黑龍江東南部天然次生林生長與收獲模型研究

魏 彪，戴 福，殷霈瑤，劉 影，金 虎，陸 瑩，趙禹寧

(1.黑龍江省牡丹江林業科學研究所，黑龍江 牡丹江 157009；2.黑龍江省穆棱林業局，黑龍江 穆棱 157009)

天然次生林在黑龍江省森林資源中占有重要的地位，其面積和蓄積占全省森林資源相應統計量的60%和50%左右，這些林分不但發揮著重要的生態效益，而且大量次生林的立地條件很好，有很好的經營利用前途。對該林分采取科學合理的保護和經營利用，可以大大提高林分質量、生產力和森林健康程度。現有天然次生林生產力很低，年平均生長率不足4%，而且存在結構不合理等問題[1-3]。林分生長和收獲模型，一直受到國內外林業研究者的高度重視，并且從提出以來，一直是研究熱點之一，因為林分生長和收獲模型具有多種重要用途：模型的預估結果為森林管理決策提供林木資源方面的依據；通過生長模型和經營模型實現資源數據的更新和檢測校對；對各種經營措施或林業工程的影響和效應進行評價評估；為采伐計劃提供基礎參考數據[4-8]。為此，本研究對黑龍江省東南部山區典型天然次生林特點進行研究，嘗試建立林分生長和收獲模型，作為研究該地區森林生長變化規律及預估林分生長量、收獲量的基礎手段，為資源保護和未來的經營利用提供基礎資料和技術參考。

1 試驗地資源概況

黑龍江省東南部山區分布著大量的天然次生林，特別是地處該區的穆棱林業局有著豐富的次生林資源，資源類型十分典型而且經營條件較好，有很大的經營價值，本研究以該地區為典型，開展天然次生林生長與收獲模型建模研究。試驗地地處黑龍江省東南部山區，施業區總面積為267530 hm2，有林地面積230470 hm2；活立木總蓄積2487萬m3。天然林蓄積1850萬m3，人工林蓄積350萬m3，森林覆被率為88.03%。森林經營經歷了多個發展階段，森林資源已經發生巨大的變化，已由原始林、成熟林占主體的森林轉變為中、幼齡林占主體的形式，間或擁有或分布一定數量的成熟木的天然次生林。從結構看，中幼齡林面積占94%。按林型計算，闊葉混交林占37.3%、針闊混交林占29.3%、針葉混交林占14.5%、其他占18.9%。采伐間隔期越來越短，頻繁短期輪伐，森林資源得不到休養生息，結構和質量發生了極大變化，森林資源的質量仍在下降。主要表現在樹種結構、徑階、密度、年齡、更新和針闊比重等不合理，由此也導致林地生產力較低，近期很難恢復到森林資源的原始風貌。

2 試驗內容與方法

2.1 試驗方法

本研究利用兩期固定樣地與臨時樣地每木檢尺數據，對天然楊樺混交次生林、天然云杉混交次生林、天然冷杉混交次生林的林分生長和收獲模型進行研究。2013年在穆棱林業局牛心山、樺樹河、代馬溝林場按照林分類型，每個林型建立長期固定經營試驗區，在試驗區內每個林型建立0.1 hm2固定樣地20塊，2018年對固定樣地進行復測。利用這些標準地調查數據對最近兩期二類調查數據進行修正。利用兩期調查數據和林業局二類調查360個小班數據，對各個林型的生長收獲方程參數進行估計，并利用20塊固定標準地中的20 m×5 m固定樣地數據對模型進行檢驗。根據計算得出的樹種組成和每木檢尺的結果，選取試驗區標準地外的林木作為解析木，計算生長過程曲線。

固定標準地不但作為模型檢驗數據來源，而且作為后期定向定株經營技術試驗的主要試驗地，主要固定標準地情況見表1。

2.2 模型選擇

選擇Sullivan和Clutter(1972)改進的Schumacher相容性林分生長與收獲模型[9-10]。

表1 固定標準地分布表

(1)

式中：b0～b5為模型待估參數；M2為未來林分蓄積量；SI為林分地位級指數；G1為林分現在胸高斷面積；t1為林分現在林齡；t2為林分未來林齡。

3 模型建立與檢驗

3.1 建模準備工作

將2013年、2018年固定樣地與臨時樣地資料經過整理建立數據庫，并編制微機程序計算固定樣地各調查因子。首先分樹種統計林分平均直徑、平均樹高、株數、斷面積、蓄積等，并根據各樹種的蓄積組成比例來確定林分的優勢樹種(組)。其次統計優勢樹種(組)年齡、林分優勢樹種平均直徑、林分優勢樹種平均樹高，在此基礎上計算地位級指數，林分每公頃株數、每公頃斷面積等統計量。

根據試驗區森林資源狀況，本研究主要對天然楊樺混交次生林、天然云杉混交次生林、天然冷杉混交次生林3個林分類型進行研究，根據2013年、2018年兩期數據得出試驗樣地內因子概況(表2～表4)。

表2 天然楊樺混交次生林樣地因子概況

表3 天然云杉混交次生林因子概況

表4 天然冷杉混交次生林因子概況

3.2 模型建立與檢驗

表5 3種林分地位指數方程擬合結果

表6 穆棱林業局3種林分類型基準年齡 a

第二步，由各優勢樹種的平均高生長曲線和基準年齡，可以計算各樣地的地位級指數，各樹種基準年齡的確定見表6。根據公式計算地位級指數：SCI=H×exp(b/t-b/tb)，式中：SCI為林分的地位級指數；H為林分平均高；t為林分年齡；b為參數；tb為基準年齡。

第三步，在得到地位級指數后，代入預估方程，并通過兩期數據的分析，建立相容性林分生長與收獲模型，模型形式見公式(2)，各林分類型擬合結果見表7。通過擬合結果分析各林分建立的相容性林分生長與收獲模型效果較好，相關系數都較好，達到85%以上。

(2)

式中：G1為現在林分斷面積；t1為現在林分年齡；SI為地位指數；M2為未來林分蓄積量；t2為未來林分年齡。b0、b1、b2、b3、b4均為參數。

3.2.2 模型檢驗 利用20塊固定標準地中的20 m×5 m樣地數據對模型進行檢驗，計算各種檢驗統計量，結果見表8。從表8可以看出：模型的標準誤差都很小，估計精度均達到85%以上，因此該模型可以用來預估3種林分未來的林分生長量和蓄積量。為該地區今后的森林經營與資源預估管理提供理論基礎。

表7 3種林分擬合結果和參數估計值表

表8 穆棱林業局各林型模型的檢驗結果

4 結論

一種模型的建立需要大量的數據和長期、多期數據的支撐和檢驗，更需要后續樣地調查數據的檢驗，因此，相關研究會持續進行，以期建立真正精確可用的林分生長收獲模型。