西藏林芝云杉樹高曲線模型研究

尹惠妍　張志偉　楊小林　蘇衛(wèi)靜　楊光

摘要：以西藏林芝地區(qū)米林縣南伊溝的林芝云杉為研究對(duì)象，采用樣地調(diào)查的方法，選取260株樣木數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，對(duì)6種林芝云杉樹高曲線模型進(jìn)行擬合，另外選取40株樣木用于模型檢驗(yàn)。結(jié)果表明，本研究區(qū)域林芝云杉的最優(yōu)樹高曲線模型為Gompertz模型，該模型的決定系數(shù)高，各項(xiàng)誤差評(píng)價(jià)指標(biāo)值小。多項(xiàng)式模型、雙曲線模型擬合效果較好。林芝云杉的胸徑與樹高存在緊密的聯(lián)系，在林業(yè)工作中可利用林木的胸徑值與樹高值擬合出樹高曲線模型，減輕樹高測(cè)量工作，提高精度，并為林木材積、生物量等研究提供支持。

關(guān)鍵詞：林芝云杉;樹高模型;精度檢驗(yàn);殘差分析

中圖分類號(hào)： S758.5+4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2020）02-0150-05

收稿日期：2018-10-13

作者簡(jiǎn)介：尹惠妍（1988—），女，山東濱州人，碩士，講師，主要從事森林經(jīng)營(yíng)管理及3S技術(shù)應(yīng)用研究。E-mail：huiyanyin@163.com。

通信作者：張志偉，碩士，講師，主要從事水土保持及荒漠環(huán)境演變研究。E-mail：aiwoweige@163.com。

林業(yè)研究的野外調(diào)查涉及到眾多的基本測(cè)樹因子及林分調(diào)查因子，如胸徑、樹高、材積、樹種組成和立地質(zhì)量等，各調(diào)查因子之間均存在著緊密的相關(guān)關(guān)系，但其中最重要的因子是樹高和胸徑。樹高和胸徑是可以直接測(cè)定的基本測(cè)樹因子，也是衡量林分生長(zhǎng)的2個(gè)重要指標(biāo)。胸徑-樹高模型具有重要的生物學(xué)意義[1]，是研究胸徑、樹高之間關(guān)系的重要方法，對(duì)于林業(yè)科研及生產(chǎn)具有指導(dǎo)意義。樹高-胸徑模型不僅可以用于求算林分各徑階所對(duì)應(yīng)的平均樹高，而且為樹干材積的估算、林分蓄積量的統(tǒng)計(jì)以及編制材積表提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對(duì)評(píng)價(jià)林分立地質(zhì)量具有重要意義。

林芝云杉（Picea likiangensis var. linzhiensis Cheng et L.K.Fu）是西藏林芝地區(qū)的特有樹種，為松科云杉屬麗江云杉的變種[2]，生長(zhǎng)于海拔2 900～3 700 m 的地區(qū)，主要生長(zhǎng)在藏東南地區(qū)，分布較多的區(qū)域?yàn)榱种ナ械拿琢挚h、朗縣、工布江達(dá)縣及波密縣的部分地區(qū)，山南的隆子縣、錯(cuò)那縣、洛扎縣以及昌都的部分地區(qū)。林芝云杉木材纖維素含量高，材質(zhì)細(xì)而均勻、紋理通直，松脂含量少，品質(zhì)系數(shù)高，是優(yōu)質(zhì)的用材樹種。另外，林芝云杉在構(gòu)建高原生態(tài)屏障及維護(hù)生態(tài)環(huán)境等方面具有重要作用。已有林業(yè)學(xué)者對(duì)林芝云杉的生物量及生產(chǎn)力[3]、水文[4]特征等方面做過相關(guān)的研究，本研究旨在探討林芝云杉的樹高曲線模型，以便為材積及生物量等方面的研究提供基礎(chǔ)，為深層次的森林資源經(jīng)營(yíng)管理提供基礎(chǔ)依據(jù)。

1 研究材料

1.1 研究區(qū)概況本研究涉及的范圍主要為林芝地區(qū)米林縣林芝云杉分布較多的南伊溝周邊區(qū)域，該區(qū)域?qū)賮喐咴瓬貛О霛駶?rùn)季風(fēng)氣候，平均海拔約為2 900 m，年平均氣溫8.6 ℃，最低月（1月）平均氣溫為0.2 ℃，最高月（7月）平均氣溫16 ℃，年降水量702 mm，78%的雨水集中在5—9月。主要樹種資源有林芝云杉（Picea likiangensis var. linzhiensis Cheng et L.K.Fu）、冷衫[Abies fabri （Mast.）Craib]、樺樹（Betula）、川滇高山櫟（Quercus aquifolioides Rehd. et Wils.）、藏川楊（Populus szechuanica C.K.Schneid. var. tibetica C.K.Schneid）、高山松（Pinus densata）、落葉松[Larix gmelinii （Rupr.） Kuzen.]等數(shù)十種，開發(fā)利用價(jià)值較大。

1.2 樣地設(shè)置

該研究根據(jù)不同的氣候及立地條件，在對(duì)林芝云杉分布集中區(qū)域的典型地段進(jìn)行全面踏查的基礎(chǔ)上，隨機(jī)設(shè)置 20 m×20 m的樣地。用GPS對(duì)樣地進(jìn)行定位，并測(cè)量樣地的各項(xiàng)環(huán)境因子。按照林業(yè)調(diào)查的相關(guān)要求對(duì)樣地內(nèi)的林芝云杉進(jìn)行每木檢尺，并記錄樹高和胸徑的實(shí)測(cè)值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理，刪除重復(fù)數(shù)據(jù)，用3倍標(biāo)準(zhǔn)差篩選剔除異常值[5-6]，共保留300株樣木數(shù)據(jù)，從300株樣木數(shù)據(jù)中按徑階等比抽樣法選取260株樣木數(shù)據(jù)用于模型擬合，另外40株樣木用于模型檢驗(yàn)。所有測(cè)量樣木的樹高、胸徑情況如表1所示。對(duì)收集的300株樣木按2 cm一個(gè)徑階分組，統(tǒng)計(jì)每個(gè)徑階內(nèi)樹木的樹高分布情況如表2所示。本研究主要利用Excel、SPSS以及Forstat對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析。從表1可以看出，建模數(shù)據(jù)中，林木樹高平均值為 13.43 m，介于5.44～37.85 m;林木胸徑平均值為25.38 cm，介于10.69～76.58 cm。從表2可以看出，林木的胸徑分布呈現(xiàn)為具有平均胸徑的林木株數(shù)比例最大，隨著胸徑數(shù)值的增加，林木株數(shù)比例逐漸減小，林木樹高的分布也呈類似規(guī)律。

2 研究方法

2.1 相關(guān)性分析

為研究區(qū)域內(nèi)林芝云杉的胸徑與樹高2個(gè)基本測(cè)樹因子之間的相互影響程度，利用SPSS軟件對(duì)兩者進(jìn)行相關(guān)性分析[7]。從表3可以看出， 本研究的林芝云杉胸徑與樹高2個(gè)因子呈極顯著相關(guān)（P<0.01）。

2.2 繪制樹高曲線

為客觀反映胸徑與樹高的關(guān)系，需將兩者點(diǎn)繪到二維坐標(biāo)系中，以便得到直觀的關(guān)系曲線。在二維平面坐標(biāo)系中以縱坐標(biāo)表示樹高，橫坐標(biāo)表示胸徑，將建模樣木的所測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)繪于坐標(biāo)圖上，根據(jù)散點(diǎn)圖的分布趨勢(shì)繪一條均勻圓滑的曲線（圖1），該曲線可直觀地反映出樹高隨胸徑的變化趨勢(shì)，這條曲線即為樹高曲線[8]，將繪制出的樹高曲線與下文中模型擬合的曲線進(jìn)行對(duì)比。

2.3 模型選擇

從國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)中，選取擬合效果好的6種樹高曲線模型作為備選模型[9]，包括線性模型和非線性模型[10-11]，各模型如表4所示。