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鄂西山区日本落叶松人工林二元材积表研制*

更新时间:2009-03-28

材积表是森林经营管理和林业调查中常用的森林调查数表, 是重要的林业基础计量数表,在森林资源调查、森林生长监测、林业规划设计、森林经营与管理等测定计量森林蓄积方面具有不可替代的作用[1-3]。我国常用的材积表包括二元材积表和一元材积表,其中二元材积表由于考虑了胸径和树高两个因子,其精度和使用范围要比一元材积表更高、更广,也更能满足森林资源调查、林业生产、科研等工作的精度要求[4]。但作为林业行业标准的二元材积表大部分是在20世纪70年代由当时的农林部编制并颁布实施的,距今已有40余年[5]。鉴于当前我国气候条件、立地条件、树种特性、森林资源结构、经营水平等均发生了较大变化,部分原来的材积表在应用中不可避免的产生难以接受的计算偏差,不仅直接影响森林蓄积测定结果的准确程度,也会影响森林经营管理水平的提升[6]。加之还有部分树种原来就没有适用的材积表。因此,依据区域林业生产实际需要,重新研制高精度的二元立木材积模型,编制二元立木材积表,是当前森林资源管理中必须解决的问题[7-8]

日本落叶松是鄂西山区广泛引种和栽植的速生用材树种,也是该区天保工程二期中高山地段典型的造林树种之一,近年来其经营规模和种植面积年不断增加,在鄂西地区经济、社会发展和生态安全中占据着重要地位[9]。但查阅文献资料,目前有关日本落叶松二元材积表的研制在我国辽东等北方地区较多,而作为南方最大的日本落叶松基地的鄂西地区相关研究却少见报道。另外根据实地调查,发现鄂西地区现行日本落叶松材积估算方法主要参考相关的一元材积表,这对于部分精准林业、森林资源调查及林业科研来说,远远达不到相关工作精度要求。本文以鄂西山区日本落叶松人工林为研究对象,基于收集的代表性样木材料,拟在前人研究的基础上,通过利用不同二元材积方程拟合和模型优选,研制鄂西山区日本落叶松人工林二元材积表,以期为区域日本落叶松人工林林业调查、蓄积估算、科学经营及管理提供科学依据。

水利风景区的水体不同于一般滨水风景区。对于水库型的水利风景区而言,必须严格控制水体的开发强度和方式,对一切有损于水生态的项目要坚决禁止,以保证附近居民和供水地的用水安全。因此在一定程度上,水上活动受制于安全用水的要求。对于以防洪、发电功能为主的水利风景区,可以在相关工程监测基础上适当发展相关水上项目,但仍需保证水体的清洁和生态。

有研究表明,教师的个人知识是一种个人性知识、境遇性知识、实践性知识、整体性知识和对话性知识[7],它包括群体性显性知识、群体性隐性知识、个体性显性知识、个体性隐性知识[1]。从课程论学科角度来看,教师培训也是一种课程实践,这一实践可划分为目标制定、内容选择与组织,实施和评价四个环节,基于个人知识视角对此进行分析,我们认为有效教师培训构建可从以下几个方面着手:

1 研究区概况

鄂西地属湖北省西部,本研究在鄂西山区日本落叶松主要栽植区内进行(襄阳、宜昌、恩施),地理位置介于 108°21′~110°58′ E,29°27′~31°57′ N之间,该区地质上属华夏体系第三隆起中段,第二阶梯东缘,由秦岭山脉东延部分的武当山、大巴山、荆山山脉以及云贵高原东延部分的齐岳山、八面山、武陵山脉组成。海拔起伏较大,属北亚热带季风气候区,年均气温为15~18 ℃,年降水量1 000~1 200 mm,相对湿度达60%~89%,土壤属于红黄壤与黄棕壤地带[10]。该区植被类型丰富,除典型的亚热带常绿阔叶林外,山地垂直带上还有混交林、亚高山暗针叶林及落叶阔叶林等植被类型,同时,独特的气候条件非常适合日本落叶松人工林的引种和栽植。

2 材料与方法

2.1 材料来源

CTGG晶体可以看做是CNGG晶体中的Nb3+完全被同族Ta3+所取代.Guo S.Y.等人[59]报道了提拉法生长的CTGG晶体,在波长1.06 μm处得到激光输出.Xie G.Q.等人[60]进行了Nd∶CTGG晶体的被动锁模激光实验,其最短脉冲宽度为4.3 ps.鉴于Nd∶CNGG晶体在超短超快激光方面突出的表现,其仍有潜力可以发掘.

2.2 等株径级标准木法

在对所有调查林木按径阶排序基础上,按照等株径级标准木法抽取样木,以起测胸径为5 cm,2 cm一个径阶,将不同区域抽取的样木数按6~28 cm共12个径阶均匀分配为4个径级。按照均匀分布、典型抽样原则[11],将样木分为建模样木和检验样木两部分,其中,建模样木500株,检验样木170株,建模样木每径阶原则上不少于40株,检验样木不少于建模样木的三分之一。样木伐倒后,按照2 m区分段测算各区分段中央直径,用中央断面求积法计算各样木材积。样木各径阶数量统计见表1。

 

表1 鄂西山区日本落叶松人工林样木各径阶数量统计Table1 Statistics the number of sample trees in each diameter for Larix kaempferi plantation in Western Hubei Province

  

径级Diameter class径阶Diameter grade/cm建模样木Modeling sample tree检验样木Testing sample tree小计/株Sub-total 6 41 14Ⅰ8 43 15 10 41 14 168 12 41 14Ⅱ14 42 14 16 42 14 167 18 42 14Ⅲ20 41 14 22 42 14 167 24 43 15Ⅳ16826 42 14 28 40 14

2.3 二元材积表编制方法

按自由度:df1 =2,df2 =n-2=168查F检验临界值表,得F0.05(2,168)=3.050,FF0.05,表明在5%显著水平上,结果无差异,该材积方程式符合研究区精度要求,在研究区是适用的。

3 结果与分析

3.1 模型拟合与选择

二元材积方程研制完成,但其是否适合于研究区,是否满足研究区林业生产精度要求,必须进行适用性检验[15]。在Forstat 2.1数据统计分析软件支持下,利用未参与建模的170株检验样木对该二元材积方程进行适用性检验。以林木实际材积为因变量yi,以模型计算出的理论材积为自变量xi,建立一元线性回归方程:

由表3可知,12个模型均能较好的拟合材积与胸径、树高的相关关系,除模型6外,其余模型确定指数(R2)均在0.98以上,达到了极显著水平。一般比较模型的拟合优度,残差平方和(SSE)和总误差平方和(TSS)越小、确定指数(R2)越大,表明模型拟合精度越高[13]。通过比较模型各计算结果和评价指标,从表3中我们可以看出,整体上模型11的拟合精度最高。但二元材积模型的选取不能只考虑模型精度,还应考虑模型的生物学性质和在林业生产中应用的便利性[14]。鉴于山本式材积方程在国内外材积表编制中影响最大、应用最为广泛,也符合我国编制二元材积表的传统方法。加之,从表3各模型拟合结果来看,山本式模型3无论从残差平方和(SSE,为0.599540)、总误差平方和(TSS,为38.420669)、确定指数(R2,为0.984395)上看,还是从相近模型精度范围内,模型参数个数、模型生物学性质和理论意义上看,均有较高的拟合精度和应用便利性。因此,本研究将模型3选为本次二元材积表编制的最优模型,将其模型计算结果作为鄂西山区日本落叶松人工林二元材积方程式。即:

 

表2 二元材积备选模型Table2 List of binary volume alternative models

  

模型序号Model sequence number 材积模型方程Model equation of volume 备注Remark 1 V=c0+c1D2H 2 V=c0D2+c1D2H 3 V=c0DC 1HC 2 4 V=c0+c1D2+c2D2H 5 V=c0+c1H+c2D2H 6 V=c0+c1H+c2D2 7 V=c0+c1D2+c2H+c3HD2 8其中,V为材积,D为胸径,H为树高,c0c1c2c3c4c5为模型参数。V=c0+c1D2+c2D2H+c3H 2+c4DH 2 10 V=c0+c1D2+c2DH+c3D2H+c4D2HlogD 11 logV=c0+c1logD+c2log2D+c3logH+c4log2H 12 V= c0+c1D+c2D2+c3DH+c4D2H+c5H V=c0+c1D+c2D2+c3DH+c4D2H 9

 

表3 鄂西山区日本落叶松人工林二元材积模型拟合结果Table3 Fitting results of binary volume alternative models for Larix kaempferi plantation in Western Hubei Province

  

Model sequence number确定指数R2 c0 c1 c2 c3 c4 c5平方和SSE平方和TSS 0.651038 38.420669 0.983055 2 0.000089 0.000029 0.619294 38.420669 0.983886 3 0.000044 2.129478 0.772474 0.599540 38.420669 0.984395 4 -0.004764 0.000120 0.000028 0.615425 38.420669 0.983982 5 0.013574 -0.000600 0.000033 0.648971 38.420669 0.983109 6 -0.094490 0.002837 0.000803 1.993594 38.420669 0.948113 7 0.005890 0.000128 -0.001043 0.000029 0.609339 38.420669 0.984140 8 0.013203 -0.001950 0.000215 -0.000057 0.000028 0.603109 38.420669 0.984302 9 0.003823 -0.000036 0.000043 0.000087 -0.000014 0.591079 38.420669 0.984616 10 -0.016380 0.000215 0.000498 -0.000071 0.000023 0.591518 38.420669 0.984604 11 -3.639592 0.278886 0.103380 0.526190 -0.031525 0.587198 38.420669 0.984717 12 -0.026550 0.000877 0.000192 -0.000473 0.000036 0.004847 0.594894 38.420669 0.984516 1 0.006980 0.000032

V=0.000044 D2.129478H0.772474

3.2 模型适用性检验

利用非线性加权回归方法对模型参数进行计算拟合,得到各模型参数估计值、确定指数(R2)及模型评价指标残差平方和(SSE)、总误差平方和(TSS),具体模型拟合结果见表3。

yi = a + bxi

显然,若模型拟合效果好,林木材积实际值与理论值就会很接近,方程中的参数a就会无限趋近于0,参数b无限趋近于1,若两者完全相等,则在坐标系上绘出的就是通过原点,斜率为1的直线。因此,我们可以用F检验方法,对回归直线参数a、b与理想直线a=0,b=1进行检验,判断实际材积与理论材积是否有显著性差异。F检验计算公式如下[16]

为保证编制的立木材积模型的适用性,在充分了解鄂西山区日本落叶松分布和生长情况基础上,2016年6月—2017年5月分别于恩施州、宜昌市、襄阳市等日本落叶松主要栽植州、市县(乡、林场)开展了日本落叶松专项调查,共计调查代表性日本落叶松纯林标准地233块,面积为0.04 hm2。标准地主要测树因子分布范围:林分年龄为 8~32 a,胸径为 5.0~28.9 cm,树高为 4.5~26 m,单株材积为 0.005 94~0.678 22 m3

一元线性回归方程yi = 0.00194 + 0.99822xiF-统计量=0.2922。

 

经计算:

需要强调的是,研究式案例教学法的成功实施需注意以下几方面:首先,案例的选择要基于无机化学的重点内容及有利于发展探究能力的内容。通过多年实践,笔者认为案例教学的难点在于与知识点相契合的案例的收集、筛选与整理,如何将零散的科研信息整合成可供学习交流的实例;其次,为了适应以学生为中心的教学目的,教师除了具有扎实的专业知识外,还要不断夯实专业知识,改进教学方法,学习新的课堂教学手段,做到案例内容与表现形式的匹配。

式中:F为检验值;a,b为回归直线参数;yi为样木实测材积;xi为材积式推算材积;n为检验样木单元数。

随着现代消费社会的发展,文化展示与旅游经济的关系愈发紧密。20世纪50年代以来,世界大众旅游格局逐渐形成,全球范围的旅游产业链随之发展起来。随着旅游客源市场的日渐细分,针对“文化旅游”市场需求而进行的旅游开发受到了人们的重视。古老的礼仪、民俗等被作为了旅游吸引物,被装帧起来,被搬进景区,被植入到旅游产品的环节中。〔2〕古老的传统文化越来越成为文化旅游产业新的增长点,成为当代“可参观性“的生产和消费的文化资源。文化展示,特别是地方传统文化和遗产文化的展示,借助博物馆、民族园、旅游景区、甚至互联网等,成为一地区别于另一地区从而展示其独特身份的文化和经济策略。

为确保二元材积表编制精度和适应性,根据实地调查资料并严格按照我国林业行业标准《二元立木材积表编制技术规程》(LY/T 2102-2013)[12]编制要求,采用标准推荐的12种二元立木材积模型(表2)作为多模型选优的初始备选模型,在Spss 19.0和Forstat 2.1统计分析软件支持下,进行模型回归、检验和优选,并根据选取出的二元立木材积模型编制研究区二元立木材积表。

3.3 二元材积表编制

按2 cm为径阶距、2 m为树高级,把鄂西山区日本落叶松人工林的各径阶与树高级代入材积方程:

V=0.000044 D2.129478H0.772474

将求得的材积值归纳于表4中,即编制成鄂西山区落叶松人工林二元材积表(限于篇幅,本文仅列出部分)。

统一战线促进社会全面发展的价值体现在统一战线既助力共同体经济基础的发展,也助力共同体上层建筑的完善。统一战线是为经济基础服务重要手段和社会政治发展重要目标的统一,是调处关系手段与实现和谐目标的统一,是发扬人民民主手段与实行人民民主专政目标的统一[13]。新时代,统一战线在国家治理中促进中国特色社会主义民主发展、制度定型和关系整合,体现出自身促进社会全面发展的战略功能。其中,很重要的内容就是促进民主政治发展。由于政治的核心内容是权力配置,统一战线作为政治联盟,其核心功能是协调权力配置关系,即扩大公民有序政治参与、满足民主需求、实现政治发展。其核心机制是依托社会主义协商民主制度来实现民主功能。

 

表4 鄂西山区日本落叶松人工林二元材积表Table4 Binary volume table of Larix kaempferi plantation in Western Hubei Province

  

6 0.00583 0.00797 0.00996 0.01183 8 0.01076 0.01471 0.01837 0.02183 0.02513 10 0.02366 0.02955 0.03511 0.04042 0.04553 0.05048 12 0.03489 0.04357 0.05176 0.05959 0.06713 0.07442 14 0.06050 0.07188 0.08275 0.09321 0.10334 0.11318 16 0.08039 0.09552 0.10996 0.12387 0.13733 0.15041 0.16316 18 0.12274 0.14131 0.15918 0.17647 0.19328 0.20967 0.22569 20 0.15362 0.17685 0.19921 0.22086 0.24190 0.26241 0.28246 0.30210 22 0.21665 0.24404 0.27056 0.29633 0.32146 0.34602 0.37007 0.39368 24 0.26075 0.29372 0.32564 0.35665 0.38690 0.41646 0.44541 0.47382 26 0.34831 0.38615 0.42293 0.45880 0.49385 0.52818 0.56187 28 0.45216 0.49523 0.53722 0.57827 0.61847 0.65792

4 结论与讨论

本研究在对鄂西山区日本落叶松人工林分布和生长情况充分了解和调查基础上,对其二元材积表的编制进行了研究,结果表明:采用的12种材积备选模型均能较好的拟合材积与胸径、树高的相关关系;在充分考虑模型参数、确定指数、残差平方和、总误差平方和及生产实际基础上,通过模型选优,最终确定出山本式模型3为最优模型,作为鄂西山区日本落叶松人工林的二元材积方程式;经适用性检验,林木实际材积与理论材积无显著性差异,材积方程适用于研究区林业生产精度要求,可以为该区日本落叶松人工林林业调查、蓄积估算及科学经营管理提供科学依据。

对于地域分布范围相对比较集中的树种,一般建议只需全国统一编制1个二元材积表,并不鼓励各省单独编制仅限于本省范围内应用的二元材积表,这样不仅会造成同一树种在相邻省份材积估计的差异,也会造成不必要的资金浪费[17]。因此,建立一种既能充分考虑区域分布、林木品系、林分结构、经营状况等不同尺度差异,又能具有较高估算精度和较广适用范围的通用性立木材积模型,势必成为一种新的研究趋势和热点,相关研究还有待进一步深入探索[18-20]

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孙拥康,汤景明,冯骏,林孝培
《林业与环境科学》 2018年第02期
《林业与环境科学》2018年第02期文献

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