第七章树木生长量测定.docx

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第七章树木生长量测定

第七章树木生长量测定

⏹测树学中研究的生长主要有两大类：

树木生长

林分生长。

⏹影响树木生长量的因素有两大类：

自身遗传因素

外界环境条件

第一节树木年龄的测定

——树木年轮（treeannualring）的形成和变异

⏹年轮的形成

⏹由于树木形成层受外界季节变化产生周期性生长的结果。

⏹早材（春材）：

细胞体积大，数量多，细胞壁较薄，材质疏松，颜色较浅，占年轮宽度的主要部分。

晚材（秋材）：

细胞体积小，数量少，细胞壁较厚，材质紧密，颜色较深。

⏹年轮是树干横断面上由早材和晚材构成的同心环带。

同一年的春材和秋材合称为年轮。

第一年的秋材和第二年的春材之间，界限分明，成为年轮线，表明材木每年生长交替的转折点。

第一节树木年龄的测定

——树木年轮（treeannualring）的形成和变异

⏹年轮的变异

⏹由于受外界环境或条件的制约，使年轮环带产生不完整的现象，称为年轮变异。

⏹伪年轮或多层轮：

（在一个生长季节内形成层活动出现几次盛衰起伏而产生两个或多个轮印）

⏹宽度小；闭合环不完整，有重合，外侧轮廓不明显

⏹断轮（由于树木一侧的形成层处于休眠状态或死亡、或其它原因使得树干横截面上某一小段的年轮环突然中断）

第一节树木年龄的测定

——树木年轮（treeannualring）的形成和变异

⏹年轮消失（在树干基部，某些年份的年轮肉眼完全分辩不出来，称为年轮消失）。

原因有：

⏹树木基部形成层没有完全分化，根本没有形成年轮。

（本来就没有）

⏹只分化出相当于晚材的那部分年轮（有，但不易分辩）

⏹年轮界限模糊不清

⏹热带地区常见，早材和晚材的密度、颜色差异不大

⏹年代久远的古树，木质已经或接近炭化，木材颜色加深，年轮不易分辩清楚

第一节树木年龄的测定

——确定树木年龄的方法

⏹查阅造林技术档案或访问

⏹查数轮生枝法

⏹有些树种一般每年在树的顶端生长一轮侧枝（轮生枝），可以直接查数轮生枝的环数及轮生枝脱落后留下的痕迹来确定年龄。

⏹适用于有轮生枝的幼树。

第一节树木年龄的测定

——确定树木年龄的方法

⏹生长锥（incrementborer）测定法

⏹使用方法：

先将锥筒装置于锥柄上的方孔内，用右手握柄的中间，用左手扶住锥筒以防摇晃，垂直于树干，将锥筒先端钻入树木适当部位（测年龄最好在树基部），而后用力按顺时针方向旋转，到达髓心后，插入探杆（针）卡紧样芯，倒转1-2转，拔出探杆（针），样芯则夹于探杆（针）中，然后退出生长锥。

第一节树木年龄的测定

——确定树木年龄的方法

⏹年轮法

⏹年轮识别困难时，可将树干锯下一圆盘刨平或浸湿后用放大镜观察；必要时用化学染色剂，利用早晚材着色浓度不同以使年轮容易辨认。

⏹查数年轮时，应由髓心向外，多方计数，或由上、下两圆盘的年轮互相检查。

为何能够利用树木年轮研究气候变化

⏹用树木年轮诉说过去地球上发生的气候变化等被称为树木年轮学。

它是通过研究树木（特别是古树）的年轮序列变化，分析影响年轮生长的气候及其它生态因子的逐年变化特征，进而探讨气候系统及生态过程的内在机制。

年轮分析动态

⏹在环境科学方面，年轮可以帮助人们了解污染的历史。

德国科学家用光谱法对费兰肯等3个地区的树木年轮进行研究，掌握了近120～160年间这些地区铅、锌、锰等金属元素的污染情况，经过对不同时代的污染程度的对比，找到了环境污染的主要原因。

年轮分析动态

⏹在医学上，年轮对探讨地方病的成因有一定的作用。

如在黑龙江和山东省一些克山病发病地区，发病率高的年份的树木年轮中的铂含量低于正常年份。

这与目前地球化学病因的研究结果非常一致。

年轮分析动态

⏹美国又将年轮引入地震的研究中。

他们认为，地震造成地面移动倾斜后，年轮上留下了树干力图保证笔直生长所做出努力的痕迹；又如根系横越断层或位于断裂附近，由于生长受到阻碍，该年形成的年轮就比较小。

依此可以了解到当时地震的时间和强度，并能揭示地震史及周期，从而可以开展地震的预测预报。

年轮分析动态

⏹历史学上，常用年轮推算某些历史事件发生的具体年代。

如在浩瀚的大海里，有历代沉没的大小船只，根据木船的花纹（年轮）可确定造船的树种；根据材质腐蚀状况确定沉船遇难的时代，及与该时代有关的某些历史事件。

年轮分析动态

树木年轮分析仪：

广泛应用于年轮分析，树木年代学，年轮气候学，森林研究和地形学等领域。

TSAP树木年轮分析软件

第二节树木生长量的概念和种类

——概念

⏹生长量（increment）：

一定间隔期内树木各种调查因子所发生的变化称为生长（growth），变化的量记为生长量。

⏹生长量是时间的函数，通常以年为时间单位。

第二节树木生长量

——树木生长量的分类

⏹总生长量（totalincrement）

⏹定期生长量（periodicincrement）

⏹总平均生长量（meanannualincrement）

⏹定期平均生长量（periodicannualincrement）

⏹连年生长量（currentannualincrement）

二、生长量的种类

1、总生长量

　　　树木从种植开始，直至调查时（t），整个期间的累积生长量。

它是t的函数，记为

2、定期生长量

　　　树木在一定间隔期[t-n，t]内的生长量，记为。

3、连年生长量

树木在单位时间的生长速度，即树木在一年间的生长量，记为。

第二节树木生长量

——树木生长量的分类

⏹问题：

一株云南松，20年时材积为0.1立方米，30年时为0.2立方米。

问：

可以求出哪些种类的树木生长量？

如何求？

第三节树木生长方程

树木总生长量yt关于t的函数称为生长方程。

这样的生长方程因单株树木而异。

其原因是影响树木生长的因子太多。

通常生长方程研究的是树木的平均生长曲线。

即在均值意义上的生长方程。

第三节树木生长方程

——树木生长方程的基本概念

⏹树木生长的三个基本过程：

细胞分裂、细胞延长和细胞分化。

⏹生长曲线（growthcurve）：

“S”曲线

⏹生长方程（growthequation）：

指某树种（组）、测树因子总生长量随年龄变化的生长规律的数学模型。

是用来描述树木某调查因子变化规律的。

第三节树木生长方程

——树木生长方程的性质

⏹树木生长方程的特点

⏹

（1）当t=0时y（t）=0。

树木生长方程应满足的初始条件。

⏹

（2）y（t）存在一条渐近线y=m，m是该树木生长极大值。

⏹（3）树木生长是不可逆的，使得y（t）是关于t的单调非减函数。

第三节树木生长方程

——树木生长经验方程

⏹生长方程分为经验和理论两类

⏹一个理想的方程应满足通用性强、准确度高等条件，且最好能给出生物学解释。

⏹没有根据生物学特性的某些假定条件推出的模型称为经验方程。

第三节树木生长方程

——树木生长理论方程

⏹生长理论方程：

根据生物学特性作出某种假设，建立y-t的微分方程，根据初始条件或边界条件求出特解，这类生长方程称为理论生长方程。

特点：

逻辑性强，适用性光，参数可作出生物学解释

第三节树木生长方程

——树木生长理论方程

⏹逻辑斯蒂（Logistic）由比利时数学家P.F.Verhulst（1838）首先开发。

其方程为：

式中，k、A、r为方程参数。

它是常微方程

的特解（）

第三节树木生长方程

——树木生长理论方程

⏹性质：

⏹

（1）逻辑斯蒂曲线有两条渐近线y=A和y=0，其中，A是上限值。

⏹

（2）y是关于t的单调递增函数。

⏹（3）逻辑斯蒂曲线存在一个拐点，其纵坐标在处，此时达到最大值，也就是说，当y是上限值的一半时，其增长率最大。

由此也可见逻辑斯蒂曲线是典型的“S”型生长曲线。

第三节树木生长方程

——树木生长理论方程

⏹单分子曲线（又称Mitscherlich曲线）方程为

式中A、c为方程参数。

该方程是微分方程

在除条件下的特解。

性质：

⏹

（1）单分子曲线有一条渐近线y＝A，A是生长的极限值。

⏹

（2）y是关于t的单调递增函数

⏹（3）单分子曲线不存在拐点，所以它的曲线形状类似于“肩形”，是一种近似的“S”形。

因此，单分子曲线适用于一开始生长就较快的生长过程拟合。

第三节树木生长方程

——树木生长理论方程

⏹理查德（Richards）生长曲线为：

式中，A，r，c为方程参数。

⏹理查德方程是近代应用最为广泛、适应性较强的一类生长曲线方程，逻辑斯蒂方程和单分子方程是理查德方程的特例。

常可用作树木的直径，树高及一般生物种群数量的生长曲线的拟合。

一般拟合效果较好。

性质

理查德方程的生物学假设：

树木生长满足

⏹式中a为树木同化系数，b为树木异化系数

m为树木同化作用的幂指数

第四节平均生长量和连年生长量的关系

⏹平均生长量的概念

⏹平均生长量是说明树木在某一时期的平均生长速度，即总平均生长量是树木年龄t的函数:

主要用途

⏹可根据同一生长期平均生长量的大小来比较不同树种在同一条件下生长的快慢或同一树种在不同条件下生长的快慢。

⏹材积平均生长量是说明平均每年材积生长数量的指标。

在树木或林分整个生长过程中，平均生长量最高的那一年在林业上叫做数量成数龄，它是确定合理采伐年龄的依据之一。

第四节平均生长量和连年生长量的关系

⏹连年生长量的概念

⏹连年生长量说明树木某一年的实际生长速度，即连年生长量是树木年龄t的函数，其方程为：

⏹取一阶导数，得连年生长量依年龄变化的方程。

⏹取二阶导数，得连年生长量的变化速度。

⏹取三阶导数并令其等于0，可得连年生长量变化速度的极值。

第四节平均生长量和连年生长量的关系

⏹两者关系

⏹在幼龄阶段，连年生长量与总平均生长量都随年龄的增加而增加，但连年生长量的增长速度较快，其值大于平均生长量。

⏹连年生长量达到最高峰的时间比总平均生长量早。

⏹平均生长量达到最高峰时，连年生长量与总平均生长量相等。

对材积来说，两曲线相交时的树龄即为数量成数龄。

⏹在总平均生长量达到最高峰以后，连年生长量永远小于平均生长量。

第五节树木生长率

⏹生长率的定义

⏹生长率是某调查引子的连年生长量与其原有总量的百分比，它是说明树木相对生长速度。

⏹用于对同一树种在不同立地条件下或不同树种在相同立地条件下生长速度的比较及未来生长量的预估等等。

比用绝对值的效果要好。

第五节树木生长率

⏹生长率的计算公式

⏹复利公式

⏹单利公式

⏹普雷斯勒公式（最常用）

第五节树木生长率

⏹三种生长率之间的关系

⏹单利式与复利式的关系

⏹复利式的生长率小于单利式，且差异随间隔期年数的增加而加大。

⏹普雷斯勒式与复利式的关系

⏹普雷斯勒式的生长率小于复利式的生长率

⏹单利式的生长率大于复利式大于普雷斯勒式

P单>P复>P普

二、断面积、树高、材积生长率与胸径生长率之间的关系

1　断面积生长率Pg与PD的关系

第五节树木生长率

⏹各调查因子生长率之间的关系

⏹断面积生长率等于胸径生长率的两倍

⏹树高生长率近似地等于胸径生长率的K倍

⏹K≈0时，树高趋于停止生长

⏹K＝1时，树高生长等于胸径生长

⏹K>1时，树高生长旺盛

⏹树高的平均K值，大致变化在0~2

第五节树木生长率

⏹各调查因子生长率之间的关系

⏹材积生长率近似等于

⏹适用于年龄较大和调查间隔期较短时确定材积生长率。

⏹立木各调查因子的生长率，特别是材积生长率很难直接测定，通常是根据（胸径及树高）生长率间接推出。

第六节树木生长量的测定

⏹伐倒木生长量的测定

⏹直径生长量的测定

⏹树高生长量的测定

⏹材积生长量的测定

伐倒木生长量测定

三、材积生长量的测定

采用区分求积法。

用生长锥量测各区分段测点的现在去皮直径及n年间的定期生长量。

　D现在—n年间的定期生长量=n年前的去皮D

同理　

　H现在—n年间的定期生长量=n年前的树高

　分别用区分求积法求现在的和n年前的材积，差值即定期生长量。

三、施耐德材积生产率公式（不作要求）

1853年施耐德发表了著名的材积生长率公式

式中n—胸高处外侧1cm半径上的年轮数

d—现在的去皮胸径

k—生长系数，生长缓慢时为400，中庸时为600、旺盛时800。

证明：

　　施耐德公式中的n，是胸高外侧1cm的年轮数，则一个年轮的宽度为1/n　cm，它等于胸高半径的年生长量，因此，直径最近一年间的生长量。

按生长率的定义

则

在生长缓慢k=0Pv=400/nd

生长中庸k=1Pv=600/nd

生长旺盛k=2Pv=800/nd

第六节树木生长量的测定

⏹立木材积生长量的测定

⏹用施耐德公式确定立木材积生长率的步骤：

第七节树干解析

⏹树干解析：

将树干截成若干段，在每个横断面上可以根据年轮的宽度确定各年龄（或龄阶）的直径生长量。

在纵断面上，根据断面高度以及相邻两个断面上的年轮数之差可以确定各年龄的树高生长量，从而可以进一步算出各龄阶的材积和形数等。

这种分析树木生长过程的方法称为树干解析（stemanalysis）。

作为分析对象的树木称为解析木。

第七节树干解析

⏹外业

⏹解析木的选取与生长环境记载

⏹研究目的不同，选取解析木的要求各异，如要探讨病虫害对林木生长的影响，则可能要取受害木和正常木两株进行解析作对比分析；如要分析林木的平均生长状况，则要选取平均标准木做树干解析。

⏹调查立地条件，林分状况；伐倒前先确定根颈位置，划出南北方向线；实测胸径和树高，观测和记载解析木之领近木状况；量出冠幅大小，画出解析木树冠投影图；

外业

⏹解析木的采伐

⏹清理解析木周围的杂草灌木；然后从根颈处伐倒。

如解析木为平均标准木则一般要求解析木的胸径、树高、与林分平均直径，平均树高相差不得超过10%和5%；而且伐倒时要注意保护好梢头和安全伐木，若梢头折断应立即找回。

⏹解析木的野外测定

⏹伐倒后，将南北方向线延长至树梢，用皮尺测出树干全长，活枝下高、死枝下高，树冠长，用钢卷尺测定根颈处、1/4处、1/2处、3/4处和1.3处的直径

外业

⏹解析木的区分与园盘截取

⏹采用等长区分方法区分。

一般10米以下按1米1个区分段，10米以上则第一段长取2.6米，以后按2米等长区分，无论是1米区分还是2米区分，最后不足一个区分段的树梢作梢头。

⏹举例7.4米的树和13.4米的树

⏹截取园盘时尽量与树干垂直，厚度依树干大小而定，一般2~5cm，园盘向地一面为工作面，应落在各区分段的中央位置处，锯下园盘后，在工作面上标明南北方向线。

在园盘的上一面以分数形式进行注记，编号顺序从根颈园盘依次往上为0号，1号，2号……

⏹根颈园盘、胸高园盘、梢底园盘必取。

内业

⏹1、划分龄阶，清数年轮

⏹刨光园盘工作面

⏹首先数出0号园盘的年轮数即为树木的现实年龄，根据树木年龄划分龄阶。

一般10年一下按1年1个龄阶，10~30年按2年一个龄阶，30年以上则按5年1个龄阶。

龄阶确定后，将所有园盘通过髓心画东西南北两条直径线，数出各个断面高园盘的年轮数，记录于直径测定表中。

然后确定各龄阶在各个园盘上的位置，并用大头针标记。

在确定龄阶位置时0号园盘由内向外，其他园盘由外向内，以确保同一龄阶在各个园盘上的位置一致。

因为一般来说0号园盘上的年轮就是树木的年龄，自1号以上的园盘的年轮数逐渐减少，靠髓心的那个年轮基本上都不是同年生，而最外一个年轮无论哪一个园盘都说是当年生。

内业

⏹划分龄阶，清数年轮

⏹举例说明。

⏹把各个园盘的编号，断面高，年轮数均填入直径测定表中，检查是否有小圆盘的年轮数大于大园盘年轮数的现象，如有则应立即在次查看就正。

最后用0号园盘的年轮数减去各个断面高园盘的年轮数，就得到树木生长到各个断面高处所需的年龄。

内业

⏹2、各园盘上龄阶直径的量测

⏹从0号园盘开始由大到小量出各个龄阶的直径，同一园盘上同一龄阶的直径先测南北后测东西，最外一个龄阶的直径有带皮和去皮直径之分。

边测边记录。

每一个园盘上每一个龄阶的直径应记载在相应园盘号的相应龄阶处，一般来说同一龄阶上一个园盘的直径应小于下一个园盘的直径，如出现不合理现象，应进一步检查纠正。

然后算出各龄阶东西，南北直径平均值。

内业

⏹3、树高曲线的绘制和各龄阶树高、梢头的求算

⏹以达各断面高的年龄作横坐标，以断面高作纵坐标一一对应作图，描绘出树高曲线。

但这种树高曲线与实际生长曲线相比系统偏大，由此树高曲线查出的各龄阶树高也将系统偏大。

为了克服这点，应把各园盘的年轮数与0号园盘的年轮数之差值加0.5年作为横坐标，以断面高作为纵坐标画出一条修正树高曲线，从此修正树高曲线上查出各龄阶的树高记载在直径测定记录表的树高横行中。

⏹根据所采用的区分方法，由各龄阶树高算出各龄阶梢头长。

如：

第4龄阶的树高为4.5米，减去第一区分段2.6米，余1.9米，不够2米作梢头。

内业

⏹4、纵断面图的绘制和梢头底直径的求算

⏹利用直径记录表中的数据绘制树干纵断面图。

以直径为横坐标，树高为纵坐标，用适当的比例尺（直径的比例尺一般可用1/5，树高的比例尺可用1/100），将各龄阶的树高和各龄阶在各个断面高园盘上的直径一一按比例描绘在坐标纸上，再将同一龄阶上、下园盘的直径用折线相连则成树干纵断面图。

要注意的是绘制纵断面图时纵坐标树高必须为树干中心轴，实际上横坐标就是各个龄阶直径的半径。

而且纵断面图往往平排绘制在树高曲线的右边，以便转绘各龄阶树高位置和查找梢底直径。

梢底直径在梢头长的下端，也就是最后一个区分段的小头直径，它可以从断面图上直接量出，一般来说每一龄阶都有一个梢底直径。

内业

⏹5、各龄阶材积的计算

⏹每一龄阶均作为一株树看待，其材积按区分求积方法计算。

各龄阶的材积均分为区分段材积和梢头材积。

⏹最大龄阶有带皮和去皮材积之分。

区分段材积，梢头材积，树干总积均填入相应龄阶的相应栏中。

内业

⏹6、生长过程总表的计算

⏹把直径生长过程记录表中各龄阶的胸径、树高、材积依小到大的龄阶顺序转抄到生长过程总表中，而后按公式计算各龄阶的胸径，树高，材积平均生长量，连年生长量和材积生长率与形数。

以材积为例：

设n为龄阶宽，则第a龄阶的各因子为：

内业

⏹7、各测数因子生长曲线图的绘制

⏹以横坐标表示年龄，以纵坐标表示测数因子用折线绘制出各测数因子随年龄而变化的生长曲线图，务必注意同一因子（如胸径）的平均生长量与连年生长量应绘制在同一坐标内，整个树干解析要绘制出9个曲线图。

分别是：

树高生长曲线图（H-年龄）；纵断面图（H-D）；直径生长曲线图（D-年龄）；材积生长曲线图（V-年龄）；直径平均生长量，连年生长量曲线图；树高平均生长量，连年生长量曲线图；材积平均生长量，连年生长量曲线图；材积生长率曲线图；形数变化曲线图（f-年龄）。

⏹根据这些图分析树木的生长过程，回答D，H，V的平均生长量，连年生长量出现的最高峰年龄，以及数量成数年龄等。

实习内容：

标准地调查和树干解析

⏹请大家复习标准地调查部分的内容。

⏹认真阅读理解树干解析的内容。

⏹每位同学务必在上山以前心中有数，知道自己要干什么，怎么干，不能稀里糊涂。

⏹实习课不是上山游玩，不是走马观花，是对所学东西实践性的总结。

任何同学务必端正态度，否则以不及格论处。

罗盘仪的使用

⏹1、基本操作

①仪器安平

将仪器稳固的装置在三脚架上，并使仪器的各可调部位均处中间状态，调整球臼机构使罗盘之圆水准汽泡居中。

②望远镜调节

首先旋转目镜视度圈，使眼睛清晰的看清分划板十字丝，转动仪器使望远镜粗瞄准器大致瞄准目标或标尺，再调节调焦轮，使之清晰的看清目标。

2、方位测量

安平仪器，放开磁针止动螺旋，望远镜十字丝竖丝瞄准目标，待磁针静止后，即可读取该目标方位。

3、角度测量

仪器安平后，调节望远镜通过分划板横丝瞄准被测目标后，可以在竖直度盘的角度尺上直接读取角度。

实习必知

⏹总体安排：

一天外业，一天半内业

⏹外业安排在玲珑山林；内业安排在学6206，按上课的作息时间进行内业工作。

⏹组长负责仪器设备的管理和小组成员的管理

⏹5月8日早上小组长7:

00到学七三楼准备实习装备；其他同学7:

20到学七楼下集合。

不得迟到，过时不候！

实习必知

⏹注意安全，安全第一！

实习第一！

⏹在山上不得用火，严禁吸烟！

⏹不得乱丢垃圾，保护林场环境，沿途也不能丢！

⏹山上杉木较密，坡度较大，松针较多。

请不要穿高跟鞋、凉鞋、裙子和暴露的衣服！

建议戴帽子，穿有袖衣服，皮鞋或运动鞋。

⏹5月8日午饭在山上吃，请自备干粮和水。

⏹食品建议：

依各人喜好而定。

如馒头、包子、饼干、咸菜、火腿肠、巧克力、面包、水果等（不要带稀饭，方便面等）。

保证每人一瓶水。

举例：

两个馒头（0.6元），一根50g的火腿肠（0.5元），一个苹果（约0.8元），一瓶水森活矿泉水（1元），合计2.8元。

⏹实习地点没有自来水和厕所。

⏹请不要带与实习无关的东西，如mp3,小说之类。

⏹标准地调查所需工具：

罗盘仪、花杆、钢卷尺、皮尺、测高器、坐标纸、三角板、粉笔、调查用表、计算器

⏹树干解析所需工具：

大头针、坐标纸、解析木、测定记录表、锯子、刀、锄头、粉笔、皮尺、钢卷尺等

⏹超声波树木测高测距仪：

专为测量树木的高度和距离设计，在单棵树上可测量记录6个高度。

可用该仪器围绕反射器转动360度从而精确划定需要选定的测量区域。

⏹激光/超声波树木测高测距仪：

为了适应森林和田野里测量的特殊要求，该仪器在设计上考虑到了对粗糙、倾斜物体的测量。

具有操作简便、使用灵活的特点，可以非常精确的测量距离、水平距离、角度和高度。

根据实际的使用情况，您可以选择使用激光或者超声波两种测量方式。

如果视线非常开阔，能够直接瞄准到目标，就可以使用激光模式进行测距。

如果植被茂密的话就需要选用超声波模式进行测量。