全 文 ：林 业科 学研究 ,
泡桐胶合板材林最适经营密度
及主伐年龄研究 ‘
李宗然 李芳东 王保平 周道顺 文瑞均 张春味
摘要 通过 对 块兰考泡桐外业调查资料的分析 , 发现兰考泡桐的直径分布可用 一
进行预测 林分平均直径 、任意高处的直径 、单位面积胶合板材 、擦材 、 椽材出材量可用建立的平均
直径预估模型 、 干曲线方程 、出材量预枯模型进行预测 。 经检验其预测的精度能满足生产上的实际
需要 。 用胶合板材出材量和 内部收益率综合评价得出 立地指数级林地培育大中径级 、 中径级胶
合板材的最适造林密度分别为每公顷 株和 株 , 主伐年龄为 , 每公顷胶合板材出材量分
别为 、 , , 内部收益率分别为 、 “ 立地指数级林地培育中径级胶合板
材的最适密度为 。株 , , 主伐年龄为 , 每公顷胶合板材出材量为 ’ , 内部收益率为
。
关键词 兰考泡桐 、 胶合板材 、 最适密度 、 主伐年龄
兰考泡桐 、 二 。 是我国华北平原最主要的速生优质用材和农用
林树种之一 。在桐材的利用方面 , 由于过去一直没有合适的工业利用途径 , 除少量出 口 日本外 ,
桐材主要用于 民用建筑和制做家具 。 有关栽培技术的研究 , 则主要集中在农桐 间作的空间配
置 、 间作林 内生态因子的时空变化规律 、 间作效益评估和间作配套栽培技术等方面〔‘, 〕。 年
代初研制出泡桐胶合板加工工艺 , 根本上解决 了大规模桐材的工业利用问题 。 近年来 , 随着桐
木加工业的兴起 , 工业用桐材特别是胶合板用桐材的供需矛盾 日益突出 。 借鉴国外成功经验 ,
解决上述矛盾的快捷途径是实行定向培育和集约经营 。 而林分最适经营密度和主伐年龄的确
定正是集约栽培模式研究中的一个重要课题 , ‘」。
研究方法
标地调查和树干解析方法
在黄泛立地亚区 , 选择不同立地条件下 , 不同林龄 、 不同密度 、 林相整齐的兰考泡桐林分 ,
设置详测 、简测标准地 。
简测标准地调查的因子有 立地 因子 , 包括土壤剖面上中下部位的质地 、 值 、 地下
水位 、 土壤质地等 测树因子 , 包括全高 、 胸径 、 枝下高 、 各接干高 、 冠幅 、 树干形状 接干部
位 、发权情况 等 。
详测标准地调查则在简测样地的基础上 , 增加树干解析内容 。 由于兰考泡桐的高生长靠人
一 一 收稿 。
李宗然副研究员 , 李芳东 , 王保平 , 周道顺 , 文瑞钧 , 张春味 林 业部 泡桐研究开发中心 郑州 。。。
, 本研究为国家“八五 ”科技攻关专题 “泡桐胶合板材林优化 栽培模式研究 ”的部分 内容 。
林 业 科 学 研 究 卷
工或 自然接干进行 , 而接干时间的不确定性常导致靠近接干部位上 下方的直径出现异常的差
异 , 因此用常规的 或 区分解析方法不能获得较为准确的材积 。 本研究根据兰考泡桐
的生长特点 , 采用按接干部位区分解析方法 , 即在 、 处和第一 、 二 、三次接干的基部
上下分别取盘 , 当盘与盘之间的距离大于 时 , 在其 中间增加一个盘 , 三次接干以上按
区分段取盘 , 材积的计算分段进行 。
通过调查共获得 块标准地资料 , 其中详测标准地 块 、简测标准地 块 。 标准地
的年龄范围为 , 直径分布的范围为 一 , 密度范围为 一 株 , 标准地
的检尺株数为 一 株 。
分析研究方法
采用有林和无林立地统一评价方法 , 首先依照黄泛立地亚区数量化地位指数得分表 , 计
算各样地的立地指数得分值 , 然后按 的级距将其进行归类 , 将每一立地指数级作为一个
建模单元 选择适宜模型 , 分别建模单元建立林分平均直径预估和结构及干曲线模型 再按胶
合板 材 、擦材 、椽材的造材规格和标准 见表 , 每木造材 , 建立林分各材种出材量预估模型
以胶合板材出材量和综合经济效益最大为目标 , 确定各地位指数级最适的经营密度和主伐年
龄 。
表 兰考泡桐造材规格和标准
材 种
胶合板材
建筑材
规 格
大径材
中径材
小径材
擦材
椽材
检尺径
毛
毛
镇
长度
,
,
造 材 顺 序
造 胶合板材
造 , 胶 合板材
造擦材
造椽材
注 根据对 商邱桐木制 品有限公司及其它一些桐木加工 企业的调查 , 参照国家有关标准 , 制定此造材规格和标准 。
结果分析
建模单元的确定
由于兰考泡桐的高生长具有间歇性的特点 , 主干高度在很大程度上依赖接干的质量 , 而兰
考泡桐的接干质量 接干的长度 不但对易变的天气条件非常敏感 , 同时还依赖于接干芽的部
位和质量 , 因此无论是平均高或优势木高都不能作为评价兰考泡桐林分立地质量的指标 。 当林
木间不存在竞争时 , 由于优势木胸径较其它测树因子对立地更敏感 , 因此可用优势木胸径评价
立地质量 但当林分密度大到使林木个体间产生竞争时 , 因优势木胸径的大小受密度的影响 ,
优势木胸径就不再能用于立地质量的评价 , 这时只有通过建立有林地和无林地统一评价方法 ,
间接实现兰考泡桐林分的立地质量评价 。
依照黄泛亚 区数量化地位指数得分表 , 对各标准地立地指数得分值计算的结果表明 表
, 黄泛亚 区全部标准地的立地得分值均分布在 咒一 指数级内 , 而且每个指数级正好与一
些土壤类型相对应 。 为便于生产上直接推广应用 , 本研究将一个指数级定为一个建模单元 同
时考虑到黄泛亚区是我国的主要产粮区 , 而 立地指数级所对应的土壤类型正是该区高产农
田 , 因此在这类立地上发展胶合板材林显然不符合我国现行农业政策 , 故本研究没有把该立地
期 李宗然等 泡桐胶合板材林最适经营密度及主伐年龄研究
指数等级考虑在 内 。
表 黄泛亚区立地指数分级表
建模单元 立地指数级 土 壤 名 称 质 地
腰沙两合土 、底沙两合土
沙土 、体沙两合土 、底粘两合土 、 腰粘两合土
底粘沙土 、腰粘底沙两合土 、体沙粘土
泡沙土 、体粘沙土 、粘 土
兰考泡桐林分直径生长规律
兰考泡桐胶 合板材林材种 结构 林
分直径结构表示的是林木株数按径级分布的
状况 , 根据本项研究 , 兰考泡桐的林分直径结
构可用 一 模 型 进行恰当预
测 。 据此 , 并结合表 的造材标准 , 求得不同
平均直径林分 内达到大中小径级胶合板材造
材标准的林木的比例 , 如表 。
林分平均胸径预估模型 林分断面
积平均胸径 、 , 是林分生产力大小的重要
特征 , 亦是体现竞争的关键指标 。 因此 , 林分
平均直径的预估被视为森林生长与收获预估
的重要环节 。
表 不同平均胸径林分中达到胶合板材
造材标准林木的比例
平均 胸径
大径材
中径材
小径材
合计
! !
! ! ∀
! ∀
! !
林分平均胸径的大小受立地 、年龄和密度的影响 , 在采用多种模型拟合和检验的基础上 ,
选择下式作为各立地指数级的林分平均胸径预估模型 , 即
。又 气只才 、 、 、 分别为平均胸径 、 密度和年龄
各立地指数级模型参数求解和检验结果 见表 一 表明 , 三个立地指数级 的平均胸径预
估模型的精度均在 以上 , 因此可满足生产上的精度要求 。
表 直径预估方程参数求解结果
二 、 、 模 型 拟 合 模 型 检 验
卫 肥 丁自奴一—。 , 相关系数 标准差 , , 标准差 相对误差 写 一 吕 一 ! ‘ ! 一 对于胶 合板材 定 向培 育的林分 , 林分 内达到胶 合板造 材标准 的林木的 比例应 不低 于 写 , 按此标准并对照表 , 如果以培育中小径级 、 中径级 、大 中径级胶合板材为主 , 林分平均胸径必须分别达到 、 、 。 根据各林分平均胸径预估模型即可推算出胶合板材林的主伐年龄与目的材种的关系 如表 。 干曲线方程 除林木大小外 , 树干形状也是影响材种出材量的重要因素 , 因此在建立兰考泡桐林分材种 出材量预估模型前 , 必须拟合出较高精度的干曲线模型以预测树干任一高
林 业 科 学 研 究 卷
处的直径以实现合理造材 。
表 不同立地指数级和不同采伐年龄的目的材种
密度
株
立 地 指 双 轶 又 地 瑙 弧 软
小径级 小径级 中径级
一 小径级 小径级
一 一 小径级
中径级 大中径级
中径级 中径级
小径级 中径级
小径级 小径级
小径级 小径级
一 小径级
一 小径级
小径级 小径级
小径级
八曰二 刁0八乙9一乃J八Od 且匕曰‘门了
任意高处 h 的直径 D *依赖于 h 、 胸径 D , . 3 和树高 H , 因此 , 在拟合干曲线方程时应把 h 、
H
、
D
,
.
3 综合考虑在内 。 通过 D */D l.3与 h/H 的散点图可直观看出两者间的关系为三次抛物线
式 , 即
D 。/ D 1. 3 = b 。 义 (h / H )3 + b ; 义 (h / H )’ + b : 又 (h /H ) + b 3
由于树干形状还受立地及经营密度的影响 , 因此需分别立地指数级和密度级拟合干曲线
模型 。 拟合结果 (见表 6) 表明 , 各干曲线模型拟合精度均能满足要求。
表 6 干曲线方程参数求解结果
立地指数级 密度(株/hm “) 曲线方程参数bo bl bZ b3 相关系数 标准差 样本数
200 ~ 400
400 ~ 700
200 ~ 400
400 ~ 700
200~ 40 0
400~ 70 0
0.980 3
0.944 8
0.992 8
0.984 0
0.977 2
0.973 2
一 0 . 3 7 9 8
0 . 3 2 6 5
一 0 . 5 6 8 7
一 0 . 1 7 8 7
0 . 0 2 0 2
0 . 2 2 4 8
一 1. 0 2 5 2
一 2. 13 2 1
一 0 .6 2 7 8
一 1 .3 7 9 5
一 1 . 68 3 5
一 1 . 9 2 1 3
0 . 5 56 7
0 . 9 95 9
0 . 3 54 9
0 . 7 0 3 5
0 . 8 17 1
0 . 8 8 3 5
0 . 9 7
0 . 9 7
0 . 9 8
0 . 9 9
1 . 3 1
1 . 3 5
1 . 1 0
0 . 9 8
1 . 1 1
1. 1 7
: :
: :
:
.
:: : :
2 . 3 兰考泡桐胶合板材林材种出材量预估模型
2.3.1 胶 合板材 出材量预枯模型 就单株林木而言 , 其胶合板材出材量的大小主要取决于直
径 、树高和干形等指标 ;而单位面积的出材量则同时依赖于单木的出材量和经营密度 。 由于受
兰考泡桐高生长特性 的限制 , 林分平均胸径 的大小成为衡量林分胶合板材出材量高低的指标 。
现随机抽出 29 8 块实测标准地资料 , 按造材规格 、标准和干曲线方程分别进行每木造材 ,
并计算出单位面积胶合板材出材量和平均单株胶合板材出材量 。 经拟合发现平均单株胶合板
材出材量 V , , 与平均胸径 D l 。的关系为 :
V , , = 一 0.00 0 0 17 36 又 D }.3 + 0 . 0 0 2 4 6 0 5 义 D }.3一 0. 0 74 3 5 X D I.3+ 0 . 6 4 1 2 8
(r = 0 . 9 9 , s = 0 . 0 1 2 4 , n = 2 9 8 ) , ( 2 2 簇D 13簇55 em )
2.3. 2 镖材和椽材出材量预估模型 擦材和椽材虽然不是胶合板材林经营的 目的材种 , 但它
们属于胶合板材林总产出的一个重要组成部分 。 因此准确预测这部分的产出 , 对于制定适宜的
经营密度 、 确定主伐年龄具有一定的意义 。
为预测擦 、椽材的出材量 , 用实测样地资料拟合出了与下两式相配套的擦椽材平均单株出
期 李宗然等:泡桐胶合板材林最适经营密度及主伐年龄研究
材量预测模型 :
V 户, = 0 . 0 0 0 0 1 9 5 8 火D }.3一 0. 0 0 2 2 6 8 S X D {.3+ 0 . 0 8 1 2 5 6 火D , . 3 一 0.7 72 0
(r~ 0.97 5 , : = 0 . 0 0 5 3 7 , n = 2 9 8 ) , ( 1 4 < D l . 3 ( 5 5 e m )
N =
9
.
4 3 5 6
e 一 。· 。‘9 ’D , 3 ( N 为椽材的根数 , r = 0 . 8 9 , 、= 0 . 2 5 , n = 2 9 8 )
2
.
3
.
3 胶合板材 、 镖材 出材 量预浏结果检验 随机从没有参加出材量建模的标准地中抽取
39 个样地组成检验样本 , 对每公顷胶合板材和擦材出材量预测结果进行检验的结果 (见表 7)
表明 , 胶合板材与擦材出材量预测的精度均 表 7 胶合板材和檀材出材量预测结果检验
在 85 % 以上 , 因此平均单株胶合板材和擦材 材 种 标准差(m 3) 精度 (写) 标准地数 (块)
出材量预估模型 , 以及林分平均胸径与结构 胶合板材 2.5 37 8 93. 9 39
预估模型能对兰考泡桐胶合板材林的生长与 一搜一里一一止止二2止‘一一止三二一一一止生一一
收获进行正确预测 , 其精度能满足生产实际需要 。
2
.
4 最适经营密度 、主伐年龄的确定及经济效益分析
根据桐材市场和营林费用调 查结 果 , 大 、 中 、 小径 胶合板材和擦 材的价格分别为 1 10 、
90
。、 70 0 、 25 0 元/m 3 , 椽材 为 5 元/根 ;造林当年的投入为:种 苗费 4.。元/株 、 造林 费 1.0 元/
株 、 肥料费 1.0 元/株 、 抚育费 0.5 元/株 , 合计 6.5 元 /株 ;第二年按 10 % 补植 , 费用平均为
0. 65 元/株 ;第三年的抚育和补植费平均为 0.65 元 /株 。
表 8 能达到胶合板材培育目标的立地 、密度及年龄组合的单位面积产出
36一8437一440一
规 格
大中径级
胶 合 板 材 擦材 椽材 产值
立地等级 密度/年龄 出材量(m 3) 产值 (元 ) 产值 (元) 产值(元) 合计(元 )
内部收
益率 (% )
76 l4
UCQ六jh了n乙J马任一气口卜盈O乃
中径级 J任,土八曰Od八JCl曰
2 0 0 / 1 3
2 0 0 / 1 1
2 0 0 / 1 2
2 5 0 / 1 2
2 5 0 / 1 3
3 0 0 / 1 3
2 0 0 / 1 3
6 6 4 4 1
3 8 8 6 4
5 6 9 5 9
4 9 3 4 2
7 1 2 4 8
6 1 1 0 1
3 7 7 8 1
5 9 9 3
6 8 9 0
6 4 5 5
8 5 7 1
8 0 6 6
1 0 1 8 0
6 9 4 9
7 1 2
8 8 5
7 9 2
1 0 9 7
9 9 0
1 2 9 2
9 0 0
7 3 1 4 6
4 6 6 3 9
6 4 2 0 6
5 9 0 1 0
8 0 3 0 4
7 2 5 7 3
4 5 6 3 0
净现值
(元)
17 10 4
11 73 7
16 78 8
14 87 6
18 525
16 122
10 042
月了UQ卜11J任匕JC6C乙
J任目勺O一11b,J匕J幽b七nlU只户
n0八曰卜J 任‘月口LAJq
2 0 0
/
9
2 0 0 / 1 0
2 5 0 / 1 0
2 5 0 / 1 1
3 0 0 / 1 1
3 0 0 / 1 2
3 5 0 / 1 2
3 5 0 / 1 3
4 0 0 / 1 2
4 0 0 / 1 3
5 0 0
/
1 3
6 0 0 /
1 3
2 0 0 /
1 1
2 0 0 / 1 2
2 5 0
/
1 2
2 5 0 / 1 3
3 0 0 / 1 3
3 5 0 /
1 3
3 4
.
2 4
小径级
94.78
96.33
33.03
42.82
43.83
55.4
56.66
57.26
24 311
31 440
32 43 2
40 73 9
41 92 8
51 37 2
52 80 6
63 35 0
53 790
65 0 60
67 295
68 398
23 454
30 40 4
31 117
39 334
40 225
40 650
7 559
7 271
9 377
9 020
11 136
10 701
12 825
12 308
14 932
14 437
18 663
22 815
7 586
7 318
9 424
9 087
11 204
13 287
] 122
994
1 363
1 220
1 580
1 426
] 776
1 6 13
2 145
1 9 53
2 6 80
3 460
1 140
1 0 11
2 777
2 484
1 611
2 003
32 992
39 705
43 172
50 979
54 644
63 499
67 407
77 271
70 867
8 1 450
88 638
94 673
32 180
38 733
43 318
50 905
53 040
55 940
10 227
11 10 1
11 813
12 568
13 204
15 749
16 455
16 911
17 032
17 567
18 576
19 290
7 581
9 265
10 365
10 978
1 1 109
1 1 436
43.96
41.06
38.87
36 .60
35.04
33.18
32.0 3
30.4 6
31.0 1
29.57
28.0 6
26.81
33.35
32.0 9
30.74
29.57
28.0 3
26.94
O门
城n凸厂J肉卜UtJ廿几j坟目山任几乙卜勺J门八j竹g一7‘.…‘任‘口一了n乙通LQ户匀1J任‘伟广刁巴J勺I碑O们行了q
40404040403636
林 业 科 学 研 究 9卷
对表 2一5 中能达到胶合板材培育 目标的经营密度和主伐年龄组合 , 计算单位面积各材种
的出材量 , 并据此计算胶合板材产值 , 擦 、椽 材产值 , 总产值 , 净现值和内部收益率 。 结果表明
(见前页表 8) , 适合于大中径级胶合板材培育的立地仅有 40 立地级 , 最适经营密度为 20 株/
hm Z, 主伐年龄为 13 a , 每公 顷胶合板材出材量为 76 .37 m 3 , 净现值为 17 104 元 , 内部收益率为
36. 14 % ;40 立地级适宜中径级胶合板材林培育的密度/年龄组合为 :20 /1 1 、 20 0 / 1 2 、 25 0/ 1 2 、
25 。/ 1 3 和 30。/ 1 3 。 尽管后两个组合的内部收益率 比前三个组合下降了 4% , 但胶合板材出材
量却提高 了 50 环 , 因此最适的经营密度/年龄组合应在 25。/1 3 和 30。/ 1 3 中产生 。 由于 25 。/ 1 3
的内部收益率 比 300 /1 3 高 3.2% , 而出材量仅下降 5% , 所以对于 40 立地指数级 , 以培育中径
级胶合板材为 目标 , 最适的经营密度应为 250 /h m Z , 主伐年龄 13 a , 单位面积胶合板材出材量
为 81 .8 9 m 3 , 净现值为 18 52 5 元 , 内部收益率为 34 .6 % 。 对于 36 立地指数级 , 培育中径级胶
合板材的适宜经营密度为 20 株/h m Z, 主伐年龄为 13 a , 每公顷胶合板材出材量为 53 . 21 m 3 ,
净现值为 10 0 42 元 , 内部收益率为 30 . 82 % 。
若以培育小径级胶合板材为 目标 , 40 立地指数级的最适经营密度为 30 株/h m , , 主伐年
龄为 12 a , 每公顷可生产小径级胶合板材 72 .36 m 3, 净现值为 15 749 元 , 内部收益率为 3 .
18 % ;3 6 立地指数级的最适经营密度为 25 0 株/h m Z , 单位面积胶合板材出材量为 5 .4 m 3, 净
现值为 10 9 78 元 , 内部收益率为 29.57 % 。
3 结 论
(l) 不同立地级兰考泡桐的林分平均直径可用建立的型如 D I.3一b 。义 N 占: 义 A 、的模型进行
预估 , 其预估的精度均在 90 % 以上 。
( 2) 根据单位面积胶合板材 出材量与经济效益综合评价的结果 , 兰考泡桐最适的经营密
度 、主伐年龄及相应的产出为 :仅 40 立地指数级适宜培育大中径级胶合板材 , 其最适的经营密
度为 20 0 株/h m Z , 主伐年龄为 13 a , 胶合板材 出材量为 76. 37 m 丫h m Z , 内部收益率为 36. 14 % ;
4。立地指数级培育中径级胶合板材的经营密度为 250 株 /h m Z, 主伐年龄为 13 a , 胶合板材出
材量为 81 .89 m 3/h m Z, 内部收益率为 34 .6 % ;36 立地指数级培育中径级胶合板材的最适经
营密度为 200 株/h m Z , 主伐年龄为 13 a , 内部收益率为 30 .82 % ;40 立地指数级培育小径级胶
合板材的最适经营密度为 30 株/hm Z , 主伐年龄为 12 a , 胶合板材 出材量为 72 .36 m 3/h m , , 内
部收益率为 3 .18 % ;36 立地指数级培育小径级胶合板材的最适经营密度为 250 株 /h m , , 胶
合板材出材量为 55 .4 m 3/h m Z , 内部收益率为 29 . 57 % 。
参 考 文 献
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期 李宗然等:泡桐胶合板材林最适经营密度及主伐年龄研究
S tu d y o n O P tim u m M a n a g e m e n t D e n sity a n d C r o P A g e
o f P ly w o o d 一 o r i e n t e d P . e l o n g a t a P l a n t a t i o n
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