本发明涉及森林精准计量研究，具体涉及一种天然异龄林年龄测计方法。
背景技术：
天然异龄林是往往由不同年龄、不同径级和不同树种的林木在同一立地上发育而成。天然异龄林是我国森林资源的主体，与同龄林相比，异龄林树种组成、直径结构、年龄结构、林层结构、林分生长演替更加复杂，开展相关研究也更加困难。
异龄林年龄是反映立地质量、林分更新演替动态以及确定异龄林经营措施的出发点，因此构建有效方法来测定异龄林林分年龄是至关重要的。但不同于同龄林，异龄林林分内树木年龄分布梯度大，实测工作相当困难。目前国内外测定异龄林林分年龄的方法主要有：目测法、平均木法、算术或加权平均法以及根据模型预估，但这些方法存在主观性过强或预估精度不高的缺陷。
技术实现要素：
同一树种，同一生长条件下，林木生长的年龄和胸径是关系密切，本发明运用直径生长模型拟合样地内各树种的胸径与年龄相关的生长模型参数，进而推算出林分平均年龄，在我国异龄林年龄研究问题上取得了突破性进展，为进一步研究异龄林林分生长演替和生长模拟提供依据。本发明里所述的林木胸径，是距根颈1.3米处的树干的直径，称胸高直径，简称胸径。
本发明的技术方案是，一种天然异龄林年龄测计方法，此方法特别适合国家森林资源连续清查的林分或长期监测的林分，包括以下步骤：
(1)对林分内待测树种胸径最小的第一期林木设置不同初始年龄，采集该林木的多期胸径与年龄坐标信息，并进一步采集各树种所有林木的多期胸径与年龄坐标信息；坐标中的横坐标x轴为年龄参数，纵坐标y轴为胸径参数。
(2)对采集的各树种多期胸径与年龄坐标信息进行生长模拟，构建各树种的多个初始生长模型，不同初始生长模型与x轴存在不同的交点t0。
(3)依据树高生长至1.3m时的准确年龄t0，可确定与x轴的交点t0等于t0的初始生长模型为最终生长模型；此时，林木胸径为0，而年龄刚好是林木生长至1.3米高时小树的年龄。
(4)将步骤(3)确定的模型进行自变量与因变量的转换，依据转换后的模型计算天然异龄林的径阶年龄与林分平均年龄。
优选地，步骤(1)所述的最小胸径林木为，将某树种所有林木按胸径由小到大排列，第一期胸径最小的林木确定为该树种最小胸径林木(第一株林木，因林木越小，越容易估计其年龄)，对该株林木设置不同的初始年龄。
优选地，步骤(1)对最小胸径林木年龄赋值指依据林木胸径大小和树种生长特性赋予多个有可能的不同大小的年龄。
优选地，步骤(1)所述的采集最小胸径林木多期胸径与年龄坐标信息的方法为：对第一期最小胸径林木(胸径为d11)设置初始年龄t1，其坐标信息为(d11,t1)；该林木第二期(胸径为d12)年龄为第一期年龄t1加调查间隔期a，其坐标信息为(d12,t1+a)；该林木第三期(胸径为d13)年龄为第一期年龄t1加2倍调查间隔期，其坐标信息为(d13,t1+2a)；林木第n期(胸径为d1n)年龄为第一期年龄t1加(n-1)倍调查间隔期,其坐标信息为(d1n,t1+(n-1)*a)。因此，最小胸径林木的多期胸径与年龄坐标信息为：(d11,t1)、(d12,t1+a)、(d13,t1+2a)…(d1n,t1+(n-1)*a)。注：胸径d1n已知，调查间隔期a已知。
优选地，步骤(1)所述的采集所有林木多期胸径与年龄坐标信息的方法为：已知第二株林木直径大小为d21，假设其年龄大小为t2，依据同一立地条件下同一树种生长速率基本一致的规律，可推测第二株林木与第一株林木(胸径最小林木)的生长速率
优选地，步骤(2)对胸径与坐标信息的生长模拟，所采用的拟合方程为richards模型，运用richards模型可构建各树种的多个初始生长模型，不同初始生长模型与x轴存在不同的交点t。
优选地，步骤(3)所述的树高生长至1.3米时的准确年龄t0是利用大于1.3米高的小树进行树干解析，获取的该树种树高生长至1.3m时的平均年龄。
优选地，步骤(3)所述的最终的胸径与年龄生长曲线，指利用各树种树高生长至1.3m的准确年龄t0，当各树种的某一初始生长模型与x轴的交点t0等于t0时，可确定为该树种的最终生长模型。
优选地，步骤(4)所述的模型自变量与因变量的转换，指将各树种最终生长曲线当中的自变量与因变量进行转换，转换后的模型，以胸径为自变量，年龄为因变量。
优选地，步骤(4)所述的计算天然异龄林的径阶年龄与林分平均年龄，指将各树种的径阶与平均胸径代入转换后的模型当中，即可计算出各树种的径阶年龄与平均年龄，然后利用断面积加权的方法，可计算出异龄林林分的径阶年龄与林分平均年龄。
本发明的方法应用是可行、可靠的，编程和可视化后，进行批量计算简易，直观。能够较为准确地测计天然异龄林的年龄。克服了以前对于天然林的年龄估计，凭经验，随意性大的缺陷。
具体实施方式
以下列举本发明的优选实施方式，以帮助进一步理解本发明，但本发明的保护范围并不仅限于这些实施例。
操作步骤：
(1)采集最小胸径林木的胸径与年龄坐标信息。对第一期最小胸径林木(胸径为d11)设置初始年龄t1，其坐标信息为(d11,t1)；该林木第二期(胸径为d12)年龄为第一期年龄t1加调查间隔期a，其坐标信息为(d12,t1+a)；该林木第三期(胸径为d13)年龄为第一期年龄t1加2倍调查间隔期，其坐标信息为(d13,t1+2a)；林木第n期(胸径为d1n)年龄为第一期年龄t1加(n-1)倍调查间隔期,其坐标信息为(d1n,t1+(n-1)*a)。因此，最小胸径林木的多期胸径与年龄坐标信息为：(d11,t1)、(d12,t1+a)、(d13,t1+2a)…(d1n,t1+(n-1)*a)。注：胸径d1n已知，调查间隔期a已知。
(2)采集所有林木的胸径与年龄坐标信息。已知第二株林木直径大小为d21，假设其年龄大小为t2，依据同一立地条件下同一树种生长速率基本一致的规律，可推测第二株林木与第一株林木(胸径最小林木)的生长速率
(3)已知某树种所有林木几组不同的多期胸径与年龄坐标信息，利用richards方程拟合该树种的胸径与年龄生长关系，获取该树种几组不同的初始生长模型，不同生长模型均与x轴有不同交点值t0。
(4)在同一立地条件下，采用树干解析的方法获取该树种树高生长至1.3m时的准确年龄t0，当步骤(3)中某一生长模型与x轴的交点值t0与准确年龄t0相等时，可确定该生长模型为该树种的最终生长模型；
(5)按步骤(1-4)可获取异龄林内不同树种的最终生长模型，将各树种最终生长模型的自变量与因变量进行转换，利用转换后的生长模型可计算天然异龄林的径阶年龄与林分平均年龄。
各实施例中所述的胸径是距根颈1.3米处的树干的直径，称胸高直径，简称胸径。
选取湖南省平江县芦头林场一块天然异龄林林分，林分内有国家森林资源连续清查的固定样地，其主要树种包括青冈栎、杉木、马尾松，1989年至2014年，每5年调查一次，调查间隔为5年，共有6期胸径测量数据。
1.采集最小胸径林木的胸径与年龄坐标信息
林分内共有3个树种，需分树种采集胸径与年龄坐标信息，将胸径按树种由小到大排列，胸径最小的林木为第一株，后续依次为第二株、第三株…第n株。将各树种的第一株林木分别设置不同的起始年龄，如表1。
表1
已知青冈栎第一株林木6期的胸径大小分别为5cm、6.5cm、7.6cm、8.8cm、9.8cm、10.2cm，设定青冈栎第一株林木(5cm)的第一期年龄为11年，则第一期的胸径与年龄坐标信息为(5,11)；第二期年龄为第一期年龄加调查间隔期(5年)，第二期年龄为16(11+5)年，则第二期的胸径与年龄坐标信息为(6.5，16)；第三期年龄为第一期年龄加2(3-1)倍间隔期，第三期年龄为21(11+5*2)年，则第三期的胸径与年龄坐标信息为(7.6，21)；以此方法可知，第一株青冈栎的6个坐标信息为(5,11)、(6.5，16)、(7.6，21)、(8.8,26)、(9.8,31)、(10.2,36)。
按照上述方法，可以分别采集到杉木和马尾松的最小胸径林木的6期胸径与年龄坐标信息。
2.采集所有林木的胸径与年龄坐标信息
已知青冈栎第二株林木6期的胸径大小分别为5.8cm、6.9cm、8.0cm、9.9cm、12.0cm、13.7cm，第二株林木第一期胸径(5.8cm)介于第一株林木第一期胸径(5cm)和第二期胸径(6.5cm)之间。依据同一自然发育体系的定义，同一树种在同一立地条件下的生长速率基本一致，可认为第二株林木第一期的生长速率与第一株林木第一到第二期的生长速率一致
同样的方法，可以获取第三株及青冈栎6期所有林木的胸径与年龄坐标信息。
按照上述方法，可以分别采集到杉木和马尾松6期所有林木的胸径与年龄坐标信息。
3.拟合初始生长模型
上文分别为青冈栎最小胸径林木设置了10个初始年龄，依据上述方法，青冈栎会获取10组所有林木的胸径与年龄坐标信息，利用richards方程拟合胸径与年龄的生长关系时，同样会获得10个生长模型，10个生长模型均与x轴有不同的交点t0，青冈栎10个生长模型的参数如表2。
表2
按照上述方法，可以分别获得杉木和马尾松10个不同的生长模型。
4.筛选出最终生长模型
在同一立地条件下，对15株青冈栎树高高于1.3m的小树进行树干解析，经过分析可知，青冈栎在该立地条件下树高生长至1.3m时的准确年龄为4年。上文拟合出的生长模型与x轴的交点生物学意义为树高生长至1.3m时的年龄，也就是说，当青冈栎10个生长模型与x轴的交点t0与经过树干解析获取的准确年龄4年相等时，可确定该生长模型为最终生长模型，由表2可知，模型序号6中t0等于4，可确定为最终生长模型，方程公式为：
d＝(1-e-0.0161*(t-4))1.6099
式中，d为胸径，t为年龄。
现实工作当中往往是已测定胸径，需要求算年龄，因此对上式进行因变量与自变量的转换，转换后的青冈栎最终生长模型为：
按照上述方法，可以分别获得杉木和马尾松的最终生长模型为：
杉木
马尾松
5.林分年龄的测定
利用3个树种的最终生长模型可分别估计异龄林1989年至2014年各调查期的径阶年龄与林分平均年龄。
5.1径阶年龄测定
利用3个树种的最终生长模型测量3个树种的径阶年龄，然后分别径阶对3个树种的年龄取算术平均值，即为异龄林的径阶年龄，见表3。
表3
5.2林分平均年龄测定
利用3个树种的最终生长模型测3个树种各调查期的平均年龄，然后采用断面积加权平均的方法求算出异龄林各调查期的林分平均年龄，见表4。
表4
根据上述方法，对其它多块验证样地进行验证，测定的拟合年龄与真实年龄的绝对误差最大值为3年，相对误差最大值为12.5％，平均绝对百分误差均小于为5％，拟合年龄与树木真实年龄的差异性较小。因此，本测定方法是可靠、可行的。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。