CN101398317B

CN101398317B - 针叶林群落状况测试方法

Info

Publication number: CN101398317B
Application number: CN200810172017XA
Authority: CN
Inventors: 崔国发; 邢韶华; 姬文元; 郭宁; 郭志华; 刘晓东
Original assignee: 崔国发
Priority date: 2008-10-28
Filing date: 2008-10-28
Publication date: 2010-07-28
Anticipated expiration: 2028-10-28
Also published as: CN101398317A

Abstract

本发明公开了一种针叶林群落状况测试方法，所述测试方法包括下列步骤：1)测量各测试指标数值；2)确定各指标基准值；3)指标权重的确定方法；4)针叶林群落健康指数的计算方法；5)建立针叶林群落健康评价等级。它能准确反映评价对象的不健康方面，以此对评价对象以后的经营提出指导性建议，实用性强。

Description

针叶林群落状况测试方法

技术领域

本发明涉及一种针叶林群落状况测试方法。

背景技术

针叶林主要是由各种松树、云杉、冷杉、柏树等针叶或鳞叶树木组成的植被。这些树有一个特点，它们结的果实都是球果。针叶林覆盖世界很多地方的山区。它们的形状和高度也很相似，常常一片林中只有一种树木。针叶林可以生长在海拔4千多米的地方，是垂直分布最高的森林类型。有些树种耐阴，树冠稠密，林下阴暗、潮湿，树下的草本植物也是耐阴的，这就叫作暗针叶林。落叶松冬季落叶，树冠稀疏，林中的光照就较强，树下的草本植物则比较发达，这样的林子就称为亮针叶林。由于针叶林所在地区普遍寒冷，所以林中蛇、蛙等冷血动物极少。重要的兽类动物有松鼠、貂、鹿、狼等。针叶林下的土壤颜色淡，一般呈酸性，称为灰壤。土壤中矿物质和有机质含量都不多，蚯蚓也少。蚊蝇等昆虫常见，还有一些鸟，如啄木鸟、莺、松鸡等等。北方针叶林受低温限制，生产力较低，约为0.5-3克/米²·天。但林木寿命长，植物物质的现存量高，蕴藏着丰富的木材资源和林副产品。针叶林生产量不及热带林和阔叶林，但干形圆直，材质良好(最适造纸)，种类单纯，冬雪利于集运，所以机械采伐条件极佳。加上毛皮用动物繁生，狩猎业也非常普遍。在我国东北和西南林区，以前都是重点森林采伐区域，过度的采伐，森林面积不断缩小，由于其生长环境恶劣，要恢复到原来的状况就需要很多年，有时上百年。所以合理的保护利用现有针叶林，并使其向健康的、可持续的方向显得尤为重要。

发明内容

本发明需要解决的技术问题就在于克服现有技术中没有针叶林状况测试方法，无法真实地掌握针叶林状况的缺陷，提供一种针叶林群落状况测试方法，它能准确反映评价对象的不健康方面，以此对评价对象以后的经营提出指导性建议，实用性强。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

本发明一种针叶林群落状况测试方法，所述测试方法包括下列步骤：

1)测量各测试指标数值：

A、测量郁闭度：按照0-1来估算出小班的树冠垂直投影遮蔽地面的程度；

B、测量下木总盖度：按照0-100来估算所有下木的总盖度；

C、测量地被物总盖度：按照0-100来估算所有地被物的总盖度；

D、测量幼树中建群种数量比例：统计建群种幼树的数量和幼树的总数量，然后用幼树的数量除以幼树的总数量；

E、测量更新等级：根据国家的《森林更新造林质量检验办法》划分的三个等级进行测量；

F、测量幼树幼苗生长情况：根据国家的《森林资源二类调查办法<试行>》划分的三个等级进行测量；

G、测量株数密度：统计单位面积内的活立木株数，然后用活立木株数除以统计面积；

H、测量出材率等级：根据国家的《森林资源二类调查办法<试行>》划分为三个等级进行测量；

I、测量单位面积活立木蓄积量：设置样地，然后对样方内所有胸径≥4厘米的木材树种，分别树种和材质等级检尺、记载，按规定要求测定树高，用部颁(LY208-77)二元立木材积式计算样地单位蓄积，最后根据抽样对象面积推算出单位面积活立木总蓄积；

J、测量建群种的平均胸径：设置样地，对样方内所有胸径≥4厘米的木材树种进行每木检尺，用算术平均值算出样地建群种的平均胸径，以此来代替建群种的平均胸径；

K、测量建群种的平均树高：设置样地，对样方内所有胸径≥4厘米的木材树种进行每木检尺，用算术平均值算出样地建群种的平均树高，以此来代替建群种的平均树高；

2)确定各指标基准值：

A、郁闭度基准值的确定方法是对施业区内某一树种的所有郁闭度利用SPSS16.0分两类进行快速聚类，得出郁闭度的两个分类终值，以分类终值中较大的数值作为郁闭度的基准值F_j，以分类终值中较小的数值作为郁闭度的低分值D_j；

B、下木总盖度、地被物总盖度、幼树中建群种数量比例、更新等级、幼树幼苗生长情况和出材率等级的基准值确定方法与郁闭度的一样；

C、单位面积活立木蓄积量的基准值是在同等地位级的条件下相同树种的标准单位面积蓄积量，资料来源于各省林业厅编制的《林业调查用表》；

D、株数密度、建群种的平均胸径和建群种的平均树高的基准值的确定方法与单位面积活立木蓄积量的一样；

3)指标权重的确定方法：

采用均方差决策综合分析方法，即以各评价指标为随机变量，各指标的无量纲化值为该随机变量的取值，首先求出这些随机变量的均方差，将这些均方差归一化，其结果即为各指标的权重系数；

具体步骤如下：

(1)实测数据无量纲化处理

C_jk＝(C′_jk/F_j)×100％　　　①

公式①中：C_jk为各指标的针叶林小班的无量纲值，其中j为取值1，2，3......11；k为针叶林小班数目，取值1，2，3......n(下同)；C′_jk为各指标的针叶林小班的实测值；F_j为各指标的基准值；

(2)各指标平均值的计算

E (C_{j}) = \frac{1}{n} Σ_{k = 1}^{n} C_{jk}

②

公式②中：E(C_j)为各指标的平均值；C_jk为各指标的针叶林小班的无量纲值，n为样本数目；

(3)各指标均方差的计算

S (C_{j}) = \sqrt{Σ_{k = 1}^{n} {[C_{jk} - E (C_{j})]}^{2}}

③

公式③中：S(C_j)为各指标的均方差，E(C_j)各指标的平均值，C_jk为各指标的针叶林小班的无量纲值，n为样本数目；

(4)各指标权重系数的计算

W (C_{j}) = \frac{S (C_{j})}{Σ_{j = 1}^{11} S (C_{j})}

④

公式④中：W(C_j)为各指标的权重系数，S(C_j)为各指标的均方差；

(5)各准则层权重系数的计算

W (B_{i}) = \frac{S (B_{i})}{Σ_{i = 1}^{3} S (B_{i})}

⑤

公式⑤中：W(B_i)为各准则的权重系数，S(B_i)为各准则的均方差，即各准则内各指标均方差之和；

4)针叶林群落健康指数的计算方法

针叶林群落健康指数计算公式：

H (A_{k}) = Σ_{j = 1}^{11} C_{jk} \times W (C_{j})

⑥

公式⑥中：H(A_k)为各小班针叶林群落健康指数；C_jk为各指标的针叶林小班的无量纲值；W(C_j)为各指标的权重系数；

5)建立针叶林群落健康评价等级

针叶林群落健康等级分为三级：健康、亚健康、不健康；其中健康状况的临界限的计算公式如下：

H (A_{d}) = Σ_{j = 1}^{11} \frac{D_{j}}{F_{j}} \times W (C_{j})

⑦

H (A_{f}) = Σ_{j = 1}^{11} \frac{F_{j}}{F_{j}} \times W (C_{j}) = 1

⑧

公式⑦、公式⑧H(A_d)和H(A_f)分别指不健康临界值和健康临界值；判断如下：

所述郁闭度指森林中乔木树冠遮蔽地面的程度，它是反映林分密度的指标；通常以0-1来表示，完全覆盖地面为1。国家规定郁闭度达到0.2及0.2以上为有林地；

下木是指林下的木本植物，包括灌木、藤本以及在当前立地条件下，不能长到乔木层高度的林木，下木总盖度就是指所有下木的盖度；

地被物是指所有覆盖于地表的植物，主要由草本植物、苔藓和地衣等组成；地被物总盖度就是指所有地被物组成的盖度；

林地上，把一年生植株称为幼苗；把一年生以上，但尚未达到树木高度一半的幼小树木称为幼树；而在林分里幼树是有好多树种组成的，幼树中建群种数量比例是指林分的建群种在幼树中占有的比例；

更新等级是根据林地上每公顷生长幼苗、幼树的株数，树种和生长发育等情况划分为优良、合格和不合格三个等级；

幼树幼苗的生长情况是对幼树幼苗当前以及未来生长的一种描述性指标；

单位面积上的林木株数称为株数密度；

出材率等级为根据出材量占林分总蓄积量的百分比或用材树株数占总株数的百分比而划分的标志林分相对出材量多少的等级，共分三级；

单位面积活立木蓄积量是单位面积的林分中所有活立木的材积之和；单位面积活立木蓄积量是指活立木蓄积量除以林地面积

建群种的平均胸径：建群种是优势种中的最优者，即盖度最大，重量最大，多度也大的植物种；

建群种的平均树高是指建群种树高的算术平均值。

优选的，本发明所述森林群落为针叶林群落。

本发明首次提出针叶林群落状况测试方法，首次提出森林小班水平上的针叶林健康评价指标体系，创造性的利用郁闭度、下木总盖度等共11项指标，结合小班资料进行针叶林群落健康评价。创新性表现为：在尺度上，基于森林小班经营单位水平，以群落为基本评价对象，数据易获得；在表达形式上，各指标均为量化指标，操作性强；在计算方法上，基准值的确定和权重均采用统计方法，客观性强；评价结果显示上，能准确反映评价对象的不健康方面，以此对评价对象以后的经营提出指导性建议，实用性强。

为了便于调查设计和长期的经营管理，在基层林业单位(如林场)内，把土地分成大致相等的基本单位。林班具有永久性质，其境界线法有人工区划、自然区划和综合区划三种。林班的编号用大写正体的阿拉伯数字，以便与小班编号相区别。

为了便于调查规划和因地制宜地开展各种经营活动，根据经营要求和林学特征，在林班内划出不同的地段(林地或非林地等)。其内部具有相同的林学特征，经营目的和经营措施是相同的，它是林场内最基本的经营单位，也是清查森林资源、统计计算和资源管理最基本的单位。

小班是进行森林经营、组织木材生产的最小单位，也是调查设计的基本单位。在作业区内把立地条件、林分因子、采伐方式、经营措施相同和集材系统一致的林分划为一个小班。小班界限按集材系统以自然区划为主。一个小班的面积，一般以5公顷左右为宜，最大不应超过20公顷。

说明书附图

图1为实施例2所述云杉林健康现状分布图。

具体实施方式

实施例1

1针叶林群落健康评价指标体系

构建的针叶林群落健康状况评价体系包括群落结构完整性、林分稳定性和林分生长状况三个准则层，郁闭度、下木总盖度、建群种的平均胸径等11个指标。详见表1。

表1针叶林群落健康状况评价体系

2各指标测试方法

2.1郁闭度(C₁)

A相关说明：郁闭度指森林中乔木树冠遮蔽地面的程度，它是反映林分密度的指标。通常以0-1来表示，完全覆盖地面为1。国家规定郁闭度达到0.2及0.2以上为有林地。

B测量方法：按照0-1来估算出小班的树冠垂直投影遮蔽地面的程度。

2.2下木总盖度(C₂)

A相关说明：下木是指林下的木本植物，包括灌木、藤本以及在当前立地条件下，不能长到乔木层高度的林木，下木总盖度就是指所有下木的盖度。

B测量方法：按照0-100来估算所有下木的总盖度。

2.3地被物总盖度(C₃)

A相关说明：地被物是指所有覆盖于地表的植物，主要由草本植物、苔藓和地衣等组成。地被物总盖度就是指所有地被物组成的盖度。

B测量方法：按照0-100来估算所有地被物的总盖度。

2.4幼树中建群种数量比例(C₄)

A相关说明：林地上，一般把一年生植株称为幼苗。把一年生以上，但尚未达到树木高度一半的幼小树木称为幼树。而在林分里幼树是有好多树种组成的，而林分的建群种在幼树中占有的比例对于整个林分的演替和发展起到一定指导作用。

B测量方法：统计建群种幼树的数量和幼树的总数量，然后用幼树的数量除以幼树的总数量。

2.5更新等级(C₅)

A相关说明：更新等级是根据林地上每公顷生长幼苗、幼树的株数，树种和生长发育等情况划分为优良、合格和不合格三个等级。

B测量方法：根据四川的《森林更新造林质量检验办法》划分的三个等级。

2.6幼树幼苗生长情况(C₆)

A相关说明：幼树幼苗的生长情况是对幼树幼苗当前以及未来生长的一种描述性指标。

B测量方法：主要根据《森林资源二类调查办法<试行>》划分的三个等级。

2.7株数密度(C₇)

A相关说明：单位面积上的林木株数称为株数密度。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。

B测量方法：统计小班内的活立木株数，然后用活立木株数除以小班面积。

2.8出材率等级(C₈)

A相关说明：根据出材量占林分总蓄积量的百分比或用材树株数占总株数的百分比而划分的标志林分相对出材量多少的等级，共分三级。此指标能较为准确的说明林分的生产力的利用状况。

B测量方法：主要根据《森林资源二类调查办法<试行>》划分为三个等级。

2.9单位面积活立木蓄积量(C₉)

A相关说明：活立木蓄积量是单位面积的林分中所有活立木的材积之和。单位面积活立木蓄积量是指活立木蓄积量除以林地面积。单位面积活立木蓄积量是反映林分质量的重要指标，指标值越大，表明现状森林资源丰富，林分生产力越高。

B测量方法：设置样地，然后对样方内所有胸径≥4厘米的木材树种，分别树种和材质等级检尺、记载，按规定要求测定树高，用部颁(LY208-77)二元立木材积式计算样地单位蓄积，最后根据抽样对象面积推算出单位面积活立木总蓄积。

2.10建群种的平均胸径(C₁₀)

A相关说明：建群种是优势种中的最优者，即盖度最大(重量最大)，多度也大的植物种。建群种是群落的创造者、建设者，它在个体数量上不一定占绝对优势，但决定着群落内部的结构和特殊环境条件。建群种的平均胸径是林分生产力的具体表现。

B测量方法：设置样地，对样方内所有胸径≥4厘米的木材树种进行每木检尺，用算术平均值算出样地建群种的平均胸径，以此来代替建群种的平均胸径。

2.11建群种的平均树高(C₁₁)

A相关说明：建群种的平均树高是指建群种树高的算术平均值。

B测量方法：设置样地，对样方内所有胸径≥4厘米的木材树种进行每木检尺，用算术平均值算出样地建群种的平均树高，以此来代替建群种的平均树高。

3计算方法

3.1指标基准值的确定方法

基准值实际上就是各个指标变量的标准值，本研究主要采用定性和定量相结合的方法，各基准值的确定方法如下：①郁闭度基准值的确定方法是对施业区内某一树种的所有郁闭度利用SPSS16.0分两类进行快速聚类，得出郁闭度的两个分类终值，以分类终值中较大的数值作为郁闭度的基准值F_j，以分类终值中较小的数值作为郁闭度的低分值D_j。下木总盖度、地被物总盖度、幼树中建群种数量比例、更新等级、幼树幼苗生长情况和出材率等级的基准值确定方法与郁闭度的一样。②单位面积活立木蓄积量的基准值是在同等地位级的条件下相同树种的标准单位面积蓄积量，资料来源于各省林业厅编制的《林业调查用表》。株数密度、建群种的平均胸径和建群种的平均树高的基准值的确定方法与单位面积活立木蓄积量的一样。建群种的平均树高也是林分生产力的具体表现。

3.2指标权重的确定方法

采用均方差决策综合分析方法，即以各评价指标为随机变量，各指标的无量纲化值为该随机变量的取值，首先求出这些随机变量的均方差，将这些均方差归一化，其结果即为各指标的权重系数。

具体步骤如下：

(1)实测数据无量纲化处理

C_jk＝(C′_jk/F_j)×100％ ①

(2)各指标平均值的计算

E (C_{j}) = \frac{1}{n} Σ_{k = 1}^{n} C_{jk}

②

(3)各指标均方差的计算

S (C_{j}) = \sqrt{Σ_{k = 1}^{n} {[C_{jk} - E (C_{j})]}^{2}}

③

(4)各指标权重系数的计算

W (C_{j}) = \frac{S (C_{j})}{Σ_{j = 1}^{11} S (C_{j})}

④

(5)各准则层权重系数的计算

W (B_{i}) = \frac{S (B_{i})}{Σ_{i = 1}^{3} S (B_{i})}

⑤

4)针叶林群落健康指数的计算方法

针叶林群落健康指数计算公式：

H (A_{k}) = Σ_{j = 1}^{11} C_{jk} \times W (C_{j})

⑥

5)建立针叶林群落健康评价等级

H (A_{d}) = Σ_{j = 1}^{11} \frac{D_{j}}{F_{j}} \times W (C_{j})

⑦

H (A_{f}) = Σ_{j = 1}^{11} \frac{F_{j}}{F_{j}} \times W (C_{j}) = 1

⑧

公式⑦、公式⑧H(A_d)和H(A_f)分别指不健康临界值和健康临界值；如表2所示。

表2针叶林群落健康等级

实施例2

2.1研究对象：

四川省阿坝州川西林业局301林场云杉林。四川省阿坝州川西林业局301林场共有小班数目3109个，林场面积为128572.6hm²。其中以云杉为优势树种的小班数目共为1916个，云杉林小班数目为822个，面积为18181.4hm²。云杉林分主要由紫果云杉(Piceapurpurea)、粗枝云杉(Picea asperata)组成的纯林或者混交林。龄级主要为幼龄林、中龄林，地位级为I-V级，海拔高度为3000m-3800m。

2.2结果与分析

2.2.1基准值、权重和健康指数的计算结果

根据录入的小班卡的信息，结合森林小班水平的针叶林群落健康评价指标体系，对11个指标进行量化和无量纲化处理，并按照上面提到的基准值和权重确定的方法，对其进行分别计算。计算结果详见表3。

表3云杉林的指标分值和权重

针叶林群落健康等级的划定，主要利用聚类分析得来的基准值和低分值。以聚类结果中的比较小的聚类终值作为低分值的界限，将各指标的低分值除以基准值乘以权重系数，以此来划定不健康指数的界限。而健康指数以基准值为界限，将各指标的基准值除以基准值乘以权重系数，即为1。详见表4。

表4云杉林群落健康等级

2.2.2云杉林健康现状及其分布

四川省阿坝州川西林业局301林场面积云杉林中健康林分占有比例最少，健康云杉林面积为2513.3hm²，占云杉林面积的13.82％；这些林分主要是由天然林中的中龄林和近熟林组成；亚健康林分占到了很高的比例，亚健康云杉林面积为15174.8公顷，占云杉林面积的83.46％这些林分主要是由的一部分幼龄林、大部分成熟林和一部分过熟林组成；不健康林分占到了较小的比例，不健康云杉林面积为493.3hm²，占云杉林面积的2.71％；这些林分主要是由的一部分云杉幼龄林、大部分冷杉过熟林组成。分布范围如图1所示。

2.2.3云杉林健康现状原因分析

(1)研究区域的自然地理条件差

米亚罗林区内峡谷幽深，山体高大，坡谷陡峭，地形复杂，平均坡度多在30～40℃之间，最大坡度达到60℃左右，是典型的高山峡谷地貌。境内板岩、片岩、千枚岩等岩石的岩性松脆，易风化剥离，极易产生崩塌、滑坡和泥石流等自然灾害。按其海拔高度和生物气候条件，全县大致可分为河谷区、低中山区、中山区、高山区、寒冻风化区五个地貌类型区。而只有在海拔3000～4000(4200)m时才为亚高山暗针叶林带。这些较差的自然地理条件造成了很多林分生长情况不良。

(2)早期的过度采伐后果严重

1998年9月，林场才启动了天然林保护工程，全面停止了天然林经营性采伐，林场的工作重心由此全面转向天然林保护的公益林建设和森林管护。在1999年10月，林场又相继实施了退耕还林(草)工程。在这短短的几年间，生态环境有了一些改善，但是早期大面积采伐造成的严重后果还没有完全改变，以至于很多林分为人工幼龄林或天然过熟林，林龄结构分布很不合理。

(3)人工抚育重视不够

从研究结果可以看出，林场内的大部分林分为亚健康林分。主要是对其基本不采取抚育措施，而适当的抚育措施能够很好的调整林分结构，使其向健康的方向发展。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，均应涵盖在本发明的权利要求范围中。