EsPaCe：魁北克香脂冷杉林预疏伐后生长模型构建与应用

《Canadian Journal of Forest Research》：EsPaCe: a growth model for balsam fir stands following precommercial thinning in Québec, Canada

本研究针对预疏伐后香脂冷杉（Abies balsamea (L.) Mill.）林分缺乏幼树生长预测模型的问题，开发了EsPaCe生长模拟器。通过329块样地20年监测数据，构建了6个互连模型预测林分密度、树种组成和径级分布。模型验证显示其能无偏预测20年林分动态，为森林经营提供重要工具。

　　

在北美森林经营中，香脂冷杉（Abies balsamea (L.) Mill.）作为重要用材树种，其幼林阶段常通过预疏伐（Precommercial thinning）调控林分结构。然而传统生长模型主要针对可采伐径级树木设计，对包含幼树的林分动态模拟存在明显局限。这种模型缺口导致经营者难以准确预测预疏伐后林分结构演变轨迹，特别是树种组成变化和径级分布发展规律。

为突破这一技术瓶颈，加拿大魁北克自然资源与森林部研究局的Emmanuel Duchateau团队在《Canadian Journal of Forest Research》发表研究，开发了专门针对预疏伐后香脂冷杉林的生长模拟器EsPaCe。该研究基于329块样地长达20年的连续观测数据，构建了包含林分密度、树种组成和直径分布预测的6个互联子模型系统。研究发现香脂冷杉在预疏伐后始终保持优势地位，初始林分条件对最终组成影响有限，但较高初始平均直径的林分在后期干预中表现出更好的直径生长调控潜力。模型验证显示其20年内预测无偏，35年模拟结果合理，为森林可持续经营提供了重要决策工具。

关键技术方法包括：基于魁北克地区329块长期监测样地建立的数据库，采用林分密度指数（SDI）和胸高断面积（BA）等林学参数，通过韦布尔分布（Weibull distribution）拟合直径分布，建立包含死亡率、进界生长和直径生长的联立方程系统，使用最大似然估计法进行参数校准。

研究结果

林分动态模拟系统构建

通过整合树木死亡率、进界生长和直径生长过程，建立了以5年为步长的林分演变预测框架。模型核心采用胸高直径（DBH）的平方均值（quadratic mean diameter）作为关键预测变量，确保了生长过程的生物学合理性。

树种组成稳定性验证

在香脂冷杉-纸桦混交林模拟中，发现预疏伐后香脂冷杉优势度保持稳定（占比>80%）。初始林分条件（密度、组成和平均直径）对最终树种组成影响较小，表明该物种在干扰后具备强生态韧性。

直径生长调控机制

模拟显示初始平方平均直径较大的林分（>5cm）通过后期疏伐干预，能显著促进保留木直径生长。这种效应在干预后5-10年最为明显，为确定最佳疏伐时机提供了理论依据。

模型验证与长期预测

经20年观测数据验证，模型在密度预测（RMSE<15%）、物种组成（偏差<3%）和直径分布（K-S检验p>0.05）方面均表现良好。延伸至35年的模拟产生合理结果，证明模型具备长期预测能力。

研究结论表明，EsPaCe模型首次实现了从幼林到可采伐林分的完整生长过程模拟，解决了传统模型在预疏伐林分应用的尺度断裂问题。该模型通过量化不同初始条件下疏伐效果的时空变异，为优化营林措施序列提供了科学依据。其模块化设计允许与现有商用林分模型无缝对接，显著提升了森林经营规划的系统性和预见性。