第4章 立地质量及林分密度Word格式.docx
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年
龄
地位级
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
7
10—9
13—12
16—14.5
19—17
22—19.5
24.5—21.5
26—23
27.5—24.5
29—26
30—27
31—28
6
8.5—7.5
11—10
13.5—12
16—14
18.5—16
20.5—17.5
22—19
23.5—20.5
25—22
27—24
5
7—6
9—8
11—9.5
13—11
15—12.5
16.5—14
18—15
19.5—16.5
21—18
23—20
3.5
5.5—4.5
8.5—7
10—8
11.5—9
13—10.5
14—11.5
15.5—12.5
17—14
19—16
2.5
4—3
5—4
6—4.5
7—5
8—6
9.5—7
10.5—8
11.5—9
13—10
14—11
15—12
幻灯片8
地位指数法
●地位指数（Siteindex）用标准年龄（或基准年龄）时林分优势木平均高的绝对值作为评定林地生产力的指标。
所编制的数表，称为地位指数表。
●它是依据林分优势木的平均高（HT）与林分年龄（A）的相关关系而编制的。
●使用地位指数表时，先测定林分优势木平均高和年龄，由地位指数表上即可查得该林分林地的地位指数级。
幻灯片9
●基准年龄（亦称作标准年龄、指示年龄、基础年龄等）（ReferenceAge、KeyAge）的确定，至今尚无统一的方法，一般综合考虑以下几个方面：
●①树高生长趋于稳定后的一个龄阶。
●②采伐年龄。
●③自然成熟龄的一半年龄。
●④材积或树高平均生长最大时的年龄。
一般以１０年为单位，大多以20、30、40、……作为基准年龄，如实生杉木的基准年龄为20年。
有关我国主要树种（人工林）的标准年龄的确定，可参阅《林业专业调查主要技术规定》，1999.中国林业出版社）。
幻灯片10
小兴安岭红松天然林地位指数表标准年龄：
100年（单位：
m）
年龄
（年）
地位指数级
12
14
16
18
20
22
24
4.58～5.40
～6.23
～7.06
～7.90
～8.73
～9.57
～10.40
40
6.80～8.03
～9.27
～10.50
～11.74
～12.98
～14.22
～15.46
60
8.49～10.02
～11.56
～13.10
～14.65
～16.19
～17.73
～19.28
80
9.85～11.63
～13.42
～15.22
～17.01
～18.80
～20.59
～22.38
11.00～12.99
～14.99
～16.99
～18.99
～20.99
～22.99
～24.99
11.98～14.15
～16.33
～18.51
～20.69
～22.87
～25.05
～27.23
12.84～15.16
～17.50
～19.83
～22.17
～24.50
～26.83
～29.17
160
13.59～16.05
～18.52
～23.46
～25.93
～28.40
～30.87
180
14.25～16.83
～19.42
～22.01
～24.60
～27.19
～29.78
～32.37
200
14.84～17.52
～20.22
～22.92
～25.62
～28.31
～31.01
～33.71
220
15.36～18.14
～20.93
～23.72
～26.52
～29.31
～32.10
～34.89
240
15.83～18.69
～21.57
～24.44
～27.32
～30.20
～33.08
～35.95
260
16.24～19.18
～22.14
～25.09
～28.05
～31.00
～33.95
～36.90
280
16.62～19.63
～22.65
～25.67
～28.70
～31.72
～34.73
～37.76
300
16.96～20.03
～23.11
～26.20
～29.28
～32.36
～35.44
～38.52
幻灯片11
小兴安岭红松天然林地位指数曲线图
幻灯片12
同形地位指数曲线
●地位指数表是以导向曲线为依据编制的，而导向曲线又是根据优势木平均高与年龄之间的关系即优势木高的平均生长过程推出的。
●这种方法假设所有立地条件下优势木高的生长过程曲线形状都相同，因此，这种地位指数曲线又被称作同形（或合成）地位指数曲线。
●在这种曲线簇中，对于任意两条曲线，一条曲线上任意年龄的树高值与另一条曲线上同一年龄的树高值成一定的比例关系。
幻灯片13
异形地位指数曲线
许多研究表明，并非所有立地上的优势木高生长曲线都有相同的趋势。
根据这种非同形的树高曲线簇的性质，可分为分离形的多形相交曲线簇和交叉形的多形相交曲线簇两类。
从20世纪60年代开始出现了多形地位指数曲线（polymorphicsitecurve）。
幻灯片14
●利用多形地位指数曲线确定地位指数时，不仅根据优势木平均高，还要引入其它反映立地条件的因子，结合起来评定立地质量。
在这里，引入其它反映立地或立地质量因子的目的，在于利用这个因子将多形树高生长曲线簇转化为若干个同型的树高生长曲线簇。
●如Zahner（1962）利用林分的土壤条件作为辅助变量，将一个火炬松的多形地位指数系统分解成３个独立的地位指数方程，即黄土土壤、下层分解良好的非黄土土壤及下层分解差的非黄土土壤３种土壤类型的地位指数方程。
马建路（1993）以红松林型为辅助变量，将红松林地位指数分成五类（即林型）。
●使用这样的地位指数表（或图）时，需要先确定辅助变量，然后决定选用哪种树高曲线图或方程来导出地位指数。
●多形地位指数曲线一方面提高了地位指数的估计精度，但另一方面给使用带来了不便，尤其是当辅助变量在野外不容易确定时更是如此。
幻灯片15
地位指数的优点
●与地位级法相比，地位指数有以下优点：
●用优势高的绝对值来反映林分生产力等级，它给人们一个直观反映立地质量的数量指标。
●优势木高受林分密度和树种组成的影响较小，避免了抚育间伐（下层间伐）的影响，且优势木平均高的测定工作量比林分条件平均高的测定工作量小。
●在使用过程中若发现其不能满足所用地区的最高或最低要求，可按相同的指数级距加以补充。
●缺点：
不适合上层间伐的林分。
幻灯片16
（二）间接评定法
●间接评定法是指根据构成立地质量的因子特性或相关植被类型的生长潜力来评定立地质量的方法，具体方法有：
●⑴根据不同树种间树木生长量之间的关系进行评定的方法。
●⑵多元地位指数法（也称为综合法）。
●⑶指示植被法。
●当采用直接评定法时，要求生长在这一林地上的目的树种至今一直存活着，否则，只能采用间接评定方法。
幻灯片17
（1）根据上层木树种间的关系评定立地质量
●当所要研究的树种尚未生长在将要评定的立地上时，只能采用间接的方法评定该树种在此立地上的立地质量。
例：
●在某一立地上现时生长着落叶松，欲知道在落叶松松采伐后营造樟子松林的生长潜力，这时就可以利用上层木树种间的关系进行立地质量评定。
●具体做法：
根据现有落叶松的林分优势木平均高（或林分条件平均高）之间的回归关系，利用现有落叶松林分的地位指数（或地位级）推算所评定树种（樟子松）在同样立地上所具有的立地质量。
●采用这种方法的前提是所评定的树种的生长型和现实林分主要树种的生长型之间存在着密切的关系，适合使用这种方法的最普通的关系为两个树种的地位指数之间呈线性关系。
（p103）
幻灯片18
⑵多元地位指数法（综合法）
●用以评定无林地或宜林地的立地质量。
●这种方法是利用地位指数与立地因子之间的关系建立多元回归方程，然后用以评价宜林地对该树种的生长潜力。
●主要根据地形、气候、土壤因子，采用数量化理论建立含定量和定性因子的多元回归方程。
幻灯片19
⑶指示植被法
●一定的植物经常与某种立地质量结合在一起，而不存在于其它立地质量中，这种植物可称作指示种
●常用于植被比较简单的而且指示植物较明显的高纬度地区，如林型法用于北欧、俄罗斯远东地区和我国大兴安岭地区。
●评定依据是由于许多环境因子影响林分上层林木和下层植被的生长，因此可以利用下层植物为特征为有关的树木生长的立地质量提供信息。
幻灯片20
大兴安岭落叶松天然林林型分布
1954年林业部森林综合调查队在大兴安岭林区的调查中，利用林型法将兴安落叶松天然林划分为８种林型
幻灯片21
第二节地位指数表和地位级表的编制
●在测树学中，评定有林地的生产潜力，一般采用依据林分高与年龄的关系所编制的地位级表或地位指数表，下面介绍这两种表的编制方法。
幻灯片22
一、地位指数表的编制方法
1.资料的收集
（1）确定标准地的数量
根据未来用表地区范围的大小及编表树种的生长状况，确定标准地的数量，一般要求每个树种在300块以上为宜。
在编表地区内，分别树种，在不同年龄、不同立地条件（如地形、地势、坡度、坡向、坡位或各种土壤类型）上设置标准地。
（2）标准地选设条件
标准地设置在同一起源的相对同龄纯林中（编表树种占7成以上）。
林分郁闭度在0.4以上的林分中设置。
标准地均匀分布在各年龄和各立地类型的林分中。
（3）标准地的形状、面积和调查内容同前面章节。
幻灯片23
（4）选测优势木
①在林分中测定所有上层木的树高的算术平均值作为优势木平均高。
②在标准地中，每100m2的林地上测一株最高树木的树高，其平均值作为优势木平均高。
③在林分中测定20株以上的优势木（含亚优势木），以其平均值作为优势木平均高。
④测定3—6株均匀分布在标准地或样地内的优势木树高，以其平均值作为优势木平均高。
（5）选伐解析木
各标准地内选伐平均木和优势木各一株作树干解析。
幻灯片24
2.资料的整理
●将标准地调查结果，分别树种，将各标准地的平均年龄（A）和优势木平均高（HT）建立计算机数据库作为基础数据。
●先将所收集的全部样木，大致按4：
1（80%和20%）的比例分成两组独立样本：
编表样本和检验样本，分别用于编制和检验地位指数表。
●剔除异常数据：
编表的数据是总体中的一组样本，如有个别过大或过小的异常数据混杂进去，编表的精度会受到影响。
为此，必须剔除异常数据以提高编表的质量。
幻灯片25
●异常数据的剔除过程：
●
（1）用计算机绘制平均年龄（A）和优势木平均高（HT）的散点图，通过肉眼观察确定出明显远离样点群的数据并删除，这类数据是属于因登记、计算等错误而引起的异常值；
●
（2）其次是用编表数据对某一导向曲线拟合，并绘制模型预估值（）与标准化残差（）
●之间的残差图。
在残差图中，超出±
2倍标准差以外的数据作为极端观测值予以剔除。
幻灯片26
3．导向曲线的拟合
●在林分优势高生长曲线簇中，有一条代表在中等立地条件下，林分优势高随林分年龄变化的平均高生长曲线，这条曲线称作导向曲线。
●该曲线的形状近似呈“S”型，常用树木生长方程来拟合这条曲线，主要候选模型有：
幻灯片27
导向曲线候选模型
序号
方程名称
模型
1
舒马克（Schumacher）方程
2
单分子（Mitscherlich）式
3
逻辑斯蒂（Logistic）方程
4
坎派兹（Gompertz）方程
考尔夫（Korf）方程
6
理查德（Richards）方程
式中：
H—林分优势木平均高；
林分年龄；
a、b、c—待定参数，其中参数a为树高生长的最大值（Hmax）
幻灯片28
3．导向曲线的拟合
●根据标准地整理资料，采用非线性回归模型的参数估计方法，拟合导向曲线的候选模型，估计其参数并计算拟合统计量。
●通过比较各模型的拟合统计量，选择一个最优模型作为该树种地位指数的导向曲线。
●例如，根据小兴安岭红松天然林255块标准地资料，拟合得到的最优导向曲线方程为：
幻灯片29
最优方程的选择：
●如何拟合和选择最优方程是编表的关键。
●利用编表样本数据，分别采用不同的树高生长方程进行拟合。
对于线性回归方程，可采用普通的最小二乘法求解模型参数，而非线性回归模型的参数估计方法则需采用阻尼最小二乘法，如麦夸脱（Marquardt）迭代法，即由给定的模型初始参数值，通过反复迭代得到模型的参数估计值。
对各方程进行参数估计的同时，计算一些拟合统计量。
●根据所计算的各方程的拟合统计量，选择其中SSE最小、MSE、Syx最小、相关系数（或相关指数）最大的方程，并应考虑最接近图解法的散点分布趋势的作为编表的最优方程式。
幻灯片30
模型的拟合统计量
A.剩余离差平方和（SSE）：
B.剩余均方差（MSE）：
C.剩余标准差（Sy.x）:
D.相关指数（R2）：
p—方程参数个数；
n—样本数。
幻灯片31
4．标准年龄及地位指数级距的确定
●
（1）标准年龄（AI）的确定
●标准年龄－根据树种的生长快慢，决定在某一年龄的树高来表示林地生产力。
●标准年龄的确定方法，至今尚无统一的方法，一般综合考虑以下几个方面：
●①树高生长趋于稳定（平均生长量最大时）后的一个龄阶。
●②该树种在各种立地条件下的平均采伐年龄。
一般以10年为单位，大多以20年、30年、40年、……作为标准年龄，如实生杉木的基准年龄为20年。
幻灯片32
我国主要树种（人工林）的标准年龄
树种
地区
起源
标准年龄
红松、云杉、柏木、紫杉、铁杉
北部
南部
人工
落叶松、冷杉、樟子松、赤松、黑松
30
油松、马尾松、云南松、思茅松、华山松、高山松
杨、柳、桉、檫、楝、泡桐、木麻黄、枫杨、软阔
15
桦、榆、木荷、枫香、珙桐、柚木、槐
栎、柞、槠、栲、樟、楠、椴、水、胡、黄、硬阔
杉木、柳杉、水杉
幻灯片33
4．标准年龄及地位指数级距的确定
2）指数级距（C）的确定
根据该地区编表树种在标准年龄时，树高绝对变动幅度（ΔH）及经营水平确定地位指数级距（C）和指数级个数（k），一般指数级距为1～2m，指数级个数小于10个为宜，并可用下式概算出指数级距：
我国多采用1m或2m为指数级距，本例红松天然林地位指数级距C=2m。
幻灯片34
5．地位指数表的编制
●以导向曲线为基础，按标准年龄时的树高值和指数级距，采用比例法建立同型地位指数曲线。
例如，根据小兴安岭红松天然林各地位指数级的优势高：
●以2m指数级距，将地位指数SI=12m，14m，……24m分别代入上式式，可以得到小兴安岭地区红松的地位指数表
幻灯片35
幻灯片36
地位级指数曲线示例
红松人工林
柞树天然林
幻灯片37
二、地位级表的编制方法
●地位级表是根据林分平均高与林分平均年龄的关系编制的，其编表原理、方法及过程基本上与编制地位指数表相同。
●因此，这里仅简要介绍地位级表的编制方法。
幻灯片38
（一）图解法
●根据标准地调查资料，以年龄（A）为横坐标，以平均高为纵坐标（H）绘制H—A散点图。
●由于随着年龄的增大，树高的变动幅度越大，H—A散点图成扇形分布。
按照散点图的分布趋势绘制H—A的平均生长曲线，并根据曲线的走向趋势及散点的分布绘制上、下限两条曲线，这两条曲线所夹的面积反映了该地区内立地变化的状态，说明林地生产力的差异程度。
●将此变动范围划分成3～5个部分，每一部分代表一个生产力等级，用罗马数字表示地位等级，最上面的窄带为Ⅰ地位级，依次为Ⅱ、Ⅲ地位级。
●把图中不同龄级在不同地位级的树高值列成表，就是地位级表
幻灯片39
（二）数式法
（1）候选模型的选择：
依据标准地资料，选择、拟合林分平均高生长方程（模型参见地位指数编制部分）。
（2）确定林分平均高生长曲线的上、下限：
用各龄阶树高标准差（бi）来确定林分平均高生长曲线分布的上、下界限：
（3）编制地位级表：
根据上、下曲线所夹的面积及预定的地位等级（3～5个级），采用等分方法确定各地位级上、下限，列成表就是地位级表。
幻灯片40
第三节林分密度
●一、基本概念
●林分密度是评定林分中林木间拥挤程度的指标。
●林分中林木间拥挤程度取决于单位面积上的林木株数，林木平均大小和林木在林地上的分布。
●对于人工林，林分内林木在林地上的空间分布较均匀，因此，单位面积林木株数和平均林木大小是经常采用的林分密度指标。
幻灯片41
一、基本概念
●林分密度一直存在的两种不同的概念，一是以绝对值表示的林分密度─单位面积上绝对的林木株数，总断面积、蓄积或其它标准，另一种是以相对值表示的林分密度指标─疏密度和立木度。
●立木度是指现实林分与生长最佳、经营最好的正常林分进行比较所得到的相对测度。
立木度的概念与我国采用的疏密度相似，立木度随着经营目的不同而不同。
●立木度常以不足立木度、完满立木度、充分立木度（过高立木度）来表示某一林分密度是否符合经营目的，它采用相对数值的表达形式。
幻灯片42
从生物学角度定量描述林分密度时，无论采用绝对指标还是采用相对指标，主要应满足以下几个方面，才算是有效的密度测定方法：
1）反映林地利用程度（林地生产力充分利用程度）；
2）反映林分中树木之间的竞争水平；
3）与林分生长量和收获量相关；
4）测定容易，便于应用，具有生物学意义；
5）与林分年龄和立地条件无关。
幻灯片43
二、林分密度指标
●纵观各种林分密度指标，可大致划分成以下五大类，
●林分密度绝对测度中的：
●
（1）单位面积株数；
●
（2）单位面积上的断面积；
●林分密度相对测度中的：
●（3）基于单位面积林木直径与株数关系为测度（如SDI、CCF、TAR等）；
●（4）以单位面积株数与林木树高关系为测度（如RS）；
●（5）以单位面积株数与林木材积（或重量）关系测度（如3/2乘则）。
幻灯片44
（一）株数密度
●概念－单位面积上的林木株数（N/hm2）。
●单位面积上林木株数多少，直接反映出每株林木平均占有的营养面积和空间的大小。
它是造林、营林、林分调查及编制林分收获表中经常采用的林分密度指标。
●株数密度测定方法简单易行。
譬如，在实际生产中，常用林分的初始株数密度来表示林分密度。
●株数密度与林龄、立地等因子的相关紧密，作为密度指标这一点是个不足之处。
幻灯片45
林分株数密度随林分年龄的变化趋势
幻灯片46
（二）每公顷断面积
●概念－林地上每公顷的林木胸高断面积之和。
●由于断面积易于测定，而且断面积的大小与林木株数和林木大小有关，同时，它又与林分蓄积量紧密相关，所以，每公顷断面积也是一个广泛使用的林分密度指标。
●林分断面积是一个随林分生长而变化的密度指标。
●株数与平均个体大小的不同组合有可能导致相同的每公顷断面积。
●例如：
有两个林分其平均胸径（Dg）和N/hm
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