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木材出材测定
编辑:威廉亚洲   发布时间:2020-11-18 13:11

  木材出材测定_化学_自然科学_专业资料。材种出材率的测定 福建省福林咨询中心副主任 刘健 博士、教授、博士生导师 (福林咨询中心) (办) Fjliujian@12

  材种出材率的测定 福建省福林咨询中心副主任 刘健 博士、教授、博士生导师 (福林咨询中心) (办) 1 一、基本概念 原条:伐倒木剥去树皮且截去直径(去 皮)不足6cm的梢头部分称作原条。 原木:原条按照用材需要,截成各种不同 规格尺码的木段称作原木。 材种:原木经过割锯、加工成适用于不同 用途的锯材,这些木材品种称作材种,即 原条、原木、枕木及坑木等 。 造材:对树干或原条进行材种划分的加工 称作造材。 2 经济材:系指树干或木段用材长度和小 头直径(去皮)、材质符合用材标准的各 种原木、板方材等材种的通称。 薪材:系指不符合经济材标准但仍可以 作为燃料或木炭原料的木段。 废材:是指那些因病腐,有虫眼等缺陷, 已失去利用价值的木段、树皮及梢头木。 商品材:在木材生产和销售中,又把经济 材和薪材统称做商品材。 木材标准:应木材流通,经济建设用材的 需要,国家对各种木材规格尺码及材质要 求制定统一标准,即国家木材标准。 3 二、林分材种结构规律 ? 1.林分材种结构与林分直径结构的关系 材积比 :材种材积占其相应的总带皮材 积的百分比 。 出材率曲线 :林分中各材种出材率与胸 径的相关曲线称做材种出材率曲线 。 出材率曲线可以反映或描述材种出 材率随胸径的变化规律,这种变化规律 也称做林分材种结构规律。因此,林分 材种结构与林分直径结构之间有着密切 相关关系,并且对于林分材种结构规律 特点,林分直径结构起着决定性的作用。 4 即使平均直径、平均高、林木株数 及林分蓄积量完全相同的两个林分,其 材种出材量却不一定相同、且可能有很 大差异,其主要原因之一是其直径结构 可能不同。由此可以看出,林分材种结 构不仅与林分直径结构有关,而且林分 直径结构是林分材种结构的基础。掌握 林种结构和林分直径结构规律之间的关 系,对编制测定林分材种出材量数表及 正确使用这些数表测定林分材种出材量 是十分必要的。 5 ? 2.材种结构规律 林分中各材种出材率随胸径的变化 规律,称为材种结构规律,材种结构规 律用曲线表达时,则为材种结构线,或 称作材种出材率曲线所示)。材种 出材率系指经济材、薪材、废材出材率, 即经济材、薪材、废材3个出材率随胸径 呈现出规律性的变化。对于各径阶3个出 材率之和应为100%,。 6 图1 材种出材率曲线,分析林分材种主要结构 规律如下: ? (1)经济用材出材率。在小径阶处较低, 随径阶增大而逐渐上升,以后上升速率 变缓,到特大径阶之后有时略呈下降的 趋势(因特大径阶的林木往往有内腐现象, 所以经济材出材率略有下降)。 ? (2)薪材出材率。在小径阶处较高,随 径阶增大而下降,以后下降速率变缓。 ? (3)废材出材率。在小径阶处较高,继 而随径阶增大而下降。至一定径阶后基 本持平稳状态。 8 ? (4)原木出材率。原木出材率随径阶增 大而逐渐上升,到某一径阶之后开始下 降(主要是受病腐影响)。 ? (5)小径阶出材率。在小径阶处最高,随 径阶增大而急剧下降,至大径阶时出材 率最低。 其他名目的材种出材率依径阶的增 大也呈现出一定的变化规律,但是,这 些规律变化比较复杂。 9 ? 3.材种出材率曲线)材种出材率曲线。以各径阶材积合计 为100%,分别经济用材、薪材及废材出材率 绘制散点图,依据各自的散点分布趋势,绘出 经济用材、薪材及废材3条均滑随手曲线条曲线% 时,应进行必要的曲线调整,调整后,同一径 阶由曲线条曲线的均滑性。为了 满足上述调整要求,在调整时,一般先不调整 主要材种曲线(经济用材曲线),而选择一条影 响较小且线型简单的曲线做适当调整,反复调 整至满足要求为止。 10 ? (2)经济用材出材率曲线%,绘制经济用材内各名目材种出材率曲 线。绘制方法及曲线调整原则与上述材种出材 率曲线的相同,即调整后,使每个径阶的各名 目材种出材率曲线%,以及保 持各条曲线)材种出材率整列。据调整后的各条材种 出材率曲线,以径阶为单位进行整列,以径阶 带皮材积为100%,计算出经济用材中各名目 材种材积占径阶带皮材积的百分数值,即为材 种出材率。计算方法是以调整后的经济用材出 材率乘以各名目材种出材率,即得到各名目材 种占径阶带皮材积的出材率。 11 三、材种出材率表的编制: (一)利用削度方程编制材种出材率表 削度(Taper)是描述树干直径沿 其树干向上随干径位置的升高而逐渐减 小变化程度的指标。而表示树干上各部 位的直径(带皮或去皮)d为该干径位置 距地面高h、全树高H及胸高直径D的数 学函数,称为削度方程,即d=f(h,H,D)。 各位学者根据不同树种干形状、不 同林分提出的不同形式的削度方程(表 1)。 12 表1 树干削度方程一览表 13 续表1 树干削度方程一览表 14 削度方程除能较好地描述完整树干 形状变化外,还可以估计树干上任意部 位的直径、任意既定直径部位距树基的 长度、树干上任意分段的材积及全树干 材积,这些削度方程的作用正是利用削 度方程编制材种出材率表的重要依据。 现以李凤日(1994)利用一致性削度 方程表1中方程(7)式和编制红松天然林材 种出材率表为例,简要介绍编制材种出 材率表的主要方法及步骤。 15 ? (1)削度方程。红松天然林标准木共140株 (其中100株用于编表,其余40株用来检 验材种出材率表),根据各标准木2m区分 段及梢头木带(去)皮直径值.计算出相对 高度(0.1H、0.2H、…… 、0.9H)处的带 (去)皮直径(d0.16、d0.26、 …… 、 d0.96),并建立计算机数据库。根据100 株标准木的数据二采用麦夸特Maryuardt) 迭代法求出一致性削度方程(表1中方程(7) 式)中的干形参数B值,求解结果 B=2.36854,其方程为: 16 ? 40000? 2.36854 ?1 2.36854 d ?? (2.36854 )/ H ?VL ? ? ? 2 V--采用部颁红松天然林二元材积方程 (2)材种标准及计算机造材。根据国家原木 分级标准,按国家规格材将红松划分为 大径原木、中径原木和小径原木。 计算机造材是按照各材种标准,通过 已编制专用计算机造材程序进行。首先, 利用上面的削度方程,计算各材种小头直 径对应的材长。 17 然后对比该材长是否符合材种标准 中规定材种材长的要求,同时调整实际 造材长以达到符合材种尺寸规格条件下 充分利用木材,最后得出各材种小头直 径和材长。 ? (3)原木累积用材长度百分比方程。用各 标准木数据,根据计算机理论造材的结 果,计算各标准木上至各材种小头直径 限(6cm、20cm、26cm)处原木的累积用 材长度,计算出相应累积用材长度占树 干总长度的百分比值(以百分数表示)。 18 以此为原始数据,绘制散点图,根据散 点分布趋势以胸径(D)为自变量建立回归 方程: ? 上至小头直径6cm处: L6%=1-(3.118959D-0.803515) (n=100,R2=0.5387) ? 上至小头直径20cm处: L20%=1-(32.47946D-1.176431) (n=100,R2=0.6738) ? 上至小头直径26cm处: L26%=1-(9.543786D-0.7277615) (n=100,R2=0.5975) 19 ? (4)材种去皮材积百分比方程。根据一致 性削度方程的干形参数B=2.36854,及各 材种组原木累积用材长度百分比方程所 计算出来的理论值,利用下列一致性材 积比方程,计算出各径阶材种去皮材积 占径阶去皮材积百分比值: v%=1- ( (H-h)/H ) B=1-(1-L)B=(1- L)2.36854 其计算结果见表 20 表1 红松天然林材种出材率表(%)(节录) 21 ? (5)树皮率方程。根据各样木的树皮率与 径阶的关系,建立树皮率( PB %)方程, 即 ? PB%=37.4230D-0.4010415 (n=100,R=0.4415) ? (6)树高曲线方程。引用黑龙江省森林工 业总局编制天然红松林一元材积表时所 构造的树高曲线: ? H ? H ? 32.4696567 ? 693.4777189 693.4777189 ?32.4696567 ? 18.30637507 ?D 18.30637507 ? D 22 ? (7)材种出材率方程。根据各材种组去皮 材积百分比理论值及树皮率理论值,.利 用下式计算各径阶材种去皮材积占径阶 带皮材积的百分比值(V′%)。 ? V′%=V%×(1-PB%) 然后,转化为各材种的材种出材率,列 表即为材种出材率表。 (8)材种出材率方程的检验。在原抽取随 机样本的林分总体内,另外随机抽取200 株左右的样木进行实际造材,根据造材 结果,对材种出材率方程的拟合度进行 检验。 23 (二)利用材积比方程编制材种出材率表 ? 1.材积比方程 ? 材种材积与其树干带(去)皮材积之比 值称作材积比(Volume ration),依据材 积比与树木胸径(D)、树高(H)以及树干 上部直径(d)或用材长度(h)的关系.用于编 制材种出材率表的方程称做材积比方程。 24 根据方程中含有的自变量的个数, 材积比方程又分为一元材积比方程 和二元材积比方程。一般二元材积 比方程的估计准确度要高于一元材 积比方程,但使用时不如一元材积 比方程简便。因此,经常采用一元 材积比方程编制材种出材率表。当 前,用于编制材种出材率表的材积 比方程如表2中所示。 25 表2 编制出材率的材积比方程 26 ? 注:其中(6)式为一致性材积比方程。 v—由伐根至某一上部直径限的经济材材积; V—伐根以上树干总材积(带皮或去皮); d—在树干上h高处的带(去)皮直径; D一胸高带皮直径; H—树高; h—由伐根上至某一上部直径限处的经济材 长度; b1、b2、 b3 、b4、 b5、 B—方程参数。 27 2.利用一元材积比方程编制材种出材率表 使用一元材积比方程编制材种出材率表的基 础工作与前述削度方程方法基本相同。现以河 北省山杨材种出材率表为例,简要介绍使用材 积比方程编制材种表的主要步骤: (1)样木造材及数据整理。根据木材标准及造 材原则,对样木实际造材,分别径阶,计算出 各径阶平均直径、带(去〕皮材积、材种材积 占带皮材积百分比,薪材、废材占带皮材积百 分比,以及样木株数(表3)并分别径阶计算 出上至各材种小头(去皮)直径限累积材种出材 率(表4)。 28 ? 径阶 (cm) 8 10 12 14 16 18 20 22 28 30 平均直径 (cm) 8.0 9.9 11.8 13.6 15.4 17.6 19.4 21.3 27.5 30.0 表3 林木 株数 18 17 20 17 17 4 5 2 1 1 102 材种材积占带皮材积百分比 径阶平均 带皮材积 大原木 经济用材中各材种出材率 中原木 小原木 小径材 小计 薪材 (%) 4.0 5.0 2.0 2.0 2.0 1.0 1.0 1.0 1.0 废材 (%) 21 19 23 17 16 12 17 18 16 17 (m ) 0.0241 0.0378 0.0604 0.0887 0.1101 0.1505 0.1753 0.1597 0.3628 0.4624 17.8 59.8 67.2 14.1 5.2 20.2 31.2 47.8 46.7 42.9 54.7 62.3 63.8 53.5 45.9 34.8 30.3 17.8 23.2 1.7 20.3 13.7 6.0 7.3 4.9 4.4 5.0 2.5 75 76 75 81 82 87 82 81 83 83 3 ? 29 ? 径阶 (cm) 8 10 12 14 16 18 20 22 28 30 平均直径 (cm) 8.0 9.9 11.8 13.6 15.4 17.6 19.4 21.3 27.5 30.0 表4 累计材积出材率统计表 林木 株数 18 17 20 17 17 4 5 2 1 1 102 17.8 59.8 67.2 5.2 20.2 31.2 47.8 46.7 60.7 59.8 81.3 大原木 经济用材中各材种出材率 中原木 小原木 54.7 62.3 69.0 73.7 77.1 82.6 77.0 78.5 83.0 83.0 小径材 75 76 75 81 82 87 82 81 83 83 薪材 (%) 4.0 5.0 2.0 2.0 2.0 1.0 1.0 1.0 1.0 商品材 出材率 79 81 77 83 84 88 83 82 84 83 废材 (%) 21 19 23 17 16 12 17 18 16 17 ? 30 ? (2)一元材积比方程。根据编表数据,用计算机 绘制累积材种出材率,商品材、薪材、废材出 材率与胸径相关散点图,分析各材种散点分布 趋势来选择适宜的材积比方程,并估计方程的 参数。 ? (3)一元材种出材率表。利用各材种的材积比 方程计算出相应的累积材种出材率理论值,分 别径阶,将各材种出材率递减推算出来.并列成 表,即为一元材种出材率表。 ? 采用材积比方程编制材种出材率表的其他工作。 可参照削度方程方法中的相关内容。 31 (三)林分经验出材率表编制 林分经验出材率表是建立在材种出 材率表和林分直径结构表基础上的材种 表.现以福建省顺昌杉木林分经验出材 率表为例,简要介绍如何利用材积比方 程编制林分经验出材率表的主要步骤: 1.经验材积比方程的构建方法 采用平均胸径和平均树高进行一元经验材 积比方程及二元经验材积比方程的构建 32 ? (1)将小班的平均胸径及相应的非规格材出 材率、经济材出材率输入计算机中,建立分析 数据库。 ? (2)分别以小班的非规格材出材率及经济出 材率为因变量,以小班的平均胸径为自变量, 采用曲线回归方法,进行一元方程拟合。回归 所模型的相关系数见表1 ? (3)分别以小班的非规格材出材率及经济出 材率为因变量,以小班的平均胸径为自变量, 采用非线性回归方法,进行二元方程拟合。回 归所模型的相关系数见表2 33 表 1 非规格材经验材积比方程相关系数( R) 模型 R Linear 0.554 quadratic 0.711 compound 0.590 growth 0.590 cubic 0.746 S 0.399 power 0.498 非线 经济材经验材积比方程相关系数( R) 模型 R Linear 0.6394 quadratic 0.708 compound 0.619 growth 0.619 cubic 0.713 S 0.702 power 0.661 非线)以相关系数R为依据,并结合方 程的简易度,确定经验材积比方程。 34 ? 2.回归结果及其检验 ? 包括回归方程的确定以及估测模型 适用性检验及精度验证 ? 3.林分经验出材率表的编制 ? 利用以上各材积比方程,分径阶计 算出相应的经济材出材率和非规格材出 材率的理论值,并依次将经济材出材率 减去非规格用材出材率,得出其相应的 规格材出材率(见表3)。 35 ? 表3 平均胸径 (cm) 6 6 6 8 8 8 10 10 10 12 12 12 二元杉木经验出材率表 平均树高 (m) 5 6 7 6 7 8 8 9 10 9 10 11 规格材 出材率 (%) 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.79 2.98 3.00 3.03 3.51 5.71 7.72 非规格材 出材率 (%) 57.61 58.92 60.13 62.14 63.04 63.10 63.16 63.77 64.41 65.08 63.36 61.81 (节录) 经济材 出材率 (%) 57.61 58.92 60.13 62.14 63.04 63.89 66.14 66.77 67.45 68.59 69.07 69.53 ? 36 谢谢! 37

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