林分调查与林分结构

第二章林分调查,第一节林分概念及林分调查因子第二节标准地调查第三节林分结构规律第四节蓄积量测定第五节角规测树,教学目的和要求：通过对本章课程的学习，掌握林分主要调查因子概念、表达和计算方法以及标准地调查的相关技术方法。要求理论教学密切结合实际操作和应用，达到学以致用的目的。讲授重点：重点掌握各林分调查因子的基本概念及计算方法；标准地设置以及各调查因子的调查技术。,为了深入细致地研究森林内部的结构特征，揭示森林演替的规律以及科学地经营、管理森林，实现森林的可持续经营，必须涉及到多个林学相关的学科。测树学的任务之一就是研究林木资源的数量和质量特征的表达和调查方法，是以林分为基本单位表达的。,一、术语树木(tree，stem)林分(stand)森林(forest)林分：将大面积的森林按其本身的特征和经营管理的需要，区划成若干内部特征相同且与四周相邻部分有显著区别的小块森林。是森林区划的最小地域单位。森林：由乔木树种组成，郁闭度在0.2以上（含0.2）的林地或冠幅宽度在10m以上的林带。林分调查因子（standdescriptionfactor)：能够客观反映林分特征的因子。,第一节林分概念及林分调查因子,二、林分调查因子,（一）林分起源（standorigin),天然林（naturalstand）由天然下种、人工促进天然更新或萌生所形成的森林人工林（plantation）由人工直播（条播或穴播）、植苗、分殖或扦插条等造林方式形成的森林,林分起源的意义：起源不同的林木其生长过程也不同，与萌生林相比，实生林在幼小时生长较慢，以后生长加快，寿命较长，采伐年龄一般也比萌生林大实生林可以培养贵重的木材，一般树干通直，材质较好，并且一般生活力和抵抗病虫害的能力较强。对于同一树种而起源不同的林分，不仅采取的经营措施不同，而且在营林中所使用的数表也不相同。调查方法：查考资料、现地调查、访问,（二）林层（或林相）（storey）,林分中乔木树种的树冠所形成的树冠层次单层林(single-storiedstand)：明显地只有一个林层的林分复层林(multi-storiedstand)：具有两个或两个以上明显林层的林分在复层林中，蓄积量最大、经济价值最高的林层称为主林层，其余为次林层。林层序号以罗马数字、等表示。如凉水林场云冷杉红松林，I层（红松），II层（云、冷杉）,划分林层的标准,森林资源规划设计调查主要技术规定（2003）中规定划分林层的标准是：（1）各林层每公顷蓄积量大于30m3；（2）相邻林层间林木平均高相差20%以上；（3）各林层平均胸径在8cm以上：（4）主林层郁闭度大于0.3，其它林层郁闭度大于0.2。同时满足这4个条件就能划分林层,（三）树种组成（speciescomposition）,树种组成：各林层、各树种蓄积量（断面积）所占的比重纯林（purestand）：由一个树种组成的或混有其他树种但材积分别占不到10%的林分混交林（mixedstand）：由两个或更多个树种组成，其中每个树种的比例均不小于10%的林分。在混交林中，常以树种组成系数表达各树种在林分中所占的数量比例。,树种组成系数,树种组成系数：某树种的蓄积量（或断面积）占林分总蓄积量（或总断面积）的比重通常用十分法表示，即各树种组成系数之和等于“10”。由树种名称及相应的组成系数写成组成式，就可以将林分的树种组成明确表达出来。一般采用四舍五入法（1）如果某一树种的蓄积量不足林分总蓄积的5，但大于2时，则在组成式中用“+”号表示；（2）若某一树种的蓄积少于林分总蓄积的2时，则在组成式中用“一”号表示。,2%,？,优势树种和主要树种,优势树种：在混交林中，蓄积量比重最大的树种主要树种（或目的树种）：在一个地区既定的立地条件下，最适合经营目的的树种。主要树种有时与优势树种一致，有时不一致。当林分中主要树种与优势树种不一致时，若两者蓄积相等，则应在组成式中把主要树种写在前面。,在实践中：林分内80%或80%以上的优势木或亚优势木属于同一树种的林分视为纯林,（四）林分年龄（ageoftree）,树木年龄：树木自种子萌发后生长的年数林分年龄：林分内林木的平均年龄。可用年、龄级或龄组来表示龄级（ageclass）是对林木年龄的分级，用罗马数字表示，I，II，III。1)慢生树种以20年为一个龄级，如云杉、红松等；2)生长速度中等的树种以10年为一个龄级，如白桦等；3)生长较快的树种以5年为一个龄级，如杉木、杨树等；4)生长很快的树种以23年为一个龄级，如桉树等。龄组（agegroup）分：幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林和过熟林等,同龄林和异龄林,同龄林（evenagedstand）：林木年龄相差不超过一个龄级的林分。同龄林又分：（1）绝对同龄林林木年龄完全相同的林分，如人工林；（2）相对同龄林组成林分的林木年龄相差不足一个龄级的林分。异龄林（unevenagedstand）：林木年龄相差在一个龄级以上的林分，如天然林,林分年龄的确定,对于绝对同龄林分，林分中任何一株林木的年龄就是该林分年龄；对于相对同龄林或异龄林，通常以林木的平均年龄表示林分年龄。可采用算术平均年龄和加权平均年龄。混交异龄林，以主要树种或目的树种的年龄为主对于复层混交林，通常按林层分别树种记载年龄，而以各层优势树种的年龄作为林层的年龄。,算术,加权,（五）平均胸径,1.林分平均胸径(averagediameteratbreastheight)林分平均断面积对应的直径，定义为：式中：林分平均断面积；N林分内林木总株数；G林分总断面积；gi和di第i株林木的断面积和胸径。复层混交林，按林层分别树种计算平均胸径，而各林层并不计算林层平均胸径。,2.林分算术平均直径:3.Dg与的关系:即：,Dg,测量方法标准地法；（单纯同龄林）目估法：,（6）平均高（averageheight）,林分平均高(averageheightofstand)和优势木平均高(averagetopheight)。1）条件平均高：在树高曲线上，与林分平均直径（Dg）相时应的树高，简称平均高HD树高曲线（heightdiametercurve）：反映树高随胸径变化的曲线从树高曲线上根据各径阶中值查得的相应的树高值，称为径阶平均高。确定方法：标准地法：绘树高曲线(height-diametercurve)，建立DH回归方程目估法：,2)优势木平均高林分中所有优势木或亚优势木高度的算术平均数，用HT表示。确定方法：在林分中每100m2或200m2选3-5株最高或胸径最大的树木测定其树高取平均值。用途：鉴定立地质量不同立地条件下林分生长的对比,（7）立地质量（sitequality）,定义：对影响森林生产能力的所有生境因子（包括气候、土壤、生物等）的综合评价指标。常用指标地位级(siteclass)依据既定树种的林分条件平均高（HD）及林分年龄(A)，划分57级，以罗马数字、顺序号表示；地位指数(siteindex)某树种林分在标准年龄（referenceage）（亦称基准年龄）时优势木平均高（2m一级）作为评定立地质量的指标，,1、表示林木对其所占空间的利用程度，或反映林分中林木间拥挤程度的指标2、当前我国森林调查和森林经营中最常用的密度指标：株数密度：单位面积上的林木株数。株/hm2郁闭度：林分中林冠投影面积与林地面积之比。实践中，常用“一步一抬头法”测定。疏密度：林分每公顷胸高断面积（或蓄积）与相同条件下标准林分每公顷胸高断面积（或蓄积）之比。标准林分的疏密度定为“1.0”。标准林分：某一树种在一定年龄、一定立地条件下最完善和最大限度地利用了所占空间的林分。标准表：载有标准林分每公顷胸高总断面积和蓄积依林分平均高而变的数表。,（8）林分密度(standdensity),（9）林分蓄积量(standvolume)林分中所有活立木材积之和。（10）材种出材量和出材级1.可利用的、符合用材标准的材种出材量(merchantablevolume)2.林分林木材积的经济利用价值林分质量。,第二节标准地调查,在实际工作中，一般不可能也没有必要对全林分进行实测，而往往是在林分中，按照一定方法和要求，进行小面积的局部实测调查，根据其调查结果推算整个林分。局部调查中，有两种取样方法：（1）是按照随机的原则设置实测调查地块样地（2）是以林分平均状态为依据典型选设实测调查地块标准地,一、标准地概述（一）定义：1.标准地（sampleplot）：按典型调查原理确定的能够充分代表林分总体特征平均水平的调查地块。林业专业调查主要技术规定在标准地内：近、成、过熟林150株以上；中龄林，200株以上；幼龄林，250株以上。2.样地（plot）：按随机调查原理确定的调查地块（面积1m20.1hm2)。（二）标准地形状：正方形、矩形、圆形、带状等。（三）标准地基本要求：1.有充分的代表性；2.不能跨越林分,不能跨越小河、道路或伐开的调查线，且应离开林缘。,（四）标准地用途：1.用于某些专门的调查研究工作。编数表、经营措施决策、评价等；2.用于林分调查。（五）标准地种类1.临时标准地（Temporaryplot）用于林分调查或编制营林数表，只进行一次调查，取得调查资料后不需要保留。2.固定标准地（PermanentFixedplot）适用于较长时间内进行科学研究试验，有系统地长期重复多次观测，获得定期连续性的资料。,（一）选择并测设边界：1.根据条件先在林相图（或森林分布图）上确定标准地位置，然后到实地进行观测，放样并确定标准大小；2.用罗盘仪、皮尺或测绳测设边界，闭合差不得超过1/200（二）标准地位置及略图：,1,2,3,二、标准地调查步骤,1、外业（1）每木检尺（tally，每木调查）a.确定径阶大小：一般为2cm；b.确定起测径阶：一般为6径阶，即5.0cm为起测胸径；c.分树种、林层、用材树、半用材树、薪材树等调查记录。（2）测树高a.按株数径阶分布分配实测1525株树的高与胸径；绘树高曲线或建立DH方程；b.测3株优势木高。（3）测定郁闭度：“一步一抬头”（3）测定年龄：生长锥或伐倒标准木等方法。（5）林分环境因子调查：幼树、下木、地被物、土壤、海拔、地形、坡位、坡向、坡度等。,（三）标准地调查,每木检尺注意事项,由坡上方沿着等高线按“S”形路线向坡下方进行检尺；使用轮尺时必须与树干垂直；要防止重测或漏测，记录者复述，并用粉笔在测过的树干上作记号正好位于标准地境界线上的树木，本着“北要南不要，取东舍西”的原则。,（6）林分环境因子质量调查,a.地形、地势：地貌、大地形、坡度、坡向、坡位、海拔等因子。b.幼树、灌木、活地被物及生物多样性调查：采用样方调查法。c.土壤调查：在标准地内通过土壤剖面调查土壤。d.森林健康:对林分的灾害情况（火灾、病虫害）、树冠脱叶、树叶颜色等森林健康因子进行调查。,2、内业各项林分调查因子计算包括：林分平均直径、平均高、年龄、树种组成、地位级（立地指数）、疏密度（郁闭度）、株数密度、胸高断面积、蓄积量、材种出材量及出材级等。,第三节林分结构规律,一、基本术语：1、林分结构：指林木在林分中的分布状态。2、林分结构规律：在未遭受严重干扰的情况下，林分内部特征因子具有一定的分布状况，且表现出较为稳定的结构规律性。林分直径结构是林分最重要、最基本的林分结构；当然还有年龄、树高、干形、材积、材种、树冠等。3、林分结构主要研究：（1）林木在林分中的空间占有状态生态学（2）林木各调查因子按林木大小的分布状态测树学,二、林分直径结构（分布）（Standdiameterstructure/distribution),在林分内各种大小直径林木的分配状态林分，是林分最重要、最基本的林分结构（一）意义：林分材种结构与林分直径结构密切相关决定材种比例、总材积，是编制林分材种出材量表的基础。林分直径结构规律是研究、推断相关因子（如树高、断面积、干形和材积）的结构规律。林分直径结构是测定、预测林分断面积和蓄积及其生长过程的一个依据。林分直径分布规律，可作为制定、检查营林措施（如抚育间伐）效果的主要依据。,（二）同龄纯林1.直径静态分布规律,分布近似正态的单峰有偏分布：以林分算术平均直径（）为峰点、中等大小的林木株数占多数、向其两端径阶的林木株数逐渐减少的对称的山状曲线同龄纯林直径分布曲线,近似截尾正态、左偏,Q：哪条曲线为幼龄林、中龄林、成过熟林？,2.直径分布动态规律,直径正态分布曲线的形状随着林分年龄的增加而变化：平均直径（Dg）：由小大；变动系数（CD）：由小大；偏度（3）：左偏（30，正偏）正态（30）右偏（30）正态（40）低峰态（495）以内，平均相对误差小于3%，则说明所编材积表满足精度要求。,（3）由二元材积表导算一元材积表,在用表地区随机抽取200300株以上样木，实测样木的胸径和树高。先根据实测样木胸径和树高作树高曲线图。依曲线趋势选用方程类型，并进行比较、优化，最后确定用于导算一元材积表的最佳树高曲线方程Hf（D）。将树高曲线代入二元材积式Vg(D，H)中，得到一元材积式。,树高曲线模型,树高曲线模型,例：,兴安落叶松的树高曲线经验方程为：兴安落叶松二元材积方程为：将各径阶中值代入树高曲线求得各径阶的平均高，再将各径阶中值及平均高代入二元材积式，计算出各径阶的平均材积列表，即为导算的一元材积表。,应用：使用前如遇下列情况应予检验：编表地域森林状况有明显变化；扩大使用范围。（随机实测有代表性的100株作DH曲线与编表的相比，误差不得超过5%）使用计算：每木检尺径阶整化查表各单株材积株数各径阶材积求和林分蓄积量,（1）定义：根据胸径与树高2个因子编制的树干带皮材积的数表。（2）编制：同一元材积表。（3）应用：计算林分蓄积：导算一元材积表：,每木检尺,树高曲线,各径阶株数,各径阶树高,径阶,各径阶单株材积,各径阶材积,林分蓄积,随机选100200株样木实测D、H,树高曲线或方程,各径阶树高,径阶,一元材积表或方程,2.二元材积表(two-way/standard/generalvolumetable）,求和,查表,查二元材积表或方程,因二元材积表的编表资料是同一树种取于较大的地域范围，其适用地域较大，故又称为一般材积表或标准材积表。它是最基本的立木材积表在大面积的森林蓄积量调查中，一般不直接使用二元材积方程(或二元材积表)测定林分蓄积量，而常常使用由二元材积方程(或二元材积表)导算的一元材积表。,三元材积表(formclass/three-wayvolumetable）三元材积表是分别形率级(形级)编制的二元材积表。使用时要测定林木胸径、树高和一个上部直径来确定树干材积的方法，故称为三元材积表。我国为解决云南亚热带林区森林资源调查树种很多的困难试编过形率级三元通用立木材级表。虽然三元材积表的理论精度较高，但因使用较烦，未能在生产中推广应用。,4.树高级材积,根据直径与树高的关系，把相同林分平均直径对应的不同林分平均高分为若干等级称作树高级。一般分37级，用罗马数字表示。按树种或树种组，分别树高级编制的一元材积表叫做树高级立木材积表。树高级材积表是介于二元和一元材积表之间的一种表。用树高级材积表测算林分蓄积首先根据林分平均直径和平均高确定该林分所属树高级，然后用该树高级的一元材积表计算该林分蓄积，计算程序同一元材积表。,1、标准表法测林分Hg及每公顷断面积（G实）；查标准表对应于Hg的每公顷标准断面积（G标）和标准蓄积（M标）；计算林分疏密度（P）：核心！计算林分每公顷蓄积（M实）：M实=PM标例如：测得某杉木林分断面积为32m2/hm2，平均高11.3m，用标准表求其蓄积。杉木标准表（摘录）,解：,四、用蓄积三要素法确定林分蓄积,2.平均实验形数法测林分Hg及每公顷断面积；查表19（P32）得到相应树种的平均实验形数；计算林分蓄积：例：某杉木林分，测得其胸高断面积为32m2/hm2，Hg=11.3m，试估计该林分蓄积。,1、角规(anglegauge)以一定视角（1845“）构成的林分测树工具；1947年，奥地利BitterlichW.发明了角规测定林分每公顷断面积的理论和方法；特点：不用设置标准地进行森林调查；1957年引入我国。2、构造视孔、杆身、缺口；最原始：手杖，长1m，缺口2cm；,一、角规测树概述,自平曲线角规(LTC-1),第五节角规测树,3.几种常见的角规,（1）杆式角规构造：长度为L的木尺的一端安装一个缺口宽度为l的金属片断面积系数（Fg）：视角：取决于l和L的大小。最常用的角规其l1cm,L=50cm,Fg1，而视角,3.几种常见的角规,（2）棱镜角规构造、原理：光线折射产生位移。用法：横持镜片，透过镜片观测胸高部位，树干影象产生位移：,3.几种常见的角规,（3）速测镜(relascope)毕特利希(BitterliehW，1952)研制，主要用于角规测。我国华网坤等(1963)仿造设计投产。有关速测镜的构造、原理、功能及使用方法见第一章。,3.几种常见的角规,（4）自平杆式角规简易杆式角规的基础上作了两点重大改进：（1）角规改为杆长可变；（2）具有自动改正坡度的功能，其原理：当坡度为度时，缺口宽度l相应变窄成为缺口宽度为1cm，对应的拉杆长度为50cm，即断面积系数Fg=1。,4、计数方法,杆式角规计数法示意图,棱镜角规计数法示意图,1.3m,相割计1株,相切计0.5株,相余不计数,相割计1株,相切计0.5株,相余不计数,5、角规测树基本原理同心圆原理,这种原理是以测点为中心，对每株树作一圆形样地（样圆）。样圆的面积取决于D的大小，因此样地的面积是可变的，故称不等概抽样。1）假设林内所有林木地胸径相等为Dj，如图设P2为临界树（相切），则用角规绕测时，形成以Rj为半径，O为中心的假想扩大圆令角规尺长为L，缺口宽为l，则:样圆面积：,2）若假想圆样地内共有Zj株树时，即角规绕测计数为Zj，则样圆内的树木断面积为：3）将样圆面积换算为1公顷时，林木每公顷断面积可表示为：令：则：,4）原理的推广应用：在实际林分中，树木的直径并非相等，且有粗细、远近之分。设林分中共有m个直径组Dj（j1，2，3.m)。按上述原理，用角规绕测时，实际上对每组直径Dj均形成一个以O为中心，以Rj为半径的m个假想样圆，从而形成m多重重叠的同心圆。凡落在相应同心圆内的则计数为1或0.5，反之不计数。显然林分的总断面积为：,5）若在林分中设置了n个角规点进行观测时，其计算林分每公顷断面积公式应改为：式中：Zi为第i个角规点上计数的树木株数。,Fg的确定：当L50cm时l=0.707Fg=0.5l=1.0Fg=1l=1.414Fg=2l=2.0Fg=4,5、角规测树基本原理三角函数原理,角规测定林分每公顷胸高断面积原理是整个角规测树理论体系的基础。断面积/角规系数(basalareafactor)Fg：计数1株时，林木总断面积数Fg（m2/hm2）。,c,ACB,O,用相切树分析断面积系数,a,b,AC=l/2;OC=L;Oa=R;ac=d/2因为OACOca所以OC:Oa=AC:ca即：,故,如l=1cm，L=50cm，则Fg=1m2/hm2,5、角规测树基本原理三角函数原理,又因为:样圆面积A=R2，树干胸高断面积为。,（一）角规绕测技术要求1.观测时要对准胸高位置；2.被遮挡时，应砍掉灌木、杂草或变换测点，但应保持点位到被测树干中心距离