人工林首次间伐年龄的确定方法

具体实施方式

本发明的人工林首次间伐年龄的确定方法，其较佳的具体实施方式是，利用人工林林木之间的平均距离与冠幅的比值与年龄的曲线方程的拐点确定人工林的首次间伐时间。可直接通过造林密度确定首次间伐年龄。

具体实施例一，所述的人工林为杉木人工林，造林密度分别为1667、3333、5000、6667和10000株/hm²的杉木人工林，首次间伐时间分别为14年、10年、9年、7年和6年；

具体实施例二，所述的人工林为马尾松人工林，造林密度分别为1667、3333、5000和6667株/hm²的马尾松人工林，首次间伐时间分别为9年、8年、7年和6年。

下面对本发明的原理进行详细的描述：

用18年生杉木和11年生马尾松造林密度试验林的逐年观测资料，分析不同造林密度林分中林木之间的平均距离和冠幅的比值与年龄之间的关系，以一元多项式进行拟合，结果表明：杉木和马尾松人工林的起始间伐年龄可通过该多项式的拐点年龄来确定；杉木人工林5种不同造林密度(1667(A)、3333(B)、5000(C)、6667(D)和10000株/hm²(E))的首次间伐时间分别约为14年、10年、9年、7年和6年；马尾松人工林4种不同造林密度(A、B、C和D)的首次间伐时间分别约为9年、8年、7年和6年。与传统的方法相比，首次间伐时间基本一致，表明本研究提出的确定人工林首次间伐时间方法有效、可行。由于此方法是一种定量化方法，且计算简便，因此具有重要的理论和实际意义，可为人工林的间伐技术体系提供参考。

本发明以不同造林密度的杉木(Cunninghamia lanceolata(Lamb.)Hook)和马尾松(Pinus massoniana Lamb.)人工林为研究材料，综合与林分密度相关的冠幅和林木间距两个因子确定杉木和马尾松人工林的起始间伐年龄并与其他方法进行比较研究。可以为人工林的经营管理奠定理论和实践基础，并为人工林的间伐技术体系提供参考。

具体步骤包括：

1材料与方法

1.1材料

研究选用了杉木、马尾松造林密度试验材料。两树种均采用随机区组设计，株行距分别为2m×3m(A)、2m×1.5m(B)、2m×1m(C)、1m×1.5m(D)、1m×1m(E)。其中杉木由5种密度组成一个区组，重复3次，共15个小区；马尾松由前4个密度组成，4次重复，共16个小区。小区面积均为600m²。在每个小区周围各栽植2行同样密度的杉木作为保护带。对应于上面的A、B、C、D、E的密度分别为1667，3333，5000，6667，10000株/hm²。

所用杉木与马尾松数据分别见表1与表2，表中：N为每公顷株数；CW为冠幅。

表1杉木不同造林密度林分生长过程

表2马尾松不同造林密度林分生长过程

1.2方法

1.2.1影响因子的选择

选择适宜的影响因子对首次间伐时间的确定起着至关重要的作用。理论上，首次间伐时间的确定，需要有一定的生理和生态学依据，能反映树木大小，距离和空间分布等信息，而从实际应用出发，适宜的起始间伐时间应与林分密度和树木生长关系密切，对状态变化反应灵敏，准确说明生长的变差，且测算容易，便于应用。

冠幅大小与林木的生长关系特别密切，其大小体现了树木光合作用的面积，决定了树木的生长活力和生产力，反映了树木的长期竞争水平。林木之间的距离是一个易测因子，并且是影响林木之间竞争程度的主要因子。由于冠幅和林木之间的距离与林分密度有关，林分密度直接制约着树冠的大小，间接影响着生长空间的大小。所以，选用冠幅和林木间距这两个重要的林分调查因子来建立更有机理性的首次间伐时间估测模型。

1.2.2综合变量的构建

由于对于一定造林密度的林分，在林分郁闭之前，随着年龄的增大，林木间距是不变的，而冠幅逐渐变大；林分郁闭之后，随着对空间资源的竞争，林木开始发生自然稀疏，林木间距变大，冠幅不变或增大。因此，本发明将林木间距(L)与冠幅(CW)的比值作为首次间伐时间估测模型的综合变量，用K表示，见(1)式：

K＝L/CW                (1)

其中，K为首次间伐时间估测模型的综合变量；L为林木间距；CW为冠幅。

林木间距通过以下公式得到：

$L=\sqrt{10000/N}---\left(2\right)$

其中，N为每公顷株数。

将(2)式代入(1)式得：

$K=\sqrt{10000/N}/\mathrm{CW}---\left(3\right)$

(3)式即为基于林木间距和冠幅的首次间伐时间估测模型的综合变量。

2结果与分析

2.1K值计算结果

杉木与马尾松不同造林密度的K值计算结果见表3和表4。

表3不同造林密度杉木人工林K值

表4不同造林密度马尾松人工林K值

2.2K值与林龄的关系

无论是杉木还是马尾松，同一密度级林分的K值，首先都随年龄的增大而减小，然后随年龄的增大而波动。由此，可通过一元多项式(表5)对其进行拟合。

表5一元多次方程式

注：a、b、c、d、e、f、g为方程参数，下同。

杉木与马尾松拟合结果分别见表6和表7，对应的拐点年龄见表8和表9。由表6和表7可看出，其相关指数都大于80％，符合精度要求。无论是杉木还是马尾松，其拐点年龄随着密度的增大而提前，也就是说，随着密度的增大其拐点年龄越来越小。从表8和表9可以看出，模型3(M3)最适合杉木，与密度A、B、C、D和E对应的拐点年龄为14.2、9.7、8.9、7.4、6.6；而模型2(M2)最适合马尾松，与密度A、B、C和D对应的拐点年龄为8.2、7.9、6.6、6.0。

表6杉木拟合结果

注：R²为决定系数，下同。

表7马尾松拟合结果

表8杉木一元多次方程的拐点年龄(t_c)

注：*表示拐点年龄为虚数，下同。

表9马尾松一元多次方程的拐点年龄(t_c)

2.3首次间伐年龄与造林密度的关系

为了便于生产应用，特建立了杉木与马尾松首次间伐年龄与造林密度的关系，见图1a、图1b。

从图1a、图1b可以看出，无论是杉木还是马尾松，首次间伐年龄都随着造林密度的增大而减小，符合密度越大林分郁闭越早的林木生长实际；且其相关指数分别为99％和90％，满足精度要求。因此，杉木和马尾松的首次间伐年龄可直接通过造林密度确定。

2.4与其他方法的比较

为了进一步说明首次间伐时间的有效性，将本方法与其它方法确定的时间进行对比。杉木的其它方法主要有：根据自然稀疏率(开始自然稀疏)，林木的自然整枝强度(枝下高与平均高的比值达到1/5-1/4)和合理营养面积(优势木平均高的1/5的平方为一株立木的合理营养面积)来确定。而马尾松的其它方法主要有：根据林分生长量(胸径连年生长量与平均生长量相交后2年；断面积连年生长量明显下降后1年)，自然稀疏率，林木的自然整枝强度，林木分化程度(小径木株数占总株数的30％(1/3))和合理营养面积来确定。具体结果见表10和表11。

表10杉木首次间伐年龄对比

表11马尾松首次间伐年龄对比

由表10和表11可知，无论是杉木还是马尾松，本文所用方法的计算结果与其它方法的结果基本一致，因此，通过本方法来确定首次间伐时间具有有效性。由于该方法是一个定量的方法，并且计算较为简单，所以该方法对于首次间伐时间的确定具有重要的理论和实际意义，为首次间伐时间的确定奠定了科学基础。

3结论与讨论

(1)利用林木之间的平均距离与冠幅的比值与年龄的曲线方程的拐点可以确定杉木、马尾松人工林的首次间伐时间。

(2)在一定立地条件下，造林密度分别约为1667、3333、5000、6667和10000株/hm²的杉木人工林，首次间伐时间分别约为14年、10年、9年、7年和6年；造林密度分别约为1667、3333、5000和6667株/hm²的马尾松人工林，首次间伐时间分别约为9年、8年、7年和6年。根据经营集约程度，立地条件，经济条件的不同，可以提前或推迟1-2年进行首次间伐。

(3)杉木和马尾松的首次间伐年龄可直接通过造林密度确定。

(4)将本文方法确定的首次间伐时间与其它方法确定的间伐时间进行比较分析，发现其时间基本一致，表明本方法的有效性。并且该方法具有定量化和计算简单等特点，能为抚育间伐提供技术支撑。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。