CN103593563A - 一种天然次生林抚育间伐对象木选择方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种天然次生林抚育间伐对象木选择方法，它结合次生林特点及经营目标，选择影响次生林中林木被确定为抚育间伐对象概率大小的定量指标，如自由度、混交度、健康指数、目的树种特性指数、空间密度指数和开阔比数。应用层次分析法求算6个定量指标的权重。根据构建林木的间伐指数ICI_i的指标的生物学意义，分析各指标（作为自变量）与间伐指数（作为因变量）之间的相关关系，以林木的间伐指数ICI_i由大至小排序来确定优先抚育间伐对象木。本发明方法使用方便、操作简单、效率高、精度满足要求。

Description

一种天然次生林抚育间伐对象木选择方法

技术领域

本发明属于天然次生林抚育间伐方法，具体涉及一种天然次生林抚育间伐对象木选择方法。

背景技术

抚育间伐是森林经营管理的重要技术措施，其目的是调整林分树种组成和林分密度，改善林内环境，提高林分生产力，提升林分景观价值，增强林分抗性。人工纯林抚育间伐技术比较成熟，然而次生林抚育间伐技术相关报道不多。

森林经营管理单位在确定抚育间伐强度后，抚育间伐对象木的选择是森林生态系统健康经营的关键技术之一。有时虽然确定了抚育间伐开始期和抚育强度，但间伐木（或抚育对象木）的选择是林业工作者最困惑的工作。一般对于人工纯林来说，主要选择劣势木和被压木作为抚育间伐对象，但是抚育间伐对象的选择受林业工人的主观影响较大，主要考虑林木的健康状况及分布，但缺乏每一株林木的全面分析。次生林抚育技术不仅要考虑林木的健康状况及分布，并需要综合考虑林分的树种组成、生物多性样、水平结构、垂直结构、树冠与胸径关系、径级结构、年龄结构、同种及异种个体间的竞争关系、自然稀疏、林木个体的生活力、发育阶段及经营目标等等。不同林业职工选择的抚育对象不同，抚育效果差异很大，对森林生态系统健康经营效果影响较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种使用方便、操作简单、效率高、精度满足要求的天然次生林抚育间伐对象木选择方法，以提高天然次生林经营水平。

本发明提供的天然次生林抚育间伐对象木选择方法，是以林木的间伐指数ICI_i由大至小排序来确定优先抚育间伐对象木，ICI_i的数值由式（1）计算：

${\mathrm{ICI}}_i=\left\{\begin{array}{cc}0,& F_i=1\\ W_F(1-F_i)+W_M(1-M_i)+W_{\mathrm{OP}}(1-{\mathrm{OP}}_i)+W_H(1-H_i)+W_D{D}_i+W_A(1-A_i),& F_i\≠1\end{array}\right.---\left(1\right)$

式（1）中，F_i、M_i、D_i、H_i、OP_i和A_i分别为自由度、混交度、空间密度指数、健康指数、开阔比数和目的树种特性指数；w_F、w_M、w_D、w_H、w_OP和w_A分别为自由度权重、混交度权重、空间密度指数权重、健康指数权重、开阔比数权重和树种特性指数权重；

所述自由度F_i的取值范围为0、0.25、0.5、0.75、1，其中F_i=0时，对象木周围距离最近的4株相邻木都在对象木影响圈内；F_i=0.25时，对象木周围距离最近的3株相邻木都在对象木影响圈内；F_i=0.5时，对象木周围距离最近的2株相邻木都在对象木影响圈内；F_i=0.75时，对象木周围距离最近的1株相邻木都在对象木影响圈内；F_i=1时，对象木周围距离最近的4株相邻木都在对象木影响圈外；

所述混交度M_i的取值范围为0、0.25、0.5、0.75、1，其中M_i=0时，对象木与其周围距离最近4株相邻木树种相同；M_i=0.25时，对象木与其周围距离最近4株相邻木中3株为同一树种；M_i=0.5时，对象木与其周围距离最近4株相邻木中2株为同一树种；M_i=0.75时，对象木与其周围距离最近4株相邻木中1株为同一树种；M_i=1时，对象木周围距离最近4株相邻木都不与对象木同种；

所述空间密度指数D_i由式（2）计算，

$D_i=1-\frac{r_i}{r_{\max }}---\left(2\right)$

式（2）中：r_i为对象木i周围n株相邻木的最小半径，r_max=max（r_i，i=1，2，…）对象林分中所有林木最小半径的最大值。

所述健康指数H_i的取值范围为0、0.25、0.5、0.75、1，其中H_i=0时，对象木周围距离最近4株相邻木均比对象木健康；H_i=0.25时，对象木周围距离最近4株相邻木中3株比对象木健康；H_i=0.5时，对象木周围距离最近4株相邻木中2株比对象木健康；H_i=0.75时，对象木周围距离最近4株相邻木中1株比对象木健康；H_i=1时，对象木比其周围距离最近4株相邻木都健康；

所述开阔比数OP_i由式（3）计算，

${\mathrm{OP}}_i=\frac{1}{4}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{t}_{\mathrm{ij}}---\left(3\right)$

式（3）中：

L_ij为对象木与相邻木的水平距离，h_i为对象木的树高，h_j为相邻木的树高；

所述目的树种特性指数A_i的取值范围为0、0.2、0.4、0.6、0.8、1，其中A_i=0时，对象木为有害入侵树种；A_i=0.2时，对象木为其他树种；A_i=0.4时，对象木为伴生树种；A_i=0.6时，对象木为目的树种；A_i=0.8时，对象木为优势树种；A_i=1时，对象木为珍贵乡土树种；

各权重w_F、w_M、w_D、w_H、w_OP和w_A分别为0.048、0.096、0.202、0.295、0.069和0.290。

本发明方法的特点是，结合次生林特点及经营目标，选择影响次生林中林木被确定为抚育间伐对象概率大小的定量指标，如自由度、混交度、健康指数、目的树种特性指数、空间密度指数和开阔比数。应用层次分析法求算6个定量指标的权重。根据构建间伐指数（IntermediateCutting Index，简称ICI_i）的指标的生物学意义，分析各指标（作为自变量）与间伐指数（作为因变量）之间的相关关系。

对林分内每一株林木进行全面调查分析，分别计算各林木6个指标值，采用层次分析法计算各个指标权重，得到自由度、混交度、开阔比数、健康指数、空间密度指数和目的树种特性指数6个指标的权值w_F，w_M，w_OP，w_H，w_D，w_A。构建间伐指数表达式，利用间伐指数（ICI_i）表达式得到次生林样地中各林木的间伐指数值，按间伐指数值大小确定间伐对象的顺序，按照抚育强度选择抚育间伐对象木，抚育方案合理，克服了以往林业技术职工凭经验选择抚育间伐对象木的难题，为次生林抚育间伐提供技术指导。

本发明方法可在任何天然次生林抚育间伐时进行推广应用，并适合在天然次生林经营过程中实施。

本发明的有益效果如下：

1、本发明通过调查天然次生林林分每株林木的六个指标值及各指标的权重，确定每株林木被确定为抚育间伐对象木的概率，根据抚育强度选择抚育间伐对象木，操作简便，容易掌握，技术方法实施后，能够改善林分空间结构和林内生态环境，提高林分质量及景观，效果明显；

2、可以快速实现抚育间伐，而且技术方法实施前避免森林资源浪费；

3、通过技术实施，可以提升自然保护区或森林公园的景观价值，更能吸引游客。

下面结合实施例进一步说明本发明的技术方案。

具体实施方式

1、定义间伐指数

林木的间伐指数定义为：林分中单株林木被确定为抚育间伐对象的概率。间伐指数值为[0，1]，林分中某林木间伐指数值愈大，该林木被确定为抚育间伐对象的概率也就愈高，成为抚育间伐对象的可能性愈大，即根据抚育强度和林分中各林木的间伐指数排序确定抚育对象。

2、构建间伐指数的指标选取

结合次生林特点及经营目标，通过问卷调查，选择影响次生林中林木被确定为抚育间伐对象概率大小的定量指标共6项：自由度、混交度、健康指数、目的树种特性指数、空间密度指数和开阔比数。

3、各指标的权重计算

应用常规的层次分析法求算自由度、混交度、健康指数、目的树种特性指数、空间密度指数和开阔比数等6个定量指标的权重。

表1木荷次生林间伐指数各指标权重

4、间伐指数构建

根据构建间伐指数（Intermediate Cutting Index，简称ICI_i）的指标的生物学意义，分析各指标（作为自变量）与间伐指数（作为因变量）之间的相关关系。

（1）自由度：当自由度F_i=1时，对象木周围距离最近4株相邻木都处在对象木的影响圈外，认为对象木生长空间充足，与相邻木竞争可以忽略，间伐指数取最小值（ICI_i=0），仅考虑自由度指标的话对象木不可能成为间伐对象。显然，间伐指数与自由度成负相关关系，在其他条件相当的前提下，若林木的自由度越高，其间伐指数值越小，相反，林木的自由度越小，其间伐指数值越大，林木被确定为抚育间伐对象的可能性就大。

$F_i=\frac{1}{n}\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{y}_{\mathrm{ij}}$

其中：n为相邻木的株数，y_ij是自由度变量，属于2点变量，当第j株相邻木在对象木i的影响圈外时，y_ij=1，说明对象木受相邻木的竞争几乎可以忽略；否则，当第j株相邻木在对象木i的影响圈内时，y_ij=0，说明竞争木给对象木的生长产生压力。

表2自由度取值及含义

（2）混交度：同种林木具有相同生物学和生态学特征，一般认为种内竞争比种间竞争要激烈；次生林的抚育间伐技术在考虑林分经营目标时，要尽量保持林分物种多样性，成为物种丰富、结构复杂的森林生态系统，增强林分的抵抗性，从而确保林分的稳定性。不难发现，对象木混交度越大，其间伐指数越小，相反，林木的混交度越小，其间伐指数越大。因此，间伐指数与混交度呈负相关关系，在其他指标取值相同的情况下，林木的混交度越高，其间伐指数越小，被确定为抚育间伐对象的可能性就小。

$M_i=\frac{1}{n}\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{v}_{\mathrm{ij}}$

其中：n是相邻木的株数，v_ij是取值为1或0的离散型变量，当对象木i与第j株相邻木树种不同时，v_ij=1；否则，当对象木i与第j株相邻木树种相同时，v_ij=0。

表3混交度取值及含义

（3）空间密度指数：空间密度指数反映空间结构单元内的拥挤程度。可见，林木的间伐指数与空间密度指数呈正相关关系，林木空间密度指数越大，其间伐指数越大，被确定为抚育间伐对象的可能性就大。

$D_i=1-\frac{r_i}{r_{\max }}$

式中：r_i为对象木i周围n株相邻木的最小半径，r_max=max（r_i，i=1，2，…）对象林分中所有最小半径的最大值。

（4）健康指数：砍劣留优是抚育间伐的基本原则。可见，林木的间伐指数与健康指数呈负相关，即某林木的健康指数越大，表明该林木越健康，其间伐指数越小，被确定为抚育间伐对象的可能性就小。

$H_i=\frac{1}{n}\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{\mathrm{ij}}$

式中：n是相邻木的株数，x_ij是取值为0或1的变量。当对象木i比第j株相邻木健康时，x_ij=1；否则，当第j株相邻木比对象木i健康时，x_ij=0。

表4健康指数取值及含义

（5）开阔比数：开阔比数取值越大，说明以对象木所处的光环境比较开敞，对象木的生长空间良好，受相邻竞争木的竞争越小。可得，间伐指数与开阔比数呈正负相关关系，即林木的开阔比数越大，其间伐指数越小，被确定为抚育间伐对象的可能性就小。

${\mathrm{OP}}_i=\frac{1}{4}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{t}_{\mathrm{ij}}$

式中：

L_ij为对象木与相邻木的水平距离；h_i为对象木的树高；h_j为相邻木的树高。

（6）目的树种特性指数：根据目的树种特性重新分类结果可知，原则上保护珍贵乡土树种，保留目的树种和优良伴生树种，间伐有害入侵树种。显然，间伐指数与目的树种特性指数呈负相关关系，即林木的目的树种特性指数越大，其间伐指数越小，被确定为抚育间伐对象的可能性就小。

目的树种特性指数（A_i）是反映林分经营目标的一个指标。珍贵乡土树种（A_i=1）、优势树种（A_i=0.8）、目的树种（A_i=0.6）、伴生树种（A_i=0.4）、其他树种（A_i=0.2）、有害入侵树种（A_i=0）。

对林分内每一株林木进行全面调查分析，分别计算各林木6个指标值，采用层次分析法计算各个指标权重，得到自由度、混交度、开阔比数、健康指数、空间密度指数和目的树种特性指数6个指标的权值w_F，w_M，w_OP，w_H，w_D，w_A。

根据间伐指数表达式计算其间伐指数值。间伐指数（ICI_i）的计算式为：

${\mathrm{ICI}}_i=\left\{\begin{array}{cc}0,& F_i=1\\ W_F(1-F_i)+W_M(1-M_i)+W_{\mathrm{OP}}(1-{\mathrm{OP}}_i)+W_H(1-H_i)+W_D{D}_i+W_A(1-A_i),& F_i\≠1\end{array}\right.$

5、林分（或样地）每株林木各指标值计算

随机设置临时调查样地20m×20m，林木合计36株，其中，木荷29株，马尾松1棵，青椆1棵，山茉莉2棵，黄檀1棵，枫香1棵，赤杨叶1棵。

表5木荷林木各指标值

6、间伐指数计算

根据表5中次生林样地林木各指标测定值与表1中得到的次生林间伐指数各指标权重，利用间伐指数ICI_i表达式得到次生林样地中各林木的间伐指数值，按间伐指数值大小确定间伐对象的顺序，如表6。

表6林木间伐指数值及排序

7、抚育强度确定

假设400m²样地的最少保留密度为32株，现实林分有36株林木，那该林分需要进行抚育间伐，最大间伐株数=36-32=4，最大株数抚育强度=（36-32）/36=11.2%。

8、抚育间伐对象木选择

样地的抚育间伐强度为11.2%时，间伐木确定顺序如表6，即：

（1）3号林木，树种为木荷，间伐指数=0.64486，3号木荷的健康指数为0，自由度为0，混交度处于最低水平，空间密度指数为0.68，说明密度太大，并比它周围邻近木健康状况差，因此3号被确定为抚育间伐对象；

（2）35号林木，树种为马尾松，间伐指数=0.59103，35号马尾松的自由度和开阔比数均为0，健康指数较小，混交度虽然为1，整个样地只有一棵马尾松，但其处于被压状态，属被压木，因此，成为了抚育间伐对象；

（3）21号林木，树种为木荷，间伐指数=0.57222，21号木荷的健康指数为0.75，自由度、混交度和开阔比数均为0.25，空间密度指数为0.35，但21号周围的树的胸径都比它大，生长潜力大，因此21号被确定为抚育间伐对象；

（4）5号林木，树种为木荷，间伐指数=0.56826，5号木荷的健康指数、自由度、开阔比数均为0，混交度处于最低水平，空间密度指数较小，处于完全被压状态，即使不抚育也会被慢慢淘汰；

抚育间伐对象木的确定是合理的，与实际调查林分一致。

本发明方法简单，操作方便，实施效果显著，可以在天然次生林区进行推广。

Claims (1)

1.一种天然次生林抚育间伐对象木选择方法，其特征是以林木的间伐指数ICI_i由大至小排序来确定优先抚育间伐对象木，ICI_i的数值由式（1）计算：

${\mathrm{ICI}}_i=\left\{\begin{array}{cc}0,& F_i=1\\ W_F(1-F_i)+W_M(1-M_i)+W_{\mathrm{OP}}(1-{\mathrm{OP}}_i)+W_H(1-H_i)+W_D{D}_i+W_A(1-A_i),& F_i\≠1\end{array}\right.---\left(1\right)$

式（1）中，F_i、M_i、D_i、H_i、OP_i和A_i分别为自由度、混交度、空间密度指数、健康指数、开阔比数和目的树种特性指数；w_F、w_M、w_D、w_H、w_OP和w_A分别为自由度权重、混交度权重、空间密度指数权重、健康指数权重、开阔比数权重和树种特性指数权重；

所述自由度F_i的取值范围为0、0.25、0.5、0.75、1，其中F_i=0时，对象木周围距离最近的4株相邻木都在对象木影响圈内；F_i=0.25时，对象木周围距离最近的3株相邻木都在对象木影响圈内；F_i=0.5时，对象木周围距离最近的2株相邻木都在对象木影响圈内；F_i=0.75时，对象木周围距离最近的1株相邻木都在对象木影响圈内；F_i=1时，对象木周围距离最近的4株相邻木都在对象木影响圈外；

所述混交度M_i的取值范围为0、0.25、0.5、0.75、1，其中M_i=0时，对象木与其周围距离最近4株相邻木树种相同；M_i=0.25时，对象木与其周围距离最近4株相邻木中3株为同一树种；M_i=0.5时，对象木与其周围距离最近4株相邻木中2株为同一树种；M_i=0.75时，对象木与其周围距离最近4株相邻木中1株为同一树种；M_i=1时，对象木周围距离最近4株相邻木都不与对象木同种；

所述空间密度指数D_i由式（2）计算，

$D_i=1-\frac{r_i}{r_{\max }}---\left(2\right)$

式（2）中：r_i为对象木i周围n株相邻木的最小半径，r_max=max（r_i，i=1，2，…）对象林分中所有林木最小半径的最大值。

所述健康指数H_i的取值范围为0、0.25、0.5、0.75、1，其中H_i=0时，对象木周围距离最近4株相邻木均比对象木健康；H_i=0.25时，对象木周围距离最近4株相邻木中3株比对象木健康；H_i=0.5时，对象木周围距离最近4株相邻木中2株比对象木健康；H_i=0.75时，对象木周围距离最近4株相邻木中1株比对象木健康；H_i=1时，对象木比其周围距离最近4株相邻木都健康；

所述开阔比数OP_i由式（3）计算，

${\mathrm{OP}}_i=\frac{1}{4}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{t}_{\mathrm{ij}}---\left(3\right)$

式（3）中：

L_ij为对象木与相邻木的水平距离，h_i为对象木的树高，h_j为相邻木的树高；

所述目的树种特性指数A_i的取值范围为0、0.2、0.4、0.6、0.8、1，其中A_i=0时，对象木为有害入侵树种；A_i=0.2时，对象木为其他树种；A_i=0.4时，对象木为伴生树种；A_i=0.6时，对象木为目的树种；A_i=0.8时，对象木为优势树种；A_i=1时，对象木为珍贵乡土树种；

各权重w_F、w_M、w_D、w_H、w_OP和w_A分别为0.048、0.096、0.202、0.295、0.069和0.290。