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塞罕坝华北落叶松纯林直径分布特征剖析与单木生长模型构建研究

一、引言

1.1研究背景与目的

塞罕坝机械林场位于河北省承德市围场满族蒙古族自治县境内，是中国北方重要的生态屏障。其广袤的森林资源对于防风固沙、涵养水源、调节气候等方面发挥着不可替代的作用。华北落叶松（Larixprincipis-rupprechtiiMayr）作为塞罕坝地区的主要造林树种，在林场森林资源中占据着重要地位，其人工林面积占塞罕坝森林总面积的80%以上。

准确了解塞罕坝华北落叶松纯林的直径分布及单木生长规律，对于森林资源的科学经营与管理意义重大。林分直径分布是林分结构的基础内容，反映了树种、环境条件及经营措施长期相互作用的结果，这种分布状态直接影响着林木的树高、干形、材积及树冠等因子的变化，进而影响林分的生长发育和木材产量。单木生长模型则能够以林分中林木个体作为研究对象，对不同经营措施下林木生长变化趋势进行研究，便于掌握林分、林木的详细生长信息，为森林资源的精准管理提供科学依据。通过构建科学合理的直径分布模型和单木生长模型，可以实现对林分生长状态的准确预测，为森林的抚育间伐、采伐决策等提供有力支持，从而提高森林资源的利用效率，保障森林生态系统的稳定性和可持续性。本研究旨在深入分析塞罕坝华北落叶松纯林的直径分布特征，并构建精准的单木生长模型，为塞罕坝森林资源的科学经营管理提供理论依据和技术支持。

1.2国内外研究现状

在华北落叶松直径分布研究方面，国外学者对林分直径分布的研究起步较早，总体上可分为基于现实林分的静态模拟阶段和基于未知林分的动态预测阶段，先后利用了相对直径法、概率函数法、种群分布模型及理论生长方程法等方法来描述林分直径分布。其中，Weibull分布由于其在拟合林分直径分布中具有较大的灵活性和适应性，在森林生长、收获预估模型、林分直径动态预测模型中应用相当广泛。国内针对华北落叶松人工林直径分布规律的研究相对较晚，白晋华等人以山西省关帝林区华北落叶松人工林为对象，利用Weibull分布函数模拟出直径分布规律，检验结果表明86.67％的林分服从Weibull分布，拟合效果良好，并据此建立起了相关参数的预测模型。邹建明研究发现塞罕坝华北落叶松林分平均直径为20.55cm，林分直径分布曲线近似正态分布，大多数林木直径在18-22cm的径阶，占74%。然而，不同地区的华北落叶松由于立地条件、经营措施等因素的差异，其直径分布规律可能存在一定的不同，目前对于塞罕坝地区华北落叶松直径分布的研究还不够系统和深入，且缺乏对不同龄组、不同立地条件下直径分布特征的全面分析。

在单木生长模型研究领域，国外已经开展了大量的研究工作，建立了众多不同类型的单木生长模型，包括与距离相关和与距离无关的单木生长模型系统。与距离相关的模型考虑了林木之间的空间位置关系和竞争作用，能够更真实地反映林木的生长情况，但数据获取和计算较为复杂；与距离无关的模型则主要基于林木的个体特征和林分总体特征来预测林木生长，相对简单易行。国内学者也在不断探索适合我国国情的单木生长模型，杜纪山根据吉林省汪清林业局二类调查的固定样地数据，建立了与距离无关的落叶松单木平方直径生长量模型，该模型包含了单木直径生长模型所需考虑的林木大小、立地条件和林木竞争这3个因素。刘强等人基于黑龙江省孟家岗林场落叶松人工林的调查数据，构建了与距离有关的单木生长模型，通过引入树冠竞争指数提高了模型的拟合优度。但针对塞罕坝华北落叶松纯林的单木生长模型研究较少，且现有模型在预测精度和适应性方面仍有待进一步提高。

1.3研究内容与方法

本研究的主要内容包括：一是对塞罕坝华北落叶松纯林的直径分布特征进行深入分析，包括不同龄组、不同立地条件下的直径分布规律，运用多种分布函数对直径分布进行拟合，筛选出最适合的模型，并分析模型参数与林分特征之间的关系。二是构建塞罕坝华北落叶松纯林的单木生长模型，综合考虑单木的胸径、树高、材积等生长指标，以及林木大小、立地条件、林木竞争等影响因素，采用多元逐步回归技术、非线性回归等方法建立单木生长模型，并对模型进行验证和精度评估。

在研究方法上，首先进行样地调查，在塞罕坝华北落叶松纯林中设置具有代表性的样地，对样地内的每株林木进行详细调查，记录其胸径、树高、冠幅、枝下高、年龄等生长指标，同时调查样地的立地条件，包括海拔、坡度、坡向、土壤类型、土层厚度等。然后，对调查数据进行整理和分析，运用统计分析软件计算林分的各项特征值，如平均直径、平均树高、林分密度、断面积等。在直径分布模型构建方面，选用正态分布、Weibull分布、对数正态分布等常用分布函数对直径分布数据进行拟合，通过比较拟合优度、均方根误差等指标来确定最佳拟合模型。在单木生长模