吉林省立木材积、出材率表电子化及其功能扩展
2020-07-17沙兴龙丛志亮崔新宇
王 贵，沙兴龙，丛志亮，崔新宇
(1.吉林省东辽县林业工作总站，吉林 东辽 136600；2. 吉林省东辽县国有林总场建安保护站 ，吉林 东辽 136608；3. 吉林省东辽县国有林总场梨树保护站 ，吉林 东辽 136619；4. 吉林省东辽县国有林总场白泉保护站， 吉林 东辽 136600)
1 引言
一元立木材积表是以树木平均胸径为自变量平均材积为应变量编制的数表，它不考虑树高对林木材积产生的影响。但是事实上林木的材积是受到树高，断面积，形数等诸多因素影响的。二元立木材积表就考虑了胸径和树高两个因素的影响，但二元立木材积表在使用的过程中会带来诸多不便，一般在保证调查作业要求所需测量精度的前提下更多的使用一元立木材积表[1]。
自2016年1月1日起，吉林省森林资源规划设计调查(二类调查)、林木采伐设计调查(三类调查)及森林资源档案管理等已采用原吉林省林业厅新编制并下发的《吉林省立木材积表和材种出材率表》查算蓄积量和出材率。
2 纸质版一元立木材积和材种出材率表用途范围
2.1 编表单元划分
根据森林资源分布、立地条件、林分状况等结合行政区域，将吉林省划分①地方Ⅰ：白山市市区、江源区、抚松县、靖宇县、临江市、长白县、长白森林经营局；通化市市区、通化县、集安市；安图县、和龙市、敦化市、汪清县、安图森林经营局；上营森林经营局；省蛟河实验管理局。②地方Ⅱ：柳河县、辉南县；磐石市、桦甸市、蛟河市；延吉市、图们市、龙井市；珲春市；辉南森林经营局。③地方Ⅲ：吉林市市区、舒兰市、永吉县；辽源市市区、东丰县、东辽县；梅河口市。④地方Ⅳ：四平市市区、梨树县、伊通县；公主岭市；松原市市区、扶余市、前郭县、长岭县、乾安县。⑤地方Ⅴ：长春市市区、九台区、双阳区、榆树市、农安县、德惠市。⑥地方Ⅵ：白城市市区、大安市、洮南市、通榆县、镇赉县：双辽市。⑦森工Ⅰ：红石林业局、露水河林业局、临江林业局、三岔子林业局、松江河林业局、八家子林业局、和龙林业局、敦化林业局、白河林业局、长白山保护局。⑧森工Ⅱ：泉阳林业局、白石山林业局、黄泥河林业局、大石头林业局、大兴沟林业局、天桥岭林业局、汪清林业局、珲春林业局、湾沟林业局等8个编表单元。
2.2 树种组的划分
根据吉林省的森林结构和各树种的生长规律及生物学特性，将树种(组)划分为①天然针叶I：红松(包括赤柏松)、云杉(包括鱼鳞云杉、红皮云杉)。②天然针叶II：臭松、落叶松、樟子松(包括樟子松、赤松、黑松、油松、长白松)、其他针叶。③天然阔叶I：水曲柳、胡桃楸、黄菠萝。④天然阔叶II：椴树、枫桦。⑤天然阔叶Ⅲ：柞树、黑桦。⑥天然阔叶IV：色树、榆树。⑦天然阔叶V：杨树、白桦。⑧天然阔叶VI：其他阔叶。⑨人工针叶I：人工红松(包括人工赤柏松)、人工云杉(人工鱼鳞云杉、、人工红皮云杉)。⑩人工针叶II：人工樟子松(包括樟子松、赤松、黑松、油松、长白松)、人工臭松、人工其他针叶。人工落叶松：人工落叶松。人工杨树：人工杨树(包括人工朝鲜柳)。没有编表的人工阔叶树查相应编表单元的人工杨树表。
3 量测位置及量测方法
(1)根径的量测。量测部位为树木水平根以上1 cm处，量测方法为用钢卷尺或轮尺在长短轴两个方向各量一次取其平均值作为平均根径。
(2)胸径的量测。量测部位为树木水平根(坡面上的树应在上坡量测)以上1.3 m处。用轮尺量测时把轮尺平端，使测尺、游动脚和固定脚必须与树干紧密相切，测定时先读数然后再从树干上取下轮尺[2]。树干形状不规整时，应测定其互相垂直的两个胸径，取其平均数为该树木的胸径测定值。用围尺量测胸径时应在胸高处量测两次，两次量测树木胸径值之差不能大于2 mm，否则应重新量测。
(3)用轮尺量测立木胸径时的材积称轮尺立木材积，用围尺量测立木胸径时的材积称围尺立木材积。
4 表格电子化的基础
所能实现的一元立木材积表和材种出材率表的电子化得益于编表说明中给出了详细的回归公式以及根、胸径之间的对应关系公式[3]。
4.1 立木材积计算方法
(1)利用树高式计算树高。
(1)
式(1)中：H为树高；D为直径；a,b,k为参数。
(2)利用二元材积式计算立木材积。
V=aDbHc
(2)
式(2)中：V为材积；D为直径、H为树高；a,b,c为参数。
4.2 调整树高曲线参数方法
材积表的编制是对整个编制单元平均水平的体现，由于受立地条件等环境因素影响，具体到某个单株或林分时会产生一定的误差，树高是体现立地条件差异的敏感因子，也是材积表产生误差的重要因子，在此给出调整树高方法[4]。
4.2.1 树高式参数调整原则
树高偏差小于10%(Pc≤10%)不调整。树高偏差大于10%且小于等于20%(10%
4.2.2 实际树高偏差的计算
在立木材积测定工作中，为提高立木材积计算的准确性，对树高明显异常树种(组)，采用测高器或实测树种(组)15株树高(最小径阶实测1株：中小径阶4株；中等径阶5株；中大径阶4株；最大径阶1株)，利用如下公式计算实测树高值与材积表理论树高值偏差。
(3)
式(3)中:Pc为树高偏差；Hi为实测树高值；H0为材积表理论树高值；N为实测树高株数。
4.2.3 树高式参数调整公式
a1=a×调整系数
(4)
b1=b×调整系数
(5)
式(4)、(5)中：a1、b1为调整后的树高式参数；a、b为编表单元使用的标准树高式参数。
4.3 出材率计算方法
(1)利用下列削度方程计算树干的削度。
式(6)中：Di为任意高度处直径(带皮、去皮)；D1.3为轮尺胸径(带皮、去皮)；H为全树高；Hi为树干上任意部位距树基的长度；a、b、c削度方程参数。
(2)利用下列公式计算树理论高值。
式(7)中：H为树高；D1.3为轮尺胸径；a、b、k为树高式参数。
(3)计算带皮全树干立木材积。
式(8)中：V为带皮活立木材积；H为树高；D1.3为胸径；a、b、c为带皮与带皮胸径削度方程参数。
(4)原条出材率。
利用下列公式计算原条长度：
(9)
式(9)中：H为树高；hi为原条长度即树干上任意既定直径di部位距树基的长度；di为小头去皮直径为6 cm；D1.3为胸径；a、b、c为去皮与带皮胸径削度方程参数。
利用下列公式计算原条材积
(10)
式(10)中：H为树高；hi为原条长度即树干上任意既定直径di部位距树基的长度；D1.3为轮尺胸径；a、b、c为去皮与带皮胸径削度方程参数。
利用下列公式计算原条出材率
(11)
原木出材率计算同原条出材率计算方法相同，只是大、中、小径木分别计算，这里不再赘述。
(5)原木造材损失率。
利用削度方程编制材种出材率表时，不能充分考虑树干病腐、弯曲、枝节、摔断等因素对原木出材率的影响，根据实际模拟造材估算原木平均造材损失率。
(12)
式(12)中：Pi为大径木出材率、中径木出材率、小径木出材率。
P原木∑Pi=(i=1、2、3)
(13)
(6)围尺胸径、根径出材率的计算。利用下列公式计算轮尺胸径、围尺胸径、根径之间的关系[5]。
D轮=a+bDi
(14)
式(14)中：D轮为轮尺胸径；Di为围尺胸径或根径；a、b为参数。
5 纸质版数表的局限性
5.1 携带和保管不便
纸质本体积大，单本体积24 cm×14.5 cm×3.5 cm，质量大，整本质量约0.8 kg，携带和保管都不是十分方便。
5．2 查找数据不够方便
由于涉及诸多用表单元、诸多树种(组)、多种测量方式，查找数据会浪费很多时间。
5.3 查找直径范围有限
括约材积表为2 cm(上限排外)计算材积，括约值最大可以查到60 cm，真值最大也只能查找到60.9 cm。对于超过上述最大直径的树木只能根据表末附录中给出的树高式和材积式自行计算，比较复杂和繁琐且容易产生错误。对于大批量的应用更需耗费大量的时间和精力，影响工作效率。
5.4 所需数据不能直接查得
原条、各材种出材率利用轮尺胸径查表；轮尺实测胸径小于8 cm不计算出材率。括约立木材积、出材率表中虽然列出了理论树高、原条出材率和原木材种出材率，但理论树高、原条出材率和原木材种出材率只是对应轮尺测量值的数据。不能在表中查得根径测量和围尺测量对应的理论树高、原条出材率和原木材种出材率。尤其是把这三种测量方式列在同一张表上，很容易造成查表人员误用，以为对应的根径测量方式和围尺测量方式的理论树高和原条出材率、原木材种出材率也是列在这张表上的数据。
6 电子材积表的优势
6.1 应用方便简单
我们电子化的材积表运用普及率高的Excel电子表格制作，电脑安装率高且上手容易，应用和扩展都十分方便，手机上安装相应软件也可直接使用。
6.2 查询数据方便快捷
只需选择“用表单元”、“树种组”、“测量方式”、“树高系数”后就可以在表中直接查得相应径阶的相应测量方式对应立木材积、理论树高、原条出材率和原木材种出材率。
6.3 功能可随意扩展
直径数值既可以输入括约值也可以输入真值查询数据，并且不受直径大小的限制，只要按需输入后就可以直接在表上查得，一目了然，十分方便(表1)。
表1 吉林省立木材积、出材率
由于此电子化的材积表是用Excel制作，可以方便扩展计算成批的测量数据或者计算样地的数据，实现功能无限扩展(表2)。
表2 样地数据测算
为了打印、查对方便，设计了能够打印到A4纸张并能够打印出来若干个直径的数表，方便外业快速查询使用。
