广东省马尾松林分生长过程的研究
摘要
：以广东省1995年二类森林资源调查数据为基础，结合马尾松生产力等级区划，进行马尾松林分生长过程研究，建立生长模型。研究结果表明：选择Richards equation 拟合最优，这种建模方法简单易行，精度可靠。
关键词：马尾松；林分生长模型；生产力等级区划
马尾松（Pinus massioniana
Lamb）是广东省主要造林树种之一，在用材林资源中占有重要地位。据1983年广东省森林资源调查数据显示，马尾松面积110.1万hm2
占全省用材林的28.6%，其蓄积2799.6万m3占用材林蓄积16.2%。随着中国加入WTO，六大林业工程的全面实施，广东造林绿化高潮的结束，林业二次创业启动，广东省林业正处于转轨重要时期，森林资源管理也面临着巨大的挑战。为了构建能反映广东森林资源真实变化的森林资源管理系统，提供制定林业发展政策和战略规划的科学依据，对广东省各主要造林树种（组）生长过程进行研究，建立各树种（组）的生长模型。广东是六大林业重点工程中的速丰用材林基地，而马尾松在广东用材林中占很重要的地位，所以，对马尾松林分生长过程研究建立生长模型，意义特别重大。在以往研究中，无论是建立何种收获模型，收集材料往往要消耗大量的人力、物力和财力。本研究主要利用现有的广东全省二类森林资源调查数据，另外进行部分补充调查，在此基础上以林分年龄为控制变量分别对马尾松不同生产力等级建立林分生长模型，这样既可节约没有必要的人力、物力和财力，又能依据生长模型及时、准确地对马尾松林分生长实现小班数据的全面更新和连续预测。
1 材料来源和整理
1.1材料来源
1995年广东省二类森林资源调查资料和补充调查资料，全省统计优势树种为马尾松的有84个县市区，小班总记录306358个。其中，每个小班记录主要包括地名、小班号、平均胸径、平均树高、公顷蓄积与年龄，还有其它相关的调查因子。利用这些森林资源调查资料建立马尾松林分生长模型。1.2马尾松生产力等级划分
由于广东省马尾松林分布范围广，各地的自然条件和立地条件不同，马尾松林木的生长差异较大，难以用单一生长模型对马尾松林分的生长过程进行描述，必须对马尾松林分进行生产力划分，然后建立模型。划分方法是利用聚类分析方法并结合已有的马尾松生产力等级划分（林业部林业区划办公室杉木马尾松树种区划研究协作组，1988）对全省各县市区进行区划，划分为最适宜区、适宜区、较适宜区三个等级（表1）。
适生区
表 1 马尾松生产力等级划分表
分 布
87
最适宜区
北江区 武江区 浈江区 仁化县 南雄市 始兴县 翁源县 曲江县
乐昌市 连平 平远县 英德 连山 连南 连州
新丰县 新丰江 紫金 从化市 源城 蕉岭县 大埔县 丰顺县 兴宁市 惠东县 龙门县 梅县 阳春市 信宜市 端州区
封开县 怀集县 清城 清新 高要市 广宁县 德庆县 清新 佛冈 揭西县 新兴县 罗定市 郁南县 五华县 博罗县 陆丰市 化州市 龙川
增城市 宝安区 惠阳县 新会市 台山市 开平市 恩平市 鹤山市 阳东县 高要市 番禺区 花都区 天河区 黄埔区 南澳县 澄海市 达濠区 惠城区 大亚湾 惠阳市 高明市 三水市 江城区 海陵区 白云区 潮阳市 海丰县 电白县 潮安县 饶平县 惠来县 普宁市 茂南区 遂溪县 廉江市 揭东县
适宜区
较适宜区
1.3数据处理
1.3.1广东省马尾松数据库建立
利用Visual FoxPro6.0
数据库软件从1995年广东省二类资源调查资料库中抽出全省各县市区优势树种为马尾松的小班，合并建立一个马尾松总数据库（其中也包括补充调查数据）。然后又按照上述划分的最适宜区、适宜区、较适宜区把相同等级的县（市、区）的小班从总数据库中拆分为三个数据库。1.3.2数据筛选
由于以上三个数据库存在异常值和缺失值，必须进行筛选剔除这些数据。具体方法是利用SPSS软件计算出每个年龄的树高、胸径和公顷蓄积的平均值和标准差，把超过平均值加减对应的一个标准差之外的数据当作异常值进行剔除掉。此外小班平均树高、平均胸径和公顷蓄积为零的值和缺失值也将其剔除。
2 生长模型的建立
2.1生长模型的预选〔1〕
大量研究表明，理想的生长模型必须满足以下三个主要条件：一是能够较准确地反映树高、胸径和蓄积的生长规律；二是必须在拟合过程中有较高的相关系数和较少参数；三是符合生物学特性。根据这三个条件对马尾松林分生长模型进行预选，选择的模型如下：
Richards equation y=a·〔1-EXP（-k·t）〕b 〔1〕
Mitscherlich equation y=a·〔1-EXP（-k·t）〕 〔2〕Logistic equation y=a／〔1+b·EXP（-k·t）〕 〔3〕
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Gompertz equation y=a·EXP〔-b·EXP（-k·t）〕 〔4〕
Allometric growth equation y=a·tb 〔5〕式中：y为林分平均树高、林分胸径或林分公顷蓄积；t为林分年龄；a、b、k均为待定的参数。
2.2模型拟合与选型〔2〕
利用SPSS软件对以上三个数据库的数据以县为单位分别各年龄计算林分平均树高、平均胸径和公顷蓄积建立相应的数据库，然后从中按10%随机抽取数据分别三个生产力等级拟合对应的林分平均树高、平均胸径和公顷蓄积与年龄关系的模型，计算出各方程的相关系数（表2）。
表2 马尾松林分生长模型拟合的相关系数结果方程相关系数（R）
最适宜区 适宜区 较适宜区
方程10.92755 0.91208
0.74830
方程2
0.92664 0.91201
方程30.74607方程4方程5
平均胸径
方程1方程2方程3方程4方程5
公顷蓄积
方程1方程2方程3方程4
89
测树因子
平均树高
0.91722 0.91222
0.74271
0.92278 0.91401 0.74592
0.92588 0.90539 0.73821
0.92942 0.92764 0.80730
0.92937 0.91580 0.80303
0.91068 0.91956 0.80209
0.92061 0.92576 0.80652
方程5
0.92777 0.90396 0.77694
0.83629 0.85210 0.67118
0.81513 0.83512 0.64571
0.82662 0.84797 0.66960
0.83436 0.85134 0.67156
0.79780 0.83302 0.62041
由表2中可以看出：在生长模型拟合的方程中，林分平均树高、林分平均胸径和公顷蓄积生长模型普遍以方程〔1〕的相关系数为最大，这个生长模型都具有良好的生物学特性，符合模拟要求，因此选择方程〔1〕作为马尾松林分生长模型（表3）。
测树因子平均树高
表3 马尾松林分生长模型拟合参数结果最适宜区适宜区较适宜区a=23.590541059a=14.993489742a=10.358068125k=0.018220619k=0.035299121k=0.039954159b=0.848391220b=1.046691800b=0.778811019a=46.500407421k=0.020630080b=1.048860217a=82.928146173k=0.107117129b=2.948969121
a=22.296612603k=0.073019789b=2.027685398a=81.331667941k=0.64800508b=2.55849465
a=17.333044468k=0.067595845b=1.454602410a=49.057839001k=0.113597468b=3.588511271
平均胸径
公顷蓄积
3 生长模型的适用性检验
3.1检验方法〔3〕
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采用随机抽取没有参加建模的数据作为实际值，检验模型理论值和实际值是否相符合？现假设yi=aY+b（Y表示理论值，yi表示实际值，a、b均为参数），用数理统计的方法对参数a和b的值进行线型回归估计，如果模型准确则理论值等于实际值，即参数a的值为1，b的值为0。
另外，由于在构建模型时已经保证了模型的生物学特性和逻辑性，故对以上模型还可以从精度及适用性两方面采用以下统计量进行检验：
平均相对误差：E=1／n∑（Y-yi）/Y 式中：Y表示理论值，yi表示实际值3.2检验结果
按照以上指标从数据库中抽取未用于建模的部分数据，利用SPSS软件对模型进行检验，检验结果见表4。由此可见适用性检验方程中参数a的值接近1，b的值也很小，所建生长模型误差小，在总体上可以描述马尾松林分生长过程，并且能够用于预测大面积整体林分的生长量。
表4 适用性检验结果数据表
R（相关系数）b
-0.64020.9526-0.59870.9432-0.75490.8627-0.85790.9468-0.39800.9287-0.76930.8593-0.67520.9358-0.59640.8978-0.92130.8675
最适宜区
适宜区
较适宜区
生长因子
平均树高平均胸径公顷蓄积平均树高平均胸径公顷蓄积平均树高平均胸径公顷蓄积
a1.09850.98760.95731.12571.02981.19831.06830.95671.0638
平均误差-0.119-0.298-0.459-0.169-0.097-0.697-0.216-0.359-0.825相对误差（%）-3.12-3.96-4.35-2.98-1.98-4.96-2.95-3.87-4.85
4 结论
(1)本研究是以广东省二类森林资源调查为基本数据同时进行部分数据补充调查，在马尾松生产力等级划分的基础上只以年龄单一因素为变量构建林分生长模型的，并没有将影响林分生长的立地质量、林分密度、经营措施等其他主要因素引入模型中，检验结果表明整个生长模型系统误差小，符合精度要求，可作为大范围的总体（如县、省级单位）进行林分生长过程的描述，预测森林资源动态变化；但不能用于小范围的经营单位（如小班地块）生长描述。
(2)从以上生长模型拟合的结果表明林分平均树高、林分平均胸径和公顷蓄积用Richards equation
描述为最优，此方程都具有很好的生物学特性和模拟精度，可以运用在林业资源经营管理实践中（如森林资源动态变化管理），为评定经营效果提供数量指标，为承包经营定额提供条件。
(3)本文这种建模方法简单易行，也是一种初步的探讨，有待于进一步的研究提高模型的合理性、简易性和科学性。
【参考文献】
[1] 孟宪宇 主编.测树学（第二版）〔M〕.北京：中国林业出版社，1996.193—200.
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科研课题报告_广东省马尾松林分生长过程的研究
