CN109408966B - 一种基于林分生长的桉树风害等级评估方法 - Google Patents

一种基于林分生长的桉树风害等级评估方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于林分生长的桉树风害等级评估方法，包括以下步骤：步骤1、前期样本数据调查、收集与处理；步骤2、结合不同林分林龄下桉树林分立木生长情况以及其不同强度台风下风害情况，建立基于不同树种林分单株林木风害等级评估模型；步骤3、对需要评估的桉树林分，建立样地进行生长性状调查或对现有已知林龄、树高、树干生长数据的立木及林分，利用已构建的基于不同树种林分单株林木风害等级评估模型综合评估模型，对桉树林分内单株立木以及桉树林分内进行台风风害等级评估。本发明获得桉树不同林龄抗风能力以及预防强风风害等风险，为桉树遗传育种选择抗风品系、桉树人工林高效生产经营中以及风险规避提供了技术指导和支撑。

Description

一种基于林分生长的桉树风害等级评估方法
技术领域
本发明涉及桉树人工林培育、高效栽培术领域内的自然灾害风害与防治，具体为一种基于林分生长的桉树风害等级评估方法
背景技术
桉树((Eucalyptus)是桃金娘科、桉树属植物的总称，多为常绿高大乔木，原产地绝大多数在澳大利亚大陆，为澳大利亚木本植物中最具代表性的树种。桉树在热带和温带世界广泛种植，在中国已有100多年的引种历史，为中国南方地区最重要的速生、丰产树种之一，其木材被广泛用于纸浆业和人造板业。桉树自引种以来，在中国发展迅速，至2013年止，已超过3.5×106hm2，年产2.0×107m3木材，为中国木材生产作出了重要贡献。华南的广东、广西、福建、海南等省区既是中国人工林主产区，其人工林面积和蓄积量分别占全国的22.34％和24.62％，也是中国桉树最主要的产区。
中国南方沿海夏季台风频繁，对中国沿海地区林业影响巨大，每年因台风损失巨大，强台风甚至可重创沿海地区农林业，是造成林业经济损失的主要因素之一。特别是南方沿海夏季台风频繁，威胁着树木生长，严重影响沿海地区生态安全以及相关产业的发展，因此在商品林/沿海防护林的建设过程，林分风害灾害的评估以及预防显得尤其重要，对选育桉树抗风树种(品系)发展高效栽培林业具有重要指导意义。
影响林木发生风害的因素很多，有生物和非生物因素(气象条件,立地条件,地形环境)以及林木本身生物因素和林分特性等。目前，学者从生长指标、形态性状、林带结构、木材纤维、木材性质等方面开展了林木抗风机制的相关研究，形成了若干关于林木风倒机理的模型及风灾模拟评估、预测体系。但影响树种抗强(台风)性能的因素众多，如何科学而客观地综合考虑林木生长形态因子、根系因子、材性因子等因素构建一个较为完善的综合指标评价体系是当前林业生产存在着问题。
由于影响林木风害的因素众多，具体对单株林木而言，风压施加在立木上所形成的风载荷或风弯矩不但受到林木树种树冠形状和大小、叶片多少和形态特征影响，还与林分中林分高度、栽培密度、透风系数密切相关，而且与风害过程地形地貌以及风向、风速等诸多因素相关，因此如何准确量化林木风害是当前面临复杂的难题。尽管有采用拉树试验模拟单株林木风害试验，但对风害诸多影响因素简单化处理，也有实时监控不同风速下林木，测量树干在风压作用下产生的弯矩、扭矩、风力及其风力的作用下装置的试验方法，但仅对单株风作用过程中进行分析，方法复杂且需要专业设备和相应的技术，从对林分树木风害的评估的有效性上看，难以在生产实际中实施。
发明内容
针对现有桉树人工林对强风风害上预测不足，本发明目的是在于提供一种基于林分生长的桉树风害等级评估方法，本发明基于沿海地区长期在生产实际中所获得的大尺度数据进行建模和数据挖掘所获得方法技术，本发明获得桉树不同林龄抗风能力以及预防强风风害等风险，为桉树遗传育种选择抗风品系、桉树人工林高效生产经营中以及风险规避提供了技术指导和支撑。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种基于林分生长的桉树风害等级评估方法，其包括以下步骤：其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、前期样本数据调查、收集与处理；
步骤2、结合不同林分林龄下桉树林分立木生长情况以及其不同强度台风下风害情况，建立不同树种、林龄林分单株生长性状与单株林木风害等级评估模型；
步骤3、对需要评估的桉树林分，建立样地进行生长性状调查或对现有已知林龄、树高、树干生长数据的立木及林分，利用步骤2构建的风害等级评估模型综合评估，对桉树林分内单株立木以及桉树林分内进行强风或台风的风害等级评估，结合建立不同树种、林分林龄生长模型，从而对林分生长过程中潜在风害等级进行预测。
进一步地，在步骤1中，所述前期样本数据通过文献或试验获得桉树常受到强风或台风风害影响地区时下不同林龄、树种、立地条件以及林分立木生长数据以及不同强度强风或台风影响下林分以及单株立木风害等级分布数据，每个树种样本量不低于40株，各1-4年生林龄立木均有。
进一步地，在步骤1中，单株立木风害等级以地面与树干夹角以及风害类型不同分为6个等级，6个等级如下：
1级，主干没有明显的倾斜；
2级，主干倾斜度小于30°；
3级，主干倾斜度为30°～60°；
4级，主干倾斜度为60°～90°；
5级，主干完全倒伏或连根拔起；
6级，折断。
进一步地，林分风害等级为林分内单株立木风害等级平均值，
进一步地，在步骤2中，用于建立不同树种、林龄林分单株生长性状与单株林木风害等级评估模型的林分单株生长性状是树高和树干大小。
进一步地，在步骤2中，所述建立基于树种、林龄林分单株生长性状与单株林木风害等级评估模型，其中每个树种/品系的单株林木风害等级评估建模所采用的方法是采用最小二乘法，对林龄、树高、树干大小3因子进行效应筛选，其模型方差P<0.05，模型的决定系数不小于0.60。
进一步地，在步骤3中，所述结合建立不同树种、林分林龄生长模型对林分生长过程中潜在风害等级预测，其中风害等级预测期为桉树早期林分生长，即为1-4年生林龄期。
一种基于林分生长的桉树风害等级评估方法，其包括以下步骤：
步骤1、前期样本数据调查、收集与处理；
通过文献或试验获得桉树常受到强风或台风(风等级>＝6级以上)风害影响地区时下不同林龄、树种、立地条件以及林分立木生长数据以及不同强度强风或台风影响下林分以及单株立木风害等级分布数据。
单株立木风害等级(WD,wind damage class)以地面与树干夹角以及风害类型不同分为6个等级，6个等级如下：
1级，主干没有明显的倾斜；
2级，主干倾斜度小于30°；
3级，主干倾斜度为30°～60°；
4级，主干倾斜度为60°～90°；
5级，主干完全倒伏或连根拔起；
6级，树干或树梢折断。
林分风害等级为林分内单株立木风害等级平均值。
步骤2、结合不同林分林龄下桉树林分立木树高、树干生长情况以及其不同强度台风下风害等级情况(在模型建立时，可能对风害等级数据进行转换)，采用最小二乘法，对林龄(A)、树高(height，H)、树干大小(地径/胸径,diameter，D，树高不够胸径高或胸径不足1cm采用树干基径/地径)3因子进行效应筛选，建立基于树种、林龄林分单株生长性状与单株林木风害等级评估模型，其模型需显著有效(模型方差P<0.05)，模型的决定系数不小于0.60。
步骤3、对需要评估的桉树林分，建立样地进行生长性状调查或对现有已知林龄、树高、树干生长立木及林分的数据，利用已构建的基于不同树种林分单株林木风害等级评估模型综合评估，对桉树林分内单株立木以及桉树林分内进行强风(台风)风害等级评估，结合建立不同树种在不同林龄下林分生长(树高、树干大小)生长情况对林分生长过程中潜在风害等级预测。其中风害等级预测期为桉树林分生长在1-4年生林龄期内。
具体为对需要评估的桉树林分，选择典型的林分建立规格10m×10m，1个以上的样地进行林分立木树高(m)、树干大小(cm)性状调查，并记录林分树种、林龄(月)，根据相应的树种的单株林木风害等级评估模型，计算目前相应对映的单株的遭遇风害理论风害等级，并统计样地林分平均单株的林木风害等级。同样统计4年生以内的林分林木风害等级。对于缺乏相应台风风害资料数据树种，可以采用高径比相近的树种，如尾叶桉可以采用高径比相近尾巨桉的无性系的单株林木风害等级评估模型进行评估。
根据桉树生产实际和研究表明，3年生以下的桉树幼林最容易受风害,即桉树抗风性研究主要集中在早期阶段，因此本发明实际主要针对1-4年桉树林分风害等级进行评价，通过桉树生产区域获得风害数据以及试验获得的林木生长形态因子、根系因子、材性因子等大量数据进行桉树风害/抗风性密切相关性状进行选择，以获得几个关键性状进行建模分析。
本发明以桉树林业生产在强风或台风(6级以上－17级)状况下的大量数据，通过相关分析、主成分分析以及回归分析获得与风害密切相关关键性状，建立一种基于林分生长的桉树风害等级评估方法，调查使用的方便，且方法简单，技术容易掌握结果可靠等优点，可以在短时间内高效准确获得桉树风害情况。为桉树育种培育抗风品系以及指导桉树安全生产，规避风害风险提供技术支持。
本发明的效果：本发明的对林木单株立木风害指数预测精度在80％以上，林分预测在85％以上。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
实施例1
一种基于林分生长的桉树风害等级评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、前期样本数据调查、收集与处理；
通过文献或试验获得桉树常受到强风或台风风害影响地区时下不同林龄、树种、立地条件以及林分立木生长数据以及不同强度强风或台风影响下林分以及单株立木风害等级分布数据。
通过文献或试验获得不同品种生产上尾巨桉桉树林分立木平均树高和平均胸径的生长情况(表1)。
表1不同林龄尾巨桉DH3229的生长和风害情况
Figure BDA0001843873590000061
表2不同林龄尾巨桉的生长调查
林龄(月) 树高(m) 胸径(cm)
6 2.8 2.2
12 4.4 4.1
24 7.1 6.6
30 8.5 8.2
48 10.3 10.0
步骤2、结合不同林分林龄下桉树林分立木树高、树干生长情况以及其不同强度台风下风害情况，建立树种下林龄、林分单株生长性状与单株林木风害等级评估模型；
我国生产上大面积推广的尾巨桉无性系DH3229的单株林木风害等级评估模型为：
WD＝2.751547235+0.09149607*A-0.578585737*H+0.224981178*D+0.005555834*(A-26.7143)*(H-6.06429)+0.023656387*(A-26.7143)*(D-8.06786)+0.022897501*(H-6.06429)*(D-8.06786)
式中的风害等级WD(级)，A为林龄(月)，树干大小D(cm)，在1年生内为地径，1年生以上为胸径，树高H(m)。评估模型决定系数R2＝0.76799,均方根误差RMSE为0.60184，模型方差P＝0.049。
步骤3、对需要评估的桉树林分，建立样地进行生长性状调查或对现有已知林龄、树高、树干生长数据的立木及林分，利用已构建的基于不同树种林分单株林木风害等级评估模型综合评估，对桉树林分内单株立木以及桉树林分进行强风(台风)风害等级评估，结合建立不同桉树树种在不同林龄下的林分生长(树高、树干大小)情况对林分生长过程中潜在风害等级预测。其中风害等级预测期为桉树林分生长在1-4年生林龄期内。
具体为对需要评估的桉树林分，选择典型的林分建立规格10m×10m，1个以上的样地进行林分立木树高(m)、树干大小(cm)性状调查，并记录林分树种、林龄(月)，根据相应的单株林木风害等级评估模型，计算目前相应对映的单株的遭遇风害理论风害等级，并统计样地林分平均单株的林木风害等级。同样统计4年生以内的林分林木风害等级。
依据样地对2.5年(30月)尾巨桉无性系DH3229，不同9个样地进行调查,获得样地林分树高、胸径平均值(表3)，分别通过尾巨桉无性系DH3229的单株林木风害等级评估模型[WD＝2.751547235+0.09149607*A-0.578585737*H+0.224981178*D+0.005555834*(A-26.7143)*(H-6.06429)+0.023656387*(A-26.7143)*(D-8.06786)+0.022897501*(H-6.06429)*
(D-8.06786)]。最后获得9个林分样地在当前林龄状况下风害等级平均值，表示此时的桉树风害均介于3-4级之间。
表3基于尾巨桉的生长状况的风害等级情况
林龄(月) 树高(m) 胸径(cm) WD(级)
30 5.4 5.2 3.4
30 5.5 5.0 3.2
30 6.5 6.5 3.1
30 5.9 5.7 3.2
30 5.9 5.4 3.1
30 5.6 5.2 3.2
30 5.1 4.2 3.4
30 6.2 5.5 3.0
30 5.5 5.3 3.3
同样依据通过尾巨桉无性系DH3229的单株林木风害等级评估模型[WD＝2.751547235+0.09149607*A-0.578585737*H+0.224981178*D+0.005555834*(A-26.7143)*(H-6.06429)+0.023656387*(A-26.7143)*(D-8.06786)+0.022897501*(H-6.06429)*(D-8.06786)]，对表2不同林龄尾巨桉的林分生长情况进行桉树林分风害评估，结果如表4。最后获得尾巨桉无性系DH3229在5个不同林龄状况下风害等级平均值，这与生产实际相一致。
表4不同林龄尾巨桉的生长情况
林龄(月) 树高(m) 胸径(cm) 预测的WD(级)
6 2.8 2.2 5.6
12 4.4 4.1 3.8
24 7.1 6.6 2.3
30 8.5 8.2 2.5
48 10.3 10.0 5.2
实施例2
一种基于林分生长的桉树风害等级评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、前期样本数据调查、收集与处理；
通过文献或试验获得桉树常受到强风或台风风害影响地区时下不同林龄、树种、立地条件以及林分立木生长数据以及不同强度强风或台风影响下林分以及单株立木风害等级分布数据。
通过试验获得赤桉无性系Ca1桉树林分单株立木不同时期的立木树高和胸径的生长情况(表5)。
表5不同林龄尾巨桉的生长调查
Figure BDA0001843873590000091
Figure BDA0001843873590000101
步骤2、结合不同林分林龄下桉树林分立木树高、树干生长情况以及其不同强度台风下风害情况，建立树种、林龄林分单株生长性状与单株林木风害等级评估模型；赤桉无性系Ca1的单株林木风害等级评估模型为：WD＝1.12195106+0.054198128*A-0.226014786*H+0.116075525*D-0.005934742*(A-24.5)*(H-6.64318)+0.002709914*(A-24.5)*(D-6.38523)-0.006706237*(H-6.64318)*(D-6.38523)
式中的风害等级WD(级)，A为林龄(月)，树干大小D(cm)，在1年生内为地径，1年生为胸径，树高H(m)。评估模型决定系数R2＝0.63578,均方根误差RMSE为0.53408，模型方差P<0.0001。
步骤3、对需要评估的桉树林分，建立样地进行生长性状调查或对现有已知林龄、树高、树干生长数据的立木及林分，利用已构建的基于不同树种林分单株林木风害等级评估模型综合评估，对桉树林分内单株立木以及桉树林分内进行强风(台风)风害等级评估，结合建立树种在不同林龄下林分生长(树高、树干大小)情况对1-4年生内林分生长过程中潜在风害等级预测。其中风害等级预测期为桉树林分生长在1-4年生林龄期内。
具体为对需要评估的桉树林分，选择典型的林分建立规格10m×10m，1个以上的样地进行林分立木树高(m)、树干大小(cm)性状调查，并记录林分树种、林龄(月)，根据相应的单株林木风害等级评估模型，计算目前相应对映的单株的遭遇风害理论风害等级，并统计样地林分平均单株的林木风害等级。同样也可对现在有数据生长数据进行计算，分别通过赤桉无性系Ca1单株林木风害等级评估模型[WD＝1.12195106+0.054198128*A-0.226014786*H+0.116075525*D-0.005934742*(A-24.5)*(H-6.64318)+0.002709914*(A-24.5)*(D-6.38523)-0.006706237*(H-6.64318)*(D-6.38523)]对表6前44个赤桉的树高、胸径计算预测的WD值(表6)，最后林分实际WD与预测WD值差异不是非常明显。
表6不同林龄尾巨桉的生长调查
Figure BDA0001843873590000111
Figure BDA0001843873590000121
本发明除了充分考虑了不同桉树生长形态特征等性状对抗强风(台风)风害影响外，还考虑了林龄、树种等对桉树抗强风(台风)风害影响程度，并最终获得最优方法获得进行基于桉树林分生长桉树单株立木风害等级以及桉树林分抗风情况。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种基于林分生长的桉树风害等级评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、前期样本数据调查、收集与处理；
步骤2、结合不同林分林龄下桉树林分立木生长情况以及其不同强度台风下风害情况，建立不同树种、林龄林分单株生长性状与单株林木风害等级评估模型；
步骤3、对需要评估的桉树林分，建立样地进行生长性状调查或对现有已知林龄、树高、树干生长数据的立木及林分，利用步骤2构建的不同树种、林龄林分单株生长性状与单株林木风害等级评估模型综合评估，对桉树林分内单株立木以及桉树林分内进行强风或台风的风害等级评估，结合建立不同树种、林分林龄生长模型，从而对林分生长过程中潜在风害等级进行预测。
2.根据权利要求1所述的一种基于林分生长的桉树风害等级评估方法，其特征在于，在步骤1中，所述前期样本数据通过文献或试验获得桉树常受到强风或台风风害影响地区时下不同林龄、树种、立地条件以及林分立木生长数据以及不同强度强风或台风影响下林分风害等级以及单株立木风害等级分布数据，每个树种样本量不低于40株，各1-4年生林龄立木均有。
3.根据权利要求2所述的一种基于林分生长的桉树风害等级评估方法，其特征在于，在步骤1中，单株立木风害等级以地面与树干夹角以及风害类型不同分为6个等级，6个等级如下：
1级，主干没有明显的倾斜；
2级，主干倾斜度小于30°；
3级，主干倾斜度为30°～60°；
4级，主干倾斜度为60°～90°；
5级，主干完全倒伏或连根拔起；
6级，折断。
4.根据权利要求2所述的一种基于林分生长的桉树风害等级评估方法，其特征在于，林分风害等级为林分内单株立木风害等级平均值。
5.根据权利要求1所述的一种基于林分生长的桉树风害等级评估方法，其特征在于，在步骤2中，用于建立不同树种、林龄林分单株生长性状与单株林木风害等级评估模型的林分单株生长性状是树高和树干大小。
6.根据权利要求1所述的一种基于林分生长的桉树风害等级评估方法，其特征在于，在步骤2中，所述建立基于树种、林龄林分单株生长性状与单株林木风害等级评估模型，其中每个树种/品系的单株林木风害等级评估建模所采用的方法是采用最小二乘法，对林龄、树高、树干大小3因子进行效应筛选，其模型方差P<0.05，模型的决定系数不小于0.60。
7.如权利要求1所述的一种基于林分生长的桉树风害等级评估方法，其特征在于，在步骤3中，所述结合建立不同树种、林分林龄生长模型对林分生长过程中潜在风害等级预测，其中风害等级预测期为桉树早期林分生长，即为1-4年生林龄期。
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