利用中心抽样方法对森林的林分四项测树指标估测的初步研究

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  摘要:森林资源二类调查工作中,通常采取角规测树方法估算林分指标。笔者推荐中心抽样方法估算林分指标,该方法理论基础是概率论原理,概型趋近于正态分布律。笔者对两种估算方式通过对比实验分析得出,中心抽样方法误差值较小,同时能够缩短工期,提高工作效率,节省大量人力、物力和財力,该方法可以应用于森林资源二类调查工作中。仅供同仁参考。
  关键词:中心抽样;林分指标;估测
  在森林资源二类调查工作中,保证和提高森林的林分主要测树指标,即林分平均胸径、平均树高、平均密度、平均每公顷蓄积量这四项指标,是特别重要的。在以往的森林资源二类调查工作中,一直沿用角规测树方法,来对森林的林分各项测树指标进行估测,由于角规测树方法,用工量太多,耗资巨大,其外业调查劳动强度很大,内业计算也很繁琐,况且测树指标的估测精度不理想,笔者建议应改用新的科学的中心抽样方法。把这一方法应用到森林资源二类调查工作中去,既能保证了森林的各项林分测树指标的估测精度,又可大大地提高工作效率,节省大量的劳务资金费用。
  一、中心抽样方法的理论基础
  根据概率论原理,当被测总体的各个单元数量很大时,其分布概型则趋近于正态分布律,也就是说基本符合正态分布律在对符合正态分布律的总体,采取中心抽样方法,即在概知总体平均数的左右,随机抽取少量样本单元,作为抽样样本,其样本平均值就是总体平均值的数学期望,并且估测数据误差,在总体平均值一倍标准误差之内,这就是中心抽样方法的理论基础。
  众所周知,森林中的某个小班,其内林木株数很多,在林径级、树高级分布上,是遵从正态分布的,在材积分级分布上,是接近于正态分布的,因而被视为符合正态分布律的总体是可信的。在林分小班内,只要通过认真调查观测,平均样木是易于被发现并被选定的,平均样本的胸径、树高值,利用二元立木材积公式计算出的单株立木材积,据中心抽样方法的原理,其胸径、树高、单株立木本材积,正是对林分平均胸径、平均树高,平均单株立本材积的无偏信计,其估测误差,从理论上来讲,当然在总体平均值的一倍标准误差之内。林木平均株间距的量测,同理也是对林分平均株间距的无偏估计,据林分密度公式求得林分密度,也正是对林分平均密度的无偏估计。样木单株立木材积与林分密度的乘积,即林木每公顷蓄积量,它正是对林分每公蓄积量的无偏估计,估测误差自然在总体平均值的一倍标准误差之内。这就是把中心抽样方法,应用到森林资源二类调查工作中,对各测树指标进行无偏估测的理论基础。
  为使于应用,把所确定的每个样本单元作为一个样点,每个样点分别量测5株平均样木的胸径,量测其中3株样木的树高。分别量测5次有代表性的树木之间水平距,为确保各项测树指标,特别是四项主要测树指标的估测精度,照数理统计关于中心抽样确定样本数量的原理,对林分面积较大的小班适当增加一些样点,详见下表1。
  二、中心抽样调查方法
  根据林分面积,按照样点数量,把各样点较均匀地分布在小班内,并保面每个样点都必有代表性,即能客观、真实地反映林分各项测树指标的实际情况。
  1、林分平均胸径
  通过踏查目测,在某一样点上选取首株样木,在其径阶值的左右再各选两体样本,分别用卡尺成围尺实测它们的胸径,5样本的平均值,即为该点的径值,各样点的平均胸径值即为林分平均胸径,实测及平均值均精确到0.1厘米。
  2、林分平均树高
  用测高器实测首株样木的树高,再在首株样木胸径值的左各一株样木,即在5株样木之内选取3株样木,用测高器实测它们的树高,3株样本平均值,即为该点的树高值,各样点的平均树高值,即为林分平均树高,实测及平均值均精确到0.1米。
  3、林分平均密度
  在某一样点上,通过目测选取有代表性的位置,以某株树为中心,分别量测其周国相邻的5株林木之间的水平距离,5段平均株间距即为该点株间距,各样点的平均株间距,即为林分株间距,实测及平均值均精确到0.01m。通过计算,密度均精确到株。
  三、中心抽样与角规测树两种调查方法的比较与分析
  1、两种调查方法估测值的比较
  由所采用的调查方法不同,对森林的林分四项测树指标
  的调查结果就会出现差异,现以长方形(1000平方米)样地全部每木检尺的数据为基准,分别对两种调查方法的测值进行对比,详见下表2。
  通过对比可以看出,利用中心抽样调查方法,四项测树指标的调查估测数据,与方形样地的基准数据相对误差较小,而角规测树方法的调查估测数据,与方形样地的基准数据相对误差则校大。
  2、角规调查估测数据相对误差较大的原因
  角规调查方法,是森林资源二类调查一直沿用的调查方法,历时已达百年之久,其功不可没。但外业调查劳动强度大,内业计算也很繁琐,调查数据的估测精度不甚理想,是众所周知的。据笔者调查研究所知,其主要原因是,林分密度不能真实反映林木实际分布规律,不仅使林分平均胸径与林分实际情况不符,继而使各径级(小径和大径级)林木每公顷株数与林分实际情况不符,因而导致每公顷森林蓄积量估测数据相对误差较大。
  3、中心抽样调查方法的技术要求
  在对林分进行踏查时,要充分注意林分平均胸径与林木加权平均胸径两者之间的关系,即前者是后者的1.03-1.05倍,在对确定的平均胸径样木并进行检尺时,调查允许误差为±0.5cm,平均树高调查允许误差为±0.5m,林木株间距调查允许误差为±0.2m。林分平均胸径、平均树高、林木株间距的调查允许误差,是指与林分实际情况对比而言的。在允许误差范围内对森林资源进行调查,不但能大大减轻外业调查劳动强度,而且也确保并提高了森林资源调查精度。
  4、两种调查方法用工量对比
  在外业调查方面,角规调查方法每个角规点用工量为10-30分钟,平均用工量为15分钟,中心抽样调查方法每个样点用工量为5分钟,仅为前者的1/3。在内业计算方面,角规调查方法每个小班平均用工量(查表手工计算)为10分钟,中心抽样调查方法每个小班(用程序型计算器或电脑)平均用工量为2分钟,仅为前者的1/5。尽管中心抽样的样点比角规调查样点稍多一些,但对有蓄积林分调查总用工量可节省1/3-1/2。因而可节省森林资源二类调查资金1/3-1/2。对于森林资源较多的县(市、区)开展二类调查,一般需要数月、半年乃至一年时间,需要调查资金几十万甚至百万元,占用大量人力、物力和財力,如果利用中心抽样的调查方法,来进行森林资源二类调查,能大大缩短调查工期、节省大量人力、物力和财力,从而使森林资源调查数据真实可信可用,为指导今后的森林经营、以及制定林业发展规划定了坚实的基础。
  由于笔者的工作时间及业务水平有限,仅做少量的对比试验,不可能充分说明角规调查方法存在不尽科学之处,以及中心抽样调查方法在理论与应用上的详尽论证。供林业工作同行参考,如有不当之处,敬请提出宝贵意见,以期加以完善。
  參考文献:
  [1] 马德民,王勇.优化林分空间结构的森林经营方法探讨[J].基层建设,2015(14):102.
  (作者单位:抚顺县自然资源事务服务中心)
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