第3章 林分结构
第三章 林分结构
第一节 林分直径结构
为了研究复层异龄混交林分的直径结构规律，前苏联特烈其亚
科夫（Tpetb.B.B.，1927）提出了“森林分子”学说，主张把复杂
林分划分成若干个森林分子进行调查，研究森林分子的结构规律。 森林分子是指“在同一立地条件下生长发育起来的同一树种同一年
龄世代和同一起源的林木”。若某林分有两个树种，每个树种都分
第一节 林分直径结构
2.直径变动幅度
林分中各株林木胸径（di）与林分平均胸径（Dg）
的比值，称作相对直径（Ri），即
Ri ＝di ／Dg (4--1)
这样，林分平均直径（Dg）的Ｒ＝1.0，而林分内
最粗林木的相对直径Ｒmax=1.7～1.8倍，最细林木的相
对Ｒmin=0.4～0.5倍。
第一节 林分直径结构
第三章 林分结构
不论是人工林还是天然林，在未遭受到严重地干扰（如自然因
素的破坏及人工采伐等）的情况下，林分内部许多特征因子，如
直径、树高、形数、材积、树冠以及复层异龄混交林中的林层、 年龄和树种组成等，都具有一定的分布状态，而且表现出较为稳 定的结构规律性，在测树学中称它为林分结构规律（ law of stand structure）。因此，林分结构内涵着这些反映林分特 征因子的变化规律，以及这些因子之间的相关规律。探讨这些规 律，对森林经营技术、编制经营数表及林分调查都有着重要意义。
即林分中最粗林木直径一般为平均直径的1.7～1.8倍，最细
林木直径为平均直径的0.4～0.5倍。当然，林分直径变动幅度与林 龄有关，一般幼龄林的直径变幅大些，而成过熟林的直径变幅略小 些。根据这一特征，在同龄林调查中，可目测选定林分内最小或最 大树木，然后可依据最小或最大胸径实测值，分别与林分平均直径 （Dg）的关系估测林分平均直径（Dg）；另外，也可依据目测林 分平均直径（Dg），利用0.45 Dg（或1.75 Dg），确定林分 内最小（或最大）直径值，进而确定林分调查起测径阶及相应的径 阶距。
第三章林分调查与林分结构
林分年龄的确定
• 对于绝对同龄林分，林分中任何一株林木的年龄就是该 林分年龄；
• 对于相对同龄林或异龄林，通常以林木的平均年龄表示 林分年龄。可采用算术平均年龄和加权平均年龄。
• 混交异龄林，以主要树种或目的树种的年龄为主
• 对于复层混交林，通常按林层分别树种记载年龄，而以 各层优势树种的年龄作为林层的年龄。
• 调查方法：查考资料、现地调查、访问
（二）林层 （或林相）（storey）
——林分中乔木树种的树冠所形成的树冠层次 • 单层林(single-storied stand) ：明显地只有一个林
层的林分 • 复层林(multi- storied stand) ：具有两个或两个以
上明显林层的林分 • 在复层林中，蓄积量最大、经济价值最高的林层称
b. 幼树、灌木、活地被物及生物多样性调查 ：采用样方调 查法。
c. 土壤调查 ：在标准地内通过土壤剖面调查土壤。 d. 森林健康:对林分的灾害情况（火灾、病虫害）、树冠脱
叶、树叶颜色等森林健康因子进行调查。
2、内业
—各项林分调查因子计算
包括：林分平均直径、平均高、年龄、树种组成、 地位级（立地指数）、疏密度（郁闭度）、株数 密度、胸高断面积、蓄积量、材种出材量及出材 级等。
（1）每木检尺（ tally，每木调查） a. 确定径阶大小：一般为2cm； b. 确定起测径阶：一般为6径阶，即5.0cm为起测胸径； c. 分树种、林层、用材树、半用材树、薪材树等调查记录。 （2）测树高 a. 按株数径阶分布分配实测15~25株树的高与胸径；绘树高曲线或建立D— H方程； b. 测3株优势木高。 （3）测定郁闭度：“一步一抬头” （3）测定年龄：生长锥或伐倒标准木等方法。 （5）林分环境因子调查：幼树、下木、地被物、土壤、海拔、地形、坡 位、坡向、坡度等。
第三章 林分结构
第三章林分结构一、名词解释1.林分结构2.林分直径结构3.相对直径4.森林分子5.林分树高结构6.树高曲线方程7.林分结构规律8.树高表9.相对树高10.形高二、填空1.经过对各种树种不同条件的林分分析结果表明，不论树种、年龄、密度和立地条件如何，其林分平均直径在株数累积分布曲线上的位置大致在%～%，一般近于%处。
2.在同龄纯林中林木株数按树高分布具有棉线的结构及变化规律，一般呈现出。
3.林分直径结构是测定、研究、、以及这些因子生长的一个依据。
4.直径正态分布曲线的形状随着林分年龄的增加而变化，即幼龄林平均直径较小，直径正态分布曲线的偏度为；其峰度为；这种直径分布属于截尾正态分布。
5.林分平均直径的相对直径R= ，而林分内最粗林木的相对直径R max= , 而林分内最细林木的相对直径R min= 。
6.异龄林分中较常见的情况是最小径阶的树木株数，随着直径的增大，林木株数开始时，达到一定直径后，株数减少幅度＿，而呈现为＿曲线。
7.林分树高结构规律的特征是，相对树高R h=1时，相应的株数累积%近似于%，林分中的R max= ,R min= ，与直径相比，树高变幅较。
8.胸高形数和形率不仅是反映＿的重要干形指标，也是计算＿及的重要因子。
9.同龄纯林中的林木形率变动幅度一般为。
10.树木的形数和形率依胸径、树高的增加而。
三、简答1.简述同龄纯林的直径结构规律的特征和主要作用。
2.如何描述同龄纯林的直径结果？3.简述异龄混交林分的典型直径分布规律。
4.简述同龄纯林直径分布的拟合方法。
5.简述树木高与胸径的关系。
6.简述胸高形数和形率的结构。
7.简述胸高形数和形率随直径、树高的变化规律。
8.简述林分材积的变化规律。
9.简述林分内树干材积与断面积的关系。
10.简述研究林分结构的意义。
11.简述实验形数的特点及结构规律。
12.研究林木材积与直径关系有何意义？。
林分的特征结构
林分是指内部特征相同，与其周围有明显区别的一片具体的森林地段。
任何一个林区，都是由一个个林分组成的。
森林是一个较抽象的概念，林分是一个具体的森林地段，区别林分之间的差异，是通过下列内部特征来实现的。
一、林相林相：林分中乔木树种的树冠所形成的层次状况，也称林层。
（1）单层林：只有一个林冠层的林分，如一般的人工纯林；（2）复层林：有2个或2个以上林冠层的林分，如天然林和某些人工纯林；（3）连层林：林冠层次不清，上下连接构成垂直郁闭的林分，如热带雨林；（4）在复层林中，蓄积量最大，经济价值最高的林层称为主林层，其余林层称为副林层。
二、林龄及其结构林龄通常是指林分的平均年龄。
对于组成林层的各树种，分别求其平均年龄，但一般情况下是以优势树种的平均年龄阶段代表林分的年龄。
表示林分的年龄通常用龄级，龄级是根据不同的年龄阶段划分的年龄等级。
不同树种，龄级的长短不同，龄级的产地主要是根据树种的生长速度和寿命确定的。
生长慢。
寿命长的树种，如云杉、红松、楠木等20年为一个龄级；生长速度中等的树种，如马尾松、油松等10年为一个龄级；生长迅速的树种，如杉木等5年为一个龄级；生长很迅速的树种，如泡桐、桉树等2~3年为一个龄级；毛竹一般1~2年为一个龄级。
龄级自幼林起，用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ……等表示。
林分年龄不同，林木的生物学、生态学特性不同，通常也可用下列等级表示林分年龄：幼龄林，干材林，中龄林，近熟林，过熟林。
林分中林木的年龄结构状况也是林分的重要性质特征。
林分内林木之间的年龄相同或者彼此之间的差异不超过一个龄级，称为同龄林；同龄林多为人工林，异龄林多为天然林。
三、密度、郁闭度和疏密度（1）密度：是单位面积上的株数，用株/h㎡表示；（2）郁闭度：是林冠投影面积与林地面积之比，用0~1.0表示，郁闭度反映林冠的闭合程度，在较大程度上决定林分的外貌特征和生产力水平；（3）疏密度：是现实林分的胸高断面积与标准林分胸高断面积之比。
疏密度用0~1.0表示，标准林分的疏密度是现实林分生产力和经营水平高低的反映。
《林分结构与培育》PPT课件
第三章 林分结构
第三章林分结构一、名词解释1.林分结构2.林分直径结构3.相对直径4.森林分子5.林分树高结构6.树高曲线方程7.林分结构规律8.树高表9.相对树高10.形高二、填空1.经过对各种树种不同条件的林分分析结果表明，不论树种、年龄、密度和立地条件如何，其林分平均直径在株数累积分布曲线上的位置大致在%～%，一般近于%处。
2.在同龄纯林中林木株数按树高分布具有棉线的结构及变化规律，一般呈现出。
3.林分直径结构是测定、研究、、以及这些因子生长的一个依据。
4.直径正态分布曲线的形状随着林分年龄的增加而变化，即幼龄林平均直径较小，直径正态分布曲线的偏度为；其峰度为；这种直径分布属于截尾正态分布。
5.林分平均直径的相对直径R= ，而林分内最粗林木的相对直径R max= , 而林分内最细林木的相对直径R min= 。
6.异龄林分中较常见的情况是最小径阶的树木株数，随着直径的增大，林木株数开始时，达到一定直径后，株数减少幅度＿，而呈现为＿曲线。
7.林分树高结构规律的特征是，相对树高R h=1时，相应的株数累积%近似于%，林分中的R max= ,R min= ，与直径相比，树高变幅较。
8.胸高形数和形率不仅是反映＿的重要干形指标，也是计算＿及的重要因子。
9.同龄纯林中的林木形率变动幅度一般为。
10.树木的形数和形率依胸径、树高的增加而。
三、简答1.简述同龄纯林的直径结构规律的特征和主要作用。
2.如何描述同龄纯林的直径结果？3.简述异龄混交林分的典型直径分布规律。
4.简述同龄纯林直径分布的拟合方法。
5.简述树木高与胸径的关系。
6.简述胸高形数和形率的结构。
7.简述胸高形数和形率随直径、树高的变化规律。
8.简述林分材积的变化规律。
9.简述林分内树干材积与断面积的关系。
10.简述研究林分结构的意义。
11.简述实验形数的特点及结构规律。
12.研究林木材积与直径关系有何意义？。
第三章森林结构特征与生态功能
第三章森林结构特征与生态功能▪⑴构成森林的植物成分▪枯立木：林木中常常由于自然枯死或感染病虫害而枯死的林木称为枯立木。
▪森林是以乔木为主的植物群落，除乔木树种外，其他植物成分还很多。
（一）立木层是所有乔木树种的总称。
每一株树木称为立木或林木。
立木层中的树种因其经济价值、作用和特点不同，又分为以下几类：▪优势树种又称建群树种。
它是群落中数量最多的树种，它决定着群落特点，支配环境。
▪主要树种：又称目的树种。
是符合人们经营目的的树种，一般具有最大的经济价值。
主要树种同时又是优势树种，但是有些天然林中，主要树种不一定数量最多；次生林中，往往缺少主要树种。
▪伴生树种：又称辅佐树种。
它是陪伴主要树种生长的树种，一般比主要树种耐荫，生长速度同步而终生高度略低。
伴生树种的作用主要是促使主要树种干材通直，抑制其萌条和侧枝发育。
在防风为主的防守林带中，伴生树种可增加树冠层的厚度和紧密度，提高防护效益。
▪次要树种：又称非目的树种。
它是群落中不符合经营目的要求的树种，经济价值低。
木材松软的软杂木多属次要树种。
次生林大多由次要树种组成。
▪先锋树种：稳定的森林被破坏后，迹地裸露，小气候剧变，稳定群落中的原主要树种难以更新，而不怕日灼、霜害的喜光树种，适者生存占据了地盘。
被誉为先锋树种。
（二）下木层▪下木即林内的灌木，但其高度一般终生不超过成熟林分平均高的一半（这一点是与幼树区别的重要标志）。
▪下木对防护、更新有重要影响，也具有经营上的意义。
(三) 地被物层▪死地被物层：指林地上的枯枝落叶层。
▪活地被物层：是林内的草本植物和半灌木、小灌木、苔藓、地衣、真菌等组成的植物层次，居林内最下层，往往又可分两个层次：草本层和苔藓层。
（四）层外植物▪又称层间植物。
是林内没有固定层次的植物成分。
如藤本植物、附生植物、寄生植物，以及土壤中的细菌、真菌、藻类等。
层外植物往往是湿热气候的标志。
层外植物利害具有双重性：有的具有很高的经济价值，有的缠绕在树干上可使林木致死，被称为“绞杀植物”。
第三章林分结构一、名词解释1相对直径2林分结构3地位指数4疏...
第三章林分结构
一、名词解释
1相对直径２林分结构
３地位指数４疏密度，地位级
５形高
二、填空
1形高（fh）随着林木的树高和而变化，当树越高而（fh）越。
2在相对直径处，最小相对直径，最大相对直径是，林分平均直径是。
3根据同龄纯林的直径结构规律，不论树种、年龄、密度和立地条件如何，林分平均直径的位置大致在株数累积的%处。
4直径分布是指同龄纯林直径分布的具体形态有时虽有所变化，但基本上都可以认为是遵从。
三、判断
1林分中树木中央直径与林分平均直径之比称为相对直径。
( )
2反映林分密度的尺度有立木度、疏密度和郁闭度。
（）
四、简答题
1 研究林分结构有何重要意义？
2 同龄纯林直径结构规律及其特点是什么？
3 林木高随胸径的变化规律是什么？在林分调查中有何作用？
4 胸高形数、形率随直径、树高的变化规律是什么？
5 实验形数有何特点？
6 研究林木材积与直径关系又何意义？
7简述郁笔度、疏密度的概念并说明测算步骤。
8图示：林分形高随树高的变化规律，林分林木累积株数百分比与相对直径的关系，林分平均高和林分平均年龄，同龄林的林分结构，形数与树高
9 试述研究同龄纯林的结构规律，为何以直径结构为基础？试述如何用数理统计及其
特征数研究直径分布，当前国内的状况如何？
10说明同龄林纯林林分生长规律。
11简述林分结构规律。
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（五）累积分布曲线
• 自然径阶 ：将相对直径按0.1的阶距划分的径阶 。 小叶水青冈自然径阶的分布
自然径阶 株数（%） 自然径阶 株数（%）
0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1
0.7 3.5 9.5 16.1 18.4 18.1 13.1
1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7
k
1 c
Weibull分布参数矩解法：
• 因位置参数a（a=dmin）已知，采用胸径的前 二阶原点矩V1和V2可得：
V1 b1 a V2 b 2 2 2ab1 a 2Biblioteka • 联立方程组得迭代公式：
V2 1 (V1 a) 2 2 a(2V1 a)12 0 b (V1 a) / 1
H 1.3
a (1 bD c )
bD c
c
14
15 16
Korf (1939)
修正Weibull（Yang, 1978） Logistic (1838)
H 1.3 ae
H 1.3 a(1 ebD )
H 1 .3 a 1 be cD
17
18 19 20
一、林分直径结构的意义
1）林分材种结构与林分直径结构密切相关，并且 对林分材种结构规律及特点，林分直径结构起着 重要的作用。林分直径结构是编制林分材种出材 量表的基础。 2）林分直径结构规律是研究、推断相关因子（如 树高、断面积、干形和材积）的结构规律。 3）林分直径结构是测定、预测林分断面积和蓄积 及其生长过程的一个依据。 4）林分直径分布规律，可作为制定、检查营林措 施（如抚育间伐）效果的主要依据。
Weibull分布
Weibull分布参数最大似然估计法：
• 根据最大似然原理，由Weibull分布的pdf可得到：
n n n c c 1 1 xi ln(xi ) /( xi ) c n ln(xi ) i 1 i 1 i1
c b 1 ( x n i ) i 1
式中：a—位置参数（直径分布最小径阶下限值）； b—尺度参数； c—形状参数 参数求解方法：矩解法、最大似然估计法和百分位法
Weibull分布的性质：
• 在Weibull分布密度函数的参数中，其形状参数 c尤为重要，c取不同的数值其分布曲线形状类 型即不同，因此具有较大的灵活性和适应性。 1）当c<1时，为倒J型分布 ； 2）当c＝1时，化为负指数分布 ； 3）当c＝2时，化为x2分布 ； 4）当c＝3.6时，近似为正态分布 ； 5）当c→∽时，变为单点分布。
第3章 林分结构
内容提要
• 林分直径结构 • 林分直径分布拟合方法 • 林分树高结构
林分结构
• 林分在未遭受破坏的情况下，林分内部存在 着一些比较稳定的结构规律。 • 林分结构：指树木再林分中的分布状态 • 林分结构主要研究： （1）林木在林分中的空间占有状态－生态学 （2）林木各调查因子按林木大小的分布状态 －测树学
二、同龄纯林直径结构
（一）直径正态分布
• 静态分布－近似正态的单峰有偏分布：以林分算术平 均直径（D）为峰点、中等大小的林木株数占多数、向 其两端径阶的林木株数逐渐减少的对称的山状曲线
同龄纯林直径分布曲线
（一）直径正态分布
直径分布
截尾正态分布
（二）描述直径分布的统计特征数
• 林分算术平均直径：D • 变动系数： D
（1）正态分布
正态分布的概率密度函数(pdf)为：
f ( xi ) 1 2 e 2
x2 i
式中： x Di D i D
d—林木实测直径值；
D —林木算术平均直径；
δD
—林分直径标准差
（2）Weibull分布
三参数Weibull分布的概率密度函数(pdf)为：
0 c x a c 1 f ( x ) b x a b e c b xa x a, b 0, c 0
2 ( 实际值 理论值） 2 理论值 m
• 利用分布函数拟合直径分布。
二、异龄林直径分布拟合方法
• 相对直径法。 • 概率分布函数法 ：β分布和Weibull分布 函数 。 • 均衡异龄林可用负指数 函数：
f ( x) Keax
式中：a—林木株数在连续的径阶中减少的速率参数； K—林分的相对密度。
第二节 林分直径分布拟合方法
一、同龄纯林直径分布拟合方法 2 3 y a bx cx dx （一）相对直径法 ： （二）概率分布函数法 • 近20多年来，主要采用概率密度分布函数描述、 拟合林分直径分布。 • 可根据林分直径分布的具体形状特征和变化规律， 选用不同的概率密度分布函数，一般常用的分布 主要有： 正态分布、Weibull分布、Γ分布、β 分布、SB分布等。 • 林分生长和收获预估模型、林分直径动态预测模 型中，Weibull分布应用最广泛。
n
1 c
• 在拟合林分直径分布时，一般采用下列形式：
k k k c c 1 1 f x ln( x ) /( f x ) f ln( x ) i i i i c n i i i i 1 i1 i 1
1 c b n ( f i xi ) i 1
树高曲线方程
序号 11 12 13 方程名称 Levakovic (1935) Yoshida (1928) Ratkowsky and Reedy (1986) 树高曲线方程
H 1.3
H 1.3
a , d 1或2 (1 bD d ) c
a d (1 bD c )
树高曲线方程
序号 方程名称 树高曲线方程
H a b Dc
2.5
1
2 3
双曲线
柯列尔(Rоляср，1878) Goulding (1986)
H 1.3 aDb e cD
b H 1.3 a D
4
5 6 7 8 9
Schumacher(1939)
Wykoff 等人(1982) Ratkowsky （1990） Hossfeld (1822) Bates and Watts (1980) Loetsh 等人 (1973)
RD min Dmin D 1 3C D 1 3C D 1 1 Dg 2 2 2 2 D 1 CD 1 CD
Dmax D 3 D 1 3CD
的范围内:
当CD>1/3时，Ｒmin出现负值，成截尾正态分布
（五）累积分布曲线
• 采用相对直径表示林木直径时，若把各径阶内 林木株数同时也换算为相对值，并计算出各径 阶株数累积百分数。这样，便于将不同林分平 均直径、不同林木株数的林分置于相同尺度上 进行分析比较 • 经过对各树种不同条件的林分分析结果表明， 不论树种、年龄、密度和立地条件如何，其林 分平均直径（Dg）在株数累积分布曲线上的位 置大致在55%～64%，一般近于60%处。
第一节 林分直径结构
一、 林分直径结构的意义 • 林分直径分布（Stand diameter distribution）—林 分内林木株数按径阶的分配状态，也称作林分直径 结构。 • 林分直径结构是最重要、最基本的林分结构 • 林分直径便于测定，且林分内各种大小直径的树木 的分配状态，将直接影响树木的树高、干形、材积、 材种及树冠等因子的变化。 • 各因子的结构规律与林分直径结构规律紧密相关。
第三节 林分树高结构
一、林分树高结构规律 • 在林分中，不同树高的林木按树高组的分 配状态，称作林分树高结构，亦称林分树 高分布。 • 在同龄纯林中一般呈现出接近于该林分平 均高的林木株数最多的非对称性的山状曲 线。 hi • 相对树高（Rh）＝ H D • 与直径相比，树高变幅较小，Rh＝0.6~1.2
直径变动幅度的数理统计解释
2 2 2 D D D 1 D 1 C D D2
2 g 2 2 2
即：
Dg D 1 C
1 2 2 D
林分直径分布为正态时，林木总株数的99.7%位于 D 3
Dmin D 3 D 1 3CD 相对直径： D D 1 3C D 1 3C D RD max max 1 1 Dg 2 2 2 2 1 C D D 1 C D
Mitscherlich（1919）
Gompertz（1825） Richards(1959) Sloboda （1971）
H 1.3 a(1 becD )
H 1.3 aebe
cD
H 1.3 a(1 e cD ) b
直径分布动态规律
（四）直径变动幅度
• • • • • 相对直径（Ri） ：Ri＝Di／Dg 林分平均直径（Dg）的Ｒ＝1.0 林分内最粗林木的相对直径Ｒmax=1.7～1.8 最细林木的相对Ｒmin=0.4～0.5 即林分中最粗林木直径一般为平均直径的1.7～ 1.8倍，最细林木直径为0.4～0.5倍。 这一规律 可用于目测Dg或Dmin、Dmax
8.9 6.3 3.3 1.5 0.5 0.1
小叶水青冈累积分布曲线
三、异龄林直径结构
异龄混交林分中典型直径分布呈现为近似双曲线形式的反 “J”形曲线，有时呈现为不对称的单峰或多峰山状曲线。
冷杉异龄林直径分布
复层异龄混交林分的直径结构规律
• 森林分子 －“在同一立地条件下生长发育起来 的同一树种同一年龄世代和同一起源的林木”。 • 若某林分有两个树种，每个树种都分别属于同一 年龄世代，则此林分就是由两个森林分子组成。 • 如果某林分有两个树种，其中一个树种只有一个 年龄世代，另一个树种则分属两个不同的世代， 则此林分由三个森林分子组成。 • 在每个森林分子内部都存在着与同龄纯林一样的 结构规律，这为研究复杂林分结构规律的一个重 要进展。