不同立地条件下杉木林适宜经营密度的研究

贺环洋，孟伟

1.贵州林业勘察设计有限公司，贵州 贵阳 550000；2.贵州省林业调查规划院，贵州 贵阳 550003

森林内部的结构复杂多样，为了揭示森林演替的规律以及科学的经营、管理森林，实现森林的可持续经营，有必要对森林内部的特征进行深入细致的研究[1]。林木的生长状态与其立地条件密切相关。在一定区域范围内，当森林抚育、整地清理等营造林方式和海拔、坡度、坡向等立地条件相同时，不同树种的林木生长状态有较大差异；当海拔、坡度、坡向等立地条件不同时，相同树种的林木生长状态也有较大差异[2]。在林分过密或过疏的情况下及时进行林分密度调整，让林分达到适宜密度，是人工林经营的主要措施之一,它对于林分经济效益、生态效益、社会效益的提升具有极为重要的意义。杉木主产于中国，为长江以南的主要造林树种。在国内外密度管理已成为实现杉木森林目标经营的关键技术[3-8]。研究不同立地条件下林分的适宜经营密度，对比不同密度下林分生长状态的不同，从而找到该林分最适宜的密度范围，进而有针对性的进行人为经营管理，最大限度提高林分生长状态，最终提升林分的经济效益、生态效益以及社会效益。因此,研究不同立地条件下杉木林适宜经营密度范围具有极为重要的理论价值及实践意义[9-19]。

1 材料与方法

1.1 数据来源及整理

采用标准地法，以湖南省国有林场杉木林为研究对象，通过调查8个地区（双牌、会同、衡山、桃园、苏仙、金洞、新邵、岳阳）的26块标准地，并收集所有抚育样地抚育前后的数据，总共收集了26块标准地39份数据（表1）用于建立单位面积蓄积量、林分株数密度和林分平均高之间的相关关系模型，利用回归分析方法和统计之林数据分析。

表1 杉木基本测树因子调查Tab.1 Investigation of Basic Tree Measuring Factors of Cunninghamia Lanceolata

抚育情况 主要树种平均胸径/cm 平均树高/m 蓄积/（m3/hm2）苏仙抚育样地2金洞对照样地1金洞抚育样地1金洞对照样地2金洞抚育样地2新邵对照样地1新邵抚育样地1新邵对照样地2新邵抚育样地2岳阳对照样地1岳阳抚育样地1岳阳对照样地2岳阳抚育样地2样地名称 株数6.9 7.3 7.9 9.9 11.2 11.2 11.2 12.6 7.2 9.2 10 7.3 6.5 7.8 11.1 11.8 13.2 13.2 12.4 14.3抚育前抚育后抚育前抚育后抚育前抚育后抚育前抚育后抚育前抚育后抚育前抚育后抚育前抚育后杉木杉木杉木杉木杉木杉木杉木杉木杉木杉木杉木杉木杉木杉木杉木杉木杉木杉木杉木杉木10.1 10.7 9.2 11.5 13.1 12.7 12.7 14.4 9.6 12.1 13 11.7 12.9 14.9 13 13.2 14.4 14.4 13.8 16 136 111 179 147 96 113 134 86 128 86 72 116 123 73 188 178 129 134 99 65 78.09 74.41 90.78 137.88 140.67 168.7 168.7 152.91 67.13 93.8 96.6 90.69 111.55 90.8 252.63 242.26 228.71 247.44 212.06 210.23

1.2 研究方法

该研究利用非线性回归拟合法，根据海拔、坡向、土壤等立地因子和林分平均年龄大致相同的情况下，林分单位蓄积随着林分密度的不同产生相应的变化从而出现的规律，结合8个地区（双牌、会同、衡山、桃园、苏仙、金洞、新邵、岳阳）样本实际情况，运用非线性回归模型对试验区杉木单位面积蓄积量（M）、林分平均高（H）以及密度（单位面积株数N）开展拟合分析，模型如下：

式中：N—杉木密度（每公顷株数），H—林分平均高（m）M—单位面积蓄积量（m3/hm2），a、b、c、a1、b1和c1为待估参数。

2 结果与分析

2.1 模型的建立

该研究采用的蓄积量与密度、平均高模型见公式（1），参数估计见表2。

表2 模型参数估计Tab.2 Model Parameter Estimation

由表2分析可知，湖南国有林场杉木人工林蓄积量与密度、平均高的模型见公式（1）

2.2 模型适应性检验

将所有湖南省国有林场杉木林中随机抽取10块杉木标准地样本数据，将模型需要拟合的参数（密度N、平均高H）进行提取后代入模型，进行非线性回归拟合，可得蓄积量M的预测值，并根据实际值计算出残差。结果表明：此模型平均相对误差为-0.026811%，残差值呈对称均匀分布，适应性检验效果较好。残差分布图如下。

图1 残差分布Fig.1 Residual Distribution

2.3 最优经营密度选取

观察分析株数密度与蓄积量关系图、平均胸径与株数密度关系图可知，林分的株数密度从密向疏的转变过程中，林分单位面积的蓄积量呈现出先降再增再降的规律。首先，林分的株数密度较大时，此时林分的平均胸径相对小，也就代表着林分的径阶以中、小木材为主，单位面积蓄积量较大；其次，当林分的株数密度逐渐降低时，此时林分的平均胸径相对大，代表着此时林分的径阶以中、大径阶为主，单位面积蓄积量逐渐降低再增加；最后，当林分的株数密度不断降低后，单株林木的生长范围增加，但由于缺少竞争等系列原因，平均胸径趋于稳定，单位面积蓄积量持续降低。

通常在其他条件相同的情况下，林分的平均胸径和单位面积蓄积量越大，其实际出材量也会越高，产生的经济效益、生态效益以及社会效益也会越大。也就是说，在林分的株数密度从密向疏的转变时，林分单位面积的蓄积量先降再增再降的过程中，单位面积蓄积量达到峰点值时，此时的林分密度为试验区杉木林最适宜经营密度，此时的林分密度附近数值区间则为试验区杉木林最佳适宜经营密度区间。因此，可以认为试验区经济效益、生态效益以及社会效益最佳的杉木林适宜经营密度区间为1500株/hm2～2000株/hm2。

图2 密度与蓄积量Fig.2 density and volume

图3 胸径与密度Fig.3 DBH and Density

3 结论与讨论

（1）该研究建立了湖南国有林场杉木人工林蓄积量与密度、平均高相关关系模型：M=0.800594×H1.204421×N1.751841+9.35×10-8×H2.901513×N1.751841，建模的确定系数、平均相对误差与精度分别为0.893735、0.8571%、97.195%，模型适用性检验的平均相对误差为-0.026811%，表明模型精度较高，适用性较强。

（2）该研究指出了湖南国有林场杉木人工林最佳经营密度为1500株/hm2～2000株/hm2。为湖南国有林场杉木人工林的可持续经营提供理论指导，具有一定的理论和实际意义。

（3）该研究湖南国有林场杉木人工林的适宜经营密度，有利于最大限度提高林分生长状态，最终提升林分的经济效益、生态效益以及社会效益，也为今后的营造林活动提供了借鉴。

（4）该研究可以为其他树种的人工纯林适宜经营密度提供基础，但混交林各类树种适宜经营密度较为复杂，需要综合考虑树种组成、立地类型等因素。因此，关于混交林适宜经营密度方面还有待继续深入研究。