森林经理学.ppt

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1、森林资源经营管理课程介绍,名称：森林经理学，森林资源规划，森林资源经营管理 内容：森林区划、调查、分析、评价、决策、规划 特点：涉及基础知识与基本概念多，尤其是数学和计算机相关知识，用到的工具多 本学科当前的热点：森林生态系统经营，森林碳预估，森林生态系统模拟，森林生物量/生产力测定，森林碳分布空间估计，人为干扰对森林生态系统的影响等 直接相关的基础专业知识：概率论与数理统计、线性代数、离散数学、测树学、多元分析、生态学、造林学（森林培育学）、运筹学、土壤学、树木学、遗传育种学、景观生态学、植物生理学等 对应的实际工作：基层林业单位森林经营、资源管理，市、省、国家林业行业管理部门的林政资源管理

2、、政策法规、调查规划、林业生态工程管理等单位，林业研究机构，生态研究机构，环境研究机构，各级地方政府的农业部门等 学习方法：课堂+实验，掌握基本概念和基本方法 参考资料：测树学，孟宪宇主编 ，中国林业出版社，1996,森林资源经营管理研究方向,1、森林可持续经营规划与资源管理 森林可持续经营模式及指标体系的研究 森林资源的评价及其指标体系的研究 森林调整基本理论的研究 森林调整规划 决策优化技术 测树数表研究，森林生长收获模型研究 林木空间格局研究,株数分布和干形曲线研究 森林生态效益评价及补偿机制的研究 森林资产评估的研究 风景林和景观生态规划的研究。,森林资源经营管理研究方向,2、森林生态

3、系统监测技术 森林生态学特征研究 森林生态系统的稳定性研究 退耕还林后林分生态学研究 森林抽样技术研究，森林资源的动态监测方法研究 森林生态系统模型和状态方程的研究 系统的优化与控制技术 参数和非参数估计问题 常规和非常规的预测技术，试验设计方法的研究。,森林资源经营管理研究方向,3、“3S”与人工神经网络技术在林业中的应用 基于“3S” 与人工神经网络技术的森林动态模拟与森林资源经营管理决策 基于“3S”与人工神经网络的森林健康评价与监测预警 “3S”技术在保护区规划中的应用 地物的光谱学特性研究，森林植被的光谱特征提取技术 “3S”技术在森林资源监测与防火规划中的应用研究 虚拟现实与数字林

4、业。,森林资源经营管理研究方向,4、森林资源综合利用 木材性质、人造板、木材改性及其高效利用技术研究 人工林定向培育以及木材品质与林业经营措施的关系研究 松脂、栲胶、纤维制浆等林化产品的加工与利用研究 森林植物资源的综合利用技术和方法研究与开发。 5、森林旅游 培养具有独立从事生态旅游资源评价与规划设计的知识与技能的高层次人才 围绕着生态旅游理论、生态旅游景观评价、生态规划与景观设计、自然保护区规划设计、生态旅游资源开发利用、森林景观动态监测、生态旅游资源的环境保护以及生态旅游经营管理等方面进行研究。,内容提要,第章测树学基础知识 第章绪论 第章森林资源 第章森林区划 第章森林调查 第章森林评

5、价 第章 森林经营管理的理论模式 第章森林成熟与经营周期 第章森林收获调整 第章 森林经营方案 第10章 森林经营管理决策 第11章 森林资源信息管理 第12章 森林经理学专题讲座,第0章 测树学基础,第一节 基本概念 第二节 标准地和样地调查 第三节 抽样理论 第四节 林分调查与林分蓄积量测定 第五节 立地质量评价 第六节 生长量和出材量测定,森林资源经营管理,第一节 基本概念,一、基本测树因子与测定工具 二、树干形状与一般求积式 三、伐倒木的近似求积式与区分求积式 四、形数与形率 五、单株立木材积的测定,森林资源经营管理第0章 测树学基础,一、基本测树因子与测定工具,1、基本测树因子 直径

6、 树高 树干横断面积 树干材积 2、树干直径的测定工具 轮尺 直径卷尺 勾尺 3、树高测定仪器 布鲁莱斯测高器 圆筒测高器 4、多用测树仪 林分速测镜 DQW-2望远测树仪,森林资源经营管理第0章 测树学基础,1、基本测树因子,(1)、直径 Diameter.垂直于树干轴的横断面的直径， 去用D/d表示，测定单位cm 分带皮/去皮两种 1.3m处的直径为称胸径 (2)、树高 Height.树干的根茎处至树梢的长度，用H/h表示 (3)、树干横断面积 树干横断面积有多个，胸高断面积（G）是重要测树因子,单位是m2 (4)、树干材积 根茎以上的树干体积V, m3,森林资源经营管理第0章 测树学基础

7、,2、树干直径的测定工具,(1)、轮尺 卡尺，calipers，木制和铝制 (2)、直径卷尺 称围尺，diameter tape，分布围尺、钢围尺、蔑围尺 (3)、勾尺 测堆积原木小头直径的工具,森林资源经营管理第0章 测树学基础,3、树高测定仪器,森林资源经营管理第0章 测树学基础,(1)、布鲁莱斯测高器 （Blume-leiss） 我国常用测高器，原理： H=ABtga + AE(眼高) (2)、圆筒测高器 相似三角形原理,B,A,C,a,D,E,A,E,B,C,D,a,b,c,4、多用测树仪,(1)、林分速测镜（mirror relascope） 略 (2)、DQW-2远望测树仪 略,森

8、林资源经营管理第0章 测树学基础,二、树干形状,、树干横断面的形状 、树干纵断面的形状,森林资源经营管理第0章 测树学基础,、树干横断面的形状,定义： 假设过树干中心有一纵轴线，称为干轴，与干轴垂直的切面称为树干横断面。其面积称为断面积，记为g，树干横断面形状是指树干横断面的闭合曲线的形状。 一般特征： 自下而上，其横断面总体认为是近似圆形或近似椭圆形。以下表达式为断面积，平均误差正负,森林资源经营管理第0章 测树学基础,、树干纵断面的形状,干曲线的定义 沿树干中心的干轴将其纵向剖开（或沿树干量测许多横断面的直径），即可得树干纵断面。一干轴作为x轴，以横断面半径为y轴，取树梢为原点，按适当比例

9、绘制表示树干纵断面的对称曲线，通常称为干曲线（stem curve）。 树干纵断面形状的一般特征 树干纵断面形状即干曲线类型，有种：凹曲线、平行于x轴直线、抛物线、相交于x轴的直线；其旋转体分别对应于：截顶凹曲线体、圆柱体、截顶抛物线体、圆锥体。,森林资源经营管理第0章 测树学基础,、树干纵断面的形状(续),孔茨（Kunze,M.,1873）干曲线式 y2=Pxr 其中，y为横断面半径，x为树梢至横断面的距离，P为系数，r为形状指数,森林资源经营管理第0章 测树学基础,(x1,y1)和(x2,y2)分别为树干某两点距树梢的距离及断面半径,、树干纵断面的形状(续),森林资源经营管理第0章 测树学

10、基础,三、伐倒木树干材积测定,1、树干完顶体求积式 2、伐倒木的积近似求积式 3、伐倒木区分求积式,森林资源经营管理第0章 测树学基础,1、树干完顶体求积式,完顶体是指有完整树梢的树干。 设树干长为L，干基底部直径为d0，干基底部断面积为g0，则由旋转体的积分公式得树干的材积为： r=0时，圆柱体： r=1时，抛物线体： r=2时，圆锥体： r=3时，凹曲线体：,森林资源经营管理第0章 测树学基础,2、伐倒木的积近似求积式,()、平均断面积近似求积式 司马林（Smalian H.L.）公式： ()、中央断面积近似求积式 胡伯尔（Huber B.）公式： ()、牛顿近似求积式 李克（Reicke

11、r P.V.）公式： ()、伐倒木近似求积式精度 误差百分数：牛顿中央平均断面积,森林资源经营管理第0章 测树学基础,3、伐倒木的区分求积式,区分求积的概念： 根据干形特点，将树干分成等长或不等长的区分段，使各区分段尽可能地接近正几何体形状，分别用近似求积式测算各区分段材积，累加所有区分段材积得全树干材积。 公式： 精度：平均断面积区分求积较好，区分段越多越好，一般应=个,森林资源经营管理第0章 测树学基础,四、形数与形率,1、形数 2、形率 3、形数与形率的关系,森林资源经营管理第0章 测树学基础,1、形数,树干材积与比较圆柱体体积之比称为形数（form factor）; 圆柱体的断面积为树

12、干某一高度的断面积，高度为全树高；,森林资源经营管理第0章 测树学基础,1、形数,（1）胸高形数：,森林资源经营管理第0章 测树学基础,特点：随树高、形状变化,1、形数（续）,森林资源经营管理第0章 测树学基础,（2）实验形数,特点：较好地反映 干形指标，稳定,2、形率,树干上某一位置的直径与比较直径的比值（factor quotient） （1）胸高形率： （2）正形率： （3）绝对形率：,森林资源经营管理第0章 测树学基础,D0.1: 十分之一树高处直径。 D1/2: 二分之一树高处直径。,森林资源经营管理第0章 测树学基础,3、形数与形率的关系,树干上某一位置的直径与比较直径的比值（fa

13、ctor quotient） （1） （2） （3）,五、单株立木材积的测定,1、立木材积近似求积法 2、立木区分求积法 3、望高法,森林资源经营管理第0章 测树学基础,1、立木材积近似求积法,平均实验形数法： 丹琴（Denzin,1929）法： （ 仅当和h为25-30m，计算结果较为可靠） 形数法： 实验正形数法： 实验中发现d标/d0.1h近似恒等于0.7,于是，v=(pi/4)(0.7)2d20.1hh可以简化为：,森林资源经营管理第0章 测树学基础,2、立木分区求积法,等长区分求积法 等直径差区分求积法累高法 区分段大头直径与小头直径相等 N为区分段数，T为各区分段直径差，di为第i

14、段小头直径，li为第i段长度，K为树干形状系数，K=r+1，一般K取,森林资源经营管理第0章 测树学基础,3、望高法,树干上直径等于胸径的高度为望点(Pressler reference point)，地面到这一点的高度为望高 根据此高度可以计算材积：,森林资源经营管理第0章 测树学基础,平均误差：4-5%,第二节 标准地和样地调查,森林资源经营管理第0章 测树学基础,一、相关概念 二、标准地设置与测量 三、标准地测定工作,一、相关概念,1、标准地：在林分内，按照平均状态的要求所确定的能充分代表林分总体特征平均水平的地块，也称典型样地。 2、样地：在林分内，按照随机抽样原则设计的实测调查地块。

15、 3、标准地的用途：专业调查研究、林分调查 4、样地的用途：总体特征数估计、总量估计 5、标准地的种类：临时、固定,森林资源经营管理第0章 测树学基础,二、标准地设置与测量,1、选择标准地的要求 代表性、同总体内、样地若在混交林中则应均匀 2、样地形状 方、矩形 3、面积 根据调查目的、对象定 4、境界测量 1/200闭合差 5、环境因子调查 （1）幼树下木活地被；（2）土壤；（3）环境因子；,森林资源经营管理第0章 测树学基础,三、标准地测定工作,1、每木调查：径阶大小、起测径阶、材质登记划分、检尺、计算平均直径 2、测树高：林分条件平均高、林分优势木平均高 3、测定年龄 4、各项林分因子计

16、算：平均直径、平均高、年龄、树种组成、地位指数、郁闭度、断面积、蓄积等,森林资源经营管理第0章 测树学基础,第三节 抽样理论,一、有关抽样的基本概念 二、简单随机抽样 三、机械抽样 四、回归估计,森林资源经营管理第0章 测树学基础,一、有关抽样的基本概念,1、总体与总体特征数 2、样本与统计量 3、置信区间和估计精度,森林资源经营管理第0章 测树学基础,1、总体与总体特征数,总体： 按照统计研究目的而确定的同类事物或现象 总体特征数： 说明总体特征或规律性的数字,森林资源经营管理第0章 测树学基础,2、样本与统计量,样本： 为估计总体特征值，在全部总体单元中按照预定的概率所抽取的一部分单元 统

17、计量： 样本单元观察值的函数,森林资源经营管理第0章 测树学基础,3、置信区间和精度,置信区间：由样本对某总体参数所做的区间估计，该区间以一定的置信度(概率)包含该参数的真值。 如果已知P(c1= s=c2)=P，则参数 在c1,c2中，可靠性为P，c1,c2为 s置信区间。 估计精度：,森林资源经营管理第0章 测树学基础,3、置信区间和精度（续）,在统计学中，一个概率样本的置信区间（Confidence interval）是对这个样本的某个总体参数的区间估计。置信区间展现的是这个参数的真实值有一定概率落在测量结果的周围的程度。例如，如果在一次大选中某人的支持率为55%，而置信水平0.95上的

18、置信区间是（50%,60%），那么他的真实支持率有95%的机率落在50%和60%之间，因此他的真实支持率不足一半的可能性小于5%。 置信水平一般用百分比表示，因此置信水平0.95上的置信空间也可以表达为：95%置信区间。置信区间的两端被称为置信极限。对一个给定情形的估计来说，置信水平越高，所对应的置信区间就会越大。 对置信区间的计算通常要求对估计过程的假设（因此属于参数统计），比如说假设估计的误差是成正态分布的。 置信区间只在频率统计中使用。（维基百科）,森林资源经营管理第0章 测树学基础,二、简单随机抽样(概念),简单随机抽样又称纯随即抽样，它是从含有N个总体单元的总体中随机、独立地抽去n个

19、单元组成样本。,森林资源经营管理第0章 测树学基础,二、简单随机抽样(实例),例1: 某场进行二类调查，其抽样控制总体面积200hm2，按随机抽样原则共布设10个样地，样地面积800m2。 请计算平均样地蓄积和估计精度,森林资源经营管理第0章 测树学基础,三、机械抽样,机械抽样又称系统抽样，是按一定规律抽取样本样本单元的方法。设总体单元数为N，样本单元数为n，且N/n=k，k为正整数，则在1,2,3,k中随机抽取一个数字，以该数字为起点，每k个数字的第一个数字即为被抽中的样本单元号码，用此方法抽取的n个单元组成的样本称为用机械方法抽取的样本。,森林资源经营管理第0章 测树学基础,四、回归估计,

20、回归：如果有两个变量x和y，其中一个变量x可以控制或便于测定，可看作自变量。如果对于每一个x都有一个y的分布与之对应，则称回归变量y对x存在回归关系。,森林资源经营管理第0章 测树学基础,第四节 林分调查与林分蓄积量测定,一、林分调查因子 二、林分蓄积测定方法,森林资源经营管理第0章 测树学基础,一、林分调查因子,1、起源：天然、人工 2、林层：主林层、次林层 3、树种组成：10分法 4、林分年龄/龄组： 5、平均胸径：算术、几何平均 6、平均高：林分（分条件、加权）、优势平均高 7、立地质量：地位级、地位指数 8、林分密度：株数密度、疏密度、郁闭度 9、林分蓄积： 10、材种出材量：,森林资

21、源经营管理第0章 测树学基础,二、林分直径结构（续）,林分内各种大小直径的林木按径级分布状态即林分直径结构。 1、同龄纯林直径结构 正态分布，近似正态分布,森林资源经营管理第0章 测树学基础,二、林分直径结构（续）,2、异龄林直径结构复杂，分布曲线类型受林龄结构、树种特征、更新方式、立地条件等多因素影响。通常有反J型、不对称单峰、多峰曲线。,森林资源经营管理第0章 测树学基础,二、林分蓄积测定方法,1、标准木法 2、材积表法 3、标准表和实验形数法 4、目测法,森林资源经营管理第0章 测树学基础,1、标准木法,（1）测设标准地 （2）计算平均直径、平均树高 （3）寻找1-3株与平均直径和平均高

22、都比较接近的林木作为平均标准木 （4）按下式计算标准地蓄积,森林资源经营管理第0章 测树学基础,2、材积表法,一元材积表法 二元材积表法 三元材积表法,森林资源经营管理第0章 测树学基础,3、标准表和实验形数法,(1)、标准表法 林分疏密度：P=G/G标 平均每公顷蓄积：M=PM标 (2)、平均实验形数法 根据相应树种的平均实验形数计算林分蓄积：M=G1.3(Hd+3)f3,森林资源经营管理第0章 测树学基础,4、目测法,(1)、目测选取平均木，量测平均木的材积，通过单位面积的株数推算单位面积的蓄积 (2)、目测平均每公顷胸高断面积（用角规）和林分平均高，推算每公顷蓄积 (3)、比较目测法：将

23、待测的林分与某一已知林分比较，条件相当则用已知林分单位蓄积代替待测林分单位蓄积 (4)、直接目测平均每公顷蓄积,森林资源经营管理第0章 测树学基础,5、林分材积结构规律,材积结构 材积按径级分布序列与林分株数按直径分布序列类似，具有正态分布曲线特征。,森林资源经营管理第0章 测树学基础,白桦材积曲线,第五节 立地质量评价,一、立地和立地质量 二、立地质量评价方法分类 三、立地质量的直接评价方法 四、立地质量的间接评价方法,森林资源经营管理第0章 测树学基础,1、立地 林地环境和由该环境所决定的林地上的植被类型及质量 2、立地质量 某一立地上森林或其他植被类型的生产潜力，与树种有关,森林资源经营

24、管理第0章 测树学基础,一、立地和立地质量,1、直接评定法 （1）、根据蓄积量评定立地质量 1）根据固定标准地长期观测或历史记录资料评定 2）利用正常收获表的蓄积量预估值评定 （2）、根据林分高评定立地质量 2、间接评定法 根据构成立地质量的因子特征或相关植被的生长潜力评定立地质量 （1）用不同树种生长量之间的关系评定 （2）用多元立地指数评定 （3）用植被指示法评定,森林资源经营管理第0章 测树学基础,二、立地质量评价方法分类,1、根据蓄积量评定 （1）据固定标准地长期观测或历史记录资料评定 将同树种不同林分蓄积量换算到某一标准密度、年龄下的单位蓄积量、生长量，即可比较。 （2）利用正常收获

25、表的蓄积量预估值评定,森林资源经营管理第0章 测树学基础,三、直接评定方法,2、根据林分高评定立地质量 （1）地位级法 地位级：反映立地质量的高低的等级，即按相同年龄时的林分条件平均高的变动幅度划分的若干个等级，通常为5-7级 地位指数：立地上特定年龄林分优势木平均高，曲线如下：,森林资源经营管理第0章 测树学基础,三、直接评定方法（续）,三、直接评定方法（续）,地位指数示意图：,森林资源经营管理第0章 测树学基础,1、据上层木树种间关系评定 利用现有树种优势平均高之间的回归关系，利用用现有林分的地位指数，推算评定树种在同立地上具有的立地质量 Y树种2=a+bY树种1 2、多元立地指数法 SI

26、=f(x1,x2,xn,z1,z2,zm) 3、生境类型分类法 系列+生境类型+生境相，如落基山冷杉，兴安落叶松,森林资源经营管理第0章 测树学基础,四、间接评定方法,一、树木生长量测定 二、林分生长量测定 三、伐倒木材种划分及材种材积测定 四、林分材种出材量测定,森林资源经营管理第0章 测树学基础,第六节 生长量测定,1、树木年龄及生长量 2、树木生长量方程 3、平均生长量与连年生长量 4、树木生长率,森林资源经营管理第0章 测树学基础,一、树木生长量测定,树木年龄测定 年轮法、资料法、目测法 树木生长量的概念 一定间隔期内树木各种调查因子发生的变化称为生长量 树木生长量的分类 按调查因子分

27、：直径生长量、材积生长量 按时间分：总、定期、平均、定期平均连年生长量,森林资源经营管理第0章 测树学基础,1、树木年龄及生长量,2、树木生长方程,生长方程即某个树种、测树因子总生长量随年龄变化的生长规律的数学模型 树木生长经验方程 （1）峙奇式 （2）莱瓦科威克式 树木生长理论方程 （1）逻辑斯蒂方程 （2）理查兹方程 ,森林资源经营管理第0章 测树学基础,3、平均生长量与连年生长量,平均生长量 树木在某一时期内的平均生长速度 连年生长量 总生长过程曲线的一阶导数,森林资源经营管理第0章 测树学基础,4、树木的生长率,定义 计算公式 实际工作中，常用某一时间段的定期平均生长率代替连年生长率

28、由此产生不同的生长率计算公式：单利式、复利式、普雷斯勒式,森林资源经营管理第0章 测树学基础,1、林分生长量的种类 2、一次调查法确定林分蓄积量和生长量 3、固定标准地法,森林资源经营管理第0章 测树学基础,二、林分生长量测定,1、林分生长量的种类,森林资源经营管理第0章 测树学基础,1、林分生长量的种类（续）,森林资源经营管理第0章 测树学基础,总生长量：林分中全部林木在间隔期内生长的总材积 定期生长量：林分中的林木在一定时间间隔内生长的 材积 总平均生长量：林分中全部林木在间隔期内年均生长 的材积 定期平均生长量：林分中的林木在一定时间间隔内平均 生长的材积 连年生长量：在某一年间的生长量

29、，是单株树木的胸径、 树高或材积等在某一年间的生长量,1、林分生长量的种类（续）,森林资源经营管理第0章 测树学基础,毛生长量：林分中全部林木在间隔期内生长的总蓄积 纯（净）生长量：间隔期内毛生长量减去枯损量 净增量：间隔期期末与期初调查蓄积之差 进界生长量：期初未达到起测径阶的幼树，在期末调查 进入起测径阶的这一部分蓄积量 采伐量：间隔期内采伐的蓄积量 枯损量：间隔期内枯死、枯倒的林木蓄积 未测生长量：间隔期内采伐、枯损林木的生长量,材积差法 先求胸径生长量，在用材积差法计算材积生长量 一元材积指数法 测定胸径生长率，通过一元幂指数材积式转换为材积生长率式，再由标准地每木检尺求材积生长量 林

30、分表法 ,森林资源经营管理第0章 测树学基础,2、一次调查法确定蓄积量和生长量,样木不编号的固定标准地 以整体为重复观察对象，推算总体生长量 样木编号的固定标准地 样木编号复位，可计算单株生长量、未测生长量、进界生长量,森林资源经营管理第0章 测树学基础,3、固定标准地法,1 、基本测树因子有哪些？ 2 、什么是形数和形率？写出公式 3 、伐倒木近似求积式主要有哪几种？写出公式 4 、什么是样地、标准地？ 5 、随机抽样总体估计特征值有哪些？写出公式 6、林分蓄积测定有哪几种方法？ 7、什么是立地？用林分高直接评定立地质量有哪两种方法？ 8、生长率有哪三种？分别写出其公式。,思考题,1 、什么是形数和形率？写出公式 2 、伐倒木近似求积式主要有哪几种？写出公式 3 、什么是样地？ 4、什么是标准地？ 5、随机抽样总体估计特征值有哪些？写出公式 6、林分蓄积测定有哪几种方法？ 7、什么是立地？用林分高直接评定立地质量有哪两种方法？ 8、生长率有哪三种？分别写出其公式。,练习题,参考文献 1. 孟宪宇.测树学. 中国林业出版社. 2001,