辽东地区日本落叶松林分直径分布规律研究

李红振

(辽宁省林业调查规划监测院，辽宁 沈阳 110122)

1 引言

林分直径结构是最重要的、最基本的林分结构[1]，林分直径结构不仅便于测量，而且是许多经营技术及测树制表技术理论的依据[2]。林分直径结构反映了各径阶林木的株数分布，其分布规律受到了国内外林业工作者关注,是研究的重点[3]。在同龄林中每株林木由于遗传性和所处的具体立地条件等因素的不同，林木的直径、树高、干型等基本特征因子有所差异。在正常条件生长下，会遵循一定的分布规律。关于林分直接结构的概率密度函数和累计分布的研究主要使用正态分布、β分布、weibull分布、负指数分布、对数正态分布、Logistic分布、倒J型对数分布、Richards分布等[4～9]。

日本落叶松是辽东山区最常用的造林树种，不仅具有巨大的经济价值，在水源涵养、森林游憩等生态方面也发挥着重要功能[10，11]。本文以抚顺市清源县、新宾县日本落叶松为研究对象，通过对其直径分布进行拟合，了解日本落叶松的直径分布规律，为今后的日本落叶松抚育技术提供可靠的技术支持和理论依据。

2 研究区概况

本研究区位于辽东地区抚顺市新宾县和清源县，地理坐标为123°39′42″～125°28′58″E，41°14′10″～42°28′32″N。该地区属于中温带湿润气候区，年平均气温6～9 ℃。该地区属于阴山东西复杂构造带的东延部分，地势较高且地形复杂。研究区域树长白植物系，兼华北植物群落，主要乔木树种有长白落叶松、日本落叶松、胡桃楸、水曲柳、紫椴、红松、云冷杉等，主要灌木树种有胡枝子、刺五加、假色槭等。草本植物主要有羊胡苔草、山茄子等。

3 研究方法

3.1 样地设置及数据采集

本研究区数据来源于抚顺市新宾县和清源县，根据不同立地条件、不同密度，设置12块具有代表性的日本落叶松纯林，标准地面积为正方形，面积为0.08 hm2。对每块标准地进行每木检尺(最小胸径为5 cm)，调查样地内胸径、树高、优势树种、冠幅等测树因子。各个标准地样地调查因子基本情况如表1所示。

表1 落叶松标准地林分调查因子

3.2 Weibull分布函数

各林分直径分布曲线的具体形状略有差异，但都具有一定的分布规律，选择合适的直径概率分布函数对拟合林分直径概率分布至关重要。Weibull分布由Beiley等[12]首次运用到林业领域中，用来描述林分直径以来，该分布在研究林分结构显示出较大的灵活性和较强的实用性，是目前比较理想的一种拟合林分直径结构的分布函数。其分布函数的概率密度函数为：

(1)

式(1)中：a为位置参数(直径分布最小径阶下限值)，b为尺度参数，c为形状参数。形状参数尤为重要，取值不同其分布类型不同。

3.3 Weibull分布参数求解

利用Weibull分布函数拟合林分直径分布，一般参数a为林分直径分布最小径阶下限值，对于参数b、c的求解方法较多，本研究利用最大似然估计法求解，在拟合林分直径分布时[13,14]，其求解公式为：

(2)

(3)

式(2)、(3)中：fi为第i径阶林木株数，k为径阶个数。

3.4 模型检验

在确定模型参数a、b、c后，求出标准地林木直径的Weibull分布各径阶的理论株数值，进行χ2检验。χ2检验公式为：

(4)

式(4)中：xi为第i径阶实测株数，yi为第i径阶理论株数，n为径阶数。

4 结果与分析

4.1 直径概率分布拟合

Weibull直径分布模型参数结果见表2。由表2可知，样地1号、2号、3号、4号、6号、7号、8号、9号、10号、11号、12号的Weibull分布函数拟合效果较好，Weibull分布模型通过率达到91.67%。表中列出了12块样地的拟合参数和拟合精度，在同龄林中，直径分布形状随着林分年龄的增加而变化，随着林分直径的增加，林分直径分布越趋向于正态分布，林分直径越小，越趋向于左偏。其中除9号、10号样地外，其余形状参数均为1

表2 日本落叶松参数模型估计与检验

4.2 拟合检验

图1 日本落叶松12块样地weibull直径分布模型拟合结果

5 结论

Weibull分布具有可塑性大、准确性高、适应性广等独特的优越性，能较好地拟合 不同偏度、峰度的单峰山状曲线，又可以拟合J型曲线[15]。本文以日本落叶松为研究对象，利用Weibull分布模型对日本落叶松直径分布规律进行模拟，Weibull分布模型通过率达到91.67%。除了样地5外，其余的样地都符合Weibull直径分布。由此可见，Weibull分布可以很好地描述日本落叶松直径部分。日本落叶松在林龄很小的时候，呈现反“J”型分布，达到一定林龄后，直径分布规律都趋向于正态分布。通过拟合检验可知，模型的R2在0.823～0.993之间，拟合效果较好。本文通过对日本落叶松的直径分布规律进行拟合，了解日本落叶松的直径分布规律，为今后的日本落叶松抚育技术提供可靠的技术支持和理论依据。