林木生长量测定

技术概述

林木生长量测定是森林资源调查与经营管理中的核心技术环节，其通过科学、系统的测量手段，对林木的树高、胸径、材积等关键生长指标进行量化分析，从而准确评估林木的生长速度、生长规律及林分质量。这项技术在林业可持续发展、碳汇计量、生态效益评价等领域具有举足轻重的地位。

从学科角度而言，林木生长量测定融合了测树学、森林生态学、统计学及现代信息技术等多学科知识。传统的测定方法主要依赖于人工实地测量，通过标准地调查、解析木分析等手段获取基础数据。随着科技的进步，近年来遥感技术、激光雷达、无人机航测以及物联网传感器等新技术逐渐应用于林木生长监测领域，极大地提升了测定效率和数据精度。

林木生长量通常包括树高生长量、直径生长量、材积生长量和生物量生长量等多个维度。其中，材积生长量是最为重要的经济指标，直接关系到森林经营的经济效益评估；而生物量生长量则是碳汇计量和生态服务功能评估的核心参数。通过定期、系统的生长量测定，可以掌握林木的生长动态，为森林经营决策提供科学依据。

在森林资源清查体系中，林木生长量测定是连接现状调查与动态监测的关键桥梁。我国国家森林资源连续清查体系（一类调查）和森林资源规划设计调查（二类调查）都将生长量测定作为重要内容。通过建立固定样地和临时样地相结合的监测网络，可以实现森林资源的动态跟踪和趋势分析。

检测样品

林木生长量测定的对象涵盖了森林生态系统中的各类林木资源，根据测定目的和方法的不同，检测样品可分为以下几类：

活立木样品：这是最常见、最主要的检测对象。活立木是指生长健壮、具有生命力的树木，包括乔木和部分大型灌木。活立木测定通常采用无损检测方法，通过测量树高、胸径等指标，结合生长模型推算生长量。活立木样品的选择应具有代表性，能够反映林分的整体生长状况。

解析木样品解析木是指为了深入研究林木生长过程而伐倒的样木。通过对解析木进行树干解析，可以获取逐年生长的详细信息，包括各年龄阶段的树高、直径和材积生长量。解析木的选择通常遵循典型取样原则，根据林分结构和研究目的选择具有代表性的样木。

标准地样木：在进行林分调查时，需要在典型地段设置标准地，对标准地内的所有林木进行每木检尺。标准地样木的测定数据用于推算整个林分的生长量和蓄积量。标准地的设置应满足面积适宜、林分结构典型、边界清晰等要求。

临时样地与固定样地样木：固定样地用于长期连续监测，其样木需要定期复测，以获取真实的生长量数据；临时样地则用于一次性调查，其生长量通常通过胸径生长锥等工具测定或根据生长模型估算。

• 天然林样木：包括原始林和次生林中的各类树种，具有树种组成复杂、结构层次分明的特点
• 人工林样木：树种组成相对单一，林分结构较为整齐，测定效率较高
• 混交林样木：需要分树种进行测定，工作量较大但数据更具科学价值
• 幼龄林样木：树高测定难度较大，需要特别注意测定方法的准确性
• 成熟林与过熟林样木：部分林木可能存在枯梢、心腐等现象，影响测定精度

检测项目

林木生长量测定的检测项目涵盖了反映林木生长状态的各项关键指标，这些指标从不同侧面刻画了林木的生长特征和林分质量。

树高测定：树高是反映林木生长状况的最敏感指标之一，对环境变化响应迅速。树高测定包括总树高、活枝下高、枯枝下高等内容。总树高指从地面到树顶的垂直距离；活枝下高指树干上第一个活枝着生处距地面的高度，是计算树干圆满度和材积的重要参数。树高生长量通常通过固定样地的定期复测获取，也可通过解析木分析获得逐年生长数据。

直径测定：直径测定是林木生长量测定中最基础、最常用的检测项目。最常见的是胸径测定，即在树干距地面1.3米高度处测量的直径。对于胸高位置以下分叉的树木，需要在分叉点上方重新确定测定位置。直径生长量可通过生长锥钻取木芯测量年轮宽度获取，也可通过固定样地复测计算获得。

材积测定：材积是衡量林木经济价值的核心指标，材积生长量直接反映了森林经营的经济效益。材积测定需要结合树高、直径和树干形状因子进行计算。常用的材积计算公式包括胸高形数法、平均形数法等。材积生长量可分为连年生长量和平均生长量，连年生长量反映当前生长速度，平均生长量反映整体经营效果。

生物量测定：生物量生长量是碳汇计量和生态效益评估的关键参数。生物量包括树干生物量、枝条生物量、叶片生物量和根系生物量等组分。通常采用异速生长方程法，基于胸径、树高等易测指标推算生物量。对于精确测定需求，可采用收获法进行全株称重，但这种方法对林木资源有一定损耗。

生长率计算：生长率是衡量林木相对生长速度的指标，消除了林木大小差异的影响，便于不同林分之间的横向比较。常用计算方法包括普雷斯勒公式法、复利公式法等。生长率指标在评估林分经营效果、预测未来生长趋势等方面具有重要应用价值。

• 树高连年生长量：反映树高年度生长速度
• 胸径连年生长量：反映直径年度生长速度
• 材积连年生长量：反映材积年度生长速度
• 平均生长量：林木整个生长期的平均表现
• 生长高峰期判定：确定林木生长旺盛期
• 数量成熟龄确定：材积平均生长量最大的年龄

检测方法

林木生长量测定的方法体系经过长期发展，已形成了传统方法与现代技术相结合、地面调查与遥感监测相补充的多元化技术格局。

固定样地复测法：这是获取真实生长量数据最可靠的方法。在设置的标准地上，对所有样木进行编号定位，定期（通常为5年或10年）进行复测，通过对比两次测量数据计算生长量。该方法数据准确可靠，能够反映林木的真实生长动态，但需要长期持续的投入和维护。固定样地的设置应遵循随机抽样或系统抽样原则，样地数量和面积应满足统计精度要求。

解析木分析法：通过伐倒样木，按一定长度截取圆盘，在实验室进行精细测量和分析。将圆盘刨平后，可清晰观察到年轮结构，通过测量各年轮的直径和宽度，可以重建林木的生长历史。解析木分析能够获取逐年生长数据，是研究林木生长规律的经典方法。但该方法需要伐倒样木，对森林资源有一定损耗，通常只在深入研究或建立生长模型时采用。

生长锥测定法：生长锥是一种能够钻入树干取出木芯的专用工具，通过观察木芯上的年轮可以测定直径生长量。该方法对林木损伤较小，可以在不伐倒树木的情况下获取生长信息。使用时应选择树木南北方向钻取木芯，记录年轮数量和各年轮宽度，计算直径生长量。生长锥法适用于临时样地调查和快速生长量测定。

胸径生长量估算模型法：在没有实测数据的情况下，可以应用已有的生长模型估算林木生长量。常用的生长模型包括Richards模型、Logistic模型、Gompertz模型等。模型参数通常基于大量的解析木数据和固定样地数据拟合获得。使用模型估算时，应选择适合当地树种和立地条件的模型，并对估算结果进行验证和修正。

遥感监测法：利用卫星遥感、航空遥感或无人机遥感获取森林的影像数据，通过图像处理和信息提取技术估测林木生长状况。激光雷达技术可以获取森林的三维结构信息，精确测量树高和冠幅；高光谱遥感可以反演森林的生理生化参数，评估林木的健康状况和生长活力。遥感技术适用于大尺度森林资源监测，但需要地面数据校准和验证。

• 树高测定：使用测高仪、激光测距仪等设备，采用三角法或直接测量法
• 直径测定：使用轮尺、围尺等工具，注意测定位置的准确性
• 材积计算：采用材积表法或材积公式法，注意形数的正确选用
• 生物量估算：建立异速生长方程，分组分计算生物量
• 生长锥操作：注意钻入角度和深度，保护木芯完整性
• 数据记录：规范填写调查表格，注明测定时间和条件

检测仪器

林木生长量测定涉及多种专业仪器设备，从传统的测树工具到现代的高技术装备，构成了完整的检测仪器体系。

测高仪器：树高测定是生长量测定的难点之一，需要借助专门的测高仪器。传统测高仪如勃鲁莱测高仪、克里斯顿测高仪等，基于三角函数原理，通过测量观测角度和距离计算树高。现代激光测高仪利用激光测距技术，可以直接测量并计算树高，精度可达0.1米以上。无人机载激光雷达更是能够实现大范围森林的快速测高。

直径测量仪器：直径测定是生长量测定中最频繁的操作，需要使用专门的测径工具。轮尺是传统的测径工具，有直尺式和弯尺式两种，测量时直接读取直径值。围尺（直径卷尺）是一种柔性的测量带，可以测量树干的周长并换算为直径，特别适用于不规则树干的测量。对于需要长期监测的固定样地，还可以安装树干生长计，自动记录直径的变化。

生长锥：生长锥是测定林木直径生长量的专用工具，由锥体、手柄和提取器组成。使用时将锥体钻入树干至髓心部位，用提取器取出木芯，观察木芯上的年轮结构即可测定生长量。现代生长锥设计更加人性化，操作更加便捷，有手动和电动两种类型可选。

激光雷达系统：激光雷达是近年来快速发展的新型测树技术，能够获取森林的三维点云数据，从中提取树高、冠幅、郁闭度等参数。地基激光雷达可以获取单株树木的精细结构信息，机载激光雷达适用于大范围的森林资源调查，星载激光雷达则可用于全球森林覆盖监测。

无人机航测系统：无人机搭载光学相机或激光雷达，可以对森林进行高分辨率航拍，获取正射影像和三维模型。通过图像处理和摄影测量技术，可以提取树冠投影面积、树高、郁闭度等信息。无人机航测灵活高效，特别适用于中小尺度的森林资源调查和生长监测。

• 测高仪：激光测高仪、超声波测高仪、传统光学测高仪
• 轮尺：直尺式轮尺、弯尺式轮尺、电子轮尺
• 围尺：普通围尺、数显围尺、记录型围尺
• 生长锥：手动生长锥、电动生长锥、不同规格生长锥
• 激光雷达：地基激光雷达、机载激光雷达
• 无人机系统：多旋翼无人机、固定翼无人机
• 数据处理软件：林业调查软件、GIS分析软件、遥感图像处理软件

应用领域

林木生长量测定的成果数据在林业生产经营、科学研究、生态建设等领域具有广泛的应用价值。

森林经营决策：林木生长量是森林经营决策的核心依据。通过分析生长量的变化趋势，可以判断林分的生长阶段和经营状态，确定合理的采伐年龄和采伐强度。生长量数据还可以用于评估不同经营措施的效果，优化抚育间伐方案，提高森林经营的科学化水平。对于经济林和速生丰产林，生长量数据直接关系到经营效益的核算和投资回报的评估。

森林资源清查：国家森林资源连续清查和森林资源规划设计调查都将生长量测定作为重要内容。通过定期测定和汇总分析，可以掌握森林资源的现状和动态变化，编制森林资源统计报表和分布图。生长量数据是计算森林蓄积消耗平衡、判断森林资源发展趋势的关键指标。

碳汇计量与碳交易：随着全球气候变化问题的日益突出，森林碳汇功能受到广泛关注。林木生长量是计量森林碳汇的基础数据，通过测定生物量生长量并乘以含碳系数，可以计算森林的碳汇量。在碳交易市场中，森林碳汇作为一种重要的碳信用产品，需要经过严格的计量和核证程序，生长量测定数据是核证的重要依据。

林业科学研究：林木生长量是林业科学研究的基础数据。在树木生理学研究中，生长量数据用于分析林木与环境因子的关系、揭示林木生长的内在机制。在森林生态学研究中，生长量是评价群落演替、生物多样性维持等功能的重要指标。在遗传育种研究中，生长量是评价种质优劣、筛选优良品种的主要依据。

森林健康监测：林木生长量的异常变化往往是森林健康问题的早期预警信号。通过监测生长量的变化，可以及时发现林木生长衰退、病虫害侵袭、环境污染影响等问题。建立森林健康预警机制，需要以系统的生长量监测数据为基础。

• 造林成效评估：检验造林保存率和幼林生长状况
• 抚育间伐效果评价：比较不同抚育措施对生长的影响
• 主伐年龄确定：根据数量成熟龄和经济成熟龄确定采伐时间
• 森林灾害评估：评估火灾、风灾、病虫害等造成的损失
• 生态效益评价：量化森林的生态服务功能
• 林权流转评估：为森林资源资产评估提供基础数据

常见问题

在林木生长量测定实践中，经常会遇到一些技术和操作层面的问题，以下是对常见问题的解答。

问题一：如何选择合适的生长量测定方法？

选择测定方法需要综合考虑测定目的、精度要求、时间周期和经济条件等因素。如果需要准确可靠的生长数据且具备长期监测条件，应采用固定样地复测法；如果是临时调查且不能伐倒样木，可采用生长锥法；如果需要建立或验证生长模型，应采用解析木分析法；如果调查范围较大且需要快速获取结果，可考虑遥感调查与地面校准相结合的方法。

问题二：树高测定误差的来源有哪些？

树高测定误差主要来源于以下几个方面：一是观测者站位选择不当，观测视线被遮挡或偏离树木中心；二是测高仪器校准不准确或操作不规范；三是被测树木树冠形态不规则，难以确定树顶位置；四是坡度测量不准确导致计算误差；五是天气条件影响，如大风天气树木摇摆、阴雨天气视线不清等。减少误差需要严格按照操作规程进行，必要时多次测量取平均值。

问题三：生长锥测定有哪些注意事项？

使用生长锥测定时，应注意以下几点：首先选择测定方向，通常选择南北方向钻取，便于识别方向性年轮特征；其次钻入深度要达到髓心位置，确保获取完整的生长序列；取芯后要及时将木芯装入专用管材保存，避免损坏；测定时要准确识别年轮界限，注意区分伪年轮；最后要记录好样木信息和测定时间，保证数据的可追溯性。

问题四：如何处理异常生长数据？

在测定过程中可能遇到异常数据，如生长量明显偏低或偏高、出现负生长等。处理异常数据首先要核查测定是否存在错误，包括数据记录错误、计算错误、仪器故障等；其次要分析是否存在客观原因，如林木受损、病虫害影响、极端气候事件等。确认数据无误后，异常数据应如实保留并在分析报告中加以说明，不应随意剔除或修改。

问题五：不同树种的生长量如何比较？

由于不同树种的生长特性差异很大，直接比较绝对生长量意义不大。通常采用相对指标进行比较，如生长率、相对直径、相对树高等。也可以将生长量与该树种的标准生长曲线进行比较，评价林木的生长状态。还可以建立综合评价指标体系，将多个生长指标加权综合后进行比较。

问题六：遥感技术能否完全替代地面调查？

目前遥感技术还无法完全替代地面调查。遥感技术获取的主要是森林的冠层信息，对树干直径、林下植被等信息的获取能力有限。遥感监测需要地面调查数据建立反演模型并进行精度验证。在实际应用中，遥感与地面调查相结合是最佳方案，遥感提供大范围快速监测，地面调查提供详细准确的数据支撑。