马尾松人工林南北坡向直径分布研究
——以杉木河国有林场为例

周宏清，吴 疆

(1.湖南省永顺县林业局，湖南 永顺 416700； 2.国家林业局中南林业调查规划设计院， 长沙 410014)

马尾松人工林南北坡向直径分布研究
——以杉木河国有林场为例

周宏清1，吴 疆2

(1.湖南省永顺县林业局，湖南 永顺 416700； 2.国家林业局中南林业调查规划设计院， 长沙 410014)

对杉木河国有林场南北坡向的马尾松人工林，采用正态分布、Weibull分布、Logistic分布、Gamma分布和Lognormal分布5种分布函数，进行直径分布的拟合与验证研究。结果表明： 1)样地马尾松平均胸径为17.93 cm，南坡的平均胸径略大于北坡； 2)南坡马尾松的直径分布存在普遍的左偏和离散现象，说明其拥有优越的生长空间结构，相比之下北坡则略显不足； 3)大部分样地均符合正态分布拟合曲线，尤其是北坡样地，与正态分布的拟合效果显著，而南坡样地的马尾松人工林与Weibull分布的契合度更高，两者之间存在一定的差异。

马尾松人工林；南北坡；直径分布；分布函数

林分结构是林分特征的重要内容，也是森林经营的理论基础[1]。林分结构在森林经理研究方向上主要以直径、树高、形数、蓄积和树种组成等指标表示[2-4]。而直径结构是林分结构中最基本、最重要的组成成分[5]，它不仅能用于直接编制一元材积表，还能预测林分未来直径结构的整体变化趋势和蓄积增长状况，这对评价林分功效和评估森林资产等林业规划和资源利用都有重大意义[6-7]。

马尾松(Pinusmassoniana)作为长江流域以南重要的荒山造林树种之一，经济价值极高，其松木主要供应制板、建筑、包装箱、矿柱、枕木、家具及木纤维工业原料等使用[9]。近年来，随着国家林业发展方向的转变，用材林不再是单一的木材产出树种，其固碳释氧、涵养水源、保持水土等生态功能[10]开始渐渐被重视。对马尾松人工林直径结构的研究也具备了十分重要的理论意义和实践价值[11]。

同一区位条件下的不同坡向，其气候特征往往具备较大差异性，尤以南北坡向的差别最为明显[12]，例如南坡因为光照强，所以气温和土温较高，土壤水分蒸发快，北坡因光照弱于南坡，气温和土温低于南坡，土壤也相对湿润。所以自然状态下，会出现同一树种垂直分布存在南坡高于北坡的规律性[13]。

将分布函数法与概率分布曲线进行拟合是计算机技术与计算方法飞速发展的产物[14]，这一方法在林业领域同样适用[15]。如正态分布、Weibull 分布、Logistic 分布等均为表示林分直径结构的常用拟合函数[16]。根据杉木河国有林场马尾松人工林的生长状况，采用正态分布、Weibull 分布、Logistic 分布、Gamma 分布和Lognormal 分布对杉木河国有林场马尾松人工林的直径分布进行拟合研究，为充分发挥杉木河国有林场马尾松人工林的生态功能提供理论依据[17-18]。

1 研究区概况

杉木河国有林场地处湖南省永顺县北部，属蚀造台状低山地形，海拔跨度处于541.9～1 134.6 m之间，坡度多在16～35°之内。地貌主要成土母岩以砂砾岩为主，土壤类型为山地黄壤；气候类型为亚热带季风湿润气候，年降雨量1 300 mm，无霜期258 d，年均气温13.5 ℃。杉木河国有林场经营面积0.25万hm2，森林蓄积量19.49万m3。其中商品林蓄积量15.47万m3，林分类型以杉松人工林和亚热带常绿落叶混交林为主。

2 材料与方法

2.1 样地设置

2016 年在杉木河国有林场的固定样地及部分自选样地选取具有代表性的马尾松人工林林分。在海拔600～800 m的区域，按南北坡向向各自选取4块规格为 20 m×30 m的马尾松人工林标准样地。在8块标准地内，对胸径大于5 cm的马尾松进行每木检尺，所测总数为800棵。样地信息见表1。

表1 样地信息样地编号坡向坡度/(°)郁闭度平均胸径/cm平均树高/m平均年龄/a抽样株数估计密度/(株/hm2)1南350 717 39．0259515832东南200 718 511 5258914833南270 719 412．02511118504南160 620 712 5258414005东北300 718．011．02510217006北280 714 58．02311619337北220 718 310 52510717838东北350 716 79 523961600

2.2 研究方法

选择正态分布、Weibull 分布、Logistic 分布、Gamma 分布和Lognormal 分布 5 种分布函数。样地所测的胸径以2 cm进行径级整化，并分径阶统计株数，采用Forstat2.1统计软件计算其直径标准差、变动系数、偏度系数和峰度系数，拟合效果用χ2检验法进行检验[16-17]。

偏度和峰度能有效表现林分直径分布的形状特征，偏度显示概率密度分布曲线偏离平均值的程度，峰度是概率密度分布曲线在平均值处所表现出峰值高低的特征数，变动系数C则是直径标准差与算数平均直径的比值，其值越小，说明林分直径分布范围越小。

3 结果与分析

3.1 林分直径分布特征

通过 Forstat2.1计算出各样地马尾松直径分布特征值(表2)。8块样地的林分直径标准差都在6 cm以下，表明所选样地的马尾松人工林直径变动范围不大。变动系数均在0.30左右，表明各样地的直径分布基本处于同一范围。南坡所有样地、北坡样地5和样地6的偏度系数均大于0，样地的马尾松林分直径分布曲线左偏；而北坡的样地7和样地8偏度系数值小于0，表示这两块样地的分布曲线为右偏。立地条件相同的同龄林中，平均胸径越小，林分直径分布以中小径阶为主，直径分布曲线左偏程度会越大；反之，则右偏程度越大。从峰度系数上来看，绝大部分样地的峰度系数都是负值，只有样地6的峰度系数为正值。表明除了样地6的直径分布则较为集中外大部分样地的直径分布相对比较分散。

表2 直径分布特征值样地编号坡向变动系数直径标准差偏度系数峰度系数1南0 335 720 42-0 622东南0 284 060 09-0 553南0 305 730 33-0 134南0 285 740 18-0 85东北0 295 230 26-0 536北0 294 20 310 337北0 285 21-0 09-0 388东北0 274 53-0 14-0 54

3.2 林分直径分布拟合与检验

3.2.1 林分直径分布参数估计

将5 种分布函数用于杉木河国有林场马尾松人工林直径分布拟合，得到各样地不同分布函数的参数估计值。正态分布、Lognormal分布、Weibull分布和Gamma分布采用矩法估计；而Logistic分布函数则采用分位数回归法估计。得到结果见表3。

3.2.2 林分直径分布拟合结果与检验

对8块马尾松人工林样地分别采用χ2检验，检验结果见表4。

表3 函数参数估计值样地编号正态分布Weibull分布Logistic分布Gamma分布Lognormal分布σuabcbcabcσu15 7217 27612 722 073 2817 2761 899 120 342 7924 0614 6969 812 272 3714 6961 1213 090 302 6535 7319 42615 132 513 3119 4261 6911 490 312 9245 7420 67616 482 763 3220 6761 5912 950 292 9955 2417 96613 492 443 0117 9661 5311 670 312 8464 214 4769 562 122 4314 4761 2211 860 312 6275 2118 29613 852 533．0018 2961 4812 350 322 8684 5316 74612 12 542 6316 7461 2213 670 302 78

表4 函数拟合结果检验样地编号正态分布Weibull分布Logistic分布Gamma分布Lognormal分布χ2χ20 05Pχ2χ20 05Pχ2χ20 05Pχ2χ20 05Pχ2χ20 05P5种分布函数参考结论116 3716 120 098 1716 120 6119 2216 120 048 3816 120 498 2616 120 56是是是是是219 6612 020 0117 6512 020 0226 0812 0220 6812 0223 1712 02否否否否否38 7614 660 647 6114 660 758 1814 660 698 0914 660 6211 9614 660 37是是是是是45 3710 50 803 0310 50 967 8510 50 553 8810 50 874 8910 50 84是是是是是516 817 930 0817 9117 930 0620 4817 930 0216 3817 930 0620 3817 930 03是是否是否67 5515 840 4827 4415 842 3715 840 9711 1215 840 1315 9215 840 04是否是是否711 3913 810 3322 113 810 0112 0413 810 2829 1613 8133 5313 81是否是否否82 2514 050 9723 5714 054 5414 050 8114 1914 050 0419 1514 050 01是否是否否

验证结果表明位于南坡的样地，除了样地2没有符合的分布函数外，样地1、样地3和样地4都有基本符合的分布函数，而在这5种拟合曲线中最符合的都是Weibull分布。而位于北坡的4个样地均符合正态分布，同时又均不符合Lognormal分布，除了样地5之外也均不符合Weibull分布。正态分布是除去样地2之外，所有样地都符合的分布函数，而样地6在5种分布函数中与Logistic分布的契合程度最高。各样地直径分布拟合曲线见图1。

4 结论与讨论

1) 林分的平均胸径是林分直径结构的重要组成部分，从本次调研的8个马尾松人工林样地的平均胸径分析可知：南坡马尾松人工林的胸径大小普遍高于北坡马尾松，这符合马尾松喜光树种的特性，加之林场年降雨量充沛，比较适合阳坡马尾松的生长。但本次调研目的主要是坡向对马尾松直径结构的影响，未曾对每个样地的立地质量进行深入研究，且诸多因子都能直接或间接的影响到林分的平均胸径，因此本文只能初步认为在光温条件占据优势的南坡更适合马尾松的生长。

图1 各样地直径分布拟合

图1(续) 各样地直径分布拟合

2) 偏度和峰度在林分的自然状态下会随着林分年龄的增长而呈规律性变化[19]，参照南北坡向各样地的偏度和峰度的研究结果可以得初步认定：南坡样地的偏度均为正值，属于左偏现象，表明整个林分以中小径阶为主；南坡的峰度也均为负值，说明林分的直径分布较为离散，由此可知南坡在平均胸径大于北坡的前提下拥有更加优越的空间结构。北坡相对南坡而言马尾松的生长潜力略显不足，似乎北坡马尾松因生长潜力不足，其林分空间结构比南坡的空间结构提前进入稳定期。

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DiameterDistributionofPinusmassonianaPlantationinNorthandSouthSlope：A Case Study of Shamuhe State-owned Forest Farm

ZHOU Hongqing1，WU Jiang2

(1.Forestry Bureau of Yongshun County,Yongshun 416700,Hunan,China；2.Central South Forest Inventory and Planning Institute of State Forestry Administration,Changsha 410014,Hunan,China)

The normal distribution, Weibull distribution, Logistic distribution, Gamma distribution and Lognormal distribution of thePinusmassonianaplantation in the north and south slope of Shamuhe forest farm were studied by fitting and validating the diameter distribution. The results showed that:1)The average DBH size of the 8Pinusmassonianaplantations was 17.93 cm, and the average diameter of the southern slope was slightly larger than that of the northern slope.2)The diameter distribution ofPinusmassonianain the southern slope was common.3)Most of the plots were in accordance with the normal distribution curve, especially the northern slope, and the fitting effect of the normal distribution in the northern slope was significant, and the fitting effect of the Weibull distribution in the southern slope plot was higher, and there was some difference between north and south slope.

Pinusmassonianaplantation；north and south slope；diameter distribution；distribution function

2017-06-27

周宏清(1975-)，男，湖南永顺县人，工程师，毕业于中南林业科技大学，主要从事林业调查设计等工作。

S 791.284

A

1003-6075(2017)03-0037-06

10.16166/j.cnki.cn43-1095.2017.03.009