立地质量及林分密度.PPT

1、1第4章 立地质量和林分密度内容提要内容提要 立地质量及其评价方法立地质量及其评价方法 林分密度指标林分密度指标2 影响林分蓄积量和生长量的因子影响林分蓄积量和生长量的因子林分生长量和收获量显然是林分年龄的函数，典型的林分收获曲线为“S”形。当林分年龄相同并具有相同林分密度时，立地质量好的林分比立地质量差的林分具有更高的林分生长量和收获量。当林分年龄和立地质量相同时，在适当林分密度范围内，林分密度大的林分比林分密度小的林分具有更大收获量，但遵循“最终收获量一定法则。所采取的林分经营措施实际上是通过改善林分的立地质量(如施肥)及调整林分密度 (如间伐)而间接影响林分生长量和收获量。3相同林分密度

2、时不同立地质量林分的蓄积生长过程 4相同立地质量不同林分密度时林分的蓄积生长过程5第一节第一节 立地质量评价方法立地质量评价方法一、一、 立地和立地质量立地和立地质量立地立地 “林地环境和由该环境所决定的林林地环境和由该环境所决定的林地上的植被类型及质量地上的植被类型及质量”（美国林学会，（美国林学会，1971）。）。立地是森林或其他植被类型生存的空间及与立地是森林或其他植被类型生存的空间及与相关的自然因子的综合。它有两个含义，相关的自然因子的综合。它有两个含义， （1）立地这个词具有地理位置的含义）立地这个词具有地理位置的含义 （2）它是指存在于一个特定位置的环境条）它是指存在于一个特定位置

3、的环境条件（生物、土壤、气候）的综合。件（生物、土壤、气候）的综合。立地在一定的时间内是不变的，而且，与生立地在一定的时间内是不变的，而且，与生长于其上的树种无关。长于其上的树种无关。 6一、一、 立地和立地质量立地和立地质量立地质量则指在某一立地上既定森林或者其他植被类型的生产潜力.一个既定的立地，对于不同的树种来说，可能会得到不同的立地质量评价的结果。立地的调查应包括两个内容，一个是立地的分类，一个是立地质量的评价。一般来说，具体的森林经营工作总是针对一定的树种和一定的地理区域而言，因此，在林分调查中关于这部分内容是以立地质量评价为主。 7二、立地质量评定方法二、立地质量评定方法 （一）（

4、一） 直接评定法直接评定法（1) 根据林分蓄积量或收获量评定立地质量根据林分蓄积量或收获量评定立地质量 采用这种方法时应将林分换算到某一相同密度状态下才为有效。另外，这种评定方法一般适用于同龄林。 利用固定标准地或根据林分蓄积量的历史记录评利用固定标准地或根据林分蓄积量的历史记录评定立地质量定立地质量：利用固定标准地的蓄积量测定记录，可以得到林分蓄积量及其生长量，将其换算为某一标准林分密度状态下的蓄积和生长量，即可以评定、比较林分的立地质量。利用正常收获表的蓄积量估计值评定立地质量利用正常收获表的蓄积量估计值评定立地质量 8（一）直接评定法（一）直接评定法（2）利用林分高评定立地质量利用林分高

5、评定立地质量 生长在立地质量好的林地上的树木材积生长生长在立地质量好的林地上的树木材积生长快，树高生长也快。快，树高生长也快。林地生产力的高低与林分高之间有着紧密关系，林地生产力的高低与林分高之间有着紧密关系，在相同年龄时，林分越高，林地的立地条件越在相同年龄时，林分越高，林地的立地条件越好，林地的生产力越高。好，林地的生产力越高。树高也比较容易测定，与平均胸径及蓄积量相树高也比较容易测定，与平均胸径及蓄积量相比，受林分密度影响较小。比，受林分密度影响较小。利用林分高已成为林业上最常采用的评定立地利用林分高已成为林业上最常采用的评定立地质量的方法。主要为地位级法和地位指数法。质量的方法。主要为

6、地位级法和地位指数法。 9地位级法地位级法 地位级（地位级（Site class）依据林分平均高（HD）与林分年龄（A）的关系作为评定立地质量的标志，所编制出的表称作地位级表。它是反映林地生产力的一种相对度量指标。地位级表上将同立地质量按相同年龄时林分条件平均高的变动幅度划分为若干个级数，通常为57级，以罗马数字、符号来表示。使用地位级表时，先测定林分平均高（HD）和林分年龄（A），由地位级表上即可查出该林地的地位级。复层混交林，则应根据主林层的优势树种确定地位级。 10地位级表地位级表小兴安岭红松天然林地位级表小兴安岭红松天然林地位级表 年龄 地 位 级 40 50 60 70 80 901

7、00110120130140150 7 109 1312 1614.5 1917 2219.524.521.5 262327.524.5 2926 3027 3128 6 8.57.5 111013.512 161418.51620.517.5 221923.520.5 2522 2623 27245 76 98 119.5 1311 1512.516.514 181519.516.5 2118 2219 2320 3.5 5.54.5 76 8.57 108 11.59 1310.5 1411.515.512.5 1714 1815 19162.5 43 54 64.5 75 86 9.57

8、10.5811.59 1310 1411 151211地位指数法地位指数法地位指数（地位指数（Site index）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。 12小兴安岭红松天然林地位指数表小兴安岭红松天然林地位指数表 标准年龄：标准年龄：100年（单位：年（单位：m） 年龄年龄（年）（年）地地 位位 指指 数数 级级1212141416161818202022222

9、42420204.584.585.405.406.236.237.067.067.907.908.738.739.579.5710.4010.4040406.806.808.038.039.279.2710.5010.5011.7411.7412.9812.9814.2214.2215.4615.4660608.498.4910.0210.0211.5611.5613.1013.1014.6514.6516.1916.1917.7317.7319.2819.2880809.859.8511.6311.6313.4213.4215.2215.2217.0117.0118.8018.8020.59

10、20.5922.3822.3810010011.0011.0012.9912.9914.9914.9916.9916.9918.9918.9920.9920.9922.9922.9924.9924.9912012011.9811.9814.1514.1516.3316.3318.5118.5120.6920.6922.8722.8725.0525.0527.2327.2314014012.8412.8415.1615.1617.5017.5019.8319.8322.1722.1724.5024.5026.8326.8329.1729.1716016013.5913.5916.0516.051

11、8.5218.5220.9920.9923.4623.4625.9325.9328.4028.4030.8730.8718018014.2514.2516.8316.8319.4219.4222.0122.0124.6024.6027.1927.1929.7829.7832.3732.3720020014.8414.8417.5217.5220.2220.2222.9222.9225.6225.6228.3128.3131.0131.0133.7133.7122022015.3615.3618.1418.1420.9320.9323.7223.7226.5226.5229.3129.3132.

12、1032.1034.8934.8924024015.8315.8318.6918.6921.5721.5724.4424.4427.3227.3230.2030.2033.0833.0835.9535.9526026016.2416.2419.1819.1822.1422.1425.0925.0928.0528.0531.0031.0033.9533.9536.9036.9028028016.6216.6219.6319.6322.6522.6525.6725.6728.7028.7031.7231.7234.7334.7337.7637.7630030016.9616.9620.0320.0

13、323.1123.1126.2026.2029.2829.2832.3632.3635.4435.4438.5238.5213小兴安岭红松天然林地位指数曲线图小兴安岭红松天然林地位指数曲线图 14异型地位指数曲线多形分离曲线多形相交曲线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

14、伐的林分。16（二）间接评定法（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： 根据不同树种间树木生长量之间的关系进行评定的方法。 多元地位指数法（也称为综合法）。 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。 17（1）根据上层木树种间的关系评定立地质量）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。 利用现有树种的林分优势木平均高（或林分条件平均高）之间的回归关系，利用现有林分的

15、地位指数（或地位级）推算所评定树种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 18 多元地位指数法（也称为综合法）多元地位指数法（也称为综合法）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。19指示植被法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

16、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。20大兴安岭落叶松天然林林型分布 21第二节第二节 地位指数表和地位级表的编制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。 22一、地位指数表的编制方法一、地位指数表的编制方法 1. 资料的收集资料的收集 （1）确定标准地的数量）确定标准地的数量 根据未来用

17、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）标准地的形状、面积和调查内容同本章第四节。 231. 资料的收集资料的收集（4）选测优势木）选测优势木 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。在标准地中，每100

18、m2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。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。 测定36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）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。 242. 资料的整理资料的整理 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（75%和25%）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

19、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。252. 资料的整理资料的整理异常数据的剔除过程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。iy MSEyyii263导向曲线的拟合导向曲线的拟合 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

20、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： 27导向曲线候选模型导向曲线候选模型式中：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） AbaeH/)1 (bAeaH)1 (bAceaHcAbeaeHcbAaeHcbAeaH1序号序号方程名称方程名称模型模型1舒马克（舒马克（Schumacher）方程）方程2单分子（单分子（Mitscherlich）式）式3逻辑斯蒂（逻辑斯蒂（Logistic）方程）方程4坎派兹（坎派兹（Gompertz）方程）方程5考尔夫（

21、考尔夫（Korf）方程）方程6理查德（理查德（Richards）方程）方程283导向曲线的拟合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： 611651. 0004605. 0101133.34AeH294标准年龄及地位指数级距的确定标准年龄及地位指数级距的确定 （1）标准年龄（）标准年龄（AI）的确定）的确定标准年龄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

22、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：树高生长趋于稳定（平均生长量最大时）后的一个龄阶。该树种在各种立地条件下的平均采伐年龄。自然成熟龄的一半年龄。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年、30年、40年、作为标准年龄，如实生杉木的基准年龄为20年。 30我国主要树种（人工林）的标准年龄我国主要树种（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、铁杉北部南部人工人工4040落叶松、冷杉、樟子松、赤松、黑松北部南部人工人工3030油松、马尾松、云南松、思茅松、华山松、高山松北部南部人工人工3020杨、柳、桉、檫

23、、楝、泡桐、木麻黄、枫杨、软阔北部南部人工人工1515桦、榆、木荷、枫香、珙桐、柚木、槐北部南部人工人工3015栎、柞、槠、栲、樟、楠、椴、水、胡、黄、硬阔北部南部人工人工3020杉木、柳杉、水杉南部人工20314标准年龄及地位指数级距的确定标准年龄及地位指数级距的确定2）指数级距（）指数级距（C）的确定）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（H）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12m，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。 kHC325地位指数表的编制地位指

24、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611651. 0611651. 0004605. 0exp(1)004605. 0exp(1IAASIH33小兴安岭红松天然林地位指数曲线图小兴安岭红松天然林地位指数曲线图 34二、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

25、。 35(一一) 图解法图解法 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HA散点图。由于随着年龄的增大，树高的变动幅度越大，HA散点图成扇形分布。按照散点图的分布趋势绘制HA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35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，最上面的窄带为地位级，依次为、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 36(二二)数式法数式法（1）候选模型的选择：依据标准地资料，选择、拟合林分

26、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（i）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（35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。 )21 (iiHHi37第三节第三节 林分密度林分密度一、基本概念一、基本概念林分密度林分密度是评定林分中林木间拥挤程度的指标。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。株数，林木平均大小和林木在林地上的

27、分布。对于人工林，林分内林木在林地上的空间分布较对于人工林，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。是经常采用的林分密度指标。38一、基本概念一、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

28、、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。 39一、基本概念一、基本概念 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； 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。 40二、林分密度指标二、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

29、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） 。41（一）株数密度概念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。 42（二）每公顷断面积 概念概念林地上每公顷的林木胸高断面积

30、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/hm2分别为：10cm、2500株/ hm2及20cm，637株/ hm2， 但这两个林分的G20 m2hm2 。43（三）疏密度疏密度疏密度是林分每公顷胸高断面积（或蓄积）与相同立地条件下标准林分每公顷胸高断面积（或蓄积）之比值 ：标准林分：某一树种在某一立地条件下充分利用生长空间，生长最佳的林分。

31、标林标林或MMGGPP44德国巴伐利亚州SFB 607样地 树种：欧洲云杉（Picea abies）45SFB 607样地调查因子（1994年）树种年龄NDgHDTHTG/haM/ha Zm(m3)云杉44540 252537.825.526.631915.5欧洲赤松441627253525.40.910落叶松4422325000.081山毛榉51340 212334.223.711.71354.48橡树5112212325.323.30.415合计91039.74702046（四）郁闭度郁闭度郁闭度 ：林冠的垂直投影面积与林地面积之比 。郁闭度采用样点法估算，其方法简单、概念直观 。）标准地

32、对角线总长（）总长（标准地对角线树冠冠幅郁闭度mm47（五）林分密度指数（SDI） 林分密度指数（林分密度指数（Stand Density Index,简称简称SDI）是利用现实林分的株数(/ hm2)与林分平均胸径(Dg) 之间预先确定的最大密度线关系计算而得。 赖内克（Reineke，1933）发现任一具有完满立木度、未经营的同龄林中，只要树种相同，则具有相同的密度线。即林分单位面积株数(/ hm2)与林分平均胸径(Dg) 之间呈幂函数关系：两边取对数, 令Klog(a)时，则有 ：gaDN )log()log(gDKN48（五）林分密度指数（SDI）Reineke(1933)进一步研究不

33、同树种完满立木度林分的g关系后发现，最大密度线都具有相同的斜率(1.605) 树种一定，则落在最大密度线上所有林分均具有相同的林木株数。 49（五）林分密度指数（SDI）Reineke 将标准直径（DI）为10英寸时的对应密度定义为SDI，即：落叶松人工林最大密度线 ：某一落叶松人工林平均胸径为15.7cm，每公顷株数（N）为1705株，标准直径（DI）定为20cm，则该林分密度指数（SDI）为：)/10(DgNSDI)log(4996. 12726.11)ln(gDN1186)7 .15/20(1705)/(4996. 1DgDNSDII50（五）林分密度指数（SDI）SDI不仅能很好地反映

34、林分内林木的拥挤程度，且与林龄、立地条件相关不紧密。因此，该密度指标被广泛应用于森林经营实践中，如在林分生长和收获模型和林分密度管理图中的应用。 SDI主要缺点是忽略了树高(H)因子，在林分发育的过程中，N与Dg成反比，而N与H 成正比 。51(六)树冠竞争因子 树冠竞争因子树冠竞争因子(Crown Competition Factor，简，简称称CCF) 林分中所有树木可能拥有的潜在最大树冠面积之和与林地面积的比值 。每株树木的潜在最大树冠面积是根据自由树的冠幅和胸径的线性关系推算出来的。 在林分中空地上生长的树木称为自由树(Open-grown tree)。自由树的树冠冠幅与树木胸径之间呈有显著的线性正相关，这种线性关系不