测树学实验指导书

1、测树学实验指导书 李凤日 编 二00五年三月 实验一 测树工具的使用 一、目 的 熟悉和掌握几种常用的测树工具的构造、原理及使用方法。 二、仪器、用具 轮尺、围尺、勃鲁莱测高器、超声波测高器、DQW 2型望远测树仪、二米测竿、记录夹、记录用表、计算 工具。 三、仪器的构造、原理及使用方法 （ 一 ） 测径器 1轮尺 轮尺构造十分简单，如图 1 1，可分为固定脚，游动脚和测尺三部分。测尺的一面为普遍米尺刻度，一面 为整化刻度。在森林调查中，为简化测算工作，通常将实际直径按上限排外法分组，所分的组称为径阶，用其 组中值表示。径阶大小 （组距）一般可以为1cm、2cm或4cm。当按1cm、2cm或4

2、cm分组时，其最小径阶的组中值分 别为1cm、2cm或4cm。径阶整化刻度的方法即是将各径阶的组中值刻在该径阶的下限位置。 图 1 1 轮尺 1固定脚 2 滑动脚 3 尺身 4 树干横断面 使用注意事项： （1）在测定前，首先检查轮尺，必须注意，固定脚与游动脚应当平行，且与尺身垂直。 （2）测径时，轮尺的三个面必须紧贴树干，读出数据后，才能从树干上取下轮尺。 （3）测立木胸径时，应严格按照1.3m的部位进行测定。如在坡地，应站在坡上部，确定树干上1.3m处的部位， 然后再测量其直径。树木若在 1.3m以下分叉时，按两株测算。 （4）当树干横断面不圆时，应测相互垂直的两个直径，取平均数作为测定值

3、。 2 围尺 （ 直径卷尺 ） 围尺有布围尺，钢围尺和蔑围尺三种，围尺上除标有普通米尺刻度外，还标有对应于圆周长空的直径刻度。 使用时，必须将围尺拉紧平围树干后，才能读数，应使围尺围在同一水平面上，防止倾斜，否则，易产生 偏大的误差。 （ 二）测高器 测高器的种类较多，但根据原理大体可分为两大类：一类是利用几何相似形原理设计的，如克里斯顿测高 器，圆筒测高器等；另一类是利用三角原理设计的，如勃鲁莱测高器等。 1 几何原理测高：如图 1-2所示，当BC/B C时，则有： 若EC BC,为定长（一般EC用 2m测竿,B C用30cm测尺取代），则将BC（树高）值代入上式，（树高）值代入 上式，即可

4、计算岀相应的 EC值。若将一系列的BC（树高）值刻划在相应的 EC位置，即可从测尺（B C）上直接 读岀树高（BC）值。 克里斯顿测高器就是利用上述关系设计的。使用时，只需将二米测竿垂直立于树基部（或在树干上标2m高 度） ，然后，选择一个能同时望见树梢和树脚及二米测竿顶的地方，用大拇指和食指轻提仪器，让其自然下垂， 与树干平行，屈伸手臂，使仪器上、下钩正好卡住树梢及树基，保持仪器和头部不动，迅速瞄视测竿顶端，这 时，视线所通过的仪器刻度值即为树干的全高。 图12 克里斯屯测高器测高原理示意图图13 克里斯屯测高器及其刻度 这种测高器具有用法简单，携带方便，测高时不用量水平距离等优点，对16m

5、以下的树木测定结果比较准 确，但掌握不熟练时，可能岀现较大的误差。 2 三角原理测高：按三角原理设计的测高器，本质上都是一种测角器，多通过正切函数关系测算树高。 较为常用的是勃鲁莱测高器 （图1-4）。其刻度盘上标有不同水平距离 （15，20，30、40m）时所对应的不同仰角和 俯角的树高值。 图 14布鲁莱斯测高器构造图 15布鲁莱斯测高原理 1. 制动按钮 2. 视距器 3. 瞄准器 4. 刻度盘 5. 摆针 6. 滤色镜 7. 启动钮 8. 修正表 测高时，首先选测某一水平距离，然后，分别以下情况测算树高： （1）在平地上测高：测者立于测点，按下仪器按纽，使指针自由下垂，用瞄准器对准树梢

6、后，即按下制动 纽，固定指针，在度盘上读岀对应于所选测水平距离的数据h，再加上测者眼高I，即为全树高H,见图l-6（a） （2）在坡地测高：先观测树梢，求得h1,再观测树基，求得 h2，若两次观测角度正负号相异时（仰角为正，俯 角为负），见图l - 6（b）。则树木全高（H）为： 式中：S为水平距离。 若两次观测角度正负号相同，见图1-6 （c），则树木全高（H）为： 这种测高器的优点是操作简单，易于掌握，在视角等于45时，精度较高，但需要测树木至测点的水平距 离。 测高注意事项： 测高时一定要两次读数之和（差）。 测高的水平距离应尽量与树高相同。 树高小于5伸寸不用测高器，而用测杆测定。 对

7、阔叶树不要误将树冠倒侧当作树梢。 1HH Ji (b) -6在坡地上测高 （三）多用测树仪 近二、三十年，多用途的综合性测树仪的研制取得了较大的进展，这类测时仪能测定树高、立木任意部位 直径、水平距离、坡度、每公顷断面积等多种因子。我国常见的有LC-1型和LC-2型林分速测镜，DCW-型光学 测树仪、DQW-型望远测树仪等。此处仅就DQW-型望远测树仪作简要介绍。 DQW-2型望远测树仪其结构如图1-7。 原理是用显微投影的标尺，测量经望远镜放大了的目标，通过光学系统，成象在一个焦平面上，以相似形 定理和三角函数作为测量原理。 使用时，将仪器固定在三角架上，按下制动纽，待鼓轮静止后，通过目镜可

8、见到圆形视场（图1-8）被准线 分为上下两部分。上半部是观测目标，下半部是测量各因子用的标尺。 1 测水平距离：司尺员将视距尺一端顶到被测树干上，使尺面垂直于仪器观测方向，并力求水平（图1-9）， 用仪器看视距尺，测距尺所夹视距尺的刻度数即为所测的水平距离（视距尺的最小格值为 0.2m），见 图 1-10。 物镜组 罗盘仪架头 图1-7 DQW-2型望远测树仪 2 测树高： （1）测立木全高（H）:原理与勃鲁莱测高器相同， H = B（C1 C0） （ H尺读数为异号时）， H二BO -Ho|（h尺读数为同号时）。 式中：B观测时水平距离的 1 % （m）; C观测树顶梢H尺上的读数（格）；

9、Co 观测树基部 H尺上的读数（格）。 （2）标定中央直径的部位：当仪器对准中央直径时，H尺的读数应该是: C1 C1 C1 C1 - C2 （H尺读数为异号时）， （H尺读数为同号时）。 将此读数调至准线上，这时，准线与树干相截的位置即是中央直径部位。 测高尺 坡度尺 图1 8圆形视场 图1 9司尺 图1 10测距 （3）标定任意树高：H尺的读数是 H n CnL-Co B（H尺读数为异号时）， Ho C1- - Co （H尺读数为同号时）。 2 B 式中，H n标定高度（m）。 将求得的H尺读数调至准线位置，此时，准线与树干相截处即为所要标定的树干高度。 （3）测树干直径： 式中：L测径尺

10、读数（即条带数，窄条带为1,宽条带为10）; B观测时水平距离的 0.1 % （cm）。 DQW-型望远测树仪的其余功能，在以后的实验使用中可再作现场介绍。 四、实验组织安排 1 实验时，先讲述各种仪器的构造，使用方法及测高原理。 2 实验之前，选取10 15株树进行编号，并用精度较高的仪器（如经纬仪等）测树高，作为树高实际值, 以求算测定误差。 五、思考题 1 为什么要进行轮尺刻度整化？若起测直径为6cnfl寸，试以4cm为一径阶说明整化刻度法。 2 比较各种测高器的优缺点。 3 当你只有一直尺或三角板时，怎样用它来测高？说明原理及方法。 六、实验报告 提交测径、测高及误差计算结果（用表1

11、1）。 表1-1树木胸径、树高测定计算表 编号 胸径测定 树高测定 轮尺 围 尺 实际咼 超生波测高器 勃鲁莱测高器 DQW-2型望远测树仪 第一方向 第二方向 平均 全高 误差() 全高 误差(%) 全高 误差(%) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 实验二伐倒木材积测定 一、目的 1 学会用树干上几个必要的直径值绘制树干纵剖面图（削度图）的方法； 2 掌握用中央断面、平均断面求积式及其区分求积式计算树干材积的方法； 3 了解标准木（样木）卡片的内容。 二、资料、仪器及辅助用表 1.计算机 2 30 X 20cm方格纸一张及必要的绘图仪器； 3 标准木卡

12、片（见用表2-1）; 三、方法、步骤 （一） 首先根据标准木卡片中树高及1m 3m 5m等高度处的带皮与去皮直径，在方格纸 上横轴以1: 100、纵轴以丨：10的比例绘树干纵剖面图。（以直线连结各点不作修匀 ） （二）用中央断面及平均断面求积式计算树干带皮材积。 首先由树于1m 3m 5m等高度处的带皮与去皮直径计算所需的数值，然后代入以下 公式计算树干材积。 V = G L（1） 2 G +G V 平-L（2） 2 1 梢头材积，根据梢头长度及梢头底面积值由公式：V gnl （l - l）计算。 3 将以V中和V平计算的材积再分别加上梢头材积即为该树干的总材积值。 （三）以2m为一区分段，用

13、中央断面区分求积式计算树干材积 由树干1m 3m 5m等高度处的带皮与去皮直径和区分段长，用圆柱体体积公式计算 各区分段的材积，各段材积之和，再加上梢头材积即为整个树干材积。 （四）以2m为一区分段，用平均断面区分求积式计算树干材积。 首先由树干树干1m 3m、5m等高度处的带皮与去皮直径，采用线性插值公式计算树高 2m 4m等高度处的直径，并计算岀该直径的相应断面积代入下式计算树干材积。 g . gn1 V 平均（里 匹）、g1）l，V gnl（3） 213 式中：l 区分段长 l梢头长。 再加上梢头材积即为树干总材积。 四、思考题 1 这次实验所用四个公式计算的树干材积是否相等？如不相等，

14、是否能简单的说明一下理由 2 .能否利用树干纵剖面图，直观的描述一下树干的纵剖面形状？ 3 实际进行造材时除考虑树种、材种的长度和粗度外，还要考虑什么？为什么？ 4用区分求积式计算的各材种材积，与由原木材积表查岀的各材种材积值是否一致？能叙述 不一致的理由吗？ 五、实验报告 1.树干纵剖面图 2 各种公式计算树干材积的结果（表22） o 4 按区分求积式计算各材种带皮与去皮材积的结果记入标准木卡片的相应栏内。 用表2-1 标 准 木 卡片 黑龙江省 伊春市 南岔 林业局 林场 8 林班 25小班 枫桦红松林 林型 标准地No II -14 1. 树 种 红松 2. 所属林层 单层林 21.胸高

15、直径最近（10）年内的生长量 1.4 cm 3.胸高直径带皮33.0 cm ，去皮 32.6 cm 22. 生长率 4. 胸高断面积带皮 5. 圆柱体体积带皮 m2， 去皮 m3， 去皮 2 m 3 m 6. 树干高度（伐根高不计） 27.2 m 7. 第一死枝高8.6 m 8. 第一活枝高 11.0m 9. 树冠长度16.2 m,百分数% 10. 树冠投影 东西 4.8 m,南北 5,7m 11. 树高最近（10）年内的生长量1.07 m 12.伐根高 8 cm 13. 伐根上的年轮数 _150+10 14. 伐根上的心材直径 cm 15. 伐根上的被压直径 cm 16. 伐根上的被压年数

16、17. 伐根上的病腐直径 .cm 18. 病腐蔓延高度 .m 19. 生长情况（划线指岀） 弱小、中庸、良好。 20. 胸高直径最后一厘米内的年轮数 .10 cm 1 25. H处的直径带皮 27.5 cm , 去皮 26.8 cm 4 26.树干中央直径带皮 22.0 cm ，去皮 21.2 cm 3 27. H处的直径带皮 10.0 cm ，去皮 9.2 cm % 23. 中央直径最近（）内的生长量 24. 生长率 4 28. 形率q1带皮 29. q2带皮 30. q3带皮 31. 形数：带皮 32. 树干材积：带皮 33. （）年前 34. 连年生长量 35. 生长率 36. 平均生长

17、量 37. 树皮材积 38. 树皮率（占树干带皮材积的百分比） 39. 枝条材积 40. 枝条率（占树干带皮材积的百分比） 去皮一 去皮 去皮 去皮 去皮 3 m 3 m 3 一 m 3 m 3 m m3 用表2-1 (续) 距树干底 断面的高 度(m) 直径 (cm) 最近()年 内直径生长 材积(mo) 带皮 去皮 ()年前 带皮 去皮 ()年前 根径 X X X 、 X X 伐根 42.0 41.2 X X X 胸径 33.0 32.6 X X X 1 33.5 33.0 3 30.0 29.2 5 28.5 27.8 7 28.0 27.4 9 25.0 24.4 11 23.0 22

18、.5 13 22.5 21.5 15 20.0 19.4 17 16.0 15.2 19 14.0 13.4 21 12.5 11.5 23 10.0 9.4 25 6.0 5.6 26(梢底) 4.0 3.6 总计 用表2 2 各公式计算树干材积表 公式名称 公式型 计算的材积(m3) (不含梢头) 梢头材积(m3) 中央断面求积式 平均断面求积式 平均断面区分求积式 央断面区分求积式 实验三、标准地调查及林分调查因子的测算 一、目的 1 初步掌握标准地外业调查技术和内业计算方法； 2 学习目测方法。 二、仪器及工具 罗盘仪、二米测竿、测绳、皮尺、轮尺(或围尺)、勃鲁莱测高器(或其它测高 器

19、)、记录夹、 记录用表、森调工作手册、粉笔、方格纸、计算工具等。 三、方法步骤 本实验分组进行，每小组6-7人。 (一)外业 1 选择标准地的基本原则： (1) 在哈尔滨实验林场对所调查林分作全面踏查，掌握林分的特点， 选岀具有代表性的，即林 分特征及立地条件一致的地段设置标准地。 (2) 标准地不能跨越河流、道路或伐开的调查线，且应远离林缘。 (3) 标准地面积：按标准地上林木株数的多少为标准。如近熟和成熟林应有 100株以上，中龄 林150株以上，幼龄林 200株。一般先用400mf的小样方查数株数，再按上述标准推算满足要求 的标准地面积。 (4) 标准地形状：一般用矩形或方形。 2 标准

20、地境界测量： (1) 用罗盘仪测角，用皮尺或测绳量距离。坡度5 以上应改算为水平距，相对闭合差一般要 求不超过各边总长的1/200。相对闭合差 二绝对闭合差(m)。 相对闭合差(m) (2) 设置固定标准地时应将标准地与已知测线明显地物标相联，并在标准地调查薄 上绘略图，以便日后查找。 (3) 在标准地四角埋设标桩。埋桩时，其写字面要朝向标准地的角线方向。 标桩规格：永久标准地标桩，用针叶树剥皮制作，粗20cm，长1.5m，埋入地下 70cm。流水 帽砍成圆锥形，流水帽下隔5cm以下砍岀写字面，长 25cm,宽15cm。用铅油写岀标准地号、标 准地面积及设年月日。临时标准地的标桩，粗12 14

21、cm,长1.2m，埋入地下50cm。 3 .标准地调查： 每木调查： 在标准地内分别树种、活立木、枯立木、倒木，测定每株树木的胸径的工作，称每木调查（或 每木检尺）。 径阶大小的确定：林分平均直径6 12cm,采用2cm为一径阶；林分平均直径在12cm以 上，以4cm为一径阶，人工林可用 1cm为一径阶。 确定起测径阶：检尺时最小径阶称为起测径阶，小于起测径阶的树木称为幼树。一般调 查时，天然成过熟林起测径阶为8cm,中龄林4cm，人工幼林1或2cm 划分材质等级： a 用材部分占全树高 40%以上者为经济用材树。 b 用材部分长度在 2m（针）或1m（阔）以上，而小于全高 40 %者为半经济

22、用 材树。 c 用材部分在2m（针）或lm（阔）以下者为薪材树。在实际工作中一般只分用材树和薪材树。 半经济用材树的 60 %记入经济用材树，40%记入薪材树。但需另计枯立木和倒木以供计算枯损 量。 每木检尺： 三人一组：二人测胸径，一人记录并作记号。测径时，必须分别树种、材质等级和径阶， 同时应分别林层进行。在坡地应沿等高线方向进行，在平地沿S形方向量测。测 径时应注意： a .必须测定距地面 1.3m处直径，在坡地量测坡上1.3m处直径。 b 轮尺必须与树干垂直且与树干三面紧贴，测定胸径并记录后，再取下轮尺。 c. 遇干形不规整的树木，应垂直测定两个方向的直径，取其平均值。在1.3m以下分

23、叉者应 视为两株树，分别检尺。 d 测定位于标准地境界上的树木时，本着北要南不要，取东舍西的原则。 e.测者每测一株树，应报岀该树种、材质等级及直径大小，记录者应复诵。凡测过的树木， 应用粉笔在树上向前进的方向作岀记号，以免重测或漏测。 在固定标准地调查时，一律采用lcm 一径阶或记实际胸径，每木检尺要分别树种，健康木， 病腐木或生长级记录，每株树应编号，并在其 1.3m处作上记号（如T），以利下次复测，测定精 度 0.10m。 （2）测树高： 测高的主要目的是为确定各树种的平均高。应分别树种和径阶测树高，主要树种应测15 30株，中央径阶多测，两端逐次少测。凡测高的树木应实测其胸径和树高，将

24、所测结果记入 “测高记录表”中，通过绘制树高曲线图，由林分平均直径查岀林分平均高。亦可用数式法回归 计算。 对其它次要树种可选 35株相当于平均直径大小的树木测高，取其平均值为平均高。 优势木测高规定： a 标准地每100ni测一株树高最高、树冠完整的树木； b 将标准地大致分为几个小区，每区选一优势木测高； n 无 H优i c 优势木平均高需=丄 n 用勃鲁莱测高器测高，精确到0.5m。幼林可用特制测竿测高，必须有专人观察测竿是否 正确达树顶，不得由持竿人在树下估计，用测竿测高精确到0.1m。 树冠测定： 对测高，样木要测枝下高 （H b）和冠幅（Cw）。枝下高精确到 0.5m。冠幅要求按东

25、西、南北 二个方向量测，精确到 0.lm。 将测高样木的量测值（胸径、树高、枝下高及冠幅 ），按径阶填入测高记录内 （用3 3）。 优势木测高值填入表 31。 （3）测定树木年龄： 用查数伐根上的年轮数，或用生长锥其它方法确定接近平均直径树木的年龄。混交林只 确定优势树种的年龄。 有些树种的幼树可以数轮枝确定年龄时，应加上生长达最基部一个轮生枝高度所的年。 （4）测定郁闭度： 标准地的两对角线上树冠覆盖的总长度与两对角线的总长之比，作为郁闭度的估测值。 或在标准地内机械设置100个样点，在各点上确定是否被树冠覆盖，总计被覆盖的点数，并计算 其频率，将此频率作为郁闭度的近似值 树冠投影法： 在方

26、格纸上绘制标准地树冠投影图，从图上求岀投影面积和准地面积，用下式计算之： 式中：?c 郁闭度； Sc 林冠投影面积； So 林冠空隙面积； St标准地面积。 （5）选伐标木（样木）和解析木： 根据平均木或不同的调查目的选取标准木或解析木。将标准木所在林分状况记入准木卡 片。 选岀的标准木测定其胸径、树冠的东西、南北长度，记载树木生长情况，然后伐倒，伐 根不超过胸径 1/3。查数伐根上的年轮数，测定心材直径、被压期间年轮数和大小及其病腐情 况。 实测树高（精度0.1m）、树冠长度、树高1/4、1 /2、3/ 1处的带皮和去皮直径，测胸 径和1 /2处直径，测最近10年（或5年）的直径生长量及胸径

27、最后 lcm的年轮数。 以2m（或Im）为区分段，进行区分求积。则作树干解析时，应在伐根、胸径，各区分段 中央直径及梢端处截取圆盘。如不作树干解析，则在胸径和各区分段中央直处测定最近10年（或5 年）直径生长量。 用目测截断法测定最近 10年（或6年）树高生长量。 根据木材规格对标准木合理造材，将各材种名称、大小记载入标准木卡片。 （6）地形地势、植被、土壤、更新及病虫害的记载与调查。 记载标准地的坡位（上、中、下及谷地）、坡向（用象限角记载）、坡度（以度为单位）和海 拔。 植被调查方法： 林下植被的描述与分析是森林植被调查的一个重要方面，是研究林分分类、动态及生产力不 可缺少的基础性工作。

28、主要调查记载林内有哪些植被种（草本）及其生长状况分布情况、高度、覆 盖度，林缘的植物情况；是否有地被物（苔藓、地衣）以及死地被物（枯枝落叶层）的情况。用样方 调查：标准地内四角及中心各设一块1X 1m的样方。设置好样方后，要估测一下总盖度、 营养苗（即 仅带枝叶的营养休）及生殖苗（具花或果实的苗）的平均高度。记录样方内所岀现的全部植被名称。 对每种植被作如下数量指标调查； a. 密度：密度是与多度意义相近的一个指标。它是脂单位面积内某种植物的个体数目。测 时即数每一平方米样方内所测植物的株（或从）数。 b 盖度；指植物地上部分（枝叶）的垂直投影，以覆盖面积的百分比表示 （它相当于林业上所 用的

29、郁闭度）。盖度可分种盖度（又叫分盖度）、层盖度及总盖度（群落盖度）。要求测定每种植物 的种盖度（由于植物枝n十相互重叠，各种之种盖度之和常大于总盖度 ）。 c 高度：植物高度说明植物的生长情况、竞争和适应能力。对每种植物种高度的测定，应 分营养苗及生殖苗分别测定，注意测量的自然高度应取平均值。 d. 物候相，即指植物随气候条件按时间有规律的变化而表现岀的按一定顺序的发育期。可分营 养期、花蕾期，开花期、结实期和果后营养期等几个阶段。 树种名称 盖度 (%) 多度 平均、高 （cm） 物候相 生活力 分布密度株 （m2） 山刺玫 3 Un 50 果后营养 中 8 野豌豆 7 sol 50 果 强

30、 1 多度采用德鲁全法记载： Cop3植物覆盖50%以上（分布很多）; Cop2植物覆盖25%以上（分布较多）; Cop1植物覆盖5%-25%以上（分布中等）； Sp植物覆盖5甲。以下（稀疏、散生）； Sol少； Un单株状态： Soc分布均匀； Gr布不均（块状） e. 生产力：指植物的生长状况，它是一个相对指标。可分强、较强、中等、较弱及弱填写，其 记载形式举例如上：将植被 （幼树、下木及活地被物）调查结果，填用表 5 5中。 土壤调查：在标准地内选择有代表性的位置，挖土坑，记载土壤剖面（详见“土壤调查 表”）。 更新调查：可用小样方或其它方法调查与记载树种、年龄、平均高、分布状况及密度等

31、。 病虫害及其它情况的记载。 （7）清理林场，以保持林内环境卫生。 4 进行目测练习： （1）对本组标准地的主要测树因子作目估，将目测结果记入“标准地调查薄”封面的其它栏 内。在内业计算岀标准地各调查因子后进行比较。 （2）如时间允许，可在各组标准地内业完成后，由教师带领在每块标准地上先由学生目测， 再宣布实测结果，培养学生的目测能力。 （ 二）内业 主要是标准地材料的计算与整理。内容是： 1 标准木各调查因子的计算 （即实验二“标准木卡片”上有关内容）： （1）用区分求积法计算标准木带皮、去皮及10年前的材积， （2）材积生长量的计算： 总平均生长量：=V- C 连年生长量=Va -V n

32、(3) 胸径、树高、材积生长率的计算： (4) 计算形数： (5) 计算形率： 式中 d i H/4、H/2、3H/4处的直径 (6) 计算树皮材积及树皮率： 树皮材积=带皮-V去皮 树皮率 _ V皮 V带皮 (7) 材种材积的计算(详见实验二)。 2 标准地各调查因子的计算： (1 )林分平均直径： 计算林分平均直径： 单纯同龄林分直径结构规律的分析： a. 正态分布规律的验证： 在方格纸上，以横轴示径阶，纵轴示株数，把每木调查所得的各径阶株数点绘于图上，联 结各点得析线图，观察该林分的直径分布状态。 b. 求算林分最大径阶和最小径阶之组中值与林分平均直径之比值； 林分平均高：以林分平均直径

33、在树高曲线图上查岀相应的树高为林分平均高。用各径阶 中值在曲线图上查岀各径阶平均高。 优势木平均高，以优势木的算术平均高作为上层木平均高。 求算最大、最小树高与林分平均高的比值并观察其范围大小。 (3) 平均年龄：以标准木年龄的算术平均值作为平均年龄。 (4) 每公顷株数与断面积的换算：将标准地各树种的株数与断面积分别被标准地面积除，即 换算成每公顷株数与断面积。 (5) 蓄积量：(详见实验八) (6) 树种组成：按各树种蓄积量 (或断面积)占总蓄积量(或总断面积)的成数计算，并用十分 数表示(如8落2桦)。 (7) 疏密度： 疏密度 _ 标准地断面积(或蓄积 量) 标准表上断面积(或蓄积量)

34、 (8) 标准地各径阶各材材积及材种岀材率的计算(详见实验二)。 根据林分平均年龄、平均高查地位级表确定地位级。 根据优势树种平均年龄及上层木平均高，查该树种地位指数表确定地位指数。 以一上是对单纯同龄林为例，说明标准地调查及其调查因子的测定。如为复层林，则应先测 各森林分子的调查因子，再确定林层的调查因子。 四、思考题 1. 标准地调查法有何用途？标准地调查的关键性步骤是什么？ 2. 根据你所设测的标准地计算结构，简述一下该林分的特点和生长情况。 五、实验报告 以小组为单位提交外业调查和内业计算的全部结果(用表5 - 1至5 - 5) 林业局林场 林班小班 树种 起源 平 均 年 龄 平 均

35、 直 径 平 均 树 高 优 势 木 高 地 位 指 数 树种 组成 郁 闭 度 蓄积量 材种岀材量 材 积 生 长 活立木 枯立木 标准地详细位置（GPS定位）： 东经： 北纬： 标准地略图：（在图上注明各边之方位角 及边长（m），指北方向） 标准地面积：公顷 环境因子调查记录 项目 分级 实测值 土壤名称 土壤厚度（cm） 80 A层厚度（cm） 25 石砾含量（）（ 0.5m） 50 坡度 25 坡向 阴、阳、半阴、半阳 坡位 脊、上、中、下、平 地形 山坡、山脊、平地、谷底 海拔 其他 郁闭度测定 对角线总长或对角线上树冠冠幅总长 用表5- 1 标准地号: 标准地调查簿 用表5-2人工

36、林调查表 标准地面积m 2标准地号 省地区（市）（县）林场 I. 林地概况 1.地形 2. 海拔高 3. 坡向坡位 4. 土壤5. 主要植物种 II. 造林情况 1.造林前土地种类 2 造林时间年月 3. 整地方法，规格数量及配置情况 4. 整地时间年月 5. 播种或定植时间年月 6. 种、苗来源及苗木年龄 7. 补植时间、苗木来源、苗龄 8. 抚育情况（时间、年抚育次数、方式） III、株距、行距 1、主要树种 2. 伴生树种 3. 每公顷株数 IV、混交图式（或纯林） V成活率或保存率 % 及各树种成活率 VI、病虫及其他危害情况 VII、其它 调查者：调查日期：年 月 日 用表5- 3每

37、木检尺及测高记录表 树 号 状 态 直 径 (cm) 树 高 (m) 枝下高 （m） 冠幅（m） 坐标（m 树 号 状 态 直 径 (cm) 树 高 (m) 枝下高 （m） 冠幅（m 坐标（m 死枝 活枝 东 南 西 北 X轴 Y轴 死枝 活枝 东 南 西 北 X轴 Y轴 1 21 2 22 3 23 4 24 5 25 6 26 7 27 8 28 9 29 10 30 11 31 12 32 13 33 14 34 15 35 16 36 17 37 18 38 19 39 20 40 标准地号 树种: 调查日期：年 月曰 用表5-4 调查者： 标 准 地 土 壤 调 查 表 标准地号：

38、土壤剖面号：剖面位置：母岩： 土壤当地名称：土壤确定名称：u 剖面图 土壤层次 剖面记载 备注 符 号 厚 度 颜 色 结 构 紧 密 度 湿 度 机械 组成 植物根 新 生 体 侵 入 体 pH 值 碳酸钙 层次 过渡 特征 其 它 用表5-5 调查日期: 标 准 调查者: 地 植 被 调 查 表 植被一般特征： 植被类型：林下植被状况： 林间空地或林缘植物状况： 样方面积：地被层状况： 样方调查记载样方号： 样方调查记载样方号： 植物种名 密度 (株丛/ m) 盖度 (%) 平均高度(cm) 物 候 相 生 活 力 植物种名 密度 2 (株丛/ m) 盖度 (甲o) 平均高度(cm) 物

39、候 相 生 活 力 生殖苗 营养田 生殖苗 营养田 调查日期： 调查者： 实验四、绘制树咼曲线 一、目的 1 熟悉资料的整理方法； 2掌握随手曲线的绘制技术和曲线调整方法； 3学会采用数式法利用计算机绘制树高曲线。 二、仪器用具 计算机、方格纸及绘图工具。 三、方法步骤 林木的高度是反映林木生长状况的数量指标，同时也是反映林分立地质量高低的重要依据。 平均高则是反映林木高度平均水平的测度指标，根据不同的目的， 通常把平均高分为林分平均高 和优势木平均高（average top height记作HT） 树木的高生长与胸径生长之间存在着密切的关系，一般的规律为随胸径的增大树高增加， 两者之间的关系

40、常用树高胸径曲线来表示。这种反映树高随胸径变化的曲线称为树高曲线。 树高曲线是林分调查中常用的曲线，在树高曲线上，与林分平均直径（Dg）相时应的树高，称 为林分的条件平均高，简称平均高。另外，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。 （一）资料的整理 1）建立数据库 将标准地调查所测定的林木胸径和树高建立计算机数据库，每株树作为一条记录，作为建 立树高曲线的基础数据。 本实验也可以采用表 4 1所提供的樟子松人工林树高测定数据（文件名为ZzsH-D.xls ） 表4 1樟子松人工林树高测定数据 序号 胸径 树高 序号 胸径 树高 序号 胸径 树高 序号 胸径 树高 1

41、11.9 6.90 21 12.5 10.40 41 18.2 10.00 61 15.5 10.95 2 8.6 6.75 22 11.0 10.25 42 14.8 9.65 62 13.2 10.90 3 7.5 6.00 23 9.4 9.70 43 12.5 9.15 63 10.1 9.90 4 5.3 4.50 24 6.6 8.95 44 10.5 8.70 64 14.0 10.80 5 4.2 5.30 25 20.9 10.80 45 8.1 8.80 65 27.4 18.90 6 21.2 18.50 26 17.2 10.90 46 11.6 9.40 66 22.

42、5 17.33 7 28.1 18.80 27 15.0 9.50 47 12.0 8.90 67 20.6 16.70 8 24.7 18.90 28 12.6 9.20 48 17.5 10.00 68 18.6 17.73 9 21.3 17.80 29 8.8 7.80 49 16.3 10.35 69 15.6 14.80 10 19.9 18.60 30 26.8 18.50 50 13.9 9.55 70 33.6 20.00 11 15.7 17.10 31 24.6 18.30 51 11.5 9.90 71 31.6 18.60 12 8.6 8.00 32 22.0 16

43、.90 52 8.0 9.10 72 29.4 18.45 13 13.3 9.30 33 18.8 17.50 53 12.2 9.65 73 26.7 16.43 14 11.1 8.50 34 13.5 15.50 54 10.5 8.40 74 25.4 15.10 15 10.3 9.00 35 14.3 15.10 55 20.9 14.90 75 27.5 19.00 16 8.5 7.65 36 20.7 16.50 56 10.5 10.20 76 25.2 18.35 17 6.5 7.40 37 17.2 14.90 57 10.3 8.95 77 24.2 19.00

44、18 10.5 10.00 38 15.2 13.60 58 10.9 8.60 78 22.8 19.15 19 9.7 8.95 39 13.2 14.10 59 20.0 11.30 79 19.9 18.15 20 15.7 10.75 40 10.7 14.20 60 18.2 11.65 80 20.1 11.60 2）异常数据的剔除 基础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，会影响拟合曲线 的精度。为此，必须剔除异常数据以提高曲线的质量。异常数据的剔除过程分两步进行：首先， 用计算机绘制各自变量和因变量的散点图，通过肉眼观察确定岀明显远离样点群的数据并删除

45、， 这类数据是属于因调查、记录、计算等错误而引起的异常值；其次是根据具体问题，用基础数据 拟合某一基础模型（如选择Richards方程作为基础模型），并绘制模型预估值（y?）的标准残差 图。在标准残差图中，将超出士2倍标准差以外的数据作为极端观测值予以剔除 （二）图解法 在标准地内，随机选取一部分林木测定树高和胸径的实际值，一般每个径阶内应量测35 株林木，平均直径所在的径阶内测高的株数要多些，其余递减，测定树高的林木株数不能少于 2530株，并把量测的结果记入测高记录表中，分别径阶利用算术平均法计算岀各径阶的平均胸 径、平均高及株数见表4-2。 表4-2测咼记录表 树种：樟子松起源：实生 径

46、 阶 平均 直径 各株树木直径（cm） / （m）树高实测值 株数 （株） 平均 树高 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 在方格纸上以横坐标表示胸径（D）、纵坐标表示树高 H，选定合适的坐标比例，将各径阶 平均胸径和平均高点绘在方格纸上，并注记各点代表的林木株数。根据散点分布趋势随手绘制一 条均匀圆滑的曲线，即为树高曲线，如图2-5。要用径阶平均胸径对应的树高值与曲线值和株数 进行曲线的调整。 利用调整后的曲线， 依据林分平均直径 （Dg ）由树高曲线上查岀相应的树高， 即为林分条件平均高。同理可由树高曲线确定各径阶的平均高。 树高曲线实

47、质是一条平均值曲线，但同一份资料每人随手绘岀的曲线常常会不相同，必须 通过检查调整保证曲线反映出平均值。通常采用计算平均离差的方法进行调整，平均离差的计算 方法为： k 八 fi（Hi -HtJ（4-1） i =1 ：二 一（4-2） fi i=1 式中：厶一离差代数和； fi 第i径阶的林木株数； HOi 第i径阶林木平均高的实际值； H Ti 第i径阶林木平均高的曲线值； k 径阶个数； 3 平均离差。 81216202428323640 D(cm 图2-5树高曲线图 根据离差的“ + ”或“-”调整曲线的高低， 直到调整后的曲线满足平均离差等于“0”或接 近“0”，曲线可以使用。 采用图

48、解法绘制树高曲线，方法简便易行， 但绘制技术和实践经验要求较高，必须保证树高 曲线的绘制质量。 （二）数式法 1. 备选模型的确定 确定备选模型的方法有两种：a）根据专业理论知识（从理论上推导或根据以往的经验）和 前人研究结果来确定；b）在a不能确定的情况下，通过观测自变量和因变量之间散点图，并 结合专业知识确定模型的大体类型。只有一个自变量时， 根据散点图并结合专业知识较容易确定 曲线类型和模型。但是，对于多个自变量的问题，由于变量之间的相互影响很难确定候选模型。 分析者可以根据以往类似问题的研究结果，并通过分析各个自变量和因变量的散点图来确定。 迄今为止国内外提岀了上百种树高曲线模型，表4

49、 3中仅列岀了具有代表性的22种树高 曲线方程。实际工作中，可以根据不同的树种选用这些树高曲线方程。 2）参数的估计及统计推断 测树学中许多模型，如树高曲线、削度方程、树木生长方程及收获模型等， 均属于典型的非线性回归模型，估计参数时需采用非线性最小二乘法（详见有关 文献）。许多高级统计软件包，如SAS SPSS Statistica 、统计之林等，均提 供了这些非线性回归模型的参数估计方法。任何一种参数估计方法，均需要给定 回归模型参数初始值。因此，在非线性回归模型参数估计时，初始值的选择非常 重要。如果初始值选择不当，就可能收敛很慢，或者收敛到局部极小值，甚至不 收敛。初始值选择得当，一般

50、收敛很快，如果存在多个极小点，贝唯收敛到全局 极小点而不是局部极小点。 表43树高曲线方程一览表 序号方程名称树高曲线方程 1 双曲线 2 柯列尔（R o hc p ， 1878） 3 Gouldi ng （1986） 4 Schumacher（1939） 3 5 Wykoff 等人(1982) 6 Ratkowsky ( 1990) 7 Hossfeld (1822) 8 Bates and Watts (1980) 9 Loetsh 等人(1973) 10 Curtis (1967) 11 Curtis (1967) a 12 Levakovic (1935)H=1.3十,d=1,2 或其

51、他常数 (1 +bD)c 13 Yoshida (1928) 14 Ratkowsky and Reedy (1986) 15 Korf (1939) 16 修正 Weibull (Ya ng, 1978) 17 Logistic (1838) 18 Mitscherlich (1919) 19 Gompertz ( 1825) 20 Richards(1959) 21 Sloboda (1971) 22 Sibbesen (1981) 3 )备选模型的比较 结合各候选模型参数检验结果，进一步比较各模型拟合统计量，从中选择几 个最佳模型(一般2-3个)作为最终模型的候选模型进行的残差分析和独立

52、性 检验。 对于线性和内线性回归模型，可以采用MSE R2，AIC和PRESS等拟合 统计量作为比较和评价备选模型的标准。各统计量的表达式和具体比较方法如 下： 1)残差均方(MSE ) MSE 二 SSE/(n _ p)(4 3) MSE统计量广泛地用作选定模型的标准，一般选择具有最小 MSE值的备选回归作为最终模 型。然而，当分析者的目的在于估计参数或者是选定一个模型用于外推的目的，这种方法是最适 合的；如果分析者的目的是为了选择一个用于提供可靠估计值的模型(林业上的回归分析多为此 目的)，MSE统计量可能应该按以下方法使用。 p值很大时，绘 MSE对应于p个变量的关系图， MSE值通常围

53、绕着一条水平线上下波 动。MSE值与线的关系表示了 F值，因为MSE值常为F的满意估计值。 由备选模型中选择最终模型，应具备以下两点最优配合的原则：(i)模型最小，即自变 量最少；(ii)具有合理的最为近于F值的MSE值。 2)相关指数(R2) 2 彳 SSE R 1(4 4) SST 随着模型中自变量个数的增多，R2值会变小，同时，很少以R2最大作为选择最优方程的依 据。选择最优模型的依据应该是：(a)变量越少越好；(b) R2值实质上不小于 R2max (R2的最 大值)。如果最大模型中所含的变量也存在于其他模型之中，通常，可以用R2值对应于p值作 图。这种典型图反映了在 p值大的情况下

54、R2值随着p值的减小而接近于 R2max的上渐近线。然而， 有一个点，它是 R2值急骤下降的起点，这个点对应p值相应的模型常被定为最终模型。 2 3）修正的相关指数（Ra） (4 - 5) 1-2/. _ n 1 Ra =1-(1-R ) 这个统计量基本上与 MSE等价，MSE更便于解释 因此，作为选择模型的标准, MSE优 于Ra。 4）预测平方和统计量（ PRESS） 以上介绍的几种基于预测的统计量都有一个共同的缺点， PRESS统计量克服了这一缺点: 即在计算某点的预测偏差时, 该点 曾在建立回归模型时已经使用过。 n (4 6) PRESS 一(yi -?p)2 i日 式中 yi为第i

55、个丫的观测值； ?p为原始数据中删除第 i个样本观测值后，按p个参数模型拟合回归方程计算岀相应 的第i个观测值Xi的因变量y的预测值。 PRESS统计量的计算，要求使用n个不同数据，分别拟合p个参数的模型之后，对于每一 个回归分别求算岀相应的PRESS统计量。采用 PRESS统计量选择模型，实际上是最优调和两种 有时相矛盾因素的方法。第一种是选择较小p值的模型；第二种是选择PRESS值并不比备选模 型PRESS值中最小的PRESSmin值明显过大的模型。 近年来，人们越来越多地采用PRESS统计量作为选择模型标准，特别是将预测作为建模的 目的时，这个统计量具有直观的吸引力。但是，当数据组过多时

56、，计算工作量过大。 5） Akaike信息量准则（AIC ） AIC统计量应用比较广泛，即可用于时间序列分析种的自回归阶数的确定，也可用于回归自 变量的选择。 AIC = -：ln SSE _ p（4 7） 采用AIC选择模型的标准是选择使（13 55）达到最小的自变量子集。 在各备选回归模型中，这5个统计量作为反映拟合程度优劣的指标，分析者将寻求当 MSE、 PRESS和AIC值小，R2和R2a值大的方程。考虑将这些统计量作为评价备选回归模型的标准时， 应区别两种不同情况： 所需评价的各种模型具有相同的变量个数（p在被评价的模型组内是个常数）。 每个评价的模型具有不同的变量个数（p在每个被评

57、价模型中不等）。 如果所有的备选模型变量数相同，则MSE，R2，R2a和AIC统计量是等价标准。例如，具有 最小MSE值的模型同样具备最大的AIC，R2和R2a值。PRESS统计量和其他4个标准难以直接 比较，而以PRESS值的大小顺序，可能与其他4个标准所排的次序不同。然而，当样本单元很 大时，PRESS值应与MSE值相近，在这种情况下，由PRESS值排序将会与其他 5个标准排序相 一致。 利用样本中各样木的胸径和树高数据，利用Statistica 6.0统计软件估计 表4 3中非线性回归模型的参数，并计算的各树高曲线方程的拟合统计量，选 择其中剩余平方和最小（RSS、剩余均方差最小（MSR

58、、剩余标准差最小（Sy.x）、 相关系数（R2）（或调整的相关指数Ra）最大的方程，作为最佳树高曲线模型，并对 所确定的方程进行残差分析。 采用数式法拟合树高方程时，因树高变化很大，一般应选试几个回归曲线方程，从中选择 拟合效果最佳的一个方程作为树高曲线方程。当树高曲线方程确定后，将林分平均直径（Dg） y 代入该方程中，即可求岀相应的林分条件平均高。同样，若将各径阶中值代入其方程时，也可求 出径阶平均高。 四、思考题 1 树高曲线的变化规律？ 2 树高曲线方程的性质？ 五、实验报告 1 随手绘制的树高曲线。 2 4-5个树高曲线模型的参数拟合结果。 3 利用最佳树高曲线图计算的各径阶平均高、

59、林分平均高。 实验五、地位指数表的编制 一、目的 1. 了解编制地位指数表编制资料的收集方法； 2. 学习与掌握用数式法直接编制地位指数表编制的方法和步骤。 3. 利用计算机编制某一树种的地位指数表。 二、仪器用具 计算机。 三、方法步骤 地位指数是指依据林分优势木的平均高（Hr）与林分年龄（A）的相关关系，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，如表5 1,用此表中的数据所绘制的曲线称作地位指数曲线，如图5 1中所示。地位 指数实质上是林分在“标准年龄”时优势木的平均高。采用地位指数指标评定林分地位质量，实 际上，就是不同

60、的林分都以在标准年龄（A ）时的优势木平均高作为比较林地生产力的依据。 地位指数表，通常应用于同龄林或相对同龄林分评定地位质量，一般分别地区、分别树种 编制地位指数表。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。例如，小兴安岭红松天然林地位指数表（表5 1）基准年龄为100 年（Ai=100年），某现实红松天然林，林分年龄为120年，优势木平均高为 25m,由表5 1和 图5 1中可查得地位指数为“ 22”，这意味着该林分在标准年龄（100年）时优势木平均高达 22m,表明该红松天然林地的生产力较高。 与地位级法相比，地位指数是一个能够直观反