不同样地面积对人工林林分参数的影响*

周梅，王新华,李春干,杨承伶

(1.广西大学 计算机与电子信息学院，广西 南宁 530004；2.广西大学 林学院，广西 南宁 530004； 3.广西林业勘测设计院，广西 南宁 530011)

1 研究区域与研究方法

1.1 研究区自然概况

研究区位于广西壮族自治区南宁市北部的高峰林场内，为一个呈东北-西南走向的近矩形区域，中心地理位置为22°58′33″N，108°23′45″E，长11.2km，宽4.2km，面积约4 770hm2。低山地貌，海拔90-460m，地形封闭，山不高但坡陡，一般坡度为24°-34°，坡度大于24°的面积占研究区面积的75%。研究区位于北回归线以南，属湿润亚热带季风气候，年均气温21.6℃左右，年均降雨量1 300mm，相对温度79%，热量充足、雨量充沛，林木生长迅速。区内森林约95%为人工林，除桉树(Eucalyptus)外，年龄大多在15年以上，主要树种为尾叶桉(Eucalyptusurophylla)、巨尾桉(Eucalyptusgrandis×E.urophylla)、马尾松(Pinusmassoniana)、湿地松(Pinuselliottii)、杉木(Cunninghamialanceolata)、八角(Illiciumverum)、红锥(Castanopsishystrix)、火力楠(Micheliamacclurei)、米老排(Mytilarialaosensis)、厚荚相思(Acaciacrassicarpa)等，约60%的林分为人工天然混交林。其形成过程为：由于研究区的水热条件好，在杉木、马尾松、尾叶桉、巨尾桉、八角人工造林后，原生树种白楸(Mallotuspaniculatus)、木荷(Schimaargentea)等在林内萌芽、生长，形成人工天然复层混交林，也有部分为人工混交林，如杉木×马尾松、厚荚相思×红锥等。在沟谷地带有少量天然杂木林。

1.2 研究方法

1.2.1 样地设置与调查方法

将研究区森林分为4个优势树种组：杉木、松树(马尾松、湿地松)、桉树(尾叶桉、巨尾桉)和一般阔叶树(红锥、火力楠、米老排、八角、厚荚相思等和天然杂木林)，每个树种组设置25块以上样地，共设置了110个样地。样地设置与调查方法：(1)在ArcGIS软件环境中在小班空间分布图上根据优势树种(组)按相对均匀分布原则半随机地布设样地，确定样地中心点的图面坐标。(2)根据样地中心的图面坐标，采用手持双频差分GPS导航至样地中心。观察周围林分树种组成，若该中心四周30m内林分均属同一类型(杉木林或松林、桉树林、一般阔叶林)，则该中心即为样地中心；否则，移动该中心至合适的位置；若无论如何移动，样地都无法只包含一个林分类型，则可涵盖2个类型，但不能包含无林地。(3)在样地中心西北方向20m处附近，随机确定样地西北角点，用森林罗盘仪和激光测距仪(LeicaDISTOTMX30)测设样地边界和分隔样方(样地面积为30m×30m，分为9个10m×10m的样方)。(4)在每个样方内，对于胸径大于或等于5.0cm的林木进行每木检尺，用超声波测高仪(Haglf VERTEX Ⅳ)测定3株平均木和1株优势木的树高。样方计算指标包括平均直径、平均高、断面积、每公顷株数、每公顷蓄积量等，其中，每公顷蓄积量根据断面积和平均高采用形高表计算。样地数据基本情况见表1。

表1 900m2样地的主要林分参数

注：杉木(Cunninghamialanceolata)；松树(Pinus)为马尾松(P.massoniana)、湿地松(P.elliottii)；桉树(Eucalyptus)为尾叶桉(E.urophylla)、巨尾桉(E.grandis×E.urophylla)。

1.2.2 样方组合及其林分参数计算方法

在900m2的样地上，以西北角样方(1号样方)为固定样方，组合成面积分别为100m2、200m2、300m2、400m2、600m2和900m2的6个不同面积大小的样地(图1)。

图1 样地设置和组合图

根据以上组合，每个900m2样地可以计算6个不同面积大小的样地数据，其方法是对于每个给定面积(如400m2等)的样地，其断面积、每公顷株数、每公顷蓄积量分别为其包含样方相应值之和，平均胸径、平均高分别取其包含样方相应值的断面积加权平均值，优势高为其包含样方中最高优势木的高。

1.2.3 林木直径变动分析方法

由于研究区内绝大部分林分为人工林，多经抚育间伐等人为干扰，且大部分为复层混交林，采用SPSS 21软件作Shapiro-Wilk检验、Kolmogorov-Smirnov检验和矩法检验(U检验)——偏度和峰度检验[10]，只有不到20%的样地林木直径分布服从正态分布，故采用变动系数对不同面积样地的林木直径变动情况进行分析。

2 结果与分析

2.1 不同面积大小样地的林分参数平均值比较

不同优势树种(组)、不同面积样地的林分参数的算术平均值及其变动系数见表2。由表2可以看出,(1)无论是全部样地还是各个优势树种，不同面积大小样地的平均直径、平均高、每公顷断面积、每公顷株数和每公顷蓄积量总平均值十分接近；(2)随着样地面积的增大，样地间各个林分参数的变动系数均呈逐渐减小的趋势，说明样地面积越大林分参数的变化越稳定。进一步分析可以发现,①各个优势树种中，不同面积大小样地的平均直径、平均高、每公顷断面积、每公顷株数和每公顷蓄积量的最大值和最小值的相对相差(最大相差)均在8%以内，松树、桉树和一般阔叶树各个参数的最大相差绝大部分小于5%(松树、桉树每公顷蓄积量最大相差分别为6.8%和6.1%)，杉木各个参数的最大相差略大，但均小于8.0%；②不同面积大小样地的林分优势高最大相差为10.0%-19.8%，远大于其他林分参数；③在110个900m2样地中，优势木出现在1-9样方的概率分别为10.0%、8.2%、14.5%、8.2%、12.7%、7.3%、10.9%、12.7%、15.5%，作样方组合后，优势木出现在100m2、200m2、300m2、400m2、600m2、900m2样地的概率分别为10.0%、18.2%、38.2%、60.9%、100.0%，说明随着样地范围的扩大，更高的样木出现的可能性增大。

表2 不同面积样地林分参数的平均值和变动系数

以上结果与黄清麟等采用125块杉木人工林样地的分析结果相似，在该研究中，面积分别为667m2、534m2、400m2、267m2的样地每公顷蓄积量总体平均值最大相差为2.2%，其中：幼龄林为3.7%，中龄林为1.8%，近熟林为4.7%，成过熟林为7.9%[3]。

2.2 不同面积样地的林分参数与900m2样地的比较

理论上，随着样地面积的增大，样木株数的增多，样地各个林分参数与所在林分相应的参数越接近，当样地面积增大至与林分面积相等时，样地的各个林分参数就与林分的相应参数相等。在本调查中，900m2是样地的最大面积，各个林分参数的样地间的变动系数亦最小，因此，可以假定其林分参数与林分真值最接近，故可用900m2样地的各个林分参数值考察其余不同面积大小样地相应参数值的偏差。

对于每个优势树种(组)的25-31组样地数据，逐组计算100m2、200m2、300m2、400m2、600m2样地各项林分参数与900m2样地相应参数的相对偏差，可以发现：总体上，随着样地面积的增大，各个林分参数的偏差均呈逐渐减小的趋势，600m2样地的偏差最小。图2表示4个优势树种(组)不同面积样地每公顷蓄积量与900m2样地每公顷蓄积量的相对偏差曲线。由该图可以看出，各个优势树种(组)中，600m2样地的偏差曲线与偏差为0的水平直线最接近。

图2 不同面积样地与900m2样地每公顷蓄积量的相对偏差曲线

将上述相对偏差取绝对值后按优势树种、样地面积分别取平均值，得到各个优势树种不同面积大小样地林分参数与900m2样地相应参数的平均相对偏差(表3)。

由表3可以看出，当样地面积达到600m2时，平均直径、平均高、优势高和每公顷断面积及桉树每公顷株数、每公顷蓄积量的平均相对偏差均小于5%，杉木、松树和一般阔叶树每公顷株数、每公顷蓄积量的偏差略大，但均小于8%；随着样地面积的增大，各项林分参数与900m2样地的最大相对偏差亦呈逐渐减小的趋势，尤其是每公顷蓄积量和每公顷株数，减少的幅度最大，600m2样地的最大偏差比100m2样地减小了50%以上。

进一步分析发现，随着样地面积的增大，各个林分参数与900m2样地相应参数偏差大的样地数量逐渐减少。以每公顷蓄积量为例，当样地面积为100m2时，杉木、松树、桉树和一般阔叶树偏差大于10%的样地数量比重分别为72.0%、65.5%、64.0%和74.2%，当样地面积增大至600m2时，这一比重分别减小至12.0%、20.7%、8.0%和25.8%。

2.3 不同面积样地对其林木直径变动的影响

理论上，当样地面积的增大、林木株数增多时，林木直径的变动将趋于稳定，变动系数变小。但分析结果表明，无论是全部样地，还是各个优势树种(组)，林木直径变动系数并未随着样地面积的增大而变小，而是呈现出无规律的变化，但总平均值十分接近，见表4。

表4 不同面积样地的林木直径平均变动系数

进一步分析发现，尽管不同面积大小样地的林木直径变动系数变化的规律性不强，但总体存在100m2样地的直径变化系数大于900m2样地的情况，但随着样地面积的增大，样地间的变动系数呈减小的趋势。以杉木为例，其林木直径变动系数的变化情况见图3。

图3 不同面积大小杉木样地林木直径变动系数的变化

以上样地林木直径的变动系数无规律的变化，可能与研究区大多为混交林，且除桉树外都经历过抚育间伐有关。

3 结论与讨论

在本研究中，除优势高外，不同面积大小样地的林分参数总平均值十分接近，全部样本各个参数的最大相差均小于4%，每公顷蓄积量的最大相差只有2.9%，各个优势树种全部林分参数的最大相差均小于8%，大多数参数的最大相差小于5%，说明对于总体平均数的估计而言，100m2的样地与900m2的样地具有相同或相近的结果。因此，在采用抽样方法进行森林资源调查时，可考虑设置较小面积的样地，如300-600m2，在确保抽样精度的前提下，尽可能减少调查工作量，提高工作效率。上述结果与黄清麟等的研究中建议采用400m2样地的结论[3]相近。

虽然不同面积大小样地的林分参数总平均值十分接近，但在同一组样地中，不同面积大小样地林分参数仍然存在较大差异，并且随着样地面积的增大，样地林分参数与900m2样地的偏差逐渐减小，600m2样地与900m2样地的林分参数的平均绝对相对相差均不超过7%，大部分小于5%。此外，不同面积样地的林木直径的变动系数表现为无规律的变化。因此，在作林分参数建模样地设置时，600m2的样地也可能取得较好结果。这一结果与司洪生[2]编制杉木立地指数表、龙红等[4]编制湿地松数表建议采用的800m2样地有较大差异。

本研究的样地数量偏少，样地最大面积亦不足够大，抽样方法亦非完全随机抽样，因此，其结论的可靠性仍有待进一步的验证。

致谢：广西壮族自治区林业勘测设计院梁耀、黄孝发、何黄之园等15人，广西大学林学院陆道调等4人参与样地调查，在此谨表谢意。

参考文献：

[1]雷相东,洪玲霞,陆元昌,等.国家级森林资源清查地面样地设计[J].世界林业研究,2008,21(4):35-40.

[2]司洪生.对编制杉木立地指数表时样地面积和优势木株数的探讨[J].林业科技通讯,1981(2):22-24.

[3]黄清麟,陈平留,林金国.杉木样地调查面积初探[J].中南林业调查规划,1992(2):18-21.

[4]龙红,周锡祥,沈家智,等.湿地松数表研究中样地面积大小的确定[J].江西农业大学学报,1993(S3):119-122.

[5]周红敏,惠刚盈,赵中华,等.森林结构调查中最适样方面积和数量的研究[J].林业科学研究,2009,22(4):492-495.

[6]魏士忠,窦宏海,刘学东,等.立木调查中样地的面积、数量与抽样精度的关系[J].河北林果研究,2013,28(1):41-43.

[7]汤孟平,周国模,施拥军,等.天目山常绿阔叶林群落最小取样面积与物种多样性[J].浙江林学院学报,2006,23(4):357-361.

[8]陈宏伟,刘永刚,冯弦.西南桦人工林群落取样面积探讨[J].云南林业科技,1999(3):24-27.

[9]孙丽娟,张国蓉,刘涛,等.林分平均直径100倍圆法与角规、标准地法测树特征的对比分析[J].中南林业科技大学学报,2014,34(6):1-6.

[10]刘庆武,胡志艳.如何用SPSS、SAS统计软件进行正态性检验[J].湘南学院学报(自然科学版),2005,7(3):56-58.