａｍｅｔｅｒ（Ｄ０．１），ｈｅｉｇｈｔ（Ｈ）ａｎｄｖｏｌｕｍｅ（Ｖ）ｏｆＣｕｎｎｉｎｇｈａｍｉａ lａｎｃｅｏｌａｔａ（Lamb.） Hook. ａｒｔｉｆｉｃａｌｆｏｒｅｓｔｓ，ｔｈｅｓｉｎｇｌｅｇｒｏｕｎｄｄｉａｍｅｔｅｒｖｏｌｕｍｅｔａｂｌｅｗａｓｐｒｅｐａｒｅｄａｎｄｃｏｍｐａｒｅｄｕｓｉｎｇｍｕｌｔｉｐｌｅｍｏｄｅl ｓｅｌｅｃｔｉｏｎＶ－Ｄ０．１ａｎｄｄｏｕｂｌｅｖｏｌｕｍｅｔａｂｌｅ．Ｔｈｅｔｅｓｔｏｆｔｈｅｔｗｏｅｑｕａｔｉｏｎｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｙｒｅａｃｈｅｄｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｉｎｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，ｔｈｅｒｅｆｏｒｅｃｏｕｌｄｂｅａｐｐｌｉｅｄｉｎｆｏｒｅｓｔｓｕｒｖｅｙａｎｄｍａｎａｇｅｍｅｎｔ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｃｕｎｎｉｎｇｈａｍｉａ lａｎｃｅｏｌａｔａ（Lamb.） Hook.； plantation；ｇｒｏｕｎｄｄｉａｍｅｔｅｒ；ｖｏｌｕｍｅｔａｂｌｅ；ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ

在林業生產經營，林政資源管理、林業執法機關處理亂砍濫伐、盜伐案件以及處理林權糾紛中，經常要對被伐樹木的材積作出估計。由于不具備胸徑、樹高調查因子，不能運用一元或二元立木材積表測算材積或蓄積量。在這種情況下，只能以地徑為輔助因子，通過對地徑的測定來推算被伐樹木的材積［１］。因此，研究地徑與材積的關系，尋找它們之間合適的數學模型，編制適用的地徑材積表，可以滿足人工林資源清查、經營管理及處理森林案件的需要。

１數據來源

據國家林業局第七次資源調查結果顯示，廣西壯族自治區的森林覆蓋率達到５２％，居全國第四；全區人工林面積已近５４７萬ｈｍ２，位居全國之首（２００８年廣西壯族自治區林業廳數據）。在桂北丘陵山區，杉木［Ｃｕｎｎｉｎｇｈａｍｉａ lａｎｃｅｏｌａｔａ（Lamb.） Hook.］是一種重要的速生豐產用材樹種，其人工林面積和蓄積量均占到當地資源的５０％以上。

試驗選擇２００９年二類調查系統，抽樣控制點落在柳城縣、融安縣、融水縣、三江縣的杉木人工林小斑以內的部分樣地，用手持ＧＰＳ接收機輔助

１∶１００００地形圖定出樣地中心點，在樣地內選擇３～５株樹干正常、無生長缺陷的杉木，分別測量每株樹的高度Ｈ、胸徑Ｄ１．３和地徑Ｄ０．１，并記錄實測值。通常由于樹干基部受根部擴張的影響而引起不規則生長，故地徑的測定點選在立木的０．１ｍ處，所以記為Ｄ０．１。高度測量采用ＴｒｕＰｕｌｓｅ２００手持激光測距／測高儀，精度０．１ｍ；地徑、胸徑測量采用測樹圍尺，精度０．１ｃｍ。從胸徑３．０ｃｍ開始，從小到大排列，每２．０ｃｍ為１個徑階，１個徑階測量的株數不少于３０株，各徑階分布情況見表１。剔除一些異常數據和重復的數據，試驗共收集了樣木７２０株，其中６６０株用于模型擬合，建模數據平均地徑２９．２ｃｍ，平均胸徑２５．０ｃｍ，平均樹高１９．０ｍ。樣木主要測樹因子分布范圍為：胸徑３．３～４６．９ｃｍ，地徑４．５～５５．６ｃｍ，樹高３．２～２７．４ｍ，材積０．００１９～１．９７６１ｍ３。剩余６０株樣木數據用于檢驗模型。

２研究方法

根據材積與地徑一個因子的關系編制的材積表稱為地徑材積表，具體作法有兩種：其一是利用材積與地徑成對值直接編制法；其二是建立胸徑與地徑、地徑與樹高的關系式，由二元立木材積表導算出來。本文采用上述兩種方法分別建立杉木人工林地徑一元材積表，技術路線如圖１所示。

３杉木地徑一元材積方程擬合（方法一）

３．１備選材積方程

利用樣木的胸徑、樹高測量值，求算出材積，再根據材積隨地徑增加而上升的關系，選擇如下的７個材積方程作為多模型選優的初始備選模型［２］，即利用同一組數據分別采用不同方程進行擬合，選用合適的指標來評價方程的優劣，經分析對比后選擇最佳模型編制杉木人工林地徑一元材積表。

（１）Ｖ＝ａＤｂ

（２）Ｖ＝ａ＋ｂＤ＋ｃＤ２

（３）Ｖ＝ａ＋ｂＤ２

（４）Ｖ＝ａＤｂ×ｃＤ

（５）Ｖ＝ａ＋ｂｌｎＤ

（６）ｌｎＶ＝ａ＋ｂＤ

（７）ｌｎＶ＝ａ＋ｂ／Ｄ

以上各材積方程中，Ｖ為材積，Ｄ為胸徑，ａ、ｂ、ｃ為待定參數。

３．２材積方程的評價指標

評價地徑一元材積模型優劣的指標有相關指數（Ｒ２）、剩余標準差（Ｓ）、系統誤差（Ｅ）和平均誤差（Ｐ），計算公式如下：

Ｒ２＝１－■

Ｓ＝■

Ｅ＝■∑（■ｉ－Ｖｉ）／Ｖｉ×１００％

Ｐ＝■∑［（■ｉ－Ｖｉ］／Ｖｉ）］×１００％

式中，Ｖ、■分別為材積的實際值和用模型算出的理論值，Ｖ為平均材積，ｎ為樣本數，ｍ為方程中的變量個數。

３．３材積方程的求解

采用統計軟件ＳＰＳＳ１７．０計算上述材積７個方程的各參數、相關指數、剩余標準差、系統誤差和平均誤差，結果如表２所示。

３．４材積方程的選優

相關指數和剩余標準差反映了一元材積方程的擬合效果，從這２個統計指標來看，在備選的７個材積方程中，（１）、（２）、（３）、（４）材積方程能取得較好的擬合效果，相關指數均在０．９８以上，剩余標準差均低于０．２。

系統誤差Ｅ值表示每個樣本單元實際值與其相應的模型估計值的相對誤差平均水平，用于說明材積方程是否存在趨勢性的系統偏差。平均誤差Ｐ表示各樣本單元實際值與其相應的模型估計值的相對誤差絕對值平均數，它排除了樣本單元間正負誤差的相互抵消，反映的是以地徑為輔助因子，用材積方程估計單木材積的誤差平均水平［３］。在（１）、（２）、（３）、（４）材積方程中，（１）、（２）方程的系統誤差均低于３％，且平均誤差均在１３％左右，明顯優于（３）、（４）方程。

采用相關指數、剩余標準差、系統誤差和平均誤差４個評價指標對７個備選模型進行綜合評價，并考慮方程的簡捷性以及所求材積不得為負，所以本文確定用方程（１）（山本式）作為杉木人工林地徑一元材積方程。具體形式為Ｖ＝０．００００８９４Ｄ■■。

４杉木地徑一元材積方程導算（方法二）

４．１胸徑－地徑回歸方程確定

將實測胸徑、地徑成對值導入數據擬合軟件ＣｕｒｖｅＥｘｐｅｒｔ中，設胸徑Ｄ１．３為因變量，地徑Ｄ０．１為自變量［１］，利用軟件自動擬合回歸模型，并按照各模型的相關指數（Ｒ２）、剩余標準差（Ｓ）優劣排序，結果發現線性模型最優，具體見圖２，相關指數（Ｒ２）為０．９９７５、剩余標準差（Ｓ）為０．９０６２，方程具體形式如下：

Ｄ１．３＝－０．８０５０８９２４＋０．８８４２３８７８Ｄ０．１

４．２樹高－地徑回歸方程確定

采用上述方法，設實測樹高Ｈ為因變量，地徑Ｄ０．１為自變量，利用數據擬合軟件自動擬合回歸模型，并按照各模型的相關指數（Ｒ２）、剩余標準差（Ｓ）優劣排序，發現Ｗｅｉｂｕｌｌ模型最優，具體見圖３，相關指數（Ｒ２）為０．９８１ 0、剩余標準差（Ｓ）為１．１２8 ５，方程具體形式如下：

Ｈ＝３０．０３９０７９－４０．１８２０７８ｅ■

４．３導算地徑材積方程

將用地徑表達的胸徑、樹高估計值代入杉木二元材積方程Ｖ＝０．００００６５６７１Ｄ■■×Ｈ■，

即得到杉木人工林地徑一元材積表，其公式為：

Ｖ＝０．００００６５６７１×（－０．８０５０８９２４＋

０．８８４２３８７８Ｄ０．１）１．７６９４１２×（３０．０３９０７９－４０．１８２０７8×

ｅ■）１．０６９７６９

５兩種方法適用性檢驗

為檢驗兩種地徑一元材積表的適用性，用未參加編表的４０株樣木，將實測胸徑、樹高代入二元材積方程求出的材積視為真值（ｙ），將實測地徑代入兩種地徑材積方程求得的材積視為估計值（ｘ），分別對兩種方程作估計值和真值的差異顯著性置信橢圓Ｆ檢驗，并計算兩種材積方程的系統誤差、標準差、標準誤、絕對誤差、相對誤差及精度，計算公式如下：

ＦＡ＝■=■，

系統誤差＝■■■×100%，

標準差Ｓ′＝■，

標準誤Ｓｘ＝■，

絕對誤差Δ＝ｔ×Ｓｘ，

相對誤差Ｅ′＝■，

精度q＝（１－Ｅ′）。

兩種方法適用性檢驗結果見表３，從表３可見，兩種方法所建立的地徑材積方程都是適用的，都能滿足生產上的精度要求，且第二種方法的精度略高于第一種方法。據此，把地徑代人第二種材積方程編成杉木人工林地徑材積表，具體見表４。

６小結與討論

１）杉木人工林地徑與胸徑、樹高和材積呈緊密的相關關系，利用材積與地徑成對值直接編制地徑材積表，或利用地徑與胸徑、地徑與樹高關系式，由二元立木材積表導算出地徑材積表，其精度均能達到９８％以上，這能夠滿足林業生產所需的精度要求，可以作為工具數表使用。

２）在處理盜伐案件或伐木區檢查時，為估測人工林立木的材積，只需測量伐木的地徑，然后進行單徑階整化，查杉木地徑一元立木材積表即可得到立木材積值。

３）因編表數據來源于林分，故該地徑一元材積表主要應用于采伐林分的材積估測；測算四旁樹的采伐材積只可參考使用。