吉林省立木材積、出材率表電子化及其功能擴展

王 貴，沙興龍，叢志亮，崔新宇

(1.吉林省東遼縣林業工作總站，吉林 東遼 136600；2. 吉林省東遼縣國有林總場建安保護站 ，吉林 東遼 136608；3. 吉林省東遼縣國有林總場梨樹保護站 ，吉林 東遼 136619；4. 吉林省東遼縣國有林總場白泉保護站， 吉林 東遼 136600)

1 引言

一元立木材積表是以樹木平均胸徑為自變量平均材積為應變量編制的數表，它不考慮樹高對林木材積產生的影響。但是事實上林木的材積是受到樹高，斷面積，形數等諸多因素影響的。二元立木材積表就考慮了胸徑和樹高兩個因素的影響，但二元立木材積表在使用的過程中會帶來諸多不便，一般在保證調查作業要求所需測量精度的前提下更多的使用一元立木材積表[1]。

自2016年1月1日起，吉林省森林資源規劃設計調查(二類調查)、林木采伐設計調查(三類調查)及森林資源檔案管理等已采用原吉林省林業廳新編制并下發的《吉林省立木材積表和材種出材率表》查算蓄積量和出材率。

2 紙質版一元立木材積和材種出材率表用途范圍

2.1 編表單元劃分

根據森林資源分布、立地條件、林分狀況等結合行政區域，將吉林省劃分①地方Ⅰ：白山市市區、江源區、撫松縣、靖宇縣、臨江市、長白縣、長白森林經營局；通化市市區、通化縣、集安市；安圖縣、和龍市、敦化市、汪清縣、安圖森林經營局；上營森林經營局；省蛟河實驗管理局。②地方Ⅱ：柳河縣、輝南縣；磐石市、樺甸市、蛟河市；延吉市、圖們市、龍井市；琿春市；輝南森林經營局。③地方Ⅲ：吉林市市區、舒蘭市、永吉縣；遼源市市區、東豐縣、東遼縣；梅河口市。④地方Ⅳ：四平市市區、梨樹縣、伊通縣；公主嶺市；松原市市區、扶余市、前郭縣、長嶺縣、乾安縣。⑤地方Ⅴ：長春市市區、九臺區、雙陽區、榆樹市、農安縣、德惠市。⑥地方Ⅵ：白城市市區、大安市、洮南市、通榆縣、鎮賚縣：雙遼市。⑦森工Ⅰ：紅石林業局、露水河林業局、臨江林業局、三岔子林業局、松江河林業局、八家子林業局、和龍林業局、敦化林業局、白河林業局、長白山保護局。⑧森工Ⅱ：泉陽林業局、白石山林業局、黃泥河林業局、大石頭林業局、大興溝林業局、天橋嶺林業局、汪清林業局、琿春林業局、灣溝林業局等8個編表單元。

2.2 樹種組的劃分

根據吉林省的森林結構和各樹種的生長規律及生物學特性，將樹種(組)劃分為①天然針葉I：紅松(包括赤柏松)、云杉(包括魚鱗云杉、紅皮云杉)。②天然針葉II：臭松、落葉松、樟子松(包括樟子松、赤松、黑松、油松、長白松)、其他針葉。③天然闊葉I：水曲柳、胡桃楸、黃菠蘿。④天然闊葉II：椴樹、楓樺。⑤天然闊葉Ⅲ：柞樹、黑樺。⑥天然闊葉IV：色樹、榆樹。⑦天然闊葉V：楊樹、白樺。⑧天然闊葉VI：其他闊葉。⑨人工針葉I：人工紅松(包括人工赤柏松)、人工云杉(人工魚鱗云杉、、人工紅皮云杉)。⑩人工針葉II：人工樟子松(包括樟子松、赤松、黑松、油松、長白松)、人工臭松、人工其他針葉。人工落葉松：人工落葉松。人工楊樹：人工楊樹(包括人工朝鮮柳)。沒有編表的人工闊葉樹查相應編表單元的人工楊樹表。

3 量測位置及量測方法

(1)根徑的量測。量測部位為樹木水平根以上1 cm處，量測方法為用鋼卷尺或輪尺在長短軸兩個方向各量一次取其平均值作為平均根徑。

(2)胸徑的量測。量測部位為樹木水平根(坡面上的樹應在上坡量測)以上1.3 m處。用輪尺量測時把輪尺平端，使測尺、游動腳和固定腳必須與樹干緊密相切，測定時先讀數然后再從樹干上取下輪尺[2]。樹干形狀不規整時，應測定其互相垂直的兩個胸徑，取其平均數為該樹木的胸徑測定值。用圍尺量測胸徑時應在胸高處量測兩次，兩次量測樹木胸徑值之差不能大于2 mm，否則應重新量測。

(3)用輪尺量測立木胸徑時的材積稱輪尺立木材積，用圍尺量測立木胸徑時的材積稱圍尺立木材積。

4 表格電子化的基礎

所能實現的一元立木材積表和材種出材率表的電子化得益于編表說明中給出了詳細的回歸公式以及根、胸徑之間的對應關系公式[3]。

4.1 立木材積計算方法

(1)利用樹高式計算樹高。

(1)

式(1)中：H為樹高；D為直徑；a,b,k為參數。

(2)利用二元材積式計算立木材積。

V=aDbHc

(2)

式(2)中：V為材積；D為直徑、H為樹高；a,b,c為參數。

4.2 調整樹高曲線參數方法

材積表的編制是對整個編制單元平均水平的體現，由于受立地條件等環境因素影響，具體到某個單株或林分時會產生一定的誤差，樹高是體現立地條件差異的敏感因子，也是材積表產生誤差的重要因子，在此給出調整樹高方法[4]。

4.2.1 樹高式參數調整原則

樹高偏差小于10%(Pc≤10%)不調整。樹高偏差大于10%且小于等于20%(10%30%)需按照驗證材積表技術要求，對材積表進行取樣驗證。

4.2.2 實際樹高偏差的計算

在立木材積測定工作中，為提高立木材積計算的準確性，對樹高明顯異常樹種(組)，采用測高器或實測樹種(組)15株樹高(最小徑階實測1株：中小徑階4株；中等徑階5株；中大徑階4株；最大徑階1株)，利用如下公式計算實測樹高值與材積表理論樹高值偏差。

(3)

式(3)中:Pc為樹高偏差；Hi為實測樹高值；H0為材積表理論樹高值；N為實測樹高株數。

4.2.3 樹高式參數調整公式

a1=a×調整系數

(4)

b1=b×調整系數

(5)

式(4)、(5)中：a1、b1為調整后的樹高式參數；a、b為編表單元使用的標準樹高式參數。

4.3 出材率計算方法

(1)利用下列削度方程計算樹干的削度。

式(6)中：Di為任意高度處直徑(帶皮、去皮)；D1.3為輪尺胸徑(帶皮、去皮)；H為全樹高；Hi為樹干上任意部位距樹基的長度；a、b、c削度方程參數。

(2)利用下列公式計算樹理論高值。

式(7)中：H為樹高；D1.3為輪尺胸徑；a、b、k為樹高式參數。

(3)計算帶皮全樹干立木材積。

式(8)中：V為帶皮活立木材積；H為樹高；D1.3為胸徑；a、b、c為帶皮與帶皮胸徑削度方程參數。

(4)原條出材率。

利用下列公式計算原條長度：

(9)

式(9)中：H為樹高；hi為原條長度即樹干上任意既定直徑di部位距樹基的長度；di為小頭去皮直徑為6 cm；D1.3為胸徑；a、b、c為去皮與帶皮胸徑削度方程參數。

利用下列公式計算原條材積

(10)

式(10)中：H為樹高；hi為原條長度即樹干上任意既定直徑di部位距樹基的長度；D1.3為輪尺胸徑；a、b、c為去皮與帶皮胸徑削度方程參數。

利用下列公式計算原條出材率

(11)

原木出材率計算同原條出材率計算方法相同，只是大、中、小徑木分別計算，這里不再贅述。

(5)原木造材損失率。

利用削度方程編制材種出材率表時，不能充分考慮樹干病腐、彎曲、枝節、摔斷等因素對原木出材率的影響，根據實際模擬造材估算原木平均造材損失率。

(12)

式(12)中：Pi為大徑木出材率、中徑木出材率、小徑木出材率。

P原木∑Pi=(i=1、2、3)

(13)

(6)圍尺胸徑、根徑出材率的計算。利用下列公式計算輪尺胸徑、圍尺胸徑、根徑之間的關系[5]。

D輪=a+bDi

(14)

式(14)中：D輪為輪尺胸徑；Di為圍尺胸徑或根徑；a、b為參數。

5 紙質版數表的局限性

5.1 攜帶和保管不便

紙質本體積大，單本體積24 cm×14.5 cm×3.5 cm，質量大，整本質量約0.8 kg，攜帶和保管都不是十分方便。

5．2 查找數據不夠方便

由于涉及諸多用表單元、諸多樹種(組)、多種測量方式，查找數據會浪費很多時間。

5.3 查找直徑范圍有限

括約材積表為2 cm(上限排外)計算材積，括約值最大可以查到60 cm，真值最大也只能查找到60.9 cm。對于超過上述最大直徑的樹木只能根據表末附錄中給出的樹高式和材積式自行計算，比較復雜和繁瑣且容易產生錯誤。對于大批量的應用更需耗費大量的時間和精力，影響工作效率。

5.4 所需數據不能直接查得

原條、各材種出材率利用輪尺胸徑查表；輪尺實測胸徑小于8 cm不計算出材率。括約立木材積、出材率表中雖然列出了理論樹高、原條出材率和原木材種出材率，但理論樹高、原條出材率和原木材種出材率只是對應輪尺測量值的數據。不能在表中查得根徑測量和圍尺測量對應的理論樹高、原條出材率和原木材種出材率。尤其是把這三種測量方式列在同一張表上，很容易造成查表人員誤用，以為對應的根徑測量方式和圍尺測量方式的理論樹高和原條出材率、原木材種出材率也是列在這張表上的數據。

6 電子材積表的優勢

6.1 應用方便簡單

我們電子化的材積表運用普及率高的Excel電子表格制作，電腦安裝率高且上手容易，應用和擴展都十分方便，手機上安裝相應軟件也可直接使用。

6.2 查詢數據方便快捷

只需選擇“用表單元”、“樹種組”、“測量方式”、“樹高系數”后就可以在表中直接查得相應徑階的相應測量方式對應立木材積、理論樹高、原條出材率和原木材種出材率。

6.3 功能可隨意擴展

直徑數值既可以輸入括約值也可以輸入真值查詢數據，并且不受直徑大小的限制，只要按需輸入后就可以直接在表上查得，一目了然，十分方便(表1)。

表1 吉林省立木材積、出材率

由于此電子化的材積表是用Excel制作，可以方便擴展計算成批的測量數據或者計算樣地的數據，實現功能無限擴展(表2)。

表2 樣地數據測算

為了打印、查對方便，設計了能夠打印到A4紙張并能夠打印出來若干個直徑的數表，方便外業快速查詢使用。