云南省德宏州西南桦人工林立地指数表编制*

张雪琴，刀保辉，王春胜，唐 诚 ，曾 杰

(1.石河子大学 农学院，新疆 石河子 832003；2.中国林业科学研究院 热带林业研究所，广东 广州 510520；3.德宏州林业科学研究所，云南 瑞丽 678600)

立地质量评价是指对立地的宜林性或潜在的生产力进行判断和预测[1]，是实现科学造林和合理高效利用林地的重要保证[2]。林分优势木平均高是评定立地质量的一种最为常用且行之有效的方法[3]，其反映的林地生产力受林分密度调控等经营措施的影响较小，能够更准确地反映立地质量[4]。立地指数表是森林经营工作的基础数表，可作为评定林地生产力的综合指标[5]。20世纪初以来，国外开始对欧洲白蜡(Fraxinus excelsior)[6]、黑云杉(Picea mariana)[7]和意大利石头松(Pinus pinea)[8]等树种进行立地指数研究并评价立地生产力。中国从20世纪70年代逐步开展该方面的工作，目前，已对楠木(Phoebe zhennan)[9]、桉树(Eucalyptus robusta)[10]、黑松(Pinus thunbergii)[11]、栓皮栎(Quercus variabilis)[12]、杉木(Cunninghamia lanceolata)[13]和胡桃楸(Juglans mandshurica)[14]等树种编制了立地指数表，为这些树种的立地质量评价提供了依据。

西南桦(Betula alnoides)是中国热带、亚热带地区的珍贵用材树种之一，具有重要的生态和经济价值[15]。云南是西南桦人工林最主要的栽培区，其中德宏州为西南桦商品材主要产区。德宏州自1997年开始规模化种植西南桦，其人工林面积迅速扩大，截至2016年已超过10万hm2，占全州林业用地面积的18.7%，约占中国西南桦人工林面积的50%，在德宏州林业产业和生态建设中占有至关重要的地位。然而，在西南桦人工林大规模发展过程中，由于立地选择不合理等原因而导致林木分化严重、林分生产力低下等诸多问题，已严重影响全州西南桦人工林产业的可持续发展。编制德宏州西南桦人工林立地指数表是解决这些问题的有效途径。因此，本研究基于样地调查与优势木树干解析，编制立地指数表用于西南桦人工林立地质量评价，为该州乃至类似地区西南桦适宜造林的立地选择和人工林合理经营管理提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于云南省德宏州芒市、瑞丽市、盈江县、梁河县和陇川县共5个县(市)(N23°59'～24°51′，E97°42′～98°38′)，属于典型的亚热带季风气候，海拔820～1 660 m，年平均气温18～20 ℃，年降水量约1 500 mm，年日照时间2 200～2 400 h。德宏州光、热、水、土和气资源优越，为西南桦人工林的生长提供了得天独厚的条件。

1.2 试验方法

1.2.1 数据来源

于2019年进行外业调查工作，考虑到西南桦人工林林龄和立地因子等因素，设置20 m×20 m的样地65块，对样地进行每木检尺，测量胸径、树高、冠幅和枝下高，并记录海拔、经纬度和造林年份等信息。以每块样地中树高最高的5株为优势木，计算其平均值即为优势高；选取其中1株无病虫害且树干通直的优势木进行树干解析，得到1 009对树高—林龄数据，计算平均树高和标准差后，运用3倍标准差法剔除异常数据，最终得到1 000对树高—林龄数据用于编制立地指数表。解析木基本信息见表1。

表1 解析木基本信息Tab.1 Basic information of stem analysis

1.2.2 导向曲线拟合

采用Korf、Richards和Weibull等8个常用的方程拟合树高—年龄数据，选用决定系数(R2)、绝对残差(AMR)、均方根误差(RMSE)和相对残差(RAR)等4个常用统计指标进行模型筛选。选择R2大以及AMR、RMSE和RAR较小且具有生物学意义的方程作为树高生长方程。各统计指标见表2。

表2 模型统计指标Tab.2 Index of model statistics

1.2.3 基准年龄与指数级距

德宏州西南桦人工林的平均生长量和连年生长量表现与广西大青山西南桦人工林相似，因此，参照唐诚等[16]的方法将云南西南桦人工林的基准林龄定为15年，指数级距定为2 m。

1.2.4 立地指数表编制方法

选用标准差调整法[5]编制西南桦人工林立地指数表。

1.2.5 立地指数表检验

运用卡方检验、预测精度检验[17]及落点检验[18]对所编立地指数表的适用性和精确性进行检验，验证所编立地指数表是否能够客观评价云南省德宏州西南桦人工林的立地质量。其中，落点检验以65块样地中每块样地选取的1株优势木树高值作散点图，运用R软件将其绘制于立地指数曲线簇上。

2 结果与分析

2.1 导向曲线筛选

由表3可知：8个方程中，对数双曲线式的R2最小，说明其拟合效果最差；Weibull和Richards方程的R2最大，AMR和RMSE均最小，且Richards方程的RAR比Weibull方程略小，说明Richards方程拟合效果最佳。因此，选择Richards作为最优导向曲线方程。其方程表达式为：H＝39.453[1-exp(-0.067t)]1.018，其中H为优势高，t为年龄。

表3 拟合公式及结果Tab.3 Fitting formulas and results

2.2 立地指数表编制

采用基准林龄15年和指数级距2 m编制立地指数表(表4)。德宏州西南桦优势高变动范围为17.0～33.0 m，其绝对变动幅度为13.9 m，可划分为8个指数级，分别为18、20、22、24、26、28、30和32。

表4 云南省德宏州西南桦人工林立地指数表Tab.4 Site index table of Betula alnoides at Dehong Prefecture,Yunnan Province

2.3 立地指数表检验

2.3.1 卡方检验

本研究中立地指数为18～32，随机抽取林龄大于基准林龄的3株优势木进行卡方检验，其χ2值分别为1.83、1.10和1.59 (表5)，而其卡方临界值依次为31.41、28.87和26.30[16]，可见其χ2值远小于相应临界值，说明优势高生长趋势与立地指数曲线之间无明显差异。

2.3.2 预报精度检验

由表5可知：各林龄的立地指数预测误差在0.16～2.89。2、4和5年林龄的预测误差较大，变异系数达49.54%；6～13年林龄的预测误差>1，变异系数为27.09%；林龄13年后，各林龄的预测误差<1，变异系数为14.95%。表明预测精度呈现随林龄增长而逐渐升高趋势。不同立地指数级的预测误差在1.20～1.69，立地指数级为24时预测误差最小。

表5 立地指数表显著性和预报精度检验Tab.5 Site index table significance and prediction accuracy test

2.3.3 落点检验

由图1可知：仅3个点落在立地指数曲线簇外，精度达95.4%，落点检验合格，说明所编立地指数表能够较好地反映德宏州西南桦人工林立地质量。

图1 西南桦人工林立地指数曲线落点检验Fig.1 Test of falling point for site index curves of Betula alnoides plantations

3 讨论

本研究中2、4和5年林龄的预测误差较大，变异系数接近50%，反映出西南桦在幼龄阶段的生长变异性较大；6～13年林龄预测误差>1，变异系数亦较大；林龄13年后，各林龄的立地指数预测误差<1，而且较为稳定，基准林龄以上时预报精度趋高。可见模型的拟合程度因生长阶段而异。德宏州西南桦人工林解析木数据多集中在中龄林，成、过熟林的数据相对较少，为完善德宏州地区西南桦人工林立地指数表，在未来的研究中可考虑再补充近熟林和成熟林的解析木数据，进一步提高立地质量评价的准确性。

森林经营中应针对不同立地条件的林分制定相应的经营措施。立地条件差的地区应进行低效林改造，立地条件好的地区林分生长较快，应及时进行抚育间伐[19]。本研究所编立地指数表显示：林龄2年时，立地指数18与立地指数32的树高相差约4 m；林龄21年时，立地指数18与立地指数32的树高相差达18 m，故可利用此立地指数表量化德宏州及类似地区西南桦林地的潜在生产力，并根据其生产力水平制定经营方案。

对比分析广西大青山[16]与云南省德宏州西南桦人工林立地指数表之间的差异可知：基准林龄15年时，两地西南桦人工林优势高的范围分别为15～27 m和17～33 m，可见，云南省德宏州西南桦人工林优势高大于广西大青山，其立地质量更好。3年林龄时，大青山和德宏州立地指数18～26对应树高范围分别为2.9～9.7 m和3.8～7.9 m，说明幼龄阶段两地树高差异不大；21年林龄时，大青山和德宏州立地指数18～26对应树高分别为17.1～30.6 m和20.9～32.2 m。可见，随着林龄增大，德宏州西南桦人工林生长速度明显快于广西大青山，说明德宏州更适合种植西南桦。西南桦喜温凉气候[20]，产生此现象的原因可能与气候差异有关。未来可将研究范围扩大至整个西南桦适生区，编制适合西南桦人工林的立地指数表，以全面评价中国西南桦人工林的立地质量。

4 结论

拟合比较Korf、Richards和Weibull等8个常用的数学模型，得出Richards方程H=39.453[1-exp(-0.067t)]1.018最优，可作为导向曲线。应用标准差调整法编制云南德宏州西南桦人工林立地指数表，所编表经检验表明可用于评价云南省德宏州及类似地区西南桦人工林立地质量。