樟子松林分成熟年龄的研究

2021-04-08赵文学

林业勘查设计 2021年2期

赵文学

(黑龙江省林业和草原第一调查规划设计院，黑龙江牡丹江 157009)

现行的黑龙江省《森林采伐更新技术规程》规定樟子松人工林成熟年龄在41a-60a，因此，其采伐年龄在41a以上。按此规定能保证在单位时间单位面积上获得最高的木材产量，但对木材的品质、森林经营的投入与收益考虑不完全，这是在简化经营目的、忽略市场供需及木材价格变化的基础上得出的结论，其科学性、实用性有待考证。

林分采伐年龄不应该是固定不变的，它随立地条件、经营水平、利用方式、市场供需变化而变化。合理采伐年龄的研究是一项复杂而又重要的工作，要确定林分合理的采伐年龄就必须先探讨林分的成熟机理，在此基础上以经营目标为主导，以数量成熟、经济成熟为辅助来确定合理的采伐年龄。在樟子松人工林生长收获模型的基础上，开展樟子松削度方程、出材率表的研究，依此估算特定立地条件、初始密度下樟子松人工林的数量成熟、工艺成熟及经济成熟年龄，以期为本地区樟子松人工林合理采伐年龄的确定提供数据支撑。

1 数据模型与研究内容

1.1 数据模型

在前期发表的论文中作者在标准地调查的基础上建立了樟子松人工林径阶分布模型、密度动态预估模型和生长收获模型，具体如下：

径阶分布模型：

a=e0.5104+0.06126A-0.00021N；

b=e8.1358-0.05291SL-0.7348LnN；

c为经验值2.0893。

樟子松林分密度动态预估模型：

N2=N1exp[-(0.011+0.003SCI)(t2-t1)]

式中：N1、N2分别为时间t1、t2时林分每公顷株数；SCI林分地位级指数。

樟子松林分断面积、林分蓄积生长预估模型：

林分断面积BAS=7.648SCI0.4428exp(-6.7314(SDI/10000)-2.761t

林分蓄积VOL=BAS×TH(34.1346/(TH+48.6497)

其中：SCI——地位级指数；

SDI——为林分密度指数；

t——林分年龄；

TH——林分平均高。

1.2 削度方程的拟合与出材率表的估算

在柴河林业局樟子松人工林23个标准地选择46株平均木进行解析，测量基部直径、长度，按0.02H分段测量各处带皮、去皮直径，并按由大到小的顺序进行造材，按《国家木材标准》GB 142-84记录各径阶材种数量。参照相关研究选择修正Kozak方程作为樟子松的削度方程进行数据拟合，其数学式为:

其中：D——带皮胸径;

H——树高;

d——h高处去皮直径;

Z=h/H;

P——拐点高度，其余为需拟合参数。

2 结果与分析

2.1 削度方程的拟合求解

欲拟合的削度方程中包含参数P即拐点高度，本文利用标准地解析木数据，通过非线性回归模型参数估计方法对Max and Burkhart(1976)分段削度方程拟合，估算出樟子松人工林干形曲线的拐点高度P=0.0658。

利用Statistica统计分析软件对修正Kozak方程进行拟合，得到樟子松削度方程:

方程拟合的剩余标准差(Sy.x)为0.71524，相关指数(R2)0.98854，方程拟合结果满足统计分析精度要求。

2.2 樟子松出材率表的估算

林分材种出材率受立地条件、初始密度的影响较大，受篇幅限制只对立地指数20、初始密度4400株/hm2的樟子松各材种出材率进行估算。通过径阶分布模型、密度动态预估模型和生长收获模型预估林龄t时各径阶的株数分布，将各径阶胸径值代入削度方程求得相应小头去皮直径，按照《经济材种规格表》的规定，将小头去皮直径≧26cm的归为大径材，将小头去皮直径20～24cm归为中径材，小头去皮直径6～18cm归为小径材。利用区分断面积求积法计算各材种的材积，乘以各径阶株数即得出各材种的出材率(表1)。

表1 樟子松(SCI=20、初始密度=4400株/hm2)林分生长动态与出材率预估Tab.1 Estimation Table of Stand Growth Dynamics and Timber Yield of Pinus sylvestris var. mongolica Litv. (SCI=20, Initial Density=4400 trees/hm2)

从出材率来看，各径阶材的出材率随林龄变化呈单峰曲线，小径材、中径材和大径材的高峰期分别出现在林龄15年、45年和55年。立地指数、初始密度对各径材出材率有一定影响，如果以培育大径材为经营目标其采伐年龄应在50年以上。

2.3 樟子松人工林成熟年龄的估算

2.3.1 数量成熟龄

森林成熟可分为数量成熟、工艺成熟和经济成熟，其中数量成熟是指林分材积生长量达到最大时的年龄，从表1可以看出蓄积平均生长量最大值出现在林龄25年左右，通过蓄积连年生长量和出材率可以计算各径材的生长量，依此得出小径材、中径材和大径材的数量成熟龄分别为15年、31年和55年。

2.3.2 工艺成熟龄

工艺成熟又称利用成熟，是指林分目的材种平均生长量达到最大时的状态，与数量成熟相比，工艺成熟不仅考虑木材数量多少，而且还要考虑材种的规格和质量。确定林分工艺成熟龄有多种，借鉴相关研究方法，按照国家原条造材标准，分别以林分平均胸径达到6cm、20cm和26cm时的年龄作为小径材、中径材和大径材的工艺成熟龄。从表1平均胸径调查数据来看，樟子松(SCI=20、初始密度=4400株/hm2)林分小径材、中径材和大径材的工艺成熟龄分别为13年、30年和50年。

2.3.3 经济成熟龄

经济成熟是指林分生长达到经济收益最高时的状态，计算方法有土地期望价法、增值指数法、内部收益率法、净现值法等,其中净现值法在计算盈亏前先通过贴现率将不同时间的货币进行换算，充分考虑了货币的时间价值，因此，在实际操作中应用最为广泛，其数学表达式:

式中:Rt——年时的货币收入;

Ct——年时的货币支出;

i——贴现率=8%。

樟子松人工林经营的货币支出：整地为640.0元/hm2,种苗为0.25元/株,栽植管理人工费1400元/hm2,管护费为每年53.0元/hm2,采伐、运输及储存68元/m3。货币收入：以木材收入为主，其中大径材售价900元/m3；中径材售价770元/m3；小径材售价600元/m3。按公式计算各年的净现值结果见图1。

图1 樟子松(SCI=20、初始密度=4400株/hm2)林分净现值变化规律

从图1可以看出，0-8a时净现值为负值，说明此段时间木材经营的支出大于收益，随着林分蓄积量的增加，木材收益增大净现值逐步增大至峰值，而后随着经营周期的增大净现值逐步减少至负值。其峰值出现在林龄22年时，此时单位时间内木材经营的收益最大，因此，樟子松(SCI=20、初始密度=4400株/hm2)林分的经济成熟龄为22年。