全 文 ：林 业科 学研 究 2010, 23( 2) : 283 ～ 287
Forest Research
文章编号: 1001-1498( 2010) 02-0283-05
基准年龄立地质量评价的影响分析
陈永富
( 中国林业科学研究院资源信息研究所 , 北京 100091)
关键词: 杉木; 单形立地指数; 多形立地指数; 立地质量; 基准年龄
中图分类号: S711 文献标识码: A
收稿日期 : 2009-09-29
基金项目 : 国家“十一五”科技支撑课题“国家重点林业工程监测技术研究”( 2006 BAD23 B05)
作者简介 : 陈永富 ( 1963— ) , 男 , 四川泸县人 , 研究员 , 研究方向为森林经营管理 . E-mail: chenyf@ caf. ac. cn
Research on Standard Age Affecting Analysis of Site Quality Evaluation
CHEN Yong-fu
( Research Institute of Forest Resource Information Techniques, Chinese Academy of Forestry, Beijing 100091)
Abstract: Taking Chinese fir as researched object and Richards function as basic model, the models of single site index
and polymorphic site index were established to analyze the affect of stand standard age on the result of site quality
evaluation with the ways of ANOVA, multicompare, curve tourning point and change of dominant tree height between site
classes. The result showed that with the site class getting higher, curve tourning point volue getting lower, it was
impossible to define the standard age before stand growth reached steady. If stand standard age is too small, it would lead
to a higher site calss in polymorphic site index evaluation; The difference was notable among stand dominant height from
difference standard age, if standard age is too small, it would lead to a lower site class in single site index evalution.
Taking the age steady-grown stand as standard age would not make notable affect on the result of site quality evaluation.
Key words: Chinese fir; single site index; polymorphic site index; site quality; standard age
立地指森林或其他植被类型生存的空间及与之
相关的自然因子的综合, 在一定时间内相对不变。
立地质量是指在某一立地上既定森林或其他植被类
型的生产潜力, 立地质量与立地上生长的树木或植
被有关, 在同一种立地上因生长不同的树种或植被,
其生产力是不同的 [ 1] 。立地质量评价是对立地分类
基本单元( 立地类型) 在采取某一种利用方式时的
立地生产潜力进行评价, 它是科学经营森林的一项
极为重要的基础工作。立地质量评价的研究经历了
近 2 000 年的历史, 最早起源于罗马, Cato ( 公元
134—139 年) 为了适应人们购买地产的需要, 将土
地划分为 9 级, 其中能生产优质酿酒原料的土地为
第 1 级, 牧场为第 9 级, 用材林占中间位置 [ 2] 。世界
各国对立地质量评价研究十分重视, 并开展了一系
列富有成效的研究, 由于人们的要求、认识以及客观
条件的不同, 产生了森林立地质量评价的不同方法,
概括起来主要包括年龄 - 材积表达法; 年龄 - 林分
平均树高表达法; 年龄 - 林分优势高表达法; 直径 -
树高表达法; 环境因子 - 优势高表达法; 生态法 ( 指
示植物法) ; 环境因子 - 植被表达法等 [ 3 - 1 4] 。基准
年龄是立地质量评价的重要指标, 它是指林分生长
趋于稳定时的年龄。具体用什么时期的林分年龄来
表示基准年龄有不同的观点, 有的用采伐年龄, 有的
用自然成熟龄的一半, 有的用树高平均生长最大时
的年龄, 有的则认为用什么年龄评价立地质量的优
劣结果没 有影响 [ 1 ] 。本 文以杉木 ( Cunninghamia
lanceolata ( Lamb. ) Hook. ) 林为研究对象, 采用年
龄 - 优势高立地质量评价方法, 从单形立地指数和
多形立地指数分析不同林分基准年龄对立地质量评
价结果的影响。
林 业 科 学 研 究 第 23 卷
1 材料与方法
1. 1 材料
样本资料来自福建省南平地区的杉木林分优势
木解析木, 在样本资料收集中, 重点考虑以下几方面
的因素, 一是立地指数级以 2 m为间距; 二是样木年
龄应超过数量成熟龄或采伐年龄, 根据森林调查技
术规定, 杉木的成熟龄为 26 ～ 35 年; 三是样木分布
应尽量覆盖本地区主要立地类型; 四是样本所在的
林分经营措施基本相同, 林分生长正常, 未受严重的
人为干扰和自然灾害, 样木树干通直, 树冠完整; 五
是每个立地类型的样木应具有充分代表性, 考虑不
同的林分密度和年龄分布。收集资料整理结果为:
用于本次分析研究的解析木共 75 株, 其中最大年龄
为 52 年, 最小年龄为 35 年; 最大树高 25. 1 m, 最矮
10. 6 m; 立地指数级为 8 ～ 20 共 7 个指数级; 每个
立地指数级分布的解析木不低于 10 株。
1.2 方法
立地指数表是立地质量评价的基础数表, 国内外
编制立地指数表基于 2 种假设, 一种假设是基于单形
立地指数曲线族模型, 即不同立地指数的林分优势高
生长曲线具有相同的单一曲线形状, 如图 1; 另一种假
设是基于多形立地指数曲线族模型, 即不同立地指数
的林分优势高生长曲线具有多曲线形状, 如图 2。
图 1 单形立地指数曲线族 图 2 多形立地指数曲线族
1. 2. 1 立地指数曲线模型 根据已有文献资料研究
结果表明[ 9 - 10 , 15] , 理查德( Richards) 函数是杉木立地指
数曲线拟合的常用函数, 为了便于比较, 本次研究单形
和多形立地指数曲线均采用理查德函数进行拟合:
H= A( 1 - exp( - Ct) ) B ( 1)
H为林分优势高, t 为林分年龄。A、B、C 为模型
参数。
( 1) 多形立地指数模型建立
按照林分优势高 2 m间距, 20 年生林分优势高在
7. 1 ～ 9、9. 1 ～ 11、11. 1 ～ 13、13. 1 ～ 15、15. 1 ～ 17、
17. 1 ～ 19、19. 1 ～ 21 m分 7 个立地类型, 利用每个
组的解析木资料分别建立立地指数曲线模型。
( 2) 单形立地指数模型建立
将参与多形立地指数曲线模型的全部解析木资
料, 建立立地指数导向曲线模型, 根据导向曲线模
型, 按照 10、20、30、40、50、60 年 6 种基准年龄类型,
按林分优势高 2 m间距分别建立 7 个立地类型的立
地指数曲线族模型 Hi = Ai( 1 - exp( - Ct) ) B , 各立地
指数曲线族模型的参数 Ai 按公式( 2) 计算:
Ai = Li /( 1 - exp( - CT0 ) )
B ( 2)
Ai 为第 i 级立地指数曲线模型的参数, Li 为第 i
级立地指数, 即该立地指数级在林分基准年龄时的
优势高, B、C 为导向曲线模型参数, T0 为基准年龄。
1. 2. 2 基准年龄对立地质量评价结果影响的判别分析
( 1) 多形立地指数曲线拐点。对立地指数曲线
模型求二阶导数, 令其等于零时计算出的曲线点称
为拐点。拐点的横坐标, 即林分年龄为 T, 它是林分
生长最快的年龄:
T = - ln( 1 /b) /c ( 3)
根据各立地指数曲线拐点是否相同判别不同立
地类型统一基准年龄的可行时间。
( 2) 多形立地指数间距。根据 7 个不同立地类
型的多形立地指数曲线模型, 计算基准年龄为 10、
20、30、40、50、60 年的立地指数, 分析相邻两个立地
指数之差占最高与最低立地指数之差的比例及随基
准年龄递增的稳定性, 确定可行的基准年龄。
( 3) 同一林分在不同单形立地指数表中的立地
等级。用同一林分的优势高从基于不同基准年龄的
立地指数曲线模型编制的立地指数表中查出该林分
的立地等级。判别相同等级的基准年龄。
482
第 2 期 陈永富: 基准年龄立地质量评价的影响分析
( 4) 对不同基准年龄建立的立地指数模型进行
方差分析和多重比较。判别同一立地类型的所有不
同立地指数模型之间的差异性。多重比较判断任一
两个立地指数模型之间的差异。方差分析的 F 检验
为公式( 4) 。
F =
m∑
a
i = 1
( 珋y i - 珋y) 2
a - 1
∑
a
i = 1
∑
a
j = 1
( y ij - 珋y i)
2
a( m - 1)
( 4)
多重比较的 q 检验为:
D = qа( f1, f2 ) ( Sw
2 /m) 1 /2 ( 5)
F 为统计变量, a 为基准年龄个数或立地指数
模型个数, m为基准年龄对应的林分年龄数, 珋yi 为第
i 个基准年龄的优势高平均数, y ij为第 i 个基准年龄
第 j 个年龄的优势高值, 珋y 为优势高总平均数, Sw2
各年龄组内均方。
F > Fα( f1 , f2) 表示各基准年龄建立的立地指数
模型估计值差异显著, 否则, 差异不显著。α为可靠
性, f1 , f2 为自由度, f1 = a - 1, f2 = a( m - 1) 。
珋yi - 珋yj > D, 表示两个立地指数模型估计值之间
差异显著。
2 结果与分析
2. 1 基于多形立地指数曲线的基准年龄对立地质
量评价结果的影响
2. 1. 1 立地指数曲线族模型 根据每个立地类型
( 立地指数级) 的林分优势高解析木资料, 分别拟合
的立地指数曲线族模型参数、拐点于表 1。
表 1 多形立地指数曲线族模型参数
立地
类型
模型参数
A B C
R
( 相关系数 )
T
( 拐点 )
Ⅰ 14. 143 1 1. 621 7 0 . 073 41 0. 902 9 6. 59
Ⅱ 16. 521 1 1. 735 9 0 . 083 85 0. 911 9 6. 58
Ⅲ 18. 757 7 1. 836 0 0 . 093 57 0. 920 2 6. 49
Ⅳ 20. 882 8 1. 914 3 0 . 102 56 0. 919 1 6. 33
Ⅴ 22. 918 7 1. 963 4 0. 110 8 0. 925 6 6. 09
Ⅵ 24. 878 1 1. 978 4 0. 118 3 0. 910 9 5. 77
Ⅶ 26. 772 0 1. 958 0 0. 125 1 0. 926 6 5. 37
从表 1 可见, 各立地指数曲线的参数 A、B、C 和
拐点 T 不同, 随着立地等级的增加, A 值逐渐增大,
说明随着立地等级的增加, 相同年龄的林分优势高
逐渐增大; 拐点 T 值逐渐减小, 说明立地等级越高,
曲线拐点出现越早, 林分优势高生长高峰期来得越
快。由于拐点不相同, 所以, 在林分生长达到稳定之
前不同的立地类型用一个林分年龄作为基准年龄是
不合适的。
2. 1. 2 不同基准年龄的立地指数距离变化 根据
不同的立地指数曲线模型、基准年龄计算的立地指
数及其变化于表 2。
表 2 不同立地类型、基准年龄立地指数及变化比例
基准
年龄 /a
立地类型
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅶ
10 4. 90 6. 18 7. 52 8 . 93 10. 43 12. 07 13 . 83
20 9. 25 11. 54 13 . 80 16. 05 18. 27 20. 47 22 . 65
30 11. 70 14. 27 16 . 73 19. 08 21. 33 23. 48 25 . 56
40 12. 95 15. 53 17 . 95 20. 23 22. 39 24. 45 26 . 42
50 13. 56 16. 09 18 . 44 20. 65 22. 74 24. 75 26 . 67
60 13. 86 16. 33 18 . 63 20. 80 22. 86 24. 84 26 . 74
基准
年龄 /a
不同基准年龄立地指数变化比例 /%
SI2-1 /
SI7-1
SI3-2 /
SI7-1
SI4-3 /
SI7-1
SI5-4 /
SI7-1
SI6-5 /
SI7-1
SI7-6 /
SI7-1
10 14. 36 14. 93 15. 76 16 . 88 18. 26 19. 80
20 17. 06 16. 92 16. 76 16 . 60 16. 43 16. 24
30 18. 59 17. 74 16. 94 16 . 22 15. 56 14. 96
40 19. 19 17. 95 16. 90 16 . 03 15. 29 14. 66
50 19. 28 17. 92 16. 84 15 . 99 15. 28 14. 69
60 19. 18 17. 84 16. 81 16 . 01 15. 35 14. 80
注 : SI2-1 立地类型 II优势高减立地类型 I 的优势高 , SI7 -1为立地
类型 VII 的优势高减立地类型 I的优势高。其他以此类推。
从表 2 可知, 不同立地类型按不同的基准年龄计
算的立地指数变化比例不相同, 如基准年龄为 10 年
时, 立地类型 I 的林分优势高与立地类型Ⅱ的林分优
势高之差占优势高总变化量的比例 ( SI2-1 /SI7 -1 ) 为
14. 36% , 而基准年龄为 40 年时, 立地类型 I 的林分优
势高与立地类型 II 的林分优势高之差占优势高总变
化量的比例 ( SI2-1 /SI7-1 ) 为 19. 19% , 后者比前者高
4. 83% ; 同理可知, SI7-6 / SI7 -1的二者之差为 - 5. 14%。
也就是说同样一个林分, 用 40 年作为基准年龄评价
立地类型 I 的概率比用 10 年作为基准年龄评价立地
类型 I 的概率高 4. 83% 。但有一个发展趋势就是随
着基准年龄的增加, 立地指数变化比例趋于稳定。从
基准年龄为 40 年以后, 各立地类型的立地指数变化
率基本稳定在 19. 1、17. 9、16. 8、16. 0、15. 2、14. 6 的水
平, 也就是说同一林分 40 年之后的年龄作为基准年
龄评价的立地质量基本稳定不变。
2.2 基于单形立地指数曲线的基准年龄对立地质
量评价结果的影响
2. 2. 1 立地指数导向曲线及曲线族模型 根据解析
木资料, 利用理查德函数拟合的立地指数导向曲线模
型参数为 A =20. 218 1, B = 1. 822 2, C = 0. 098 14, 相
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林 业 科 学 研 究 第 23 卷
关系数 R = 0. 853 6。限于篇幅, 按基准年龄 10、20、
30、50 年 4 种类型, 分别 7 个立地类型建立的立地指
数曲线族模型参数于表 3。
2. 2. 2 不同基准年龄的立地指数表应用比较 为
了便于比较和节省篇幅, 以下用两个基准年龄类型
和 4 个立地类型的林分优势高进行分析。
表 3 立地指数曲线族模型参数
模型参数 A
立地指数
基准年龄 / a
立地类型
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅶ
A 10 5. 882 1 10. 587 7 15. 293 4 19. 999 1 24 . 704 7 29 . 410 4 34. 116 1
立地指数 2. 5 4. 5 6. 5 8. 5 10 . 5 12 . 5 14. 5
A 20 12. 252 8 14. 887 8 17. 522 8 20. 157 8 22 . 792 8 25 . 4279 28. 062 9
立地指数 9. 3 11. 3 13. 3 15. 3 17 . 3 19 . 3 21. 3
A 30 13. 573 4 15. 780 5 17. 987 5 20. 194 6 22 . 401 7 24 . 608 7 26. 815 8
立地指数 12. 3 14. 3 16. 3 18. 3 20 . 3 22 . 3 24. 3
A 50 14. 190 5 16. 217 7 18. 245 0 20. 272 2 22 . 299 4 24 . 326 6 26. 353 8
立地指数 14. 0 16. 0 18. 0 20. 0 22 . 0 24 . 0 26. 0
表 4 不同基准年龄的立地指数表应用比较
年龄 / a
基准年龄 10 年的立地指数表
Ⅰ Ⅲ Ⅴ Ⅶ
基准年龄 50 年的立地指数表
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ
10 2 . 50 6. 50 10. 50 14 . 50 6. 03 7. 75 9 . 48 11. 20
20 4 . 46 11. 61 18. 75 25 . 89 10. 77 13. 85 16 . 92 20. 00
30 5 . 33 13. 86 22. 37 30 . 92 12. 86 16. 53 20 . 21 23. 88
40 5 . 67 14. 75 23. 82 32 . 90 13. 68 17. 59 21 . 50 25. 41
50 5 . 80 15. 09 24. 37 33 . 66 14. 00 18. 00 22 . 00 26. 00
60 5 . 85 15. 22 24. 58 33 . 94 14. 12 18. 15 22 . 19 26. 22
将任一林分在某一年龄 ( 如 40 年 ) 的优势高
( 如 14 m) , 从表 4 中可以查出, 按照基准年龄为 10
年立地指数表, 该林分应属于立地类型Ⅲ; 按照基准
年龄 50 年的立地指数表, 该林分属立地类型Ⅰ。
2. 2. 3 方差分析与多重比较 为了进一步系统分
析不同基准年龄对立地质量评价结果产生影响, 本
文采用方差分析和多重比较方法, 分析同一立地类
型所有不同基准年龄建立的立地指数曲线族模型估
计值的总体差异和每两个基准年龄建立的立地指数
曲线模型估计值间的差异性。结果见表 5。
表 5 方差分析和多重比较
模型
立地类型Ⅰ
珋yi - 珋y4 珋yi - 1 - 珋y4 珋yi - 2 - 珋y4 D F
立地类型Ⅱ
珋yi - 珋y4 珋yi - 1 - 珋y4 珋yi - 2 - 珋y4 D F
珋y1 7 . 306 7 * 1 . 704 1 0. 542 7 2. 225 4 31 . 452 2 * 4 . 951 2* 1 . 169 6 0. 384 5 2. 710 1 9 . 703 9 *
珋y2 5 . 602 6 * 1 . 161 4 4 . 566 7* 0 . 785 1
珋y3 5 . 602 7 * 3 . 781 6*
珋y4
立地类型Ⅲ 立地类型Ⅳ
珋y1 2. 595 7 0 . 635 1 0. 226 5 3. 224 5 1 . 865 1 0. 240 1 0 . 100 6 0. 068 2 3. 757 7 0. 010 0
珋y2 2. 369 3 0 . 408 6 0. 171 9 0 . 032 3
珋y3 1. 960 6 0. 139 5
珋y4
立地类型Ⅴ 立地类型Ⅵ
珋y1 2. 115 3 0 . 433 9 0. 089 9 4. 299 6 0 . 730 9 4. 470 8 0 . 968 5 0. 248 1 4. 850 1 2. 338
珋y2 2. 025 3 0 . 343 9 4. 222 8 0 . 720 4
珋y3 1. 681 4 3. 502 3
珋y4
立地类型Ⅶ
珋y1 6 . 826 4 * 1 . 503 0 0. 406 3 5. 405 6 4. 727 3 *
珋y2 6 . 420 1 * 1 . 096 7
珋y3 5 . 323 4
珋y4
注 : F0. 05 ( 3, 76) = 2 . 73, * 表示差异显著 , 珋y1 、珋y2 、珋y3 、珋y4 分别为基准年龄 10、20、30、50 年的立地指数模型估计值平均值。
682
第 2 期 陈永富: 基准年龄立地质量评价的影响分析
从表 5 可知, 在危险率 0. 05 前提下, 方差分析
结果是立地类型Ⅰ、Ⅱ、Ⅶ按照 10、20、30、50 年基准
年龄建立的立地指数模型估计值差异显著。再利用
多重比较方法, 对差异显著的每个类型中的每两个
立地指数模型估计值进行比较, 结果是在立地类型
Ⅰ、Ⅱ中, 都是以 10 年为基准年龄的立地指数模型
估计值与 20、30、50 年的立地指数模型估计值间差
异显著, 立地类型Ⅶ中是以 10 年为基准年龄的立地
指数模型估计值与 30、50 年为基准年龄的立地指数
模型估计值之间差异显著。
3 结论与讨论
( 1) 利用多形立地指数模型评价立地质量, 立
地指数曲线族模型没有统一的拐点, 随着立地等级
的升高, 拐点值变小, 林分生长高峰期提前。选择过
小的林分年龄作为基准年龄, 立地质量评价结果可
能导致立地等级偏高, 也就是本属于立地等级Ⅰ的
林分, 评价结果将可能归属到立地等级Ⅱ之中。
( 2) 利用单形立地指数模型评价立地质量, 选
用过小的林分年龄作为基准年龄, 立地质量评价结
果可能导致立地等级偏低, 也就是本属于立地等级
Ⅱ的林分, 评价结果将可能归属到立地等级Ⅰ之中。
( 3) 利用方差分析和多重比较分析方法证明了
基于不同基准年龄的立地质量评价结果差异显著,
以 0. 05 危险率条件下, 以 10 年为基准年龄的立地
质量评价结果与 20、30、50 年为基准年龄的立地质
量评价结果之间的差异显著。
所以, 选择不同的林分生长年龄作为基准年龄
对立地质量评价结果是有影响的, 只有在选择林分
生长比较稳定之后的年龄作为基准年龄才对立地质
量评价结果不产生明显的影响。
本文虽然通过研究得出基准年龄的确定对立地
质量评价结果有影响, 但对如何准确确定基准年龄
没有进行研究, 今后在这方面有待进一步研究。
由于本次使用的杉木解析木资料的数量和分布
有一定的局限性, 特别是分配到每个立地类型的解
析木资料略显不足, 今后在有条件的情况下可采用
更多的样本资料进行分析和验证。
参考文献:
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