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杉木人工林地位指数与优势高生长模型：理论、构建与应用

一、引言

1.1研究背景与意义

杉木（Cunninghamialanceolata(Lamb.)Hook.）作为杉科古老的孑遗植物，是我国特有的重要针叶用材树种，在我国林业产业中占据着举足轻重的地位。杉木具有繁殖容易、生长迅速、产量高、材质优良、用途广泛等诸多优点，其栽培历史可追溯至3000年以前。早在宋朝，我国就开启了规模化的杉木人工造林活动，并逐步构建起一套独特的森林管理体系，对世界林业发展产生了深远影响，堪称现代林业制度的先驱以及世界种植园经济的鼻祖。依据第九次全国森林资源清查结果，目前全国杉木林面积达987万hm2，已然成为面积和蓄积量均位居世界第一的造林树种，无愧为“木中之王”。杉木林广泛分布于我国南方地区，如湖南、湖北、江西、福建、安徽、浙江等省份，这些地区湿润多雨、土壤肥沃、气候适宜，为杉木的生长提供了得天独厚的自然条件，从而形成了全国最大的杉木生产基地。在福建省，杉木育种水平领先全国，三明、南平、龙岩等地的杉木林面积广阔，凭借着武夷山和戴云山的山脉优势，被誉为“杉木王国”。

杉木人工林的发展在一定程度上满足了国家对木材的需求，促进了区域林业产业和社会经济的发展，还在改善生态环境方面发挥了积极作用。然而，当前杉木人工林在经营过程中面临着一系列严峻的生态问题。由于长期采用高密度造林、短周期以及单一树种的经营模式，导致大量营建的人工纯林树种单一、结构简单。这种单一的林分结构使得生物多样性大幅减少，生态系统的稳定性和抗干扰能力降低，抗逆性差，一旦遭遇病虫害侵袭或其他自然灾害，往往会造成严重的损失。多代连作经营方式对地力的消耗极为严重，这是杉木人工林面临的另一个突出问题。长期的连作导致土壤酸化，土壤中的养分失衡，肥力下降，生产力衰退。相关研究表明，杉木人工林主产区普遍存在土壤肥力质量退化的现象，如福建、湖南、江西等省份的杉木林，土壤肥力均呈现下降趋势，这不仅影响了杉木的生长和发育，也使得杉木林的碳汇潜力难以得到有效发挥。

立地质量是决定森林生产力高低的首要因素，而地位指数是评价立地质量的重要指标，指的是在某一立地上特定基准年龄时林分优势木的平均高度值，能较确切地反映森林生产力的高低。通过研究地位指数，可以了解不同立地条件对杉木生长的影响，为合理选择造林地提供科学依据。同时，优势高生长模型的构建能够预测杉木在不同生长阶段的高度，有助于制定科学的经营管理策略，如确定合理的采伐年龄、优化抚育措施等，从而提高杉木人工林的生产力和经济效益。因此，开展杉木人工林地位指数和优势高生长模型的研究具有重要的现实意义，不仅能够为杉木人工林的可持续经营提供理论支持，也可为其他树种的人工林经营管理提供借鉴和参考，对于推动我国林业产业的健康发展具有积极作用。

1.2国内外研究现状

立地质量作为衡量森林生长潜力和生产力的关键指标，一直是森林生态学和森林经营学领域的研究重点。早在19世纪，德国的林学家就开始关注立地条件对森林生长的影响，并提出了一些初步的立地分类和评价方法，开启了立地质量研究的先河。随着林业科学的不断发展，各种立地质量评价方法应运而生，地位指数法凭借其直观、实用的特点，逐渐成为应用最为广泛的评价方法之一。1927年，美国林学家Clute首次提出地位指数的概念，并编制了世界上第一张地位指数表，为森林立地质量评价提供了重要的量化工具，推动了森林经营管理的科学化进程。此后，地位指数法在全球范围内得到了广泛应用和深入研究，不断发展和完善。

在杉木人工林地位指数研究方面，我国起步相对较晚，但发展迅速。上世纪中叶，我国开始了杉木人工林的大规模营造，随着林业生产的发展，对杉木人工林立地质量评价的需求日益迫切。1978-1982年，吴仲伦主持编制了“全国(分带)杉木地位指数表”，这是我国杉木人工林地位指数研究的重要成果，为杉木人工林的立地质量评价提供了统一的标准和依据。此后，众多学者基于不同地区的杉木人工林数据，对地位指数表进行了本地化研究和修订，使其更符合当地的实际情况。例如，有学者通过对福建将乐国有林场杉木人工林的研究，编制了适用于该地区的地位指数表，并分析了地位指数与杉木胸径、树高生长的关系，为当地杉木人工林的经营管理提供了科学指导。也有学者对江西大岗山杉木人工林的研究表明，地位指数与土壤养分、地形等因素密切相关，通过建立地位指数与这些因素的关系模型，可以更准确地评价立地质量。

在优势高生长模型研究领域，国外起步较早，在20世纪中叶就开始了相关研究。早期的优势高生长模型主要基于简单的线性回归方法，随着数学和计算机技术的发展，各种非线性模型逐渐被应用于优势高生长模拟。如Korf方程、Richards方程等，这些模型能够更好