广东省樟树立木生长规律和生长模型研究

广东省樟树立木生长规律和生长模型研究

林丽平;徐期瑚;罗勇;雷渊才

【摘要】基于广东省90株樟树伐倒木(其中40株樟树解析木数据),按不同径阶随机抽取60株样木进行建模,其余30株作为验证数据,对广东主要碳汇造林树种樟树的生长过程及规律进行研究.结果表明:(1)44 a樟树(去皮)直径可达30.86 cm,树高可达14～15 m,材积可达0.43 m3.(2)解析木在整个生长期内的生长过程符合树木生长的一般规律,即直径平均生长量的最大值比连年生长量的最大值出现的晚;树高在整个生长期连年生长量与平均生长量多次相交,呈多峰状;材积平均生长量和连年生长量均随年龄的增加而增加,与直径和树高的生长高峰期出现的规律不一致.(3)拟合出樟树胸径、树高和材积的最优生长模型分别为Mitscheerlich、Schumacher 和Gompertz模型,其表达式依次为:Y=45.91(1-1.03e-0.03T);Y=15.81 T 22.6 e-和Y=1.86e(-4.60e-0.03T),表明樟树胸径、树高、材积的自然生长极值分别为45.91 cm、15.81 m、1.86 m3.(4)通过对60株樟树的胸径、树高和材积最优模型进行验证,得出胸径、树高和材积的理论值与实际值拟合结果非常显著(p<0.01),胸径的R2值为0.73,树高的R2值为0.74,材积的R2值为0.77.

【期刊名称】《中南林业科技大学学报》

【年(卷),期】2018(038)006

【总页数】7页(P23-29)

【关键词】树干解析;生长规律;生长模型;樟树

【作者】林丽平;徐期瑚;罗勇;雷渊才

【作者单位】广东省林业调查规划院,广东广州 510520;广东省林业调查规划院,广东广州 510520;广东省林业调查规划院,广东广州 510520;中国林业科学研究院

资源信息研究所,北京 100091

【正文语种】中文

【中图分类】S792.33

樟树Cinnamomum camphora为樟科樟属常绿乔木，是亚热带常绿阔叶林的代

表树种，也是亚热带地区重要的用材和特种经济树种。樟树生长速度中等，成型快，造林成活率高，既可作行道树、庭荫树，又是营建风景林、防护林的优良树种，适于在城镇绿化和乡村绿化中大力推广。樟树是广东优良的珍贵阔叶树种，也是绿化广东大行动开展碳汇造林工程的主要树种之一。目前对樟树良种选育[1-2]、扦插

组培快繁[3-4]、逆境生理响应[5]、人工林生物量动态[6]、光合特性[7]及其对

CO2浓度和温度升高、酸雨的响应[8-10]、病虫害防治[11]等方面已有许多研究，但对樟树的生长规律和生长模型的研究还较为缺乏。而掌握樟树立木的生长特征及规律，并建立樟树胸径、树高和材积的生长模型, 对科学经营、深入推广和培育樟树优质木材具有重要意义。本文拟针对广东省樟树资源现状，科学评估樟树不同年际的生长过程及其动态变化规律，为预估广东省樟树胸径、树髙、材积的生长，培育樟树大径材以及可持续经营管理提供技术支撑和理论依据。

1 研究区概况

研究区位于广东省全省境内，地处南海北部，有珠江三角洲平原与潮汕平原，其余为山地、丘陵，地理坐标为109°45′～117°20′E，20°09′～25°31′N，面积17.97×104 km2，该区属于东亚季风区，从北向南分别为中亚热带、南亚热带和

热带气候，是全国光、热和水资源最丰富的地区之一，年平均气温21.8 ℃，最冷

月1月平均气温为13.3 ℃，最热月7月平均气温为28.5 ℃，年平均降水量1 789.3 mm，年平均日照时数自北向南逐渐增加，由不足1 500 h增加到2 300 h 以上，年太阳总辐射量在4 200～5 400 MJ/m2之间。广东省地带性森林植被的主要类型为中亚热带常绿阔叶林、南亚热带常绿阔叶林和少量热带季雨林。地带性土壤主要类型为赤红壤和红壤。

图1 广东省樟树分布情况及样地布设Fig.1 Study region and sample plots set in Guangdong province

2 研究方法

2.1 试验材料

在广东省内以连清样地中的樟树分布情况为基础，根据不同立地条件，采用单株伐倒法按10个径阶区间选取90株样木进行伐倒木测定。测定因子包括所处的立地条件（海拔、坡位、坡向、坡度）以及树种的起源、胸径、树高、枝下高、冠幅和坐标等。在此基础上，按径阶大小选取其中40株樟树标准木采用中央断面积区分法进行树干解析[12]，计算平均生长量和连年生长量。

2.2 数据的采集与处理

解析木圆盘按一年一个龄级进行划分，先对圆盘的工作面进行抛光处理，对经抛光和标记南北直径线的圆盘40株樟树样品，用WinDENDRO测量每个圆盘东西南北四个方向的年轮宽度，数据整理之后使用Forstat2.2进行树干解析。各龄阶去皮直径取圆盘截面东西和南北向的均值，树龄与各圆盘的年轮数之差，即为林木生长到该断面高所需要的年数，各龄阶的材积采用梯形法进行计算。

（1）标准木单株材积应用平均断面积法（即梯形法）求得，材积计算公式为：

式中：Hi为离地面高度；di为带皮或和去皮直径；i=1，2，3，…，n；h为树木总高度。

（2）平均生长量计算公式：MAI=Yt-1/t。

式中：MAI为平均生长量，Yt是第t年直径、树高或材积的生长量。

（3）连年生长量计算公式：CAI=Yt-Yt-1。式中：CAI为连年生长量，Yt是第t

年直径、树高或材积的生长量，Yt-1是第t-1年直径、树高或材积的生长量。

从90株伐倒木中随机抽取60株样木进行樟树林分胸径、树高和材积生长建模，

其余30株样木数据作为验证数据。各样木调查情况如表1所示。

表1 广东省樟树样木调查因子统计量Table 1 Survey factor statistics of Cinnamomum camphora in Guangdong province

2.3 模型拟合与检验

模型参数估计使用了R软件的nlme过程对随机取抽的60株樟树伐倒木进行拟合，运用该函数算法来解决非线性最小二乘问题，具体公式见表2。

为了检验生长方程的拟合效果，采用赤池信息准则（AIC）、拟合优度（R2）、均方根误差（RMSE）、平均偏差（ME）、平均绝对偏差（MAE）对模型的拟合效

果进行评价，模型评价公式如下：

表2 樟树7种生长方程模式[13-16]†Table 2 Seven kinds of growth equations of Cinnamomum camphora† 方程（1）～（7）为理论方程，其中：A表示林

木生长极值参数，B表示与初始值有关的参数（或生长速率参数），C表示生长速率参数（或与同化作用幂指数相关参数），T为年龄，Y为林木在T年时的胸径、树高或材积。其中：A为林木生长的上渐近值，B为随机参数，C为尺度参数。

式中：yi是样本某因子的实测值；是yi的无偏估计值；是样本实测值的平均值；n 是样本数量；p是参数的个数。通常认为AIC越小，RMSE、ME、MAE越接近0，R2的值越接近1，模型拟合效果越好。

3 结果与分析