全 文 ：2008年第2期 第27卷
广西速丰桉林分二元材积生长率表研制 *
韦启忠,岑巨延,刘 频
(广西林业勘测设计院,南宁 530011)
摘 要:速丰桉一年四季生长,没有明显年轮的特征,难以对单株木进行树干解析确定林木生长量。在
没有足够数量的固定标准地连续定期监测数据的情况下,采取临时标准地年龄序列的调查方法,选用
适当模型结构,再通过引进可变参数改进生长模型,建立以年龄、胸径为基础的林分材积生长率模型,
并编制广西速丰桉林分二元材积生长率表。经检验,方法可行,预估精度满足林业数表建模要求,可应
用于速丰桉林材积生长量的预估。
关键词:速丰桉;可变参数式生长模型;林分材积生长率
中图分类号:S758.62 文献标识号:A 文章编号:1003-6075(2008)02-0005-04
AStudyonTwo-WayTreeVolumeGrowthRatioModel
ofEucalyptusinGuangxi
WEIQi-zhong,CENJu-yan,LIUPing
(GuangxiForestrySurvey&DesignInstitute,Nanning530011,China)
Abstract:Eucalyptusgrowsineveryseason,andtherearenotobviousgrowthringsinthetrunkofEucalyp-
tus.ItisverydificulttoanalyzethetreevolumeincrementofEucalyptusbymensuratingthegrowthrings.
Undertheconditionthatwecouldnotobtainenoughdataofcontinuousperiodicalmensurationofsetled
sampleplots,themethodofmensuratingtemporarysampleplotswithdiferentagewasused.And,wechose
appropriatemodelstructure,andwechangedmodelstructurewithvariableparameter,finalytwo-waytree
volumegrowthratiomodelofEucalyptuswasestablished.Theresultoftestofthemodelshowsthatthis
methodofmodelingisfeasible,andtheprecisionofestimationsatisfieswiththeprescriptionofmodeling
forestrytables.ThisgrowthratiomodelcanbeusedtoestimatethetreevolumeincrementofEucalyptus.
Keywords:eucalyptusplantation;growthmodelwithvaryingparameter;growthratiooftreevolume
桉树被称为世界四大速生栽培树种之一,是桃金
娘科Myrtaceae桉属Eucalyptus植物的统称,大多分布
于澳大利亚。我国引种栽培桉树已有近百余年的历
史,广西区于1890年开始引种。20世纪80年代以前,
主要造林桉树种是窿缘桉、柠檬桉、野桉、细叶桉等
(以下简称为“一般桉”)。由于尾叶桉和尾巨桉、巨尾
桉、尾园桉等杂交无性系桉树(以下简称为“速丰桉”)
生长迅速,数量成熟龄从一般桉的16年提早到6年,
产量高,经营效益好,自上世纪90年代以来,广西区开
始选用尾叶桉、巨尾桉、尾巨桉等速丰桉大面积造林,
尤其我国实施林业六大工程建设以来,速生桉已经成
为广西区工业原料林等主要的用材速生树种[1]。据统
计,2000年广西区桉树林保存面积15.7万hm2,其中
90%以上是速丰桉林。2000年以后以每年增 6.67万
hm2(100万亩)的速度在大力发展,到2006年底速丰桉
林面积已超过75万hm2(1100万亩)。为了准确地掌
*收稿日期:2008-01-24
基金项目:广西“十五”林业科技攻关项目(2002-54)
作者简介:韦启忠(1964-),男,高级工程师,从事林业调查规划工作。
第27卷第2期
5月
Vol.27No.2
May.008
中 南 林 业 调 查 规 划
CENTRALSOUTHFORESTINVENTORYANDPLANNING
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2008年第2期 第27卷中 南 林 业 调 查 规 划
握速丰桉林木的生长过程及林木蓄积量生长潜力,有
效地进行速丰桉资源管理,科学地进行桉树林资源资
产流转评估及司法鉴定,合理安排生产经营活动,促进
速丰桉营林工程建设,编制速丰桉林分二元材积生长
率表具有十分重要的意义。
1研究区域概况
研究项目区包括桂中区、桂西南区、桂东南区、桂
南区、沿海区共 51个县(市、区)和 10个区直国营林
场,东西横跨近 5个经度(106°35′-111°25′E),距离约
590km,南北纵越3个纬度带(24°50′-21°18′N),距离
约390km。土地总面积16.43万km2,其中林业用地
944.93万hm2。研究区地处南亚热带和北热带,地形地
貌主要以纵横交错和相互穿插的山地、丘陵、台地、平
原和谷地、盆地等为主。土壤主要为红壤、赤红壤、砖
红壤、石灰土、滨海盐土、风沙土等。项目区的日照、气
温、降雨量等与桉树原产地的气候条件相似,十分适应
速丰桉的正常生长。
2材料选择与数据处理
根据速丰桉现实林分分布的地理位置和气候条
件、地貌、土壤等立地因素的差异,划分为沿海区、桂南
区、桂西南区、桂东南区、桂中区5个样本采集区域,进
行标准地每木检尺调查分析。为了分析不同区域不同
无性系速丰桉的生长差异性,从所有调查的783个标
准地中,筛选出434个立地条件中等、经营措施相似、
株数密度中等(1050~1665株/hm2)的样本数据,对胸
径5cm以上的标准地数据进行整理分析。结果表明,
不同区域的林龄相同的速丰桉林分的胸径、树高、平均
木材积相对误差小于3%,说明各区域的树种差异对
生长量影响的差异不显著,而林木生长在各年龄上的
偏差主要是因为立地条件或经营措施的差异引起的。
因而,可以把不同的区域作为同一个生长率编表单元
进行研究。
通过统计整理,得到 1a生以上标准地的林分
平均胸径、林分平均木材积、林分每公顷蓄积量数
据,见表 1。
3建模方法与结果
3.1建模方法
林木生长率是树木的某项调查因子的连年生长
表1速丰桉现实林分特征数据统计
量与其原有总量的比率,它反映树木生长的相对速度。
林木生长率有胸径、树高及材积生长率等。林木主干
材积是商品用材林的主要收获对象,本文把林木主干
材积生长过程作为主要研究对象,采用胸径、年龄两
因素为自变量,通过选择合理的模型结构,建立二元
材积生长率模型,就能在预估精度范围内对林木生长
率作出较好的估测[2]。
由于速丰桉生长迅速,一年四季都在生长,没有明
显的春、秋材之分,年轮不明显,难以对单株木进行树
干解析。在没有足够固定标准地连续监测数据的情况
下,为获得现实林分蓄积量及其生长率数据,采取临
时标准地年龄序列的调查方法,建立年龄—胸径生长
模型(D=f(A)和年龄—材积生长模型(V=f(A),
再以这两个生长模型计算的各年龄林分的平均胸
径、材积连年生长率数据为建模样本,采用非线性加
权最小二乘法[2,3]拟合胸径、年龄二元材积生长率模
型(Pv=f(D,A)。
3.2生长率模型基本结构选定
可供选择的林分材积生长率函数模型主要有以
下14个[2,4,5]:
1)Y=c0+c1×e
(-c2×D)
+c3×e
(-c4×A)
2)Y=c0+c1×D
-c2
+c3×A
-c4
3)Y=c0×e
(-c1×D-c2×A)
4)Y=c0×(D
k0
×A)
-c1
林龄/a 样地数
平均胸径
/cm
平均木材积
/m3
林分蓄积量
/(m3/hm2)
1 40 5.39 0.00981 13.10
2 40 7.76 0.02776 45.31
3 40 8.94 0.04124 63.09
4 40 10.42 0.06198 80.75
5 40 11.08 0.07332 98.63
6 40 12.17 0.09519 113.68
7 40 12.11 0.09940 126.65
8 40 12.55 0.10372 147.65
9 40 13.19 0.11831 164.30
10 38 14.65 0.15036 172.91
11 36 14.25 0.13984 165.89
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2008年第2期 第27卷
5)Y=c0+c1×e
(-c2×D×A)
6)Y=c0+c1×e
(-c2×D)
+c3×A
-c4
7)Y=c0+c1×D
-c2
+c3×e
(-c4×A)
8)Y=c0×D
(-c1)
+A
(-c2)
9)Y=c0+c1×(D
k0
×A)
-c2
10)Y=c0+c1×D
(-c2)
×A
(-c3)
11)Y=c0+c1×e
(-c2×D-c3×A)
12)Y=c0+c1×e
(-c2×D)
-c3×A
13)Y=c0+c1×D
-c2
-c3×A
14)Y=c0×e
(-c1×D)
+c2×A
-c3
式中:k0为预定常数;c0,c1,c2,c3为参数;D为胸径;A
为年龄;Y为生长率。
为求解模型的参数值,首先要确定其中的常数
项 k0值。确定 k0值的具体做法是,首先拟合下列的
胸径与材积生长率的关系式及年龄与材积生长率
的关系式:
胸径—材积生长率模型:Y=c0×D
-c1
年龄—材积生长率模型:Y=c0×A
-c1
然后分析比较上述两个关系式的参数值 c1,胸
径—材积生长率模型中参数值 c1除以年龄—材积生
长率模型中的参数值c1即为反映胸径、年龄与材积生
长率的相关程度的k0值。以下是根据标准地林分平均
胸径与材积生长率数据拟合胸径与材积生长率的关
系式,依据林分年龄与材积生长率数据拟合年龄与材
积生长率的关系式,结果见表2。
表2一元林分材积生长率模型拟合结果
表 2反映的参数拟合值 c1是胸径或年龄对林分
材积生长率影响程度的量化指标,该数据说明胸径对
林分材积生长率的影响程度明显大于年龄对林分材
积生长率的影响,其比值为 2.3677,故 k0值确定为
2.3677。以此结果,进行二元材积生长率模型拟合,效
果较好的模型为第4式及第9式,模型参数拟合结果
及模型自检指标如下表3。
表3二元林分材积生长率模型拟合结果
从表3所示拟合结果看,第9式模型拟合效果似
乎更好,其相关系数达到0.99999,剩余标准差较小,总
相对误差、平均相对误差都能控制在3%之内,预估精
度达到99.77%,但是,模型拟合的结果所描述的函数
关系不符合生物学规律:按照林木生长规律,D、A趋向
于无穷大时,生长率应趋于0而不是一个负值,而第9
式模型拟合结果反映的是,当D、A达到一定数值时,
生长率即出现负数(经计算,当D≥26且A≥7时即出
现负值)。因此,第9式的拟合结果不能采用。相比较而
言,第4式的拟合结果更能反映林木生长规律,故确定
第4式为速丰桉林分材积生长率模型的基本结构式。
3.3模型结构优化和模型参数拟合
表3所示的第4式模型的自检结果表明其平均相
对误差E达到-9.35%,其绝对值已大于3%,拟合精度
为95.57%,也没达到97%。为了提高模型拟合精度,
通过把第4式的参数c0改进为可变参数式,使该模型
结构改变为:Y=(c1-c2 A)×(D
k0
×A)
-c3
,然后对该模型进
行拟合[2],模型参数拟合结果及模型自检指标见表4。
特征指标
胸径—材积生长率
模型Y=c0×D
-c1
年龄—材积生长率
模型Y=c0×A
-c1
参数拟合值c0 22203 127.02
参数拟合值c1 3.0032 1.2684
相关系数 R 0.99618 0.99890
剩余标准差S 2.99013 1.60457
c0变动系数/% 17.3025 1.2311
c1变动系数/% 3.1356 1.7403
特征指标
第4式
Y=(c0×(D
k0
×A)
-c1
第9式
Y=(c0+c1×(D
k0
×A)
-c2
常数项 k0 2.3677 2.3677
参数c0 1675.7 -6.9444
参数c1 0.63357 1168.4
参数c2 0.53431
相关系数 R 0.99777 0.99999
剩余标准差 S 2.27940 0.13679
c0变动系数/% 7.21 2.09
c1变动系数/% 2.43 0.72
c2变动系数/% 0.36
总相对误差RS/% -1.33 -0.13
平均相对误差E/% -9.35 -0.40
RMA/% 13.32 0.76
预估精度 P/% 95.57 99.77
韦启忠,等:广西速丰桉林分二元材积生长率表研制
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2008年第2期 第27卷中 南 林 业 调 查 规 划
径阶
/cm
年龄/a
1 2 3 4 5 6 7 8 9
5 154.48 124.41 98.58 81.75 70.11
6 109.42 88.12 69.82 57.90 49.66 43.63
7 81.74 65.83 52.16 43.26 37.10 32.59 29.15
8 63.50 51.14 40.52 33.60 28.82 25.32 22.64 20.52
9 50.82 40.92 32.43 26.89 23.06 20.26 18.12 16.42 15.05
10 41.63 33.53 26.57 22.03 18.90 16.60 14.85 13.46 12.33
11 34.76 28.00 22.18 18.40 15.78 13.86 12.40 11.24 10.29
12 29.49 23.75 18.82 15.60 13.38 11.76 10.52 9.53 8.73
13 25.35 20.41 16.17 13.41 11.50 10.11 9.04 8.19 7.51
14 22.03 17.74 14.06 11.66 9.10 8.78 7.86 7.12 6.52
15 19.33 15.57 12.34 10.23 8.78 7.71 6.89 6.25 5.73
16 17.11 13.78 10.92 9.06 7.77 6.82 6.10 5.53 5.07
17 12.29 9.74 8.07 6.93 6.08 5.44 4.93 4.52
18 8.74 7.25 6.22 5.46 4.88 4.43 4.06
19
20
6.54 5.61
5.09
4.93
4.47
4.41
4.00
4.00
3.63
3.66
3.32
表4速丰桉林分材积生长率可变参数模型拟合结果
从表 4显示的拟合结果可看到,相关系数达到
0.99952,总相对误差、平均相对误差均小于 3%,预估
精度达到98.11%,大于规定的 97%[6],拟合结果十分
良好,说明通过引入可变参数改进模型结构达到了预
期的效果。
4模型的适用性检验
利用连续 6年定期监测的速丰桉固定标准地(广
西博白林场 6块,广西高峰林场 5块)实测数据检验
生长率模型的适用性。检验结果表明:总相对误差-
1.69%,平均相对误差-2.52%,误差的绝对值均小于
3%,预估精度达到97.20%。说明利用本生长率模型
可在误差允许范围内对速丰桉林分材积生长率及生
长量进行预估。
5林分材积生长率表编制
根据速丰桉林分材积生长率可变参数模型
(Y=(c1-c2 A)×(D
k0
×A)
-c3
)拟合结果编制的速丰桉林分
材积量生长率见表5。
自检特征指标 拟合结果
常数项k0 2.3677
参数c1 5846.2
参数c2 2602.2
参数c3 0.79884
相关系数R 0.99952
剩余标准差 S 1.05353
参数c1变动系数/% 17.94
参数c2变动系数/% 27.57
参数c3变动系数/% 3.21
总相对误差RS/% 0.01
平均相对误差E/% -2.49
平均相对误差绝对值RMA/% 6.28
预估精度P/% 98.11
6应用说明
利用材积生长率模型预估林木生长量,应当是
根据上一年末的林木蓄积量、林分平均胸径(D)为基
数,利用当年林龄(A)和胸径(D)相对应的生长率测
算当年末的林木蓄积量,并且要注意其中的生长率
是依据普莱斯勒式(Y=
Vn-V0
Vn+V0
×200
n
)计算的。由
于除了胸径(D)和林龄(A)外,各年度不同的经营措
施对速丰桉林的生长还有很大影响,因此如以生长率
模型(表)测算若干年后的林木蓄积量,(下转第 11页)
表5速丰桉林分材积生长率
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2008年第2期 第27卷
(上接第 8页)则有可能产生较大的误差。正确的做法
是以立地质量和经营措施皆相近的同龄林分的林木蓄
积量、林分平均胸径为基数测算林木当年生长量和年
末的蓄积量。
7结论
1)本研究在没有足够数量的固定标准地连续定
期监测数据的情况下,在立地条件、经营条件、林分密
度中等的速丰桉林分设置临时标准地调查获得不同林
龄林分的平均胸径、蓄积量数据,以此作为建立速丰桉
林分材积量生长率模型的样本数据。研究证明:这种采
用异地同质的临时样地的测定数据建立林分材积量生
长率模型的方法是可行的。
2)优选已有的生长率模型结构,分析胸径(D)、林
龄(A)对林分蓄积量生长率的影响程度,确定反映 D
和A与蓄积生长率的相关程度的合理k0值,可以拟合
得到较好的生长率函数模型;通过引入可变参数改进
模型结构,修正D和A对蓄积生长率的影响程度,显
著地提高了模型的拟合精度(P),有效地减少总相对误
差(RS)和平均相对误差(E)。理想的速丰桉林分材积生
长率模型为:(Y=(c1-c2 A)×(D
k0
×A)
-c3
)。其中:k0=2.3677,
c1=5846.2,c2=2602.2,c3=0.79884。模型自检结果为:
P=98.11%,大于 97%;RS=0.01%,E=-2.49%,均在
±3%以内,达到林业数表模型研制相关规定要求。
3)利用固定标准地连续定期测量数据对模型的
适用性进行检验,预估精度也大于 97%,总相对误差
和平均相对误差均在±3%以内,说明模型的适用性较
强,在广西速丰桉适生区范围内应用能达到规定的精
度要求。模型的应用,对快速准确地掌握速丰桉林的生
长过程及林木蓄积量生长潜力,科学地进行桉树林资
源资产流转评估及司法鉴定,有效地进行速丰桉资源
管理,促进速丰桉林建设,具有十分重要的意义。
参考文献:
[1]祁述雄.中国桉树[M].北京:中国林业出版社,2002.
[2]骆期邦,曾伟生,贺东北.林业数表模型-理论、方法与实践[M].长
沙:湖南科学出版社,2001.
[3]葛宏立.部分简单非线性方程线性化后参数求解问题的探讨[J].
数学的实践与认识,1987,(3):41-46.
[4]曾伟生.利用连清资料编制材积生长率表[J].中南林业调查规划,
1992,11(4):21-24.
[5]曾伟生,骆期邦.二元材积生长率标准动态模型的研究[J].中南林
业调查规划,1992,11(3):1-6.
[6]中华人民共和国林业部.林业专业调查主要技术规定[M].北京:
中国林业出版社,1990.
责任书,严格执行矿山生态环境恢复治理履约保证金
制度。矿山企业依法履行矿山生态环境保护和治理的
义务,对违反法律、法规和国家有关政策规定,造成生
态破坏和环境污染的,要依法查处,责令限期整改、达
标,逾期不能达标的,实行限产或关闭。
3.2工程治理
矿区生态的工程治理应采取营林措施和土建工
程相结合的原则。
1)营林措施应做到因地制宜,适地保护。根据全
市矿区生态破坏具体情况,建议对有林地采取封山育
林措施,全市矿区及周边辐射区可实施封山育林面积
12415hm2。对宜林地、灌木林地进行人工造林,并按
照适地适树的原则,进行大穴加培蔸抚育造林;对沉
陷区无法耕种的农田,也可将其用于造林;全市矿区
及周边辐射区可实施人工造林面积4700hm2。此外,
还应加强矿区道路绿化建设,沿路种植高大乔木,并
对矿区原有湿地进行保护和恢复。
2)对长期以来被挖损、压占以及土地退化(包括沙
化、石漠化)的林地,人工造林时应采取先易后难的原
则,多形式、多措施进行造林,如覆土、大穴客土等,要
做到重点攻关,确保造林成活率和矿区生态治理效果。
3)对生产矿应加强土建工程治理,营建必要的尾
沙坝和尾矿坝,完善废渣、废水和废气“三废”排放设
施,实施“三废”无公害处理或资源再利用,做到“三废”
达标排放,控制矿区生态再破坏。
4结语
矿区生态环境是整个陆地生态系统的重要组成
部分。目前,国家对矿区生态环境建设十分重视,矿区
植被保护和生态恢复已被列入有关部门的重要议事
日程。矿区生态状况的改善和恢复除了政策和工程措
施外,还应加大宣传和监管力度,使改善和恢复矿区
生态环境的意识深入人心,并成为各级政府和有关部
门的职责。只有这样,矿区的生态环境才能得到更好
更快地改善和恢复。
参考文献:
[1] 株洲市矿区植被保护与生态恢复工程规划本底调查成果资料[R].2007.
[2]株洲市森林资源二类调查统计表(调查年度2002-2004年)[R].2005.
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
钟智群,等:株洲市矿区生态现状及生态治理对策
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