塞罕坝地区樟子松立木材积表研究

许 晴，李晓莎，许中旗，张 岩，张 菲，程 顺，崔同祥

(1.河北农业大学林学院，河北省林木种质资源与森林保护重点实验室，河北保定071000;2.塞罕坝机械林场，河北围场068450)

塞罕坝地区樟子松立木材积表研究

许 晴1，李晓莎1，许中旗1，张 岩2，张 菲2，程 顺2，崔同祥2

(1.河北农业大学林学院，河北省林木种质资源与森林保护重点实验室，河北保定071000;2.塞罕坝机械林场，河北围场068450)

基于塞罕坝地区的实测数据建立了该地区樟子松人工林的二元材积模型、一元胸径立木材积模型和一元地径立木材积模型，分别为 V=0.00006938D1.763H1.037(R2=0.997)、V=0.000123D2.494(R2=0.970)和 V= 0.00001235D3.017(R2=0.950)。通过以上模型建立了该地区的二元立木材积表、一元胸径立木材积表和一元地径立木材积表。t检验表明，以上材积表在该地区有良好的适用性。该地区的二元立木材积模型与大兴安岭地区及辽宁地区的樟子松立木材积模型有明显差异，对于分布于不同地区的相同树种应分别建立不同的材积表。

樟子松;二元立木材积表;一元立木材积表;塞罕坝地区

立木材积表是林业的基本数表之一，也是林业调查规划设计的重要工具。按查定材积需测立木因子(胸高、树高、干形)的数量不同而分三元、二元和一元材积表，其中，二元材积表最为常用，一元材积表因为数据获取相对容易，应用也较为广泛。樟子松(Pinus sylvestris var．mongolica)具有耐寒、耐旱、耐瘠薄等特征，尤其能适应干旱的山脊、阳坡，以及较干旱的沙质土壤，因此，在我国北方地区具有广泛的分布［1］。樟子松是塞罕坝林区重要的造林树种，种植面积达到9 354hm2。该地区樟子松林多为20世纪60—70年代营造，目前已进入林分经营和收获的关键阶段，需要建立立木材积表指导樟子松的经营与生产。目前已有大兴安岭地区和辽宁地区的樟子松材积表的发表［2－3］，但是樟子松在不同地区生长特征会有明显差异［4］，这些材积表难以在本地区推广使用。在20世纪90年代，塞罕坝地区建立了自己的樟子松林立木材积表［5－6］，但是当时该地区樟子松的年龄相对较小，其胸径及树高都比较小，已不能满足当前本地区樟子松林经营生产的要求，需要编制新的立木材积表。本研究以塞罕坝地区的樟子松林为研究对象，编制该地区樟子松林的立木材积表，为该地区樟子松人工林的合理经营提供科学依据。

1 研究地概况

塞罕坝机械林场(42°02'～42°36'N、116°51'～117°39'E)位于河北省最北部，分为坝上、坝下两部分。坝上是以丘陵、曼甸为主，海拔1 500～1 940m;坝下典型的山地地形，海拔 1 010～1 500m。该地区气候属于半干旱半湿润寒温性大陆季风气候，春秋季短而干燥多风，冬季气温寒冷而漫长。年平均气温为 －1.2℃，最高气温为33.4℃，最低气温为－43.3℃，年无霜期平均59d，年均降水量为452mm。该地区常有大风、干旱、风沙、霜冻等灾害性天气。塞罕坝林区土壤主要为灰色森林土、山地棕壤和风沙土3种。该地区的森林类型主要有华北落叶松人工林、樟子松人工林、杨桦天然次生林、蒙古栎林等。

该林场自1962开始引种樟子松，1968年开始进行大面积造，现有樟子松人工林面积已达9 354hm2，为该林场分布面积最广的2种森林类型之一，已成为该林场主要的森林经营类型。

2 研究方法

2．1 林分样地

2014年8—9月份，在前期调查和实地考察基础上，针对塞罕坝机械林场的樟子松人工林林分情况，用典型取样的方法，在塞罕坝机械林场所属的大唤起林场、千层板林场、北曼甸林场、三道河口林场，选取不同年龄(10!45a生)、不同立地条件、不同林分密度的樟子松林，设置样地28块，样地面积为600m2。在每一样地内进行每木检尺，调查内容包括坐标、胸径、树高、枝下高、冠幅等。胸径采用胸径尺，树高采用勃鲁莱测高器，冠幅采用皮尺进行测定。同时调查每块样地的地理坐标、海拔、土层厚度等指标。在样地调查的基础上，实际获取解析木26株。同时收集当地的已有的解析木数据134株，共获得解析木数据160株。

2．2 二元材积表编制方法

将获得的160株解析木分成两组，分别为93株和67株，其中93株用来建立二元材积模型，另外67株用来进行模型的验证。采用的模型有以下几种:

式中:a，b，c，d均为常数;V为材积;D为胸径; H为树高。

用以上模型进行拟合，最后选择决定系数最大，同时剩余残差最小的模型来编制二元立木材积表。

2．3 一元材积表的编制

采用与二元材积表相同的取样和验证方法，采用模型V=aDb，建立一元胸径材积表和一元地径材积表。

2．4 数据统计

数据的统计及拟合全部采用统计分析软件SPSS Statistics 22来完成。

3 结果与分析

3．1 二元材积表的编制

3．1．1 模型选择

由图1可以看出，樟子松的材积与树高及胸径回归关系的决定系数分别达到了0．960 5和0．97，说明树高及胸径对樟子松材积的解释量分别达到了96．05%和97．00%，可以建立樟子松材积与胸径及树高的回归模型。

图1 樟子松材积与树高及胸径的回归关系Fig．1 The regression relationships between the Scotch Pine volume，height and DBH

利用解析木数据建立单株材积与胸径和树高的回归模型。不同回归方程的决定系数及剩余残差如表1所示。

表1 不同模型决定系数及残差平方和Tab．1 The coefficient of determination and residual sum of squares of different models

由表1可知，以模型(1)和模型(6)的决定系数最大，都达到了0．997，同时残差平方和最小，都为0．006。比较而言，模型(1)的形式更为简洁，因此采用模型(1)来编制塞罕坝地区的立木材积表，樟子松二元材积表的计算公式则为:

V=0．00006938D1．763H1．037

R2=0．997

式中:V为单株材积，D为胸径，H为树高。由上式得到塞罕坝地区樟子松林的二元立木材积表(表3)。

3．1．2 二元材积表的适用性检验

为了进一步验证材积表的适合程度，用67株解析木数据，对模拟单株材积及实际单株材积进行t检验，检验材积表的适用性。检验结果如表2所示。由表2可以看出p=0．612，说明实测值和模拟值差异不显著，材积表具有良好的适用性。

表2 实际值与模拟值的t检验Tab．2 T test between simulation results and measured values

3．2 一元材积表的编制

目前已发表的一元材积表的编制多采用模型V=aDb［3］，因此本研究也采用该模型。由SPSS的非线性回归得到樟子松的一元胸径材积模型式:

V=0．000123D2．494

R2=0．970，残差平方和为0．059。

由一元胸径材积模型得到一元胸径立木材积表(表4)。用67株解析木数据，对模拟单株材积及实际单株材积进行t检验，检验结果如表5所示。由表5可以看出p=0．147，说明实测值和模拟值差异不显著，材积表具有良好的适用性。

表4 塞罕坝地区樟子松人工林一元胸径立木材积表Tab．4 One way volime table on DBH of Scotch Pine in Saihanba area

表5 一元材积模型模拟值与实际值的t检验Tab．5 T test between simulation results through one way volume model and measured values

采用与一元胸径材积模型相同的方法得到一元地径材积模型为:

V=0．00001235D3．017

R2=0．950，残差平方和为0．122。

由一元地径材积模型建立樟子松一元地径材积表(表6)。用解析木数据对模拟单株材积及实际单株材积进行t检验，检验结果如表5所示。由表5可以看出p=0．293，说明实测值和模拟值差异不显著，该材积表具有良好的适用性。

表6 塞罕坝地区樟子松人工林一元地径立木材积表Tab．6 One way volume table on ground diameter of Scotch Pine in Saihanba area

4 讨论与结论

4．1 讨论

樟子松是一个优良用材树种，同时具有耐寒、耐旱、耐瘠薄等特征，因此在中国北方地区具有广泛的分布。但是由于各地的生态条件具有较大差异，其生长特征也表现出明显不同，导致各地樟子松的树干表现出不同的形态特征。因此，一个地区得到樟子松材积表难以在其他地区推广应用。宫淑琴等［3］曾构建的大兴安岭地区樟子松人工林二元材积模型为 V=0．0000966D1．8146H0．8276，张日升等［2］曾构建辽宁地区的樟子松林的二元立木材积模型为V=0．000115923D1．9170H0．6251，本文得到的塞罕坝地区樟子松的二元材积为V=0．00006938D1．763H1．037(R2=0．997)。由比较可以看出，3个地区樟子松的立木模型有很大差别，尤其是树高在材积的计算中的作用，塞罕坝明显高于另外两个地区，这在一定程度上反映了几个地区樟子松生长的差异。塞罕坝地区的樟子松在胸径相同的情况下，具有更大的树高，说明该地区的樟子松的生长优于另外两个地区，这在其他的研究中也已得到证实［5］。同时，不同地区材积模型存在较大差异也说明，在一个地区得到的材积表或材积模型在其他地区的适用性较差，因此，各个地区应建立当地的立木材积表，而不能直接使用其他地区的材积表。

4．2 结论

1)本文根据塞罕坝地区的实测数据建立了该地区樟子松人工林的二元及一元立木材积模型，分别为V=0．00006938D1．763H1．037(R2=0．997)和V= 0．000123D2．494(R2=0．970)，经检验，3个模型都有较高的适用性。通过该模型建立了该地区的二元立木材积表和一元立木材积表。

2)该地区的二元立木材积模型与大兴安岭地区及辽宁地区的樟子松立木材积模型有较大差异，从材积模型的差异可以反映出塞罕坝地区的樟子松生长优于其他两个地区。

3)不同地区同一树种的生长形态会有很大差异，一个地区建立的材积表在其他地区的适用性较差，不同地区应建立当地的立木材积表。

［1］张振军．郁闭樟子松林抚育间伐的综合效应分析［J］．防护林科技，2014(10):73－74．

［2］张日升，于洪军，王国晨，等．辽宁樟子松人工林二元材积表的编制［J］．辽宁林业科技，2004(6):22－24．

［3］宫淑琴，刘东兰．大兴安岭地区樟子松人工林材积表的编制［J］．林业资源管理，2002(5):31－32．

［4］李晓莎，楚聪颖，许中旗，等．塞罕坝地区樟子松林生物量研究［J］．河北林果研究，2016，31(3):226－230．

［5］张向忠．樟子松二元材积模型的研究［J］．河北林学院学报，1995，10(4):335－337．

［6］赵亚民．塞罕坝林场主要树种一元立木地径材积表的编制［J］．河北林学院学报，1993，8(3):223－228．

Study on the Volume Table of Scotch Pine in Saihanba Aera

XU Qing1，LI Xiaosha1，XU Zhongqi1，ZHANG Yan2，ZHANG Fei2，CHENG Shun2，CUI Tongxiang2
(1.Key Laboratory of Genetic Resources of Forest and Forest Protection of Hebei Province，College of Forestry，Agricultural University of Hebei Baoding Hebei 071000;2.Sanhanba Mechanical Forest Farm，Weichang，Hebei 068450，China)

Based on the data measured in the Saihanba area，standard volume model，one-way tree volume model of DBH and one-way tree volume model of ground diameter were established，which were V=0．00006938D1．763H1．037(R2=0．997)，V=0．000123D2．494(R2=0．970)and V=0．00001235D3．017(R2= 0.950)，respectively.Based on the above models，the standard volume table，one-way tree volume table of DBH and one-way tree volume table of ground diameter are constructed.The t-test showed that the above volume tables had good applicability in the area.And there was a significant difference between the standard volume model in the Saihanba area and tree volume model of Scotch pine in Daxinganling and Liaoning areas.So different volume tables should be established for the same tree species distributed in different areas.

Scotch Pine，binary volume table，unitary volume table Saihanba area

S757.2

A

1002－6622(2017)01－0057－06

10．13466/j．cnki．lyzygl．2017．01．011

2016－10－07;

2017－01－03

河北省林业科学技术研究应用研究类指导性计划项目(1416464);河北省科技厅科技支撑项目(10236728);中国科学院战略性先导科技专项(XDA05050203－02－01)

许晴(1972－)，女，广东饶平人，实验师，学士，主要从事植物与土壤养分研究。Email:xuq7205@sohu.com

许中旗(1971－)，男，河北人，教授，主要从事森林生态学研究。Email:xzq7110@163.com