天然林断面积生产潜力及其计算方法技术

本发明专利技术公开了一种天然林断面积生产潜力及其计算方法，提出了断面积生产潜力指标，并且通过具体实例对该指标进行验证，首先给出了断面积生产潜力的概念，以整个吉林省栎类混交林和慢阔类混交林共1912个面积为0.06公顷的固定样地的4次连续观测数据为实例对断面积生产潜力指标进行验证与分析。本发明专利技术的有益效果是，稳定性好。

【技术实现步骤摘要】
天然林断面积生产潜力及其计算方法
本专利技术涉及领域，特别是一种天然林断面积生产潜力及其计算方法。
技术介绍
第八次全国森林资源清查结果显示，我国天然林面积12184万公顷，占有林地面积的64％；蓄积122.96亿万立方米，占森林蓄积的83％(国家林业局，2013)。然而我国天然林森林质量不高已经成为影响林业发展的一个突出问题，未能做到“适地适树”和依据立地质量开展天然林森林经营是一个重要原因。立地是林木生长的基础，天然林立地质量评价和生产力估计是实现科学森林经营的一项核心基础工作，是适地适树、科学制定天然林森林经营措施的重要保证(陈永富，2010)。通过立地评价研究能够选择生产力最高的造林树种，提出适宜的天然林经营措施，并预估将来的天然林生产力及木材产量和其他生态效益。因此，开展天然林立地质量和生产力估计研究，对提高我国天然林森林经营水平、促进现代林业发展和生态文明建设都有重要的意义，极为必要和紧迫。世界林业发达国家都十分重视立地质量评价和生产力估计研究(HuangandTitus,1993；SkovsgaardandVanclay,2008；Farrellyetal.,2011；BerrillandO’Hara,2014；BontempsandBouriaud,2014.)。自上世纪20年代起，立地分类和立地质量评价受到广泛重视，欧洲和北美等大部分发达地区的国家已经开展了大区域、大范围的立地质量评价工作。评价方法除传统的立地指数方法外，还包括生长量指数(材积、胸径等)、基准胸径优势高指数、林分平均高指数和生物量指数等间接方法。但立地质量评价的对象主要以人工林为主，天然林较少。20世纪80年代末，我国的立地分类研究达到高潮，并形成了两大分类体系：詹昭宁主编的《中国森林立地类型》和张万儒主编的《中国森林立地》。前者主要完成立地分类，未做立地质量评价研究工作；后者完成了南北方用材林人工纯林的立地评价和生长估计，建立了数量化地位指数模型。目前针对人工林国内已提出了较多立地质量评价方法(段爱国和张建国，2004；陈永富，2010；惠刚盈等，2010；赵磊等，2012；郭艳荣等，2012)，但是对于天然林立地质量评价方面非常薄弱。综上所述，大区域面向经营的立地质量评价，是当前立地质量评价的趋势。但大部分研究工作以人工纯林为主，对于天然林并无被广泛认同的评价指标和方法。主要原因在于天然林各林木种类和年龄大小不一，不属于同一生长进程，年龄测定较为困难，而且林木都要经历一段“被压过程”，使得树高和年龄间的关系较弱，通常呈现不规则的年龄结构。因此对于天然林，不能像人工林根据优势木平均高和年龄的相关关系求得地位指数进行立地质量评价，而必须选择其他评价指标和方法(HuangandTitus,1993)。天然林立地质量评价方法研究是当前立地质量评价的主要焦点与发展趋势，也是我国立地质量评价迫切需要解决的问题。林分断面积是描述林分状态和生长特征的重要指标，其生长量大小直接与该林分所处的立地质量息息相关。为此，本研究主要目的有3个，①提出断面积生产潜力的概念及其生物学意义；②详细给出断面积生产潜力计算方法和步骤；③以吉林省两个代表天然混交林为例对该指标进行验证。研究结果将对我国天然林立地质量评价、适地适树和科学经营森林提供技术支撑。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述问题，设计了一种天然林断面积生产潜力及其计算方法。实现上述目的本专利技术的技术方案为，一种天然林断面积生产潜力及其计算方法，该方法对特定年龄断面积生产潜力的计算需满足一定的已知条件，具体为：(I)特定林分类型对应的断面积生长模型及其参数估计结果；其中，fG为断面积生长模型，G、T、S和H分别表示林分断面积、年龄、密度指数和林分优势树高，为断面积生长模型参数估计值；(II)特定林分类型对应的树高—年龄方程及其参数估计结果；其中，fH为树高方程，为树高方程对应的参数估计值；(III)给定林分所处的立地类型(或立地级组，本研究用group表示)；(IV)给定所要计算的特定林分年龄T0；(V)给定密度指数S搜索区间，按照林分生长规律，建议搜索区间为(30，2000)，在给定已知条件下，选用黄金分割法求解T0所对应的断面积生产潜力，详细计算步骤如下：第一步：给定S区间[Sup,Smin]，允许误差e，group，T0，迭代次数t＝1，树高方程及参数估计值断面积生长模型及参数估计值计算四个分点对应的林分密度指数初始值：第二步：利用子程序A(见下文)，分别计算：第三步：如果且则如果且则返回第二步，重新计算，否则停止计算，即分别为在年龄T0时对应的断面积生产潜力以及相应的林分密度指数；子程序A:主要作用为给定S0，计算T0对应的断面积生长量GI；计算步骤如下：第一步：计算G0和N0；(1)已知T0，计算H0，(2)已知T0，S0和H0，计算G0(3)由等式(假定密度指数系数β＝1.605，以下类同)得到第二步、G1(T0+1年)的计算；本研究假定林分为等株生长，即林分初始株数和1年以后的株数相同N1＝N0，根据T1＝T0+1计算G1：(1)已知T1和计算H1，(2)已知H1、T1、N1和变量G1、S1和D1满足方程组：化简上式，如果对D1求解，目标函数为：如果对S1求解，目标函数为：利用二分法计算上述等式，得到D1或S1，从而进一步计算得到G1；第三步、GI计算；利用下式计算得到；GI＝G1-G0以上算法已用程序实现，并在ForStat软件上创建了“林分潜在生产力计算”模块。利用本专利技术的技术方案制作的天然林断面积生产潜力及其计算方法，提出断面积生产潜力的概念以及其计算方法，从断面积生产潜力概念而言，该指标具有很大的应用空间，尤其是在森林经营和造林方面。通过该指标能把立地质量和林分生长状况有效关联起来，因此为混交林经营提供技术支撑。附图说明图1是图1栎类混交林(MixedforestI)和慢阔类混交林(MixedforestII)各立地级组(group＝1,...,10)的林分优势高和林分平均年龄散点分布图；图2图2栎类混交林在T＝20年，50年，100年和150年时立地级组group＝1对应的断面积连年生长量GI与林分密度指数S的分布见图；图3是图3栎类混交林(混交林I，MixedforestI)和慢阔类混交林(混交林II，MixedforestII)group＝1,...,10对应的林分断面积生产潜力曲线；图4是立地级组group＝1,...,10对应的栎类混交林各样地的潜在生产力(PGI)和现实生产力(RGI)，其中GI为林分断面积连年生长量，T为林分平均年龄；图5是图5立地级组group＝1,...,10对应的慢阔类混交林各样地的潜在生产力(PGI)和现实生产力(RGI)，其中GI为林分断面积连年生长量，T为林分平均年龄；图6不同立地级组group＝1,...,10对应的各时间点(T＝10,...,150)栎类混交林断面积连年生长量可改良空间(△GI)；图7是栎类混交林(混交林I)和慢阔类混交林(混交林II)对应的因子统计表,G为林分断面积(m2/ha)，H为林分优势高(m)，S为林分密度指数，T为林分年龄(年)；图8是栎类混交林(混交林I)和慢阔类混交林(混交林I本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种天然林断面积生产潜力及其计算方法，该方法对特定年龄断面积生产潜力的计算需满足一定的已知条件，具体为：(I)特定林分类型对应的断面积生长模型及其参数估计结果。

【技术特征摘要】
1.一种天然林断面积生产潜力及其计算方法，该方法对特定年龄断面积生产潜力的计算需满足一定的已知条件，具体为：(I)特定林分类型对应的断面积生长模型及其参数估计结果。其中，fG为断面积生长模型，G、T、S和H分别表示林分断面积、年龄、密度指数和林分优势树高，为断面积生长模型参数估计值。(II)特定林分类型对应的树高—年龄方程及其参数估计结果。其中，fH为树高方程，为树高方程对应的参数估计值。(III)给定林分所处的立地类型(或立地级组，本研究用group表示)。(IV)给定所要计算的特定林分年龄T0。(V)给定密度指数S搜索区间，按照林分生长规律，建议搜索区间为(30，2000)，其特征在于，在给定已知条件下，选用黄金分割法求解T0所对应的断面积生产潜力，详细计算步骤如下：第一步：给定S区间[Sup,Smin]，允许误差e，group，T0，迭代次数t＝1，树高方程及参数估计值断面积生长模型及参数估计值计算四个分点对应的林分密度指数初始值：第二步：利...

【专利技术属性】
技术研发人员：符利勇，唐守正，雷相东，段光爽，
申请(专利权)人：中国林业科学研究院资源信息研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11