不同立地條件下杉木林適宜經營密度的研究

賀環洋，孟偉

1.貴州林業勘察設計有限公司，貴州 貴陽 550000；2.貴州省林業調查規劃院，貴州 貴陽 550003

森林內部的結構復雜多樣，為了揭示森林演替的規律以及科學的經營、管理森林，實現森林的可持續經營，有必要對森林內部的特征進行深入細致的研究[1]。林木的生長狀態與其立地條件密切相關。在一定區域范圍內，當森林撫育、整地清理等營造林方式和海拔、坡度、坡向等立地條件相同時，不同樹種的林木生長狀態有較大差異；當海拔、坡度、坡向等立地條件不同時，相同樹種的林木生長狀態也有較大差異[2]。在林分過密或過疏的情況下及時進行林分密度調整，讓林分達到適宜密度，是人工林經營的主要措施之一,它對于林分經濟效益、生態效益、社會效益的提升具有極為重要的意義。杉木主產于中國，為長江以南的主要造林樹種。在國內外密度管理已成為實現杉木森林目標經營的關鍵技術[3-8]。研究不同立地條件下林分的適宜經營密度，對比不同密度下林分生長狀態的不同，從而找到該林分最適宜的密度范圍，進而有針對性的進行人為經營管理，最大限度提高林分生長狀態，最終提升林分的經濟效益、生態效益以及社會效益。因此,研究不同立地條件下杉木林適宜經營密度范圍具有極為重要的理論價值及實踐意義[9-19]。

1 材料與方法

1.1 數據來源及整理

采用標準地法，以湖南省國有林場杉木林為研究對象，通過調查8個地區（雙牌、會同、衡山、桃園、蘇仙、金洞、新邵、岳陽）的26塊標準地，并收集所有撫育樣地撫育前后的數據，總共收集了26塊標準地39份數據（表1）用于建立單位面積蓄積量、林分株數密度和林分平均高之間的相關關系模型，利用回歸分析方法和統計之林數據分析。

表1 杉木基本測樹因子調查Tab.1 Investigation of Basic Tree Measuring Factors of Cunninghamia Lanceolata

撫育情況 主要樹種平均胸徑/cm 平均樹高/m 蓄積/（m3/hm2）蘇仙撫育樣地2金洞對照樣地1金洞撫育樣地1金洞對照樣地2金洞撫育樣地2新邵對照樣地1新邵撫育樣地1新邵對照樣地2新邵撫育樣地2岳陽對照樣地1岳陽撫育樣地1岳陽對照樣地2岳陽撫育樣地2樣地名稱 株數6.9 7.3 7.9 9.9 11.2 11.2 11.2 12.6 7.2 9.2 10 7.3 6.5 7.8 11.1 11.8 13.2 13.2 12.4 14.3撫育前撫育后撫育前撫育后撫育前撫育后撫育前撫育后撫育前撫育后撫育前撫育后撫育前撫育后杉木杉木杉木杉木杉木杉木杉木杉木杉木杉木杉木杉木杉木杉木杉木杉木杉木杉木杉木杉木10.1 10.7 9.2 11.5 13.1 12.7 12.7 14.4 9.6 12.1 13 11.7 12.9 14.9 13 13.2 14.4 14.4 13.8 16 136 111 179 147 96 113 134 86 128 86 72 116 123 73 188 178 129 134 99 65 78.09 74.41 90.78 137.88 140.67 168.7 168.7 152.91 67.13 93.8 96.6 90.69 111.55 90.8 252.63 242.26 228.71 247.44 212.06 210.23

1.2 研究方法

該研究利用非線性回歸擬合法，根據海拔、坡向、土壤等立地因子和林分平均年齡大致相同的情況下，林分單位蓄積隨著林分密度的不同產生相應的變化從而出現的規律，結合8個地區（雙牌、會同、衡山、桃園、蘇仙、金洞、新邵、岳陽）樣本實際情況，運用非線性回歸模型對試驗區杉木單位面積蓄積量（M）、林分平均高（H）以及密度（單位面積株數N）開展擬合分析，模型如下：

式中：N—杉木密度（每公頃株數），H—林分平均高（m）M—單位面積蓄積量（m3/hm2），a、b、c、a1、b1和c1為待估參數。

2 結果與分析

2.1 模型的建立

該研究采用的蓄積量與密度、平均高模型見公式（1），參數估計見表2。

表2 模型參數估計Tab.2 Model Parameter Estimation

由表2分析可知，湖南國有林場杉木人工林蓄積量與密度、平均高的模型見公式（1）

2.2 模型適應性檢驗

將所有湖南省國有林場杉木林中隨機抽取10塊杉木標準地樣本數據，將模型需要擬合的參數（密度N、平均高H）進行提取后代入模型，進行非線性回歸擬合，可得蓄積量M的預測值，并根據實際值計算出殘差。結果表明：此模型平均相對誤差為-0.026811%，殘差值呈對稱均勻分布，適應性檢驗效果較好。殘差分布圖如下。

圖1 殘差分布Fig.1 Residual Distribution

2.3 最優經營密度選取

觀察分析株數密度與蓄積量關系圖、平均胸徑與株數密度關系圖可知，林分的株數密度從密向疏的轉變過程中，林分單位面積的蓄積量呈現出先降再增再降的規律。首先，林分的株數密度較大時，此時林分的平均胸徑相對小，也就代表著林分的徑階以中、小木材為主，單位面積蓄積量較大；其次，當林分的株數密度逐漸降低時，此時林分的平均胸徑相對大，代表著此時林分的徑階以中、大徑階為主，單位面積蓄積量逐漸降低再增加；最后，當林分的株數密度不斷降低后，單株林木的生長范圍增加，但由于缺少競爭等系列原因，平均胸徑趨于穩定，單位面積蓄積量持續降低。

通常在其他條件相同的情況下，林分的平均胸徑和單位面積蓄積量越大，其實際出材量也會越高，產生的經濟效益、生態效益以及社會效益也會越大。也就是說，在林分的株數密度從密向疏的轉變時，林分單位面積的蓄積量先降再增再降的過程中，單位面積蓄積量達到峰點值時，此時的林分密度為試驗區杉木林最適宜經營密度，此時的林分密度附近數值區間則為試驗區杉木林最佳適宜經營密度區間。因此，可以認為試驗區經濟效益、生態效益以及社會效益最佳的杉木林適宜經營密度區間為1500株/hm2～2000株/hm2。

圖2 密度與蓄積量Fig.2 density and volume

圖3 胸徑與密度Fig.3 DBH and Density

3 結論與討論

（1）該研究建立了湖南國有林場杉木人工林蓄積量與密度、平均高相關關系模型：M=0.800594×H1.204421×N1.751841+9.35×10-8×H2.901513×N1.751841，建模的確定系數、平均相對誤差與精度分別為0.893735、0.8571%、97.195%，模型適用性檢驗的平均相對誤差為-0.026811%，表明模型精度較高，適用性較強。

（2）該研究指出了湖南國有林場杉木人工林最佳經營密度為1500株/hm2～2000株/hm2。為湖南國有林場杉木人工林的可持續經營提供理論指導，具有一定的理論和實際意義。

（3）該研究湖南國有林場杉木人工林的適宜經營密度，有利于最大限度提高林分生長狀態，最終提升林分的經濟效益、生態效益以及社會效益，也為今后的營造林活動提供了借鑒。

（4）該研究可以為其他樹種的人工純林適宜經營密度提供基礎，但混交林各類樹種適宜經營密度較為復雜，需要綜合考慮樹種組成、立地類型等因素。因此，關于混交林適宜經營密度方面還有待繼續深入研究。