杉木短周期小径级速生材培育模式树干生物量模型构建_刘星.pdf

第5 2卷 第1期2 0 2 3年2月湖 北 林 业 科 技H u b e iF o r e s t ryS c i e n c ea n dT e c h n o l og yV o l.5 2,N o.1F e b.,2 0 2 3*收稿日期:2 0 2 2-1 0-1 4基金项目:国家重点研发计划子任务“湖北杉木人工林近自然改造技术”(2 0 2 1 Y F D 2 2 0 1 3 0 4-0 1)。作者简介:刘星(1 9 8 4),女,工程师,主要从事林木育种相关工作。许业洲为通讯作者。杉木短周期小径级速生材培育模式树干生物量模型构建刘 星(1)袁 慧(1)唐 岚(1)郑京津(1)许业洲(1,2)(1.湖北省林业科学研究院 武汉 4 3 0 0 7 5;2.湖北省速生生产林工程技术研究中心 武汉 4 3 0 0 7 5)摘 要:以湖北省咸宁市咸安区71 2a杉木短周期小径级速生材培育模式人工林为研究对象,用9 6株解析木数据构建该模式树干生物量模型。结果表明:平均单木树干生物量为1 8.6 4k g,其中6 2.5%的样本树干生物量在1 02 0k g,而主伐年龄91 0a的平均单木生物量为2 0k g左右;以胸径为变量的一元方程和以胸径、树高为变量的二元方程均达到了较好的拟合效果(R20.9),但二元方程拟合精度更高;经检验,最优一元方程(W=0.1 0 4D2.1 2 3)和最优二元方程(W=0.0 2D1.4 8 6H1.3 6 2)的预估精度分别为9 2.2 5%和9 4.7 5%,均能满足生产应用需求和标准,为该栽培模式木材生物量估算提供技术支持。关键词:杉木;短周期;小径材;树干生物量;模型构建中图分类号:S 7 9 2.1 8 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 4-3 0 2 0(2 0 2 3)0 1-0 0 0 1-0 7C o n s t r u c t i o no faT r e eT r u n kB i o m a s sM o d e l f o rS h o r t-cyc l eS m a l l-s i z e dT i m b e rM o d e l o fC u n n i n g h a m i a l a n c e o l a t aL i uX i ng Y u a nH u i T a ngL a n Z h e ngJ i ng ji n X uY e z h o u(1.H u b e iA c a d e myo fF o r e s t ry W u h a n 4 3 0 0 7 5;2.H u b e iF a s tG r o w i nga n dH ighY i e l dF o r e s tE ngi n e e r i ngT e c h n o l og yR e s e a r c hC e n t e r Wu h a n 4 3 0 0 7 5)A b s t r a c t:T h et r e et r u n kb i o m a s sm o d e lo f71 2ye a r sC u n n i ngh a m i al a n c e o l a t as h o r t-cyc l es m a l l-pa t hf a s t-gr o w i ngpl a n t a t i o ni nX i a na nD i s t r i c t,X i a n n i ngC i ty,H u b e i P r o v i n c ew a s c o n s t r u c t e dw i t ht h ed a t ao f 9 6a n a lyt i c a l t r e e s.T h e r e-s u l t s s h o w e dt h a t t h ea v e r age s i ngl e t r e e t r u n kb i o m a s sw a s 1 8.6 4kg,o fw h i c h6 2.5%o f t h e s a mpl e sw e r e i nt h e r a ngeo f1 02 0kg,a n dt h ea v e r ages i ngl et r e eb i o m a s sw a sa b o u t2 0kgi nt h eageo f91 0ye a r s.T h eu n i v a r i a t eequ a t i o nw i t hD B Ha sv a r i a b l ea n dt h eb i v a r i a t eequ a t i o nw i t hD B Ha n d t r e eh e igh t a s v a r i a b l ea c h i e v e dgo o df i t t i nge f f e c t(R20.9),b u t t h eb i v a r i a t eequ a t i o nh a dh igh e rf i t t i nga c c u r a cy.Byt e s t,t h epr e d i c t i o na c c u r a cyo ft h eopt i m a lm o n a d i cequ a t i o n(W=0.1 0 4D2.1 2 3)a n dt h eopt i m a l b i v a r i a t eequ a t i o n(W=0.0 2D1.4 8 6H1.3 6 2)w e r e9 2.2 5%a n d9 4.7 5%,r e spe c-t i v e ly,w h i c hc o u l dm e e t t h er equ i r e m e n t sa n ds t a n d a r d so fpr o d u c t i o na n dap pl i c a t i o n,a n dpr o v i d et e c h n i c a l s up po r tf o rw o o db i o m a s se s t i m a t i o ni nt h i sc u l t i v a t i o nm o d e.K eyw o r d s:C u n n i ngh a m i a l a n c e o l a t a;s h o r t cyc l e;s m a l l-s i z e dt i m b e r;b i o m a s so f t r u n k;m o d e lb u i l d i ng 杉木C u n n i n g h a m i a l a n c e o l a t a在中国栽培历史悠久,是我国南方地区主要的速生用材树种之一,在我国人工林发展中具有重要的地位1。杉木同样也是湖北低山丘陵区主要造林树种和重要针叶用材树种,主要分布于鄂西山区和鄂东南低山丘陵区2。近2 0年来,鄂东南低丘岗地逐渐形成了一种杉木短周期小径级速生材栽培模式,其主要特点是以生产81 0c m小径木为经营目标,林分密度大多在40 0 0株h m-2以上,经营周期91 0a,平均每亩年收入可达10 0 0元,能有效提高单位面积经营效益。生物量是森林生态系统最基本的数量特征,是研究森林及其生态问题的基础,与森林生态系统的碳储量和碳汇功能密切相关3-4。生物量的高低直湖 北 林 业 科 技第5 2卷接反映出林木利用自然资源的能力,是评估林地生产力的重要指标,对于林分生产力和生态效益估算、林地 质量维持及 可持续经营 都具有重 要意义5-6。单株生物量是研究森林生物量的基础。许多学者围绕如何以单木生物量(包含树干、树枝、树叶和树根)为基础,推算得到样地水平生物量进行了广泛深入的研究7-1 0。树干生物量在单株生物量各组分中占比最大,在森林生物量中占有主体地位。杜虎等1 1对马尾松P i n u sm a s s o n i a n a、杉木、桉E u c a l y p t u s r o b u s t a树人工林生物量进行研究时发现,树干木材生物量所占比重最大;郑海妹等1 2研究表明,可利用生物量扩展因子将其与林木总生物量及各维度生物量进行转换,并因其测定相对简单且精度较高,在估测林分生物量中具有较好的适用性。树干生物量与单株材积最直接相关且可相互转换,是人工林经营的主要收获物生产量及效益估算的基础参数。杉木短周期小径级速生材培育是一种类似农作物种植的创新模式,本研究旨在调查该特殊栽培模式的杉木树干生物量基本特征,并以主要测树因子构建树干生物量预估模型,以对其生产力预估、经营效益评价提供技术支持。1 研究区概况研究区位于湖北省咸宁市咸安区。咸安区位于湖北省东南部,咸宁市北部,东临阳新县,南极崇阳县,西界赤壁市,北交武汉市江夏区,地处东经1 1 4 0 6 1 1 4 4 3,北纬2 9 3 9 3 0 0 2 之间,是幕阜山系和江汉平原的过渡地带,地势东南高西北低,呈阶梯状分布,状如撮箕,按形态成因为分低山、丘陵、岗地、平原四大类型,相对高差9 3 6.1m。该区域属亚热带季风性湿润气候,四季分明,气候温和,日照充足,雨量丰沛,无霜期长,严寒酷暑时间短。土壤垂直分布明显,海拨8 0 0m以下的低山丘陵区广泛分布着地带性红壤,以棕红壤、黄红壤等居多,8 0 032 0 0m为棕黄壤,32 0 0m以上为草甸土,森林植被组成和群落外貌明显地反映出亚热带常绿(落叶)阔叶林特征。2 材料与方法2.1 样品采集在研究区的杉木短周期小径级速生材培育模式人工林中设置2 4块标准地,标准地大小2 0m3 0m。对每块标准地进行每木检尺,详细记录各标准地的环境因子和测树因子,包括经纬度、海拔、坡度、坡向、坡位、胸径、树高、郁闭度、枝下高、冠幅、健康状况等。每块标准地依据平均胸径选取4株样木,将样木伐倒后按2m区分段进行树干解析,实测各区分段样木的鲜重,按区分段截取圆盘称重后带回实验室,经1 0 5烘箱内烘干至恒量后称重,测定各样品的干重,并计算含水率=(鲜重-干重)/鲜重)%。随后,基于含水率推算出各段及整个树干的干重。标准地的基本信息见表1。表1 标准地基本信息林龄/a样地数量/块样木数/株平均树高/m平均胸径/c m平均鲜重/k g平均干重/k g平均含水率(%)林分密度/(株h m-2)最小值最大值772 88.8 41 0.4 23 5.1 91 3.9 76 0.3 050 0 283 3 791 34 41 0.7 81 1.5 45 1.4 72 0.5 56 0.0 750 0 266 7 01 032 01 0.3 41 1.1 44 7.0 31 8.1 86 1.3 350 0 283 3 71 2141 2.2 31 2.7 36 9.8 82 8.1 75 9.6 850 0 250 0 22.2 研究方法国内外学者对生物量模型做了大量研究,得到多种能够表达测树因子与林木生物量之间相关关系的模型1 3-1 7。比较常用的变量包括胸径(D)、树高(H)等。不同学者根据生物量建模对象的不同,构建了结构形式不同的方程1 8-2 2。本研究选择3个以胸径为自变量的一元方程和5个以胸径、树高为自变量的二元方程作为基础模型(表2)。表2 生物量模型表达式模型类型模型编号模型一元1W=a Db2W=a+b D23W=a+b D+c D2二元4W=a HD25W=a DbHc6W=a+b D2H7W=a(D2H)b8W=a+b D+c D2H 注:W、D、H分别为树干生物量干重(k g)、胸径(c m)和树高(m)。2第1期刘星,等:杉木短周期小径级速生材培育模式树干生物量模型构建分别选取9 6株样木中的7 6株和2 0株用于模型拟合和模型检验(表3)。表3 生物量估算模型样本统计样本株数树干生物量干重/k g胸径/c m树高/m范