中文摘要
森林生态系统对全球的生态、气候方面有着至关重要的影响，而要维持森林生态系统的活力，保证森林质量的持续提升，加强科学造林，合理营林，确保森林经营的合理决策，进行森林立地质量评价至关重要。
立地质量评价是探析森林生长环境、分析环境因素对林地生产力影响的重要方法。
不局限于对林地质量本身的评估，对森林管理和决策起到的指导性作用（如森林类型的选择和经营方式）也非常重要，实用、精确的立地质量评价方法是实现科学造林和更合理、更高效管理森林的关键。
本研究以鲁中山区相关林场中侧柏、赤松、黑松 3 个树种为研究对象，主要研究和分析影响林地立地质量的各种因素，探索进行立地质量评价的方法和途径。在 2012 年山东省规划院森林资源连续清查数据的基础上，加入实地调查测量的数据。具体以各林场的标准地划分为基础，以九个地市 233 个侧柏样地、108 个赤松样地以及 181 个黑松样地为基本数据，并选择样地中生长状况良好、具有代表性的优势木作解析木，得到其树高与年龄的对应关系。采用立地—因子法进行多元线性回归，同时采用地位指数法选取最优的林木生长方程拟合分析并编制地位指数表两种不同的评价方法对各林场的林地质量进行科学合理的评价，并提出优化林场森林经营模式的规划建议，以完成林场整体和各个林区的立地质量评价。
（1）立地-因子法选取对林分平均高生长有显着性影响的因子如坡向、坡度、坡位、土层厚度等（进行等级系数处理）为自变量 X，以小班林分平均高 H 为因变量构建多元线性回归模型。使用时将各因子等级系数带入原方程，可求算出相应的林分平均树高，基准年龄时（年龄系数取 1 时）的平均树高可代表林分立地质量等级。
（2）地位指数法通过综合对比 5 种常用生长方程，优选出理查德方程，拟合得到基于优势木年龄与树高关系的非线性模型，再据此使用相对优势高法编制地位指数表，编制结果经χ检验符合精度要求，以此进行相应的立地质量评价。
根据拟合结果显示，模型均通过 F 检验且 R均在 0.85 以上，符合精度要求。模型拟合效果比较理想。综合以上两种方法的结果分析，发现鲁中山区侧柏、赤松、黑松人工林立地质量较为一般，超过半数样地立地质量仅为中等，还存在相当一部分立地质量较差的林地。在此基础上，提出相应的森林经营策略，改善林场经营方案以促进森林质量的精准提升。
关键词：针叶林；立地质量；评价方法；森林质量；地位指数
Abstract
The ecological system of forest has a crucial effect on the global ecology and climate. Tomaintain the vitality of forest ecosystem, it is of vital importance to evaluate the site quality offorests in order to ensure the accurate improvement of forest quality, strengthen scientificafforestation, keep reasonable forest management, and ensure the reasonable decision-makingof forest management.
Site quality assessment is an important means to study and master forest growthenvironment and its influence on forest productivity. It is not only the evaluation of forestland quality itself, but also the guidance of forest management and decision-making (such asforest type selection and management mode). Reasonable and efficient site quality evaluationmethod is the key to complete scientific afforestation and make more reasonable and efficientforest management.
In this study, three tree species, including platycladus orientalis, pinus densifolia and pinus logifolia, were selected as the research objects in the related forest farms inthe mountainous areas of Shandong province, and various factors affecting the forest site quality were studied and analyzed to explore the methods and approaches for sitequality evaluation. On the basis of the continuous forest resource inventory data of shandong planning institute in 2012, the data of field survey and measurement were added. Based on the standard plots of each forest farm, 233 arboroides orientalis plots, 108 chipinus orientalis plots and 181 lobos orientalis plots were selected as the basic data. Site-factor method is adopted to improve the multiple linear regression, and statusindex method is used to select the most optimal forest growth equation fitting analysis and document status experienced two different evaluation methods of the forestry scientific and reasonable evaluation on the quality of forest land, and it puts forward the model of optimizing forest forest management planning advice, to complete the forest as a whole and individual forest site quality evaluation.
(1) Using site-factor method selects the factors that have a significant effect on averagehigh（for grading coefficient treatment）as the independent variable X, The multivariate linearregression model “” is constructed by taking the average height ofsmall stand H as the dependent variable. The average tree height of the corresponding standcan be calculated by putting the grade coefficient of each factor into the original equation, and the average tree height at the base age (when the age coefficient is 1) can represent the standquality grade.
（2）The Richard equation was selected by the site index method.The non-linear modelbased on the relationship between the age of dominant wood and the height of the treeobtained by Richard's model fitting was used to compile the site index table and conduct thecorresponding site quality evaluation.
According to the fitting results, all the models passed the F test and R2was above 0.85,meeting the accuracy requirements. The model fitting effect is ideal. Based on the results ofthe above two methods, it is found that the site quality of pinus lateralis, pinus chipini andpinus logiformis plantation in the mountainous area of Shandong province is relativelyaverage, more than half of the sample site quality is only medium, and a considerable part ofthe forest land with poor site quality still exists. On this basis, the corresponding forestmanagement strategy is put forward to improve the forest farm management plan to promoteaccurate improvement of forest quality.
Keywords: Coniferous forest; Site quality; Evaluation method; Quality of the forest;Site index.
目 录
中文摘要Ⅰ
英文摘要Ⅲ
1 前言1
1.1 森林立地质量评价的基本概念 2
1.1.1 立地质量的内涵 2
1.1.2 立地质量评价的概念 2
1.2 国内外研究现状3
1.2.1 国外森林立地质量评价的研究现状3
1.2.2 国内森林立地质量评价的研究现状6
1.3 选题的目的与意义9
1.3.1 森林立地质量评价的重要性 9
1.3.2 研究立地质量评价方法的意义10
1.4 研究内容 10
2 材料与方法 12
2.1 研究地概况 12
2.1.1 地理位置12
2.1.2 地形地貌12
2.1.2.1 地形12
2.1.2.2 地貌12
2.1.3 气候特征12
2.1.4 土壤与植被13
2.2 资料来源 13
2.2.1 鲁中山区各林场的基本数据信息13
2.2.2 研究选取的鲁中山区各林场信息13
2.2.3 数据来源14
2.3 立地质量评价方法15
2.3.1 技术路线15
2.3.2 立地—因子法16
2.3.2.1 评价模型的构建16
2.3.2.2 立地因子的选取与划分 16
2.3.2.3 回归分析17
2.3.3 地位指数法18
2.3.3.1 地位指数法的基本内容 18
2.3.3.2 地位指数表的编制 19
2.3.3.3 地位指数表的检验 21
3 结果与分析 22
3.1 立地-因子法方程22
3.2 立地—因子法结果分析24
3.3 地位指数法回归分析24
3.4 地位指数表 27
3.5 地位指数表检验结果29
3.5.1 数据处理29
3.5.2 χ 2显着性检验31
4 讨论 33
4.1 本研究方法中立地—因子法模型的特点33
4.2 两种立地质量评价方法并用的优点33
4.3 鲁中山区立地质量评价工作的发展建议33
4.3.1 鲁中山区立地现状的综合分析33
4.3.2 针对鲁中山区现状的方法建议33
4.4 本研究的局限和需要继续研究的内容34
5 结论36
6 参考文献 38
7 致谢42
1 前言
立地分类是依据森林所处立地环境所表现出的相似性或差异性而采取的等级式的划分。但因此而划分的立地类型是粗略而笼统的，不能保证其准确性。在森林经营的过程中，在立地分类的基础上进行必要的评价是不可或缺的。森林立地质量评价是指对立地的宜林性或潜在的生产力进行判断和预测，往往是针对特定的树种在一定区域范围内能够根据立地状况而获得的生产力的大小或潜力而进行的评估方法（郭如意，2016）。
为了更好地了解森林生长环境的条件以及加强对环境与森林之间关联的研究，进行必要的森林立地分类与评价工作十分重要。在林业学科中，关于立地质量评价的部分既是基础性的研究工作，同时也是完成科学造林、高效营林工作的重点（黄国胜等，2011）。
因此,世界上越来越多林业发达的国家都开始将这项工作视作林业领域中的重点。如何利用更多的立地信息,采用多种途径,更多元化的方法进行立地分类和立地质量评价,这些问题都引导着这项研究向着更深层次发展。关于立地质量的评价工作，不仅是对林地本身质量的评估，更多地会影响到森林经营和决策（如林木种类的选择和经营作业法），在实现科学造林以及合理高效经营森林的过程当中，进行准确高效的立地质量评价尤为关键。
立地质量的好坏能最直接地反映在地位指数上，地位指数法与地位级法都是生产实践中常用的评价方法，其中地位指数既可以根据测算的林分蓄积量推算得到也可以根据林分优势木树高与年龄的关系来确定，并以此量化立地质量等级。通过评价立地质量，可以为森林的经营提供更合理的经营策略，为更加科学的造林活动提供了保证，促进森林的优质和高产（孙鹏峰等，2012）。与无目的盲目造林相比，通过在造林前进行相应的立地质量评价，合理地进行造林规划，选择最合适的树种，实施最合理、最科学的造林模式，森林管理将会事半功倍。随着生态文明建设的脚步越来越贴近，我国的林业事业也蓬勃开展起来，在这个过程当中，如何做到精准提升森林质量，保证林木的成活率，针对不同地域情况要做出最适宜的调整，高效提升绿化水平是接下来的工作重点，而立地质量的评价工作将成为解决这些问题的必要手段之一。森林立地分类和质量评价方法，正逐渐地以生态学为基本，融合多学科的专业知识不断地完善和发展，开始形成具有普遍适用性的完整体系。目前诸如国内长江上游地区的水源林、水保林的立地分类与日本对森林利用的土地分类都是全面的立地质量评价体系的构建过程（吴晓丽等，当今世界如瑞典、加拿大、芬兰、德国、加拿大、美国和日本等,都是森林覆盖率较高，将林业工作放在重点位置的国家，这些国家将多学科、多领域的相关知识与技术加入到立地质量的评价工作中来，使其造林、营林事业高速发展，科学配置森林资源、持续提升森林质量。
人工林立地质量评价通常会针对林地目前是否有足够的活立木来作为指示作用分别制定不同的方案，即针对有林地和无林地选择更适宜的方法。评价时，无林地多侧重于立地条件本身获取关于坡度、坡向、坡位、海拔等条件，有林地则获取年龄、平均高、优势木高、种植密度、胸径、蓄积等林分条件。但究其根本，有林地和无林地只是一片林地在不同时期的不同状态，有林地收获后变为无林地，无林地造林后变为有林地，二者可以相互转化（朱万才等，2011），所以在进行立地质量评价时，同时将林分条件与立地条件进行综合考量才是最佳的方案。本研究的研究对象均为有林地，主要建立在通过树高来反映立地质量的方法之上，测量林分平均高及优势木树高的同时调查测量影响树高的相关立地因子数据，获取立地质量评价所需要的调查数据，处理数据，剔除异常数据或偏差过大数据，之后确定立地质量评价方法（如专家评价、地位指数评价、生长模型评价或其它评价方法），结合专业知识评价立地质量，并给出评价结果。
1.1 森林立地质量评价的基本概念
1.1.1 立地质量的内涵
关于立地的概念，林业行业中存在不同的定义,综合比较国内外学者的不同观点,本研究将立地定义为对林地中植物生长产生影响并在不同程度上决定着林木生产力的所有因素。不仅限于生物因素，同时包含诸如气候、土壤、水分等非生物因子，它们将同时影响着林木生长以及林木的生产力，都是立地的构成部分。环境学将立地定义为能够影响植物生长环境的生长地的各因素总和。森林林地则是对林木生长产生影响的环境条件的总体。简而言之，所指的因素的总和可以近似等同于环境条件。
1.1.2 立地质量评价的概念
立地质量评价多用于造林前的准备阶段，在实地调查测量相关数据的基础上，使用多种方法对影响立地条件的各个因子进行综合的数量化计算与分析，对林地生产潜力进行预估，在树种选择、营林措施与经营方案上都能起到指导性的作用。可以有效避免盲目造林、低效率造林、林分质量达不到预期的问题。正确合理的立地评价结果,能引导林业部门以及林场管理者选择最适宜同时带来最大经济效益的树种，不仅仅是绿化造林中重要一环，同时能够推动林业事业向高效、高产、高效益的方向发展，是林业工作开展过程中的强大助力（吴可，2011）。同时，森林立地质量评价结果也是当地林业部门用于指导生产、作出合理经营决策的重要理论依据。随着生态建设越来越受到重视,林业的发展面临广阔的前景,如何做到适地适树、精确造林、最大限度地提高造林成活率是保证林业事业顺利进展的前提。在这种情况下,立地质量评价的研究就体现出重要的价值。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外关于森林立地质量评价的研究现状
追溯有关立地质量评价的起源，国外关于林地的质量评价理论起步时期要早于国内，且在短期内就被广泛接受并应用于生产实践当中，很多先进的观念方法与积累的经验教训值得借鉴。常用的评价方法主要可以概括为以下形式：
（1）以林木生长量为标准进行评价
最直观又准确的方法是通过永久性样地的布设并结合环境条件动态连续地测定林木生长量。同时将林分年龄、密度、轮伐期等因素综合考虑进去。
（2）将立地因子与林木生长联系起来综合评价
在许多情况下，森林立地指数不能直接测量，必须利用适当的模型从与气候、地形和土壤有关的立地特征来估计（Aertsen W et al,2011）。
以德国为代表的立地质量评价模式往往落实到每一个立地单元，通过对其主要生长的树种进行相关生长指标的生长量计算，绘制树高、直径、材积等指标与年龄之间的相关曲线，分析其关联性选择合适的造林树种并提出合理的经营方案（Mitchell P J etal,2014）。德国的“巴登─符腾堡”立地分类系统于 1926 年由 G.A.Krauss 提出。该系统将地貌、土壤、气候条件和多种环境因子都归纳于影响立地质量的重要因子，再运用多门相关学科的对应方法进行森林立地的分类与评价工作。
前苏联的乌克兰学派同样将立地因子与树木本身进行了紧密结合。其基本思想是，对于森林立地来说，光热条件和水分对其有重要的影响，同时林地所处的位置与环境将影响到生长于此的植被，因此植物的种类与生长状况则是反映立地质量好坏的重要指标。此方法主要分为三个层次:林地类型（立地类型）、森林类型和林分类型（Wei Z etal,2011）。
美国的“立地─土壤研究”在立地质量评价工作中同样应用广泛，相较地位指数法而言，工作量较少且保证了一定的准确度，因此在造林活动中经常使用。这种方法以样地中能够指示立地质量状况的生长指标（如树高、胸径、蓄积等）为因变量，再将影响林木生长的主要因子进行数量化处理后作为自变量（Paulo J A et al,2015），带入多元线性回归方程：Y＝a0+a1x1＋a2x2＋……＋anxn中拟合出各个参数，以方程式求算对应生长指标值 Y 作为立地质量等级，式中 a 是相关回归系数，x1、x2……xn为立地因子如土层厚度、坡度、坡向、坡位和海拔等。通常此方法基于处在基准年龄时的林木生长指标，以获得更高的模型准确度。
美国和加拿大依据自然气候条件与植被的相关影响分析划分了名为生态区的立地区块，将其覆盖到国有林区（Mitchell P J et al,2014）。自 1947 年以来，加州一直使用土壤、地形和植被的多因素方法评价人工林区的立地质量状况以及林分的生长状态（Adame,P et al,2006）。巴恩斯（Barnes）把“巴登─符腾堡”立地分类系统与加拿大与美国全生境立地分类方法融合中后应用于美国各个地区，发展成为生态分类。芬兰学者 A·G·Cajander 提出直接以森林中的优势木生长状况为基础来鉴别立地类型。在加拿大，Ivessalo 运用 Cajander 方法以及树高和直径生长与立地类型的关系确定森林立地类型。
Bravo-Oviedo 在 2009 年研究西班牙地中海海松（Pinus pinaster）森林的气候和土壤变化，以及利用这种变化通过地位指数评估森林生产力。并使用偏最小二乘法进行立地指数预测模型的预测（Bravo Oviedo A,2009）。
加拿大早期森林立地分类系统和划分依据为：主要根据反映气候（水热条件）地带性差异的植被来划分出 13 个立地带；在立地带内再根据地形、基岩和成土母质类型的不同来划分出立地区。在立地区立内主要根据根系分布范围内的土层和母质深度、土壤湿度以及地方性气侯的不同划分地文立地类型；主要根据土壤和植被的不同划分立地类型（Farrelly N et al,2011）；最后以地文立地类型为单位，用由低到高不同的等级来对立地质量进行评价，对目前和预期树种生产力进行评价，同时可计算预期生产力与要达到这一生产力所需的投入等级结合得出生产力等级。
…………由于本文篇幅较长,部分内容省略,详细全文见文末附件
3 结果与分析
3.1 立地—因子法方程
（1）侧柏：经过逐步回归法的分析得到，剔除坡向因子后的自变量组合的 AIC 值为最低的 3.05。坡向因子对侧柏的树高生长过程相较其他因子影响效果较弱，在拟合的过程中将坡向因子剔除后，通过 R 语言拟合结果显示，坡度参数、坡位参数、土层厚度参数、年龄因子对侧柏生长的影响均较为显着，显着性符号*在一颗以上，且 P<0.05。坡度因子则无显着影响，调整后的 R2可达 0.8929，满足拟合精度要求。详情见表 5。
在 Residuals 中，我们可以看到的是一些关于残差的信息：Coefficients 中是最为关键的对 c 和 b 的相关估计。其中 Estimate 是对各自变量参数值的估计，Std. Error 则是回归参数的标准差。剩下的两个参数则是对回归参数的假设检验：t value 是对各参数进行假设检验的 t 值，以及 P 值（用来与显着性水平进行比较决定是否接受该假设检验）Pr（>|t|）。表示显着性的*号可以看出自变量与因变量的线性关系是否显着（*可以有 0-3个，越多则线性关系越显着）。
综上可得鲁中山区侧柏的立地—因子法方程：
H=-6.1767+3.3679X1+0.7618X2+1.6516X3+6.9507X4H=林分平均树高 X1=坡位 X2=坡度 X3=土层厚度 X4=林分平均年龄（2）赤松：通过逐步回归法，剔除坡向、坡度因子的组合结果的 AIC 为 38.2，为最低。
在建模时使用坡位、土层厚度与年龄因子与平均树高构建模型。根据 R 语言拟合结果显示，坡位参数、土层厚度参数、年龄因子对赤松生长的影响均较为显着，显着性符号*在一个以上。而坡向、坡度因子则无显着影响，调整后的 R2可达 0.8882，满足拟合精度要求，详情见表 6。
（3）黑松：通过逐步回归法分析，剔除坡位因子后的 AIC 值为最低的 72.87，表明这种因子组合有最佳的拟合效果。根据 R 语言拟合结果显示，土层厚度因子、坡向因子、坡度因子、年龄因子对黑松生长的影响均较为显着，显着性符号*在一颗以上。调整后的R2可达 0.9103，满足拟合精度要求。详情见表 7.
3.2 立地—因子法结果分析
综上得到，侧柏的立地—因子法方程为：
H=-6.1767+3.3679X1+0.7618X2+1.6516X3+6.9507X4其中，H=林分平均树高 X1=坡位 X2=坡度 X3=土层厚度 X4=林分平均年龄，使用时先将造林地块的坡位、坡度、土层厚度、按照表 2 划分类目,并计算出其等级系数，将相应的等级系数带入其中。
基准年龄时，即年龄系数取 1 时，所计算出的平均树高 H 即可反映立地质量状况，通过综合分析全部林分生长信息并结合相关研究经验，我们得到：鲁中山区侧柏林在基准年龄时，当 H<6.7 时，立地质量为一般，当 6.7<H<7.8 时，立地质量为良好，当 H>7.8时，立地质量为优。
赤松的立地—因子法方程为：
H=-12.0973+4.5047X1+6.0863X2+7.8319X3X1=坡位 X2=土层厚度 X3=林分平均年龄基准年龄时，当 H<7.4 时，立地质量为一般，当 7.4<H<8.6 时，立地质量为良好，当H>8.6 时，立地质量为优。
黑松的立地—因子法方程为：
H=0.8004-6.7182X1+4.3982X2+1.2006X3+7.8350X4X1=坡向 X2=坡度 X3=土层厚度 X4=林分平均年龄当 H<7.1 时，立地质量为一般，当 7.1<H<8.2 时，立地质量为良好，当 H>8.2 时，立地质量为优。
3.3 地位指数法回归分析
整合 138 株侧柏解析木的年龄-树高对应关系数据，从 5 年开始，每 5 年一个龄阶。
使用 SPSS20.0 软件进行回归分析如下：
R2=1-（残差平方和）/（已更正的平方和）=0.916通过回归理查德方程的结果，得出方程参数 a=10.146，k=0.032，b=1.502. 最终得到侧柏 Richads 方程为 h =10.146（1－e－0.032t）1.502对赤松的解析木数据使用 SPSS20.0 软件进行回归分析，回归结果如下：
通过回归理查德方程的结果，得出方程参数 a=11.058，k=0.039，b=1.160. 最终得到鲁中山区赤松 Richads 方程为 h=11.058（1－e－0.039t）1.160。
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