全 文 ：第 50 卷 第 10 期
2 0 1 4 年 10 月
林 业 科 学
SCIENTIA SILVAE SINICAE
Vol. 50，No. 10
Oct．，2 0 1 4
doi:10．11707 / j．1001-7488．20141007
收稿日期: 2013 － 09 － 10; 修回日期: 2014 － 11 － 20。
基金项目: “十二五”科技支撑项目(2011BAD38B0303)。
* 徐程扬为通讯作者。
人工油松风景林的林木分级技术*
毛 斌 徐程扬 李 乐 陈 瑜
(北京林业大学省部共建森林培育和保护教育部重点实验室
干旱半干旱地区森林培育和生态系统国家林业局重点实验室 北京 100083)
摘 要: 以北京市园林绿化局西山林场的人工油松风景林 13 个林分中 554 株林木为研究对象，依据能反映单木
形体特征的 9 个测树指标和树高、胸径、冠幅等林木生长指标，构建林木个体美景度与形态指标、生长指标间的关
系模型，并依此进行油松人工风景林林木分级。为了使生长指标更具有通用性，采用综合指数法计算林木的树高、
胸径和冠幅的生长势。结果表明: 油松单木形态指标和生长指标与美景度值间呈多种规律变化，树高年均生长量、
树干通直度、径高比与美景度值间呈二次曲线规律变化; 树冠体积、胸径年均生长量、冠幅年均生长量、冠长率、树
冠伸展度和生长势与美景度值间呈正线性降低变化趋势; 死枝树冠长度占树冠总长度比例与美景度值间呈负线性
增加变化趋势。因此，非线性模型能从总体上较好地反映油松形态指标和生长指标与美景度间的关系。根据因子
分析结果构建可表征树木冠形、干冠协调性、生长和干形 4 个综合因子指数，并利用这 4 个指数构建美景度与单木
个体质量特征关系的二次多项式模型。依据二次多项式模型预测的单木美景度值和林木生长势，利用聚类和
Topsis 方法，将人工油松风景林分为景观主体木(Ⅰ)、景观有益木(Ⅱ)、景观有害木(Ⅲ)3 个等级，并进一步划分
为景观提景木(Ⅰ1 )、景观核心木(Ⅰ2 )、景观辅助木(Ⅱ1 )、景观潜力木(Ⅱ2 )、景观有害木(Ⅲ1 )和景观障景木(Ⅲ2 )6
个亚类。
关键词: 风景林; 林木分级; 美景度; 生长势; 油松
中图分类号: S758. 1 文献标识码: A 文章编号: 1001 － 7488(2014)10 － 0049 － 10
Tree Classification for Pinus tabulaeformis Scenic Plantation
Mao Bin Xu Chengyang Li Le Chen Yu
(Key Laboratory for Silviculture and Conservation of Ministry of Education Key Laboratory for Silviculture and Forest Ecosystem in
Arid and Semi-Arid Area of State Forestry Administration，Beijing Forestry University Beijing 100083)
Abstract: Tree grading is one of important foundation works in thinning of young- and middle-age stands，however tree
grading techniques for scenic forests are not reported． In this study，554 individual trees in 13 different stands of Pinus
tabulaeformis scenic plantation in Xishan Forest Farm of Beijing Municipal Bureau of Landscape and Forestry were targeted
to study 9 morphological indicators and 3 growth indicators，and the model between scenic beauty values and those
morphological indicators and growth indicators was established for the tree grading． The integrate indicator method was
applied to construct the tree height，DBH and crown growth potential． Ｒesults showed that the relationships between
scenic beauty value and morphological，growth indicators were in multiple ways rather than only in linear way． Annual
average increment of tree height，straightness of trunk，the ratio of DBH to tree height changed in quadratic curve way with
change of SBE grades，and crown volume，annual average increment of DBH，annual average increment of crown width，
crown length ratio，stretch degree of crown，growth potential changed in a positive linear trend with change of SBE grades，
and the ratio of death crown length to total crown length changed in a negative linear trend with change of SBE grades．
Thus the relationships between SBE value and morphological and growth indicators could be well described by non-linear
model． Integrate indices which could describe tree crown morphology，harmony between trunk and crown，tree growth and
trunk form were constructed according to factor analysis results． The sampled P． tabulaeformins trees were divided into 3
classes and 6 subclasses by means of systematical clustering using morphological and growth potential indicators． Class one
(Ⅰ) is named as key trees of in-stand landscape and it could further be divided into quality upgrade trees of in-stand
林 业 科 学 50 卷
landscape (Ⅰ1 ) and framework trees of in-stand landscape (Ⅰ2 ) ． Class two (Ⅱ) is named as beneficial trees of in-stand
landscape and it could further be divided into adjuvant trees of in-stand landscape (Ⅱ 1 ) and potential trees of in-stand
landscape (Ⅱ2 ) ． Class three (Ⅲ) is named as harmful trees of in-stand landscape and it could be divided into harmful
trees of in-stand landscape (Ⅲ1 ) and destructive trees of in-stand landscape (Ⅲ2 ) ．
Key words: scenic forest; tree classification; scenic beauty; growth potential; Pinus tabulaeformis
风景林是指具有较高美学价值并以满足人们审
美需求为目标的森林的总称(Buhyoff et al．，1980)。
风景林抚育的目的是通过抚育间伐保留生长潜力和
美学质量较高的个体，促进林木生长，提升林分整体
的林内景观质量(吴南生，2006)。从 20 世纪 80 年
代起，国内外学者分别在间伐强度 ( Vodak et al．，
1985; Hull et al．，1987)、间伐迹地边缘形状(Ｒibe，
2005)、间伐面积 ( Paquet et al．，1997 )、间伐方式
(Tyrvainen et al．，2003)对美景度的影响等方面开展
了试验研究。间伐对林分美景度的影响主要体现在
林分密度、林木个体大小组成、树种组成、林木与林
下植被的相互比衬、树木空间排列等的变化上，林分
美景度在一定范围内随林分密度的降低而提高
(Brown et al．，1984)。Vodak 等(1985)对一些硬阔
叶树木皆伐林、重度间伐林、轻度间伐林、天然林 4
种经营类型进行研究; Hull 等(1987)对未疏伐人工
林、未疏伐天然林、轻疏伐和重疏伐人工林 4 种不同
经营方式进行研究;Tyrvainen 等(2003)对不抚育、
下木层抚育、间伐、林下保留倒木等不同处理的模拟
景观进行了评价。Paquet 等 (1997) 研究皆伐对胶
冷杉(Abies balsamea)森林景观的视觉质量影响表
明，即使是很小面积的皆伐也会产生视觉影响，皆
伐面积越大，可接受程度越低; Ｒibe (2005)研究表
明块状皆伐和间伐措施对林分美景度均产生负面影
响，规则块状皆伐林分美景度低于不规则皆伐;陈鑫
峰等(2003)、贾黎明等(2007)和李效文等(2008)
在风景游憩林景观评价的基础上，提出了风景游憩
林抚育技术模式。研究内容主要集中在不同抚育经
营方式对风景林景观价值的影响方面，而对于抚育
间伐期、抚育后风景林景观变化研究较少，特别是风
景林间伐木选择和确定研究不足。
在森林抚育间伐过程中，合理的林木分级有利
于间伐木的选择和确定，有利于提高林分生长力，保
持优良木生长，减少林内竞争，从而有效达到森林经
营的预期目的。目前间伐木分级参考依据包含以下
几个方面: 1) 依据林木生长情况的分级方法，如克
拉夫特法; 2) 依据树干形态、树干缺陷制定的分级
方法，如日本寺崎渡法;3) 依据树冠的竞争状况针
对阔叶树的分级方法，如霍雷法; 4) 综合生物学和
经济学观点定量进行林木分级，如国际林联造林学
组树木分级法;5) 根据林分结构确定间伐木，如分
析林木自由度、混交度、大小比和空间密度指数确定
间伐木(吕勇，2012)。分级方法多样，多数伐除生
长潜力差的枯树、倒木、畸形木等(易宗文，1984)。
然而风景林中一些枯立树( Lothian，2004)、倒
木(Gundersen et al．，2011)、弯曲树木(Cook，1972)
也具有较高的景观质量，所以，对风景林间伐木分级
选择时，除考虑树种和生长潜力外，还应注重结合景
观美学质量的因素。风景林间伐木分级研究分为定
性或定量 2 种方法:定性研究通过描述提出分级思
想和间伐木选择(王爱珍，1994; 徐国祯，1994; 吴
南生，2006);定量研究分析树木测树指标特征与美
景度之间的关系，通过数学手段客观对林木进行分
级，依据分级结果伐去级别低的树木 (韦翠鸾，
2004; 王希群，2005; 王超，2007; 章志都，2010)。
从研究结果看，定性分级方法虽然分类清晰、方法简
便，但实践操作性不强，具体间伐木确定与选择的主
观因素影响较多;定量分级研究虽然客观结合了林
木生长和景观美景特点，但分级操作复杂且缺少实
践验证，在分级研究过程中针对树种特性比较强，不
具有广泛应用性。
本文依据测树指标与美景度关系建立的油松
(Pinus tabulaeformis)单木美景评价模型和量化后的
树木生长势，通过综合分析单木景观质量和树木生
长势提出一套适合风景林的分级方法，为风景林抚
育间伐木的确定与选择提供科学的理论依据。
1 研究地概况
在北京市园林绿化局西山林场的人工油松风景
林中开展研究。西山试验林场地处小西山，属太行
山山系的低海拔石质山，平均海拔 200 ～ 400 m，成
土母岩以硬砂岩为主，土层较薄，一般厚度为 30 ～
50 cm，土壤中石砾含量多。属温带大陆性季风气
候，冬寒夏热，极端低温 － 15 ℃，极端高温 40 ℃，年
平均气温 11. 6 ℃。年均降雨量 630 mm，多集中于
夏季。蒸发量高，5 月最高可达 259 mm。西山试验
林场森林资源总面积为 5 949 hm2，森林覆盖率
为 92. 32%。
05
第 10 期 毛 斌等: 人工油松风景林的林木分级技术
2 样地选择与方法
2. 1 样地选择
在北京西山试验林场以典型中龄油松风景林为
研究对象，在林分中选择代表性地段设置 20 m × 20
m 的样地。试验区各林分群落郁闭度在 0. 7 ～ 1. 0
之间，林下植被灌木层主要树种为荆条 ( Vitex
negundo)、孩儿拳头(Grewia biloba var． parviflora)和
栾树(Koelreuteria paniculata)等。草本层主要物种
为求米草 ( Oplismenus undulatifolius) 和细叶草
(Carex duriuscula)等。共设置 13 块样地，调查 710
株油松个体(表 1)
表 1 调查样地概况
Tab． 1 Characteristics of survey sample plot
样地数量
Plot
number
密度
Stock
density /
( tree·hm － 2 )
样木数量
Number of
sample
树高
Tree
height /m
胸径
DBH /
cm
枝下高
Clear bole
height
灌草总盖度
Undergrowth
coverage
(% )
透视距离
Perspective
distance /m
林内景观
In-forest
landscape
5 500 ～ 730 200 6. 0 ～ 11. 3 8. 5 ～ 30 1 /3 ～ 2 /3 70 ～ 90 25 ～ 30
林内整齐，林下植被丰富，修枝
In-forest tidy，forest
undergrowth rich，pruning
3 1 200 ～ 1 380 200 5. 3 ～ 11. 6 8. 5 ～ 27. 6 1 /3 ～ 2 /3 0 ～ 60 15 ～ 20
林内整齐，林下植被较少，修枝
In-forest tidy，forest
undergrowth less，pruning
3 600 ～ 1 100 160 7. 0 ～ 11. 1 9 ～ 25. 7 1 /4 ～ 1 /3 70 ～ 90 5 ～ 7
林内不整齐，林下植被丰富，不修枝
In-forest not tidy，forest
undergrowth rich，no pruning
2 1 000 ～ 1 200 150 6. 0 ～ 12. 1 9. 2 ～ 26. 4 1 /4 ～ 1 /3 10 ～ 60 6 ～ 8
林内不整齐，林下植被较少，不修枝
In-forest not tidy，forest
undergrowth less，no pruning
2. 2 测树指标的选取和计算
影响单木景观美景因素包括与树干、冠幅及与
单木个体竞争能力有关的指标。参考已有研究(王
希群，2005; 章志都，2010)，选择能反映单木个体
和群体之间生长状况、个体竞争能力及对单木景观
有明显影响(Orians et al．，1992)的指标进行林木分
级研究。反映林木个体与群体之间生长状况的指标
有: 树 高 年均生长量 ( average increment of tree
height，AIH)、胸径年均生长量( average increment of
diameter at breast height，AID)和冠幅年均生长量
( average increment of crown，AIC)。与冠幅有关同
时反映个体竞争能力的指标有: 树冠体积 ( crown
volume，CV)，反映树冠大小程度，其值越大表明树
木个体生长越好，自身竞争能力越强; 树冠伸展度
( crown extending degree，CED)，反映林木冠幅向外
扩展的能力，可表示树冠的形状; 冠长率 ( crown
ratio，CＲ)，反映树体营养能力的指标，一般冠长率
大于 1 /3 时生长为良好; 死枝树冠长度占树冠总长
度比例( ratio of die crown length to total crown length，
ＲDCL)，反映树冠生长发育的指标。与树干有关指
标: 径高比( ratio of diameter-height，ＲDH)，胸径和
树高的比值能反映出树体比例; 树干通直度( stem
straight degree，SSD)，反映树干形状特征。计算公
式如下:
CV = π·CWew·CWsn·CL /12; (1)
CED = CB /H; (2)
CＲ = CL /H; (3)
ＲDCL = (LCL － DCL) /CL; (4)
ＲDH = D /H; (5)
SSD = L s /L c。 (6)
式中: CWew和 CWsn分别为东西和南北的树冠长度;
CB 为冠幅; CL 为冠长; H 为树高; DCL 为第一死
枝高; LCL 为第一活枝高; D 为胸径; L s 为树干直
线长度; L c 为树干曲线长度。
2. 3 单木生长势计算
综合指数法是将几个指标转化为一个能够反映
综合情况的指标来进行评价。由于在生长发育中林
木的高矮、粗细、生活力等方面都会表现出差异，这
些差异会反映在林木的胸径、树高、树冠上 (韦翠
鸾，2004)，因此通过与优势木的胸径、树高、冠幅对
比能够确定树木个体生长势。本文采用综合指数法
通过综合各单木的胸径、树高和冠幅指标与优势木
对比定量确定单木的生长势。具体步骤为: 1) 数
据标准化，以平均木作为基准值，用其他个体的相应
值除以平均木; 2) 标准值的确定，选用样地中 2 ～ 3
株优势木计算其树高、胸径、冠幅平均值作为标准值
(表 2); 3) 指标指数化，将样地其他单木各项指标
与标准值比较，确定指标是高优指标或是低优指标;
15
林 业 科 学 50 卷
4) 指数综合，将比较后的指标按同类指数相乘、异
类指数相加进行指数综合。计算公式如下:
GP = ∑
m
i = 1
∏
n
j = 1
Yij。 (7)
式中: Y 为个体指数;m 为指标类别数;n 为各类内
的指标数;GP 为生长势。
表 2 各样地林分平均值和优势木平均值
Tab． 2 Each sample plot average values of stand and dominant trees
林分平均值
Average values of stand
优势木平均值
Average values of dominant trees
样地号
Plot No．
树高
Tree height /m
胸径
DBH /cm
冠幅
Crown width /m
树高
Tree height /m
胸径
DBH /cm
冠幅
Crown width /m
1 6. 77 12. 94 3. 89 7. 8 15. 3 4. 5
2 9. 08 17. 78 4. 49 11. 4 21. 1 5. 4
3 8. 73 15. 26 4. 61 9. 4 21. 0 6. 1
4 6. 55 13. 63 4. 48 7. 5 15. 2 6. 1
5 8. 9 12. 5 4. 7 9. 2 15. 6 5. 2
6 6. 5 12. 8 4. 1 7. 3 14. 6 5. 3
7 8. 2 17. 4 5. 7 9. 3 21. 1 6. 3
8 8. 7 16. 3 5. 5 9. 8 22. 1 6. 4
9 8. 7 15. 3 4. 6 11. 6 13. 1 6. 2
10 8. 8 14. 9 3. 9 10. 5 21. 7 5. 2
11 8. 4 19. 2 4. 3 10. 8 22. 5 5. 1
12 8. 6 15. 3 3. 4 7. 3 17. 5 4. 8
13 8. 3 16. 2 3. 4 10. 3 18. 4 4. 6
2. 4 单木景观照片拍摄、选择与评价方法
树木个体形态照片拍摄采用 Buhyoff 等 (1980)
的方法，1 张照片代表 1 株树木景观，照片拍摄时间
均选在每天的 9:00—15:00。用 Canon G10 相机采
用纵向拍摄，使用相同的焦距，镜头与观察者视线水
平一致，拍摄角度应避免林内其他树木、灌木遮挡视
线; 若存在过高的遮挡物，可以适当砍除，保证景观
照片中只有待测评树木个体。最后筛选出 554 张具
有代表性的单木景观照片作为评价对象，从中随机
抽取 100 张作为模型检验样本。本文采用美景度评
价法( scenic beauty estimation，SBE)对单木景观质
量进行美景度评价。评价者主要来自北京林业大学
的林学、生态、园林、水保专业研究生和部分社会工
作人员共 60 人。每次选取 100 张典型单木景观照
片，采用随机排列法制作成 6 组幻灯片，通过网络发
放给评价者打分。
2. 5 林木分级过程
林木分级采用以下程序进行: 首先，分析单木
各测树指标、生长势与美景度的关系，采用因子分析
法筛选单木景观评价指标，建立美景度与测树指标
间的数学模型; 然后，采用数学模型计算的美景度
预测值和生长势指标，利用系统聚类划分单木类型;
最后，采用 Topsis 法计算单木总体得分值，根据总体
Topsis 得分值和美景度值、林木生长势确定林木
等级。
3 数据处理
3. 1 美景度值(SBEv)计算方法
照片中景观质量的 SBE 值，采用 Daniel 等
(1976)的 7 分制赋值法，具体计算步骤为: 1) 按照
等级值的大小顺序统计各等级值的频数( f); 2) 计
算各等级值的累计频数( cf); 3) 累计频数除以总
的评判人数得出累计概率( cp); 4) 根据累计概率
查正态分布单侧分位数值( z); 5) 计算 z 的平均值
(Z
－
); 6) 随机选择一景观作为对照景观，SBEv =
(Z
－
i － Z
－
0) × 100。其中: Z
－
0为对照景观各等级对应
的 z 值的平均值，Z
－
i为第 i 个景观各等级对应的 z 值
的平均值。
3. 2 美景度及其影响因子等级划分
为了便于分析各景观因子与美景度间的关系，
采用章志都(2010)的等差法将美景度值分为 5 个
级别，计算方法见表 3。统计不同美景度值等级间
对应的各景观因子值，对不同美景度值等级的景观
因子值间的差异进行比较分析。
3. 3 Topsis 方法
Topsis 法的基本思想是: 基于归一化后的数据
矩阵，找出有限方案中的最优方案和最劣方案，分别
计算诸评价对象与优、劣方案距离，获得各评价对象
与最优方案的相对接近程度，以此作为评价优劣依
据(黄广远，2011)。计算公式为: Ci = D
－
i /(D
+
i +
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第 10 期 毛 斌等: 人工油松风景林的林木分级技术
D －i )，Ci ∈［0，1］，Ci 越接近于 1，表示第 i个评价对
象越接近于最优水平，即 Ci值越大，评价结果越优。
Ci 为 Topsis 值，D
+
i 和 D
－
i 为各评价对象与最优方案
和最劣方案间的加权欧氏距离。
表 3 不同美景度值等级计算方法
Tab． 3 Computing method of different scenic beauty value grades
等级
Grades
最小值
Lower limit value
最大值
Upper limit value
1 (maxSBEv － minSBEv) × 80% + minSBEv (maxSBEv － minSBEv) + minSBEv
2 (maxSBEv － minSBEv) × 60% + minSBEv (maxSBEv － minSBEv) × 80% + minSBEv
3 (maxSBEv － minSBEv) × 40% + minSBEv (maxSBEv － minSBEv) × 60% + minSBEv
4 (maxSBEv － minSBEv) × 20% + minSBEv (maxSBEv － minSBEv) × 40% + minSBEv
5 minSBEv (maxSBEv － minSBEv) × 20% + minSBEv
3. 4 数据图形制作及差异显著性分析
采用 Excel 软件进行图形制作，采用 SPSS 18. 0
软件中的单因素方法进行差异显著性分析。在差异
显著时应用 Turkey 法进行多重比较。
4 结果与分析
4. 1 生长和形态指标对林木个体美景度的影响
对不同美景度等级的景观因子值进行比较分析
(图 1)表明: 随着美景度值等级的降低，树干通直
度、树高年均生长量、径高比呈二次曲线规律变化，
树冠体积、胸径年均生长量、冠幅年均生长量、冠长
率、树冠伸展度和生长势呈正线性降低变化趋势，死
枝树冠长度占树冠比例则呈负线性增加变化趋势。
不同美景度值等级之间的树高年均生长量( P =
0. 01)、树干通直度(P = 0. 01)、径高比(P = 0. 00)、
树冠体积(P = 0. 00)、胸径年均生长量(P = 0. 00)、
冠幅年均生长量(P = 0. 00)、冠长率(P = 0. 00)、树
冠伸展度 (P = 0. 00)、生长势(P = 0. 00)和死枝树
冠长度占树冠比例 ( P = 0. 00)差异均达极显著水
平，这表明采用所选择的测树指标能够很好地反映
油松林木单体美学质量。
4. 2 单木形态特征指数构建
因子分析结果(表 4)表明: 前 4 个公因子的累
计贡献率为 77. 54%，选择前 4 个轴作为分析轴。
根据因子载荷，第 1 公因子与径高比(Ｒ = 0. 926)、
树冠伸展度(Ｒ = 0. 722)有较强正相关，与树高年均
生长量(Ｒ = － 0. 94)有较强负相关，这些变量反映
出树体的单木树冠与树干的协调，定义为干冠协调
指数，计为 U1; 第 2 公因子与树冠体积 ( Ｒ =
0. 834)、冠长率(Ｒ = 0. 886)有较强正相关，与死枝
树冠长度占树冠比例(Ｒ = － 0. 7)有较强负相关，反
映出树冠大小和竞争能力，定义为单木冠形指数，计
为 U2; 第 3 公因子与胸径年均生长量(Ｒ = 0. 756)
和冠幅年均生长量(Ｒ = 0. 853)有较强正相关，可以
描述单木生长状况，定义为单木生长指数，计为 U3;
第 4 因公子与树干通直度(Ｒ = 0. 958)具有较强正
相关，可反映树木的直立程度，定义为干形指数，计
为 U4。
表 4 树木生长与形态指标的因子分析
Tab． 4 Factor analysis of tree growth and
morphological index
指标
Index
因子 Factor
1 2 3 4
ＲDH 0. 926 0. 078 0. 120 － 0. 024
AIH － 0. 940 0. 055 0. 006 0. 049
AID 0. 131 0. 176 0. 756 － 0. 182
AIC － 0. 009 0. 037 0. 853 0. 105
SSD － 0. 027 － 0. 036 － 0. 034 0. 958
ＲDCL － 0. 164 － 0. 700 － 0. 145 0. 286
CV － 0. 006 0. 834 0. 113 0. 109
CED 0. 722 0. 485 0. 053 0. 006
CＲ 0. 090 0. 886 0. 032 － 0. 004
因子贡献率
Factor contribution(% )
25. 7 50. 7 65. 7 77. 54
为简化和方便公因子值计算，采用归一化法对
4 个因子所含测树指标进行处理，然后分别计算归
一化后的各对应测树指标在公因子中的权重。依据
权重建立综合指数公式如下:
U1 = 0． 33ＲDH + 0． 39CED － 0． 27AIH;
U2 = 0． 33CV + 0． 57CＲ － 0． 109ＲDCT;
U3 = 0． 48AID + 0． 52AIC;
U4 = SSD。
4. 3 单木美景度模型建立
目前对单木美景度研究主要是通过分解单木美
景要素，利用多元数量化模型(董建文等，2010)、逐
步回归 ( Lothian，2004 ) 及综合评价 (黄广远等，
2011)构建评价模型。多数以线性模型表达自变量
与美景度间的关系，然而，现有线性模型的决定系数
通常较低(Schroeder et al．，1981; Brown，1983)，主
要原因是有些景观要素与美景度值之间是非线性关
系(章志都等，2008; 李俊英等，2011)。以单木质
量特性的 4 个综合指标为自变量，以美景度值为因
35
林 业 科 学 50 卷
图 1 单木形态和生长指标与美景度值等级间变化关系
Fig． 1 The relationships between morphological，growth index and SBEv grade of individual trees
变量，依据 454 张景观照片建立了单木美景度与测
树指标间的二次多项式模型。经检验，该模型 F 值
为 275. 0，残差值为 11. 82，P 值为 0. 001 2，达到显
著水平，模型的决定系数 Ｒ2 = 0. 81。通过随机抽取
100 张景观照片进行模型验证，所建立函数的决定
系数 Ｒ2 为 0. 73，模型拟合较好。
SBEv = － 185 ． 35 + 1 972 ． 56U2 － 4 ． 16U3 －
2 980 ． 1U22 － 15 ． 79U
2
4 + 11 ． 86U1U3 +
10 ． 49U2U3 + 67 ． 02U2U4。
4. 4 人工油松风景林林木分级
首先，采用 Topsis 法计算所有单木美景度模型
的拟合美景度值和单木生长势值，确定综合 Topsis
值及单木整体大小排序;然后，选用拟合美景度值和
单木生长势值作为油松林木景观类型划分新指标，
利用系统聚类法采用欧氏距离来衡量单木生长势值
和美景度值的差异，应用离差平方和法将 454 株油
松单木聚为 3 个大类 6 个小类。
聚类后统计各类单木数量及单木综合 Topsis 最
大和最小值以确定不同类型 Topsis 取值范围，依据不
同类型 Topsis 取值范围对整体 Topsis 排序进行划分，
对有重复区域的部分采用取中位数方法进行区分。
最后以 Topsis 均值大小定义不同单木类型如下。
Ⅰ级木 Topsis 均值为 0. 72，取值范围在 0. 91 ～
0. 66，定义为景观主体木，是构成风景林景观骨架
的个体和优势个体。形态特点: 树高和直径较大，
冠幅宽大，树冠发育良好，死冠较少，树冠处于林冠
上层，树干多数通直，部分树体弯曲幅度比较小。其
2 个亚级分别为: Ⅰ1 级木均值为 0. 82，取值范围在
0. 91 ～ 0. 79，定义为景观提景木，是在林分景观中
起画龙点睛作用的个体，缺乏该个体不影响总体景
45
第 10 期 毛 斌等: 人工油松风景林的林木分级技术
观的存在，但会降低景观质量，主要指高大、树冠庞
大的个体。形态特点: 树高、胸径和冠幅最大，死冠
比例较少，树冠发育良好，个体多为优势树种，或孤
立木，树体通直，少量稍有弯曲的树体。Ⅰ2 级木均
值为 0. 71，取值范围在 0. 78 ～ 0. 66，定义为景观核
心木，指构成风景林景观骨架的个体，缺乏这些个
体，该景观不复存在。形态特点: 树高、胸径和冠幅
略次于Ⅰ1，死冠比例和树体通直度比Ⅰ1 明显增大，
树冠向四周发育，多为亚优势木。
Ⅱ级木 Topsis 均值为 0. 53，取值范围在 0. 65 ～
0. 41，定义为景观有益木。虽不属于构成景观的主
体，但由于这些个体的存在，丰富了景观的色彩、层
次; 或者有较强生长潜力的个体，经过合理培育，将
来可形成景观主体木。形态特点: 树高、胸径生长
处于中间状态，树冠处于林冠中层，存在明显的死
冠，部分树干缺陷明显。2 个亚级分别为: Ⅱ1 级木
均值为 0. 60，取值范围在 0. 65 ～ 0. 54，定义为景观
辅助木，是对景观有辅助作用的个体。形态特点:
树高、胸径和冠幅生长尚好，但相比于前 2 个亚级，
死冠比例明显增大，树冠位于林冠中层，树体差异不
明显，多为中等木。Ⅱ2 级木均值为 0. 48，取值范围
在 0. 53 ～ 0. 41，定义为景观潜力木，为生长潜力较
大、未来可形成景观主体木的个体。形态特点: 树
高、胸径生长比较慢，冠幅狭窄，但树冠可以伸入林
冠层中，死冠接近树冠一半，树干缺陷明显。
Ⅲ级木 Topsis 均值为 0. 31，取值范围在 0. 40 ～
0. 11，定义为景观有害木，为对景观质量有危害的
个体，包括冠型不良、干形不良、严重倾斜、枝条生长
次序混乱等个体。形态特点: 树高、胸径和冠幅生
长非常慢，处于林冠下层，树冠和树干发育都很受压
制。其 2 个亚级分别为: Ⅲ1 级木均值 0. 38，取值范
围在 0. 40 ～ 0. 34，定义为景观有害木，是可导致景
观质量降低的个体。形态特点: 死冠占树冠半数以
上，树冠稀疏，侧方和上方都被压制，干形存在较大
弯曲。Ⅲ2 级木均值为 0. 26，取值范围在 0. 33 ～
0. 11，定义为景观障碍木，是可导致败景的个体。
形态特点: 整体生长极落后，树冠存有大量死冠，干
形弯曲严重，多为濒死木和枯死木。
由表 5 可知，随林木级别降低，干冠协调指数、
冠形指数、生长指数、美景度、生长势呈正线性降低
趋势，干形指数呈正线性增加趋势。多重比较表明:
Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ级木间干冠协调指数、冠形指数、生长指
数、美景度、生长势差异均显著。Ⅰ，Ⅱ与Ⅲ级木间
干形指数差异显著，但Ⅰ与Ⅱ级木间差异不显著。
不同亚类林木间生长指数、美景度和生长势均差异
显著。Ⅲ1 与Ⅲ2级木间干冠协调指数、Ⅰ1 与Ⅰ2 级
木间和Ⅱ1 与Ⅱ2 级木间冠形指数、Ⅰ1 与Ⅰ2 级木间
和Ⅲ1 与Ⅲ2 级木间干形指数差异均不显著。Ⅰ1，Ⅰ2
与Ⅱ1，Ⅱ2 和Ⅲ1，Ⅲ2级木干冠协调指数、冠形指数、
干形指数差异均显著。Ⅱ1，Ⅱ2 与Ⅲ1，Ⅲ2级木间除
Ⅱ2 与Ⅲ1，Ⅲ2 级木间干冠协调指数差异不显著外，
其余指数差异均显著。
表 5 不同级别间林木个体美景度、生长势及形态指数的差异显著性分析①
Tab． 5 Significance of difference analysis on scenic beauty values，growth potemtial and morphological index of
individual tree with different tree classes
指数
Index
Ⅰ级木 Class one wood Ⅱ 级木 Class two wood Ⅲ 级木 Class three wood
总体 Total Ⅰ1 Ⅰ2 总体 Total Ⅱ1 Ⅱ2 总体 Total Ⅲ1 Ⅲ2
U1
0. 24a
(0. 10 ～
0. 40)
0. 26a
(0. 17 ～
0. 40)
0. 23b
(0. 10 ～
0. 37)
0. 21b
(0. 07 ～
0. 42)
0. 22c
(0. 07 ～
0. 4)
0. 2d
(0. 08 ～
0. 42)
0. 19c
(0. 03 ～
0. 42)
0. 19d
(0. 03 ～
0. 32)
0. 19d
(0. 03 ～
0. 42)
U2
4. 98a
(0. 98 ～
10. 76)
5. 82a
(3. 60 ～
9. 02)
4. 82a
(0. 98 ～
10. 76)
3. 1b
(0 ～
11. 71)
3. 24b
(0. 25 ～
11. 71)
2. 98b
(0 ～
11. 71)
1. 79c
(0. 18 ～
9. 28)
2. 1c
( － 0. 02 ～
9. 81)
1. 53d
( ～ 0. 18 ～
9. 82)
U3
0. 26a
(0. 21 ～
0. 40)
0. 3a
(0. 25 ～
0. 40)
0. 25b
(0. 21 ～
0. 38)
0. 21b
(0. 15 ～
0. 29)
0. 22c
(0. 18 ～
0. 29)
0. 19d
(0. 15 ～
0. 19)
0. 16c
(0. 11 ～
0. 19)
0. 17e
(0. 15 ～
0. 19)
0. 15f
(0. 11 ～
0. 17)
U4
0. 86a
(0. 12 ～ 1. 00)
0. 82a
(0. 13 ～ 1. 00)
0. 87a
(0. 12 ～ 1. 00)
0. 89a
(0. 10 ～ 1. 00)
0. 85b
(0. 10 ～ 1. 00)
0. 93c
(0. 11 ～ 1. 00)
0. 95b
(0. 05 ～ 1. 00)
0. 93d
(0. 05 ～ 1. 00)
0. 96d
(0. 08 ～ 1. 00)
SBEv
129. 71a
(105. 20 ～
165. 74)
149. 47a
(130. 41 ～
165. 74)
125. 76b
(105. 20 ～
155. 41)
92. 75b
(50. 37 ～
139. 64)
106. 24c
(81. 82 ～
139. 64)
81. 39d
(50. 37 ～
108. 09)
47. 65c
( － 5. 58 ～
79. 2)
60. 54e
(35. 32 ～
79. 2)
37. 09f
( － 5. 58 ～
59. 45)
GP
3. 55a
(2. 51 ～
4. 76)
3. 7a
(3. 31 ～
4. 35)
3. 52b
(2. 51 ～
4. 76)
2. 98b
(1. 77 ～
4. 51)
3. 06c
(2. 14 ～
4. 51)
2. 9d
(1. 77 ～
4. 36)
2. 68c
(1. 80 ～
3. 99)
2. 79e
(1. 80 ～
3. 99)
2. 58f
(1. 81 ～
3. 96)
① 不同字母表示在 0. 05 水平差异显著，括号内数值是取值范围，下同。Different letters indicate significant difference at P ＜ 0. 05． Parentheses
of value is numeric area． The same below。
55
林 业 科 学 50 卷
由表 6 可知，随林木级别降低，树冠体积、冠
长率、胸径年均生长量、冠幅年均生长量、树高年
均生长量、径高比、树冠伸展度指标呈正线性降低
趋势，死枝树冠长度占树冠比例和树干通直度呈
正线性增加趋势。多重比较表明:Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ级木
间树冠体积、冠长率、胸径年均生长量、冠幅年均
生长量、树高年均生长量、径高比、树冠伸展度、死
枝树冠长度占树冠比例差异均显著。Ⅰ与Ⅱ级木
间树干通直度差异不显著，Ⅰ，Ⅱ与Ⅲ级木间差异
显著。不同亚类林木间死枝树冠长度占树冠总长
度比例、胸径年均生长量、冠幅年均生长量差异均
显著。Ⅰ1 与Ⅰ2 级木间 和Ⅱ 1 与Ⅱ 2 级木间树冠体
积、Ⅰ 1 与Ⅰ 2 级木间和Ⅱ 1 与Ⅱ 2 级木间冠长率、
Ⅲ 1 与Ⅲ 2 级木间树高年均生长量、Ⅰ1 与Ⅰ2 级木
间和Ⅲ 1 与Ⅲ 2 级木间径高比、Ⅰ1 与Ⅰ2 级木间和
Ⅲ 1 与Ⅲ 2 级木间树冠伸展度、Ⅰ1 与Ⅰ2 级木间和
Ⅲ 1 与Ⅲ 2 级木间树干通直度差异均不显著。Ⅰ1，
Ⅰ2 与Ⅱ1，Ⅱ2 和Ⅲ 1，Ⅲ2级木间树冠体积、冠长率、
树高年均生长量、径高比、树冠伸展度和树干通直
度除Ⅰ1，Ⅰ2 与Ⅱ1，Ⅱ2 级木间冠长率、Ⅰ1，Ⅰ2 与Ⅱ 1
级木间树干通直度差异不显著外，其余指标差异
均显著。Ⅱ1，Ⅱ2 与Ⅲ1，Ⅲ2级木间除Ⅱ2 与Ⅲ1，Ⅲ2
级木间树高年均生长量、树冠伸展度和树干通直
度差异不显著外，其余指标差异均显著。
表 6 不同等级林木个体形态指标间差异显著性分析
Tab． 6 Significance of difference analysis on morphological indicator of individual tree with different tree classes
指标
Indicator
Ⅰ级木 Class one Ⅱ级木 Class two Ⅲ级木 Class three
总体 Total Ⅰ1 Ⅰ2 总体 Total Ⅱ1 Ⅱ2 总体 Total Ⅲ1 Ⅲ2
CV
14. 37a
(2. 56 ～
31. 80)
16. 84a
(10. 33 ～
26. 16)
13. 88a
(2. 56 ～
31. 80)
8. 79b
(0. 36 ～
34. 25)
9. 18b
(1. 32 ～
34. 25)
8. 46b
(0. 36 ～
34. 22)
5. 05c
(0. 32 ～
28. 68)
5. 95c
(0. 64 ～
28. 68)
4. 31d
(0. 32 ～
28. 62)
CＲ
0. 44a
(0. 18 ～
0. 78)
0. 47a
(0. 27 ～
0. 68)
0. 44a
(0. 18 ～
0. 78)
0. 41b
(0. 11 ～
0. 81)
0. 42a
(0. 12 ～
0. 79)
0. 41a
(0. 11 ～
0. 81)
0. 34c
(0. 08 ～
0. 73)
0. 35b
(0. 12 ～
0. 70)
0. 32c
(0. 08 ～
0. 73)
ＲDCL
0. 13a
(0 ～ 0. 98)
0. 08a
(0 ～ 0. 48)
0. 14b
(0 ～ 0. 98)
0. 30b
(0 ～ 1. 10)
0. 24c
(0 ～ 1. 06)
0. 35d
(0 ～ 1. 10)
0. 67c
(0 ～ 1. 20)
0. 60e
(0 ～ 1. 16)
0. 73f
(0 ～ 1. 20)
AID
0. 46a
(0. 37 ～
0. 71)
0. 53a
(0. 43 ～
0. 71)
0. 45b
(0. 37 ～
0. 70)
0. 37b
(0. 28 ～
0. 52)
0. 4c
(0. 32 ～
0. 52)
0. 35d
(0. 28 ～
0. 44)
0. 29c
(0. 21 ～
0. 35)
0. 31e
(0. 26 ～
0. 35)
0. 27f
(0. 24 ～
0. 34)
AIC
0. 07a
(0. 01 ～
0. 14)
0. 09a
( 0. 01 ～
0. 14)
0. 06b
(0. 01 ～
0. 13)
0. 05b
(0 ～ 0. 14)
0. 06c
(0 ～ 0. 14)
0. 04d
(0. 01 ～
0. 09)
0. 04c
(0 ～ 0. 07)
0. 04e
(0. 01 ～
0. 07)
0. 03f
(0. 01 ～
0. 06)
AIH
0. 14a
(0. 05 ～
0. 21)
0. 15a
(0. 06 ～
0. 23)
0. 14b
(0. 07 ～
0. 2)
0. 12b
(0. 06 ～
0. 23)
0. 14c
(0. 07 ～
0. 20
0. 133d
(0. 06 ～
0. 23)
0. 11c
(0. 06 ～
0. 23)
0. 12d
(0. 07 ～
0. 19)
0. 1d
(0. 06 ～
0. 15)
ＲDH
0. 03a
(0. 02 ～
0. 04)
0. 03a
(0. 02 ～
0. 04)
0. 03a
(0. 02 ～
0. 04)
0. 03b
(0. 02 ～
0. 04)
0. 03b
(0. 02 ～
0. 04)
0. 03c
(0. 02 ～
0. 04)
0. 03c
(0. 01 ～
0. 05)
0. 03d
(0. 01 ～
0. 04)
0. 03d
(0. 02 ～
0. 05)
CED
0. 63a
(0. 36 ～ 1. 00)
0. 67a
(0. 46 ～ 1. 00)
0. 62a
(0. 36 ～
0. 94)
0. 56b
(0. 24 ～
1. 06)
0. 58b
(0. 26 ～
1. 01)
0. 55c
(0. 24 ～
1. 06)
0. 51c
(0. 18 ～
1. 03)
0. 52c
(0. 22 ～
0. 82)
0. 5c
(0. 18 ～
1. 03)
SSD
0. 86a
(0. 12 ～1. 00)
0. 82a
(0. 13 ～1. 00)
0. 87a
(0. 12 ～1. 00)
0. 89a
(0. 10 ～1. 00)
0. 85a
(0. 10 ～1. 00)
0. 93b
(0. 11 ～1. 00)
0. 95b
(0. 05 ～1. 00)
0. 93b
(0. 05 ～1. 00)
0. 96b
(0. 08 ～1. 00)
根据不同级别分析表明: 影响油松林木个体景
观质量的主要形态特征指数是生长指数、冠形指数，
其次为干冠协调指数和干形指数。差异大的主要测
树指标为胸径、冠幅、死枝树冠长度占树冠总长度比
例，其次为树高和树干通直度总长度。
5 结论与讨论
风景林间伐木的选择，主要依据林木景观效果，
其次为树木生长能力。影响单木景观质量的因素虽
然较多，但有些因素已得到国内外学者普遍认同，如
较大的胸径和宽大冠幅对美景有较强正效果
(Arthur，1977; 董建文等，2009)，树体通直、协调、
树冠比较对称(章志都，2010)可以通过定量测定单
木生长和形态指标反映出来。从本研究结果看: 树
冠体积、胸径年均生长量、冠幅年均生长量、冠长率、
树冠伸展度与美景度值间呈正线性降低变化趋势，
即指标数值越大，美景度值越高;死枝树冠长度占树
冠总长度比例与美景度值间呈负线性增加变化趋
65
第 10 期 毛 斌等: 人工油松风景林的林木分级技术
势，即指标数值越小，美景度值越高。树高年均生长
量、树干通直度、径高比虽然与美景度值呈现曲线变
化，但径高比最大、树干通直度最小时美景度值最
高，说明树体协调度比例大和一定弯曲树干有较强
美景效果(Cook，1972)。树高年均生长量呈现曲线
变化的原因可能是调查中混有修枝和不修枝的单
木，以致影响评判者对树木高度的美景评判。
生长指标和形态指标能很好地反映林木个体不
同部位的生长和形态，但各指标之间也不完全独立。
因子分析法可将相关比较密切的几个变量归在同一
类中，以较少的因子反映原始资料的大部分信息
(于秀林等，1998)。本文将反映林木生长和形态的
9 个测树指标利用因子分析简化为可以表征单木树
体的生长、冠形、干冠协调和干形 4 个特征综合指
数。由于树高年均生长量、高径比、树干通直度与美
景度值间呈非线性变化趋势，所以本文选用二次多
项式模型构建了精度较高的美景度与单木生长、冠
形、干形和干冠协调指数的预测模型，为林木分级提
供美学方面的参考依据。
生长势能综合反映树木生长状况，也是间伐木
选择的一个重要参考指标。本文通过与优势树种的
对比，利用综合指数法定量构建单木的生长势，研究
表明，单木的生长势与美景度呈正线性变化趋势，即
生长势越大，单木景观质量也越高。虽然生长势与
美景度变化趋势一样，但单独以生长势指标进行分
级会导致分级后的间伐木差异集中体现在树高、冠
幅和胸径生长的强弱上，缺少树干、冠形和干冠协调
指标的信息。以美景度分级虽然包含了生长、树干、
冠形和干冠协调指标差异，但缺少单木生长潜力信
息。本文采用 Topsis 法综合考虑单木的生长势和美
景度，并通过聚类法将相近的单木聚合为 3 个大类
6 个亚类，依据 Topsis 综合值的大小定义分类后的
间伐木。通过方差分析，选取差异显著又便于测定
的胸径、冠幅、树高、死枝树冠长度占树冠总长度比
例和树干通直度作为区分不同级别林木的指标，为
风景林林木分级提供更为简便、客观的分级参考。
参 考 文 献
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(责任编辑 郭广荣)
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