利用一类清查样地资料编制估测小班蓄积量数据模型的研究

徐 乐

(黑龙江省森林植物园，黑龙江 哈尔滨 150001)

我国目前的森林经理期为10年，由于在10年间隔期内森林资源发生了较大的变化，特别是经过人为活动后的小班森林资源，很难用常规的消长量去修改资源数据。所以，对森林资源的档案管理工作带来较大的麻烦。

从1976年开始，我国已经在全国各省(区)建立了国家级森林资源连续清查体系。我省有的市县已在省级清查体系基础上加密了固定样地，形成了县市级森林资源的清查体系。目前，这类森林资源清查的固定样地只是满足于每五年一次的复查需要。

为了充分发挥与挖掘森林资源一类清查固定样地的作用，通过用固定样地中的蓄积、胸径、株数等因子资料，研究与编制了县级体系的小班蓄积量回归方程。根据小班现状的平均胸径与株数的数据，代入回归方程可以估测小班现状蓄积量。

用数据模型估测小班蓄积量的方法，实际精度可靠，能够满足二类调查间隔期内小班森林资源修档的需要。同时，也可用于森林资源二类调查标准地练习估测标准地蓄积量及三类作业小班调查时的蓄积量估测。

1 资料来源

1)收集2010年嫩江市森林资源一类清查固定样地(0.06hm2)资料和2012年嫩江市森林资源二类调查目测资料。其中，森林资源一类清查固定样地共计110个，用作编制回归方程样地79个、对照样地31个。

2)固定样地立木蓄积量查1981年黑龙江省营林局《黑龙江省立木材积表》嫩江流域材积表。

2 研究方法

2.1 研究地自然概况

嫩江市位于黑龙江省西北部，地处东经124°44′30″～126°49′30″，北纬48°42′35″～51°00′05″。北依伊勒呼里山，与呼玛县交界；东接小兴安岭，与爱辉区、孙吴县、五大连池市毗邻；西邻嫩江，与内蒙古自治区莫力达瓦达斡尔族自治旗、鄂伦春自治旗隔江相望；南连松嫩平原，与讷河市接壤。总面积15109.2km2。嫩江市地处小兴安岭山地的过渡地带，市域最北端系大兴安岭与小兴安岭的结合部。东部紧靠小兴安岭，地势由东北向西南倾斜。地势的总特点是北高南低、东高西低。研究地位于该市次生林区，森林植被以蒙古栎、黑桦、白桦、山杨及兴安落叶松为主，人烟稀少生态环境良好。

2.2 资料处理

2.2.1 样地分类

按照本次研究的需要，将嫩江市79个一类清查固定样地资料，按林分类型分为：硬阔林与软阔林两类。又在两种类型中再按龄组分为：幼龄组、中龄组和近成过熟龄组。经过分类共划成六个类型，在嫩江市一类清查样地中有少量兴安落叶松分布，按类型合并在硬阔叶类型中。

1)硬阔叶类型(硬阔叶树种占五成以上)包括硬阔幼龄组、硬阔中龄组、硬阔近成过熟龄组。

2)软阔叶类型(软阔叶树种占五成以上)包括软阔幼龄组、软阔中龄组、软阔近成过熟龄组。

2.2.2 样地因子计算

分别以硬阔或软阔的龄组为单位，将样地按上述六个类型归类并进行因子的计算。样地因子主要内容包括：龄组、样地蓄积、平均胸径、1/2株距等四项。

1) 龄组=幼龄组、中龄组或近成过熟龄组 (以优势树种年龄确定)。

2)样地蓄积(m3)=0.06hm2中的每木胸径查一元立木材积表后的材积合计。

式中：di2——样地中每木胸径的平方;

n——样地内株数(在中龄组或幼龄组不包括散生木)。

2.3 研究方法

2.3.1S值确定

以41号样地(表1)为例计算S值：

表1 嫩江县森林资源一类清查41号固定样地因子计算Tab.1 Factor Calculation of Fixed Sample Plot No.41 of Forest Resources Inventory in Nenjiang County

根据上表数据，样地S值计算如下：

=1.15m

=13.2cm(0.13m)

=1.15m/0.13m

=8.8

2.3.2S值与材积相关性研究

在相同林分类型与相同龄组的样地S值与样地材积之间，经过研究分析具有高度的线性相关。

根据S值与样地材积的二组数据(表2)所示，采用ExceI的统计软件CORREL程序(具体数据内容详见表2中25组A=S值与B=样地材积),经过CORREL(A4:A28,B4:B28)计算，其相关数据为：r=-0.869599361

表2 嫩江0.06Ha样地硬阔中龄组Tab.2 Middle Age Group of Hard Broadleaf in Nenjiang 0.06Ha Plot

以上两者之间为高度线性相关：

(0.7≦〡-0.8695〡≦1.0)。

2.3.3S值与材积的函数关系研究

用坐标图将纵轴表示样地材积(m3)、横坐标表示(S)值，将表2中25组的每对数据(m3、S)落在坐标图中后，其每组散点即排列成明显b<0的幂函数曲线形状(图1)。

图1 嫩江县硬阔中龄组S值与材积回归曲线图Fig.1 Regression Curve between S Value and Volume of Hard Broad Leaved Middle Age Group in Nenjiang County

依照图1幂函数曲线图形，其样地0.06hm2材积方程式为：

m3= a·S^(-b)

2.3.4 材积方程式参数计算

1)首先将上述曲线方程式中各项取对数，换成为直线方程式：

则：logm3=loga+ blogS

上式的方程式的参数以嫩江市一类清查0.06hm2样地的硬阔中龄组的表3数据为例进行计算。

表3 嫩江硬阔中龄组数据Tab.3 Data of Middle Age Group of Hard Broadleaf in Nenjiang

2)表2的方程参数计算利用ExceI的统计软件INTERCEPT和SLOPE的程序进行。

通过INTERCEPT(I18:I42,H18:H42)程序计算：a=989.7302

通过SLOPE(I18:I42,H18:H42)程序计算：b=-2.1924

3)通过上述方法研究可以确定，在相同林分类型相同龄组的样地中，其S值与样地蓄积之间存在高度线性相关，同时两者之间又呈幂函数曲线分布。所以，根据S值通过材积方程式可以求得单位面积的可靠蓄积量数据。

3 研究结果

根据上述蓄积量方程式及参数值的研究，确定嫩江市六个林分类型和龄组的材积方程参数(表4)。

表4 嫩江市林分类型各龄组单位面积蓄积方程式Tab.4 Volume Equation per Unit Area of Stand Types of Different Age Groups in Nenjiang City

4 对照验证

为了验证固定样地蓄积量方程式与参数的可靠性，采用31块没有参加编制方程计算的嫩江市一类清查固定样地(0.06Ha)资料用作对照验证资料(表5)。

表5 嫩江市固定样地蓄积量对照Tab.5 Comparison Table of Fixed Sample Plot Volume in Nenjiang City

续表5 嫩江市固定样地蓄积量对照Tab.5 Comparison Table of Fixed Sample Plot Volume in Nenjiang City

表5中的固定样地估测的理论蓄积量的实际精度为85.8%至99.6%。平均实际精度为93.7%。足够满足国家(B级)测树因子“小班每公顷蓄积量”允许误差20%的标准要求[2]。

5 实际应用

5.1 确定目测蓄积与样地蓄积之比值

二类调查的林场目测小班蓄积量与一类清查样地蓄积量，两者之间存在一定差别。在固定样地编制的回归方程来估测小班蓄积时，须用小班目测蓄积与样地蓄积的比值进行修正。其比值用R表示。

(比值精确到小数后二位)

注：上式林场二类调查数据与固定样地数据应年限接近。

5.2 小班观测点设置

5.2.1 小班观测点选设

小班观测点的数量按照国家《森林资源规划设计调查主要技术规定》要求设定。3hm2以下，1～2个；4～7hm2，2～3个；8～12hm2，3～4个；13hm2以上，5～6个。小班观测点应在小班内有代表性地段上设置。

5.2.2 小班观测点调查

小班观测点上设置《株距法样点》进行调查。株距法样点调查比较简单，根据实际经验平均每个点仅5分钟可以完成。即按样点至最近的j株(j=1、2、…10) 样木距离由近至远顺序量测水平距离(样点至样木轴心的位置)(精确至0.01m)、胸径(精确至0.01m)及树种名称(图2)。

图2 嫩江7#株距法样地
Fig.2 Nenjiang No.7 Sample Plot with Plant Spacing Method

5.3 小班观测点因子计算方法

n——为小班内观测点的个数。

式中：Lj——为观测点至某株样(j)的水平距离(0.01m表示)。

Kj——为观测点(j)株的1/2株距修正值(Kj=1.0306×(j)-0.6306)

Kj值中的(j)即株距法样点至最近1-10株样木的序号。

n——为小班内观测点的个数。

5.3.3 小班观测点(S小)的计算

5.3.4 小班观测点树种组成计算

式中：W小——上式小班内所有观测点某树种占观测点内总株数的比重(用十分比表示。如：“7柞2白1黑”)。

Nj——为小班内所有观测点某树种株数。

M——为小班内所有观测点内树种总株数。

5.3.5 小班观测点优势树种龄组确定

根据小班观测点内优势树种平均胸径，目测优势树种年龄确定小班观测点的龄组。

5.4 小班因子估测(实例)

现以嫩江白云岱林场某有林地小班(6hm2)为实例计算小班观测点因子(表6)。

表6 小班观测点因子计算Tab.6 Calculation Table of Observation Point Factors in Small Class

依据上述表6“观测点平均值”数据计算该小班各因子：

1)小班观测点平均胸径

=(0.0802+0.0726+0.0862)/3

=0.0796

5)小班龄组确定：根据萌生的黑桦、柞树优势树种的平均胸径为7.9cm，年龄均超过20年至40年之间确定为中龄组。

6)白云岱林场R白=1.0099

7)根据上述因子取“硬阔中龄组蓄积回归方程”计算每公顷蓄积量:

m3/ha=(989.7302×S^-2.1924)/0.06

S代入方程：

=54.1597m3

6 结论

1)本方法的技术研究可以拓宽一类清查固定样地资料的使用途径。

2)根据以上研究证明用样地1/2株距与样地平均胸径之比的S值，与样地蓄积之间有着高度线性相关及函数关系。

3)通过对照验证，理论估测值的平均实际精度93.7%、最低实际精度85.8%，足够满足国家(B级)测树因子“小班每公顷蓄积量”允许误差20%的标准要求。

4)“株距法”测定林分平均胸径与1/2株距，原理科学可靠、操作简易方便、工作效率高。

5)本办法对森林资源档案的小班因子修改、标准地目测练习和作业小班调查等工作中均具有应用价值。