林分直径结构.doc

第3章 林分结构［本章提要］本章将主要介绍林分结构中最基础、最重要的林分直径结构规律，并以人工林为对象，介绍林分直径结构规律、特征及其拟合方法在此基础上，简要地介绍树高、干形及材积等主要测树因子的结构规律及特征3.1林分直径结构3.1.1林分直径结构概述不论是人工林还是天然林，在未遭受到严重地干扰（如自然因素的破坏及人工采伐等），经过长期的自然生长枯损与演替的情况下，林分内部许多特征因子，如直径、树高、形数、材积、树冠以及复层异龄混交林中的林层、年龄和树种组成等，都具有一定的分布状态，而且表现出较为稳定的结构规律性，在测树学中称它为林分结构规律（law of stand structure）因此，林分结构内涵着这些反映林分特征因子的变化规律，以及这些因子之间的相关规律探讨这些规律，对森林经营技术、编制经营数表及林分调查都有着重要意义在林分内各种大小直径林木按径阶的分配状态，称作林分直径结构（Stand diameter structure），亦称林分直径分布（Stand diameter distribution）无论在理论上还是在实际上，林分直径结构是最重要、最基本的林分结构，不仅因为林分直径便于测定，而是因为林分内各种大小直径的树木的分配状态，将直接影响树木的树高、干形、材积、材种及树冠等因子的变化。

经研究也表明，上述各因子的结构规律与林分直径结构规律紧密相关在理论上它为许多森林经营技术及测树制表技术提供了依据在林分直径结构中，又以同龄纯林的直径结构规律为基础，而复层异龄混交林的直径结构规律要复杂得多因此，在林分直径结构中，主要研究同龄纯林的直径结构规律以及在营林技术中的作用同龄纯林的直径结构规律的重要作用主要体现在以下几个方面⑴林分材种结构与林分直径结构密切相关，并且对林分材种结构规律及特点，林分直径结构起着重要的作用它不仅决定各材种的分布比例，而且决定各材种的总材积呈因此，在编制林分材种出材量表时，首先应研究林分直径结构规律及其与材种结构规律之间的关系，只有这样才能编制出适用性强、精度高的林分材种出材量表所以，林分直径结构是编制林分材种出材量表的基础，同时，也是评估林分经济利用价值及经济效益的重要依据⑵林分直径结构与林分断面积、材积等因子密切相关由于组成林分的林木生长与枯损引起林分直径结构动态转移，从而造成林分蓄积的动态转移所以林分直径结构动态模型是预测林分生长过程的重要基础⑶林分其它调查因子（如树高、断面积、干形和材积）与直径之间有着密切关系，可依据它们的相关性，利用林分直径结构规律，研究、推断相关因子的结构规律。

例如，曾从理论上推导出：当或关系式成立时（x为直径，y为树高、断面积或材积），如x遵从Weibull分布，则y也遵从Weibull分布，这时，两个Weibull分布中的相应参数也紧密相关另外，在营林或林分调查工作中，经常依据林分调查因子（如树高、形数、材积等）与直径的关系、绘制、拟合各调查因子随直径变化的相关曲线（如树高曲线、形数曲线、材积曲线等），或编制数表（如树高表、形数表、材积表等）因此，这些因子间的关系在林分调查中有重要作用⑷研究结果表明，同龄纯林直径结构规律一般呈现为以林分算术平均直径（）为峰点的单峰山状曲线，且近似于正态分布（Normal distribution），其山状分布曲线随着林龄增加呈现出规律性变化，即分布曲线有规律地移动林分直径分布曲线的变化规律，可作为制定、检查营林技术措施效果的依据之一特别是设计抚育间伐方案时，本着去劣留优，兼顾中、大径阶林木的原则，在实施中要考虑林分直径结构和林木空间结构，一个好的抚育间伐设计，应作到扩大保留木的生长空间，保持合理的林分密度，同时，还应尽量考虑林分直径结构规律3.1.2同龄纯林直径结构在同龄纯林中，每株林木由于遗传性和所处的具体立地条件等因素的不同，会使林木的大小（直径、树高、树冠等）、干形等林木特征因子都会产生某些差异，在正常生长条件下（未遭受严重自然灾害及人为干扰），这些差异将会稳定地遵循一定的规律。

同龄纯林直径结构规律的主要特征，可归纳如下3.1.2.1直径正态分布各林分直径分布曲线的具体形状虽略有差异，但就其直径结构规律来说，尽管林分平均直径不同，但都是形成一条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单峰左右近似于对称的山状曲线（图３--１，表３－２）这条曲线近似于正态分布曲线（Normal distribution curve），多年来林学家曾利用正态分布函数（Normal distribution function）拟合、描述同龄纯林直径分布，并取得了较好的拟合效果因此，可认为同龄纯林直径结构近似遵从正态分布 图3—1 直径分布 图3—2 截尾正态分布示意图直径正态分布曲线的形状随着林分年龄的增加而变化，即幼龄林平均直径较小，直径正态分布曲线的偏度（skewness）为左偏（亦称正偏，即偏度值大于零）；其峰度（亦称峭度，kurtosis）为正值；这种左偏直径分布属于截尾正态分布（truncated normal distribution）（如图３－２所示）随着林分年龄的增加，林分算术平均直径（）逐渐增大，直径正态分布曲线的偏度由大变小，峰度也由大变小（由正值到负值），林分直径分布逐渐接近于正态分布曲线（正态分布曲线的偏度值及峰度值均为零）。

金利希（Gingrich S.F.,1967）曾利用正态分布函数研究美国中部山地硬阔叶林的直径分布时也证实了这一规律，即在年龄较小（直径较小）的林分中，偏度为正，但随着平均直径的加大，其偏度逐渐变小当平均直径（，在表中３－１中以Ｄ表示）达到８in以上时，直径分布接近正态在平均直径较小的林分中（如表３－１中Ｄ＝３in），峰态较显著（如图３－３），随着平均直径的加大，峰度从正到负（表３－１），在年龄较大（平均直径较大）时，形成宽而平的分布曲线（图３－３），这些变化规律具有一定的普遍性图３－３不同年龄栎树林的直径分布　　　　　　　　　3.1.2.2直径变动幅度林分中各株林木胸径（di）与林分平均胸径（Dg）的比值，称作相对直径（Ri），即Ri＝di／Dg　　　　　　　　　　　　　(3--1)这样，林分平均直径（Dg）的Ｒ＝1.0，而林分内最粗林木的相对直径Ｒmax=1.7～1.8，最细林木的相对Ｒmin=0.4～0.5即林分中最粗林木直径一般为平均直径的1.7～1.8倍，最细林木直径为0.4～0.5倍当然，林分直径变动幅度与林龄有关，一般幼龄林的直径变幅大些，而成过熟林的直径变幅略小些根据这一特征，在同龄林调查中，可目测选定林分内最小或最大树木，然后可依据最小或最大胸径实测值，利用上述分别与林分平均直径（Dg）的关系估测林分平均直径（Dg）；另外，也可依据目测林分平均直径（Dg），利用0.45 Dg（或1.75 Dg），确定林分内最小（或最大）直径值，进而确定林分调查起测径阶及相应的径阶距。

3.1.2.3累积分布曲线采用相对直径表示林木直径时，若把各径阶内林木株数同时也换算为相对值，并计算出各径阶株数累积百分数，这样，便于将不同林分平均直径、不同林木株数的林分置于相同尺度上进行分析比较经过对各树种不同条件的林分分析结果表明，不论树种、年龄、密度和立地条件如何，其林分平均直径（Dg）在株数累积分布曲线上所对应的株数累积百分数的位置在55%～64%，一般近于60%处现以河南农业大学森林经理教研室收集的伏牛山小叶青冈的资料说明株数累积分布曲线（表3—2，图3—4），从这个资料中可以看出，相对直径等于1.0（即林分平均直径）所对应的株数累积百分数在55.9%处　　　表3—2　小叶青冈一个林分的相对直径与株数累积（Dg ＝28.9cm）径阶(cm)径阶上下限(cm)上下限相对值(R)株数（Ｎ）Ｎ（％）株数累积（％）12162024283236404448合计10141822263034384246500.3460.4840.6230.7610.9001.0381.1771.3151.4531.5921.730611316883672418613151.93.59.821.626.421.37.65.71.90.3100.01.95.415.236.863.284.592.197.899.7100.0　　　　　　图3—4　株数累积(%)曲线　　表3—3　自然径阶的分布自然径阶株数（％）自然径阶株数（％）0.50.60.70.80.91.01.10.73.59.516.118.418.113.11.21.31.41.51.61.78.96.33.31.50.50.1前苏联林学家久林（1931）教授将相对直径按0.1的间距划分的径阶称为自然径阶，依此求得的各自然径阶的株数百分比（如表3—3），当Ｒ＝1.0时株数累积百分数为66.3%，并得出如下结论：“林木按自然径阶分布的情况，并不依树种、地位级和疏密度而变，仅在某种程度上随林分年龄而改变，但在很大程度上随着抚育采伐的特点而改变。

采用相对直径法研究林分直径结构，在林学中有着重要的生物学意义在同一密度的林分中，林木胸径的大小在一定程度上可以反映出该林木在林分中相对竞争力的大小，因此，相对直径可以表示出该林木在林分中相对竞争力的大小所以，近年来，在研建单木生长模型中经常采用相对直径作为林木竞争指标3.1.2.4相对直径与直径正态分布特征统计量之间的关系以相对直径表示林分直径分布，与采用正态分布函数描述林分直径分布的结果是一致的，并且彼此之间存在着一定的关系现以林分中最大和最小直径为例：林分平均直径（Dg）与林分算术平均直径（）之间的关系为：　　　　　　　又因变动系数（c）为：所以　　　　　　　　或　　　　　　　　　当林分直径分布遵从正态分布时，则林木总株数的99.7%位于范围之内，即换算为相对直径时：　　　　　　(3—2) (3—3)由(3—2)、(3—3)两式可知林分中最大与最小相对直径是林分直径变动系数的函数，而且当时，Ｒmin出现负值，成截尾正态分布　　　　　　　林分直径正态分布规律一般呈现在正常生长条件下的同龄纯林中（未遭严重灾害及人为干扰的林分）若林分经过强度抚育间伐或择伐，在短期内难以恢复其固有的林分结构，其林分直径结构也将发生变化。

经强度择伐的林分，其林分直径结构已不为正态分布，实践中，一般择伐蓄积量不超过原林分蓄积量的20%时，该林分可视为未择伐林分，林分直径结构仍近似正态分布3.1.3异龄林直径结构在林分总体特征上，同龄林与异龄林有着明显的不同，正如T.W.Daniel（1979）指出的那样，同龄林与异龄林在林分结构上有着明显的区别，就林相和直径结构来说，同龄林具有一个匀称齐一的林冠，在同龄林分中，最小的林木尽管生长落后于其他林木，生长得很细，但树高仍达到同一林冠层；而异龄林分的林冠则是不整齐的和不匀称的；异龄林分中较常见的情况是最小径阶的林木株数最多，随着直径的增大，林木株数开始时急剧减少，达到一定直径后，株数减少幅度渐趋平缓，而呈现为近似双曲线形式的反Ｊ形曲线（inverse J—shaped c。