北京杨树相容性立木材积系列模型研建

以北京市最重要的阔叶树种杨树(Populus)为研究对象,利用1 678株样木的材积测量数据,通过采用哑变量模型和误差变量联立方程组方法,建立了毛白杨(P.tomentosa)、速生杨(P.×euramericana)和加拿大杨(P.×canadensis)3个树种(组)的相容性二元立木材积方程、胸径和地径一元立木材积方程、树高胸径回归模型及地径胸径回归模型,并分析了不同树种之间的差异。结果表明:二元立木材积方程的平均预估误差均在2%以内,胸径一元材积方程和地径一元材积方程的平均预估误差也大都在3%以内,达到了立木材积表的编制精度要求。所建模型可为北京市杨树林的蓄积量估计提供准确的计量依据。     

林分起源对立木生物量模型的影响分析

以杉木和马尾松604株样木的地上生物量和212株样木的地下生物量实测数据为基础,利用非线性混合模型和哑变量模型方法,建立了包含林分起源的立木地上生物量和地下生物量模型,分析了林分起源对模型参数的影响。结果表明:不同起源的立木地上生物量模型没有明显差异,而地下生物量模型则存在显著差异,相同直径和树高天然林木的地下生物量明显高于人工林木;杉木天然林木的地下生物量比人工林木大近30%,而马尾松天然林木的地下生物量比人工林木要大约45%。     

含地域和起源因子的马尾松立木生物量与材积方程系统

【目的】建立含地域和起源因子的相容性立木生物量与材积方程系统,为准确估计森林生物量提供依据。【方法】以我国南方主要针叶树种马尾松为研究对象,基于301和104株样木的实测地上生物量、树干材积和地下生物量数据,综合利用哑变量建模方法和误差变量联立方程组方法,建立集地上生物量、树干材积和地下生物量为一体、确保与生物量转换因子和根茎比等变量相容的一元和二元方程系统,并分析立木生物量和材积估计是否受地域和起源的影响。【结果】所建立的马尾松一元和二元相容性立木生物量方程与材积方程,确定系数(R~2)均在0.92以上,其中地上生物量方程的平均预估误差在4%以内,地下生物量方程的平均预估误差在8%以内。对马尾松地上生物量和树干材积的估计,二元模型均显著优于一元模型,其F统计量远大于临界值;但对地下生物量的估计,二元模型反而不如一元模型效果好。不论是一元模型还是二元模型,地域和起源对马尾松地上生物量估计均无显著影响,地上生物量模型具有很好的通用性,同时也进一步印证了曾伟生等(2012)提出的通用性地上生物量模型M=0.3ρD~(7/3)的广泛适用性。对马尾松地下生物量的估计,不同地域的模型存在显著差异;相同直径的林木,总体1地域范围内(长江流域东南部)的地下生物量要大于总体2(长江流域中西部)。对马尾松树干材积的估计,二元模型不受地域和起源影响,但一元模型受起源影响;相同直径的林木,人工林的材积估计值大于天然林。【结论】将哑变量引入误差变量联立方程组,可同时解决多个变量之间的相容性及地上生物量和地下生物量样本单元数不相等时如何联合建模的问题,是切实可行的生物量建模方法;研究所建立的马尾松立木生物量方程、材积方程及其相容的生物量转换因子和根茎比方程,达到相关技术规定预估精度要求,可推广应用。     

基于贝叶斯模型平均法和逐步回归法构建杉木单木胸径生长模型

【目的】探索杉木人工林单木胸径生长量变化的驱动因子,比较不同驱动因子的重要性,构建不确定性单木胸径生长模型,为杉木经营管理者科学经营管理杉木人工林提供参考。【方法】以福建省邵武市卫闽林场杉木密度试验林为研究对象,采用贝叶斯模型平均法(BMA)和逐步回归法(SR)分析杉木单木胸径生长量与内部因子(林分变量因子)和气候因子的关系,构建杉木单木胸径生长模型。【结果】杉木单木胸径年均生长量受气候因子影响较小,主要受竞争因子和单木大小因子影响。单木胸径生长量随林分密度、林分平方平均胸径、大于对象木的断面积和、年龄、冬季平均最低温度增加而减小,随期初胸径、胸高断面积、优势木平均高、最冷月平均温度、最热月平均温度、年均降雨量增加而增加。基于SR获得模型的后验概率小于BMA获得最佳模型(最高后验概率)或SR模型不在BMA模型空间前几个后验概率高的模型中。【结论】杉木单木胸径生长量随竞争增加而减小,随温度和降雨增加而增加。贝叶斯模型平均法考虑所有可能变量的组合,能够反映出模型的不确定性。     

气候敏感的马尾松生物量相容性方程系统研建

【目的】构建气候敏感的马尾松生物量相容性方程系统,分析气候因子对马尾松各分项生物量的影响,为森林碳汇监测和森林可持续经营提供技术支撑。【方法】基于150株马尾松单木生物量数据,采用非线性联立方程组法构建气候敏感的马尾松生物量相容性方程系统,各分项生物量(干材、干皮、树枝、树叶和地上总生物量)选用以直径和树高为自变量的二元生物量方程作为基础模型,利用一阶交叉验证法对所构建的生物量相容性方程系统进行评价。【结果】与传统未考虑气候因子的各分项生物量模型相比,气候敏感的马尾松生物量相容性方程系统预测精度明显提高,且该生物量相容性方程系统可定量描述不同气候带亚区生物量的差异程度,保证干材、干皮、树枝和树叶与地上总生物量相容。【结论】气候敏感的马尾松生物量相容性方程系统能有效分析气候因子对各分项生物量的影响,可应用于其他树种的生物量预估。     

林木竞争对臭冷杉生物量分配的影响

用不同高度树干直径建立并比较臭冷杉各器官生物量方程,分析林木竞争对臭冷杉地上、地下生物量分配的影响。结果表明:臭冷杉不同高度树干直径中,胸径是预测各器官生物量的最可靠变量;利用不同高度树干直径建立各器官生物量方程均会高估小个体样木(直径≤10cm)的生物量,并且随着直径增大,预测误差也随之增大;臭冷杉地上生物量与地下生物量的比值(T/R)与树木年龄、单株生物量、整株生物量年均生长率及树高年均生长率间均没有显著相关性(P>0.05);随着竞争增强,臭冷杉树干生物量占单株生物量的比例逐渐减小,枝叶生物量比例逐渐增大,而粗根生物量比例则基本保持不变;胸径年均生长率、树高年均生长率及单株生物量年均生长率均随着竞争强度增大逐渐减小,而T/R值并不受林木竞争的影响。     

基于树高和树冠因子的立木材积与地上生物量相容模型研究

【目的】无人机机载激光雷达能够准确地测定单木、林分乃至大尺度森林结构参数(树高和树冠因子)。为应用无人机激光雷达技术准确估测森林蓄积量、生物量和碳储量提供计量依据和技术支撑。【方法】以150株实测马尾松生物量样本数据为研究对象,采用非线性回归估计方法和度量误差联立方程组方法,分析立木材积和地上生物量与树高、树冠因子的相关性,并在此基础上研究建立基于树高和树冠因子的立木材积与地上生物量相容模型。【结果】单株材积和地上生物量与树高因子的相关性最为紧密,其次才是树冠因子;基于树高和冠幅因子的二元材积和地上生物量模型预估精度较高,达到92%以上,再考虑冠长因子的三元模型预估精度改进不大;基于树高和冠幅因子的二元立木材积与地上生物量相容模型估计效果更好,相对于一元相容模型系统而言,二元相容模型拟合效果有较大幅度提高,预估精度达到92%以上。【结论】采用度量误差联立方程组方法可以有效解决基于树高和树冠因子的立木材积与地上生物量相容问题,并且预估精度达到92%以上,所建二元立木材积与地上生物量相容模型可为应用激光雷达技术反演森林蓄积量和生物量提供计量依据。     

厚朴生长规律的研究

本文对厚朴人工林的生长规律进行了系统研究,建立了其栽培群体的各种生长模型。并运用灰色系统理论,对厚朴生长与气候条件的相关规律进行了探讨。结果表明,其树叶生长符合自然对数方程,树高和胸径年生长符合二次抛物线方程,模型参数与树龄相关;树高、胸径和材积生长规律均可用Logistic方程模拟,各自的速生期分别为4～11年、5～14年和10～17年;气温与降水、日照时数与气温是分别影响厚朴树高、胸径生长的主要气候因子,其影响程度随年龄的增长而减弱。决定厚朴生长和“厚朴”产量的结构因子主要是林分密度。     

基于无人机影像的森林生物量估测与制图

【目的】森林生物量的精确测定,对于全球气候变化和碳循环研究具有重要的意义。【方法】以东北林业大学城市林业示范基地为研究区域,首先利用无人机平台获取整个研究区域的高分辨率无人机影像;然后在研究区域四种人工林样地中分别选取20 m×20 m的4块建模样方和4块测试样方,通过每木检尺法实测建模样方内林木的树高和胸径数据,建立H-DBH(树高-胸径)估算模型,并结合已有的DBH-SB(胸径-树干生物量)模型得到测试样方的森林生物量数据;在处理后的数字冠层高度模型(DCHM)基础上利用局部最大值法提取树高与树冠中心点位置,建立一种结合无人机影像提取树高与H-SB(树高-树干生物量)经验模型的森林生物量制图方法。【结果】不同样方的H-DBH模型R2均大于0.70,测试样方的总地上生物量平均值为6915.85 kg,总的估测精度为87%。通过ArcGIS软件结合本研究提出的方法快速得到了整个研究区域的地上生物量分布图,估测总地上生物量为4396.18 t。【结论】研究结果可为快速准确的进行森林生物量的估测提供基础数据和技术参考。     

桂西南地区黑木相思生长规律、生物量及生产力研究

采用标准地平均木树干解析法对桂西南地区9年生黑木相思人工林的生长规律、生物量、生产力进行研究,结果表明:黑木相思人工林树高、胸径的生长高峰期出现在2~4年生时,树高、胸径连年生长量与平均生长量相交年龄分别是在4、5年生,材积的数量成熟期在8年生以后。9年生时,胸径(带皮)、树高、单株材积、立木蓄积分别为14.9 cm、15.8 m、0.13368 m3、189.15 m3.hm-2;平均木单株各器官的生物量所占比例大小分别为树干枝根干皮叶,干材所占比例达到58.18%;乔木层总生物量为173.32 t.hm-2,净生产力为19.26 t.hm-2.a-1。     

南埂长江滩地杨树人工林生物量及生长量规律研究

本文利用在安徽省安庆市大观区海口镇南埂长江滩地不同时期所做的杨树解析木资料,较为系统地研究了滩地杨树人工林的生物量及生长量,并建立了其材积生长方程和生物量方程。结果表明：长江滩地杨树林分具有较高的生长量和森林生产力,并且能够维持较长时间的快生长,这有利于长期维持滩地森林生态系统的稳定性,持续有效地发挥“抑螺防病林”的功能,同时也具有较高的经济效益;长江滩地杨树的数量成熟迟于一般杨树林分,约在22年左右;长江滩地杨树树干生物量的分配比例在60％以上,树枝17％左右,树叶3％左右,树根大致在13％-19％之间,树干生物量分配比例随年龄增加而增加,枝叶则略有下降,而树根下降较多。     

基于异速生长和理论生长方程的广东省木荷生物量动态预测

【目的】将异速生长方程与理论生长方程相结合,预测广东省木荷生物量动态,为广东省木荷林碳汇计量提供模型和方法,为其他树种碳汇计量提供可借鉴的方法学支持。【方法】基于实测样木生物量调查数据,包括40株树干解析资料,构建由胸径和年龄的理论生长方程以及地上生物量和胸径的异速生长方程组成的模型系,利用非线性度量误差联立方程组,在胸径生长速度分级情况下拟合模型参数;基于3期森林资源连续清查固定样地样木数据,对广东省木荷生物量动态进行预测。采用决定系数( R 2)和均方根误差(RMSE)评价模型拟合效果,通过生物量存量估计误差和增量估计误差判断模型预测效果。【结果】在胸径生长速度分级情况下,理论生长方程中年龄对胸径的解释率达0.95以上,比不分级提高0.166 3,均方根误差下降到1.97 cm,降低2.16 cm以上,预测胸径对地上生物量的解释率提高到近0.82;接近独立异速生物量模型中实测胸径对地上生物量的解释率达0.88以上,比不分级提高近0.30,均方根误差下降到51 kg左右,下降30 kg以上。在胸径生长速度不分级情况下,各期生物量存量估计误差变动幅度在-46.31%~77.45%之间,而分级情况下下降到-16.13%~7.06%;在尺度上,分级与不分级均呈相同规律,即单木误差小于林分误差、林分误差小于区域误差。不分级时,单木水平和区域尺度间的误差不大于10%,而分级时小于8%。不同间隔期生物量增量估计误差,不分级时估计值普遍偏大,在32.57%~115.45%之间,而分级时下降到-6.57%~15.77%之间,在单木尺度上不超过±10%;随着尺度增大,增量估计误差不断增加,不分级时单木水平和区域尺度间的误差介于10%~15%之间,分级时稳定在8%左右。【结论】对于理论生长方程和异速生长方程组成的模型系,分级可极大提高模型精度,减小预测估计误差;生长速度不分级时,仅利用胸径或年龄数据,分级时,则可利用2期胸径数据或1期胸径和年龄数据,就可预测未来生物量动态,简单方便,在森林资源连续清查和碳汇造林的碳汇量计量中具有极大应用价值,区域尺度上的估计误差也可基本满足精度要求。     

基于贝叶斯法的针阔混交林树高与胸径混合效应模型

【目的】在多树种多层次针阔混交林中,基于贝叶斯混合效应模型法构建树高与胸径关系的混合效应模型,以提高预测模型参数稳定性,为揭示混交林多树种生长规律、资源分配差异及森林质量精准提升提供科学依据。【方法】以河北省塞罕坝机械林场华北落叶松和白桦针阔混交林为研究对象,基于112块标准地(30 m×30 m)调查数据,选取6个包含不同林分因子的理论方程作为构建混交林不同树种树高与胸径关系的基础模型,选择出拟合精度较高的模型,分别采用两水平非线性混合效应模型法和贝叶斯混合效应模型法构建立包含哑变量的多树种树高与胸径关系模型。【结果】包含林分优势高和林分断面积组合变量的Richards方程拟合效果最好,模型确定系数(R~2)、均方根误差(RMSE)和绝对误差(Bias)分别为0849 5、2378 6和0365 4;贝叶斯混合效应模型法拟合精度略高于传统非线性混合效应模型法:基于传统非线性混合效应模型法的华北落叶松树高与胸径关系模型的RMSE和Bias分别为0930 4和0103 4,白桦树高与胸径关系模型的RMSE和Bias分别为0982 7和0112 6;基于贝叶斯混合效应模型法的华北落叶松树高与胸径关系模型的RMSE和Bias分别为0910 5和0096 8,白桦树高与胸径关系模型的RMSE和Bias分别为0963 3和0100 2。【结论】基于贝叶斯混合效应模型法构建的非线性混合效应模型,充分考虑混交林多树种树高与胸径关系模型参数的不确定性,模型预测效果更具可靠性和稳定性。     

长江滩地立木腐朽杨树与正常杨树生长与材性的比较研究

本文对长江滩地意杨的生长和木材材性进行了初步研究，着重讨论长江滩地立木腐朽杨树与正常杨树在树高、胸径生长的差异，通过回归分析，给出了杨树胸径生长与年龄的回归方程。分析研究腐朽木和正常木在年轮宽度、含水率、木材密度、干缩率等方面的差异。通过扫描电镜观测腐朽木和正常木细胞壁层的差异和菌丝在木材细胞的分布状况。研究结果表明：地势低是导致杨树立木腐朽的直接原因；腐朽对杨树的胸径生长和高生长及木材材性有显著影响；腐朽材内部生材含水率远低于正常材内部生材含水率，这是由于腐朽杨树内部导管比量明显比正常材低导致其输导水分功能减弱所致；而腐朽材的密度和干缩率均高于正常材；腐朽木中出现了具有应拉木特征的区域，菌丝入侵立木杨树主要通过夹皮裂隙，然后通过导管和木射线细胞向木纤维中扩散。     

建立相似林分样木因子回归模型推算采伐木蓄积

在安化县杉木人工林相似林分内设立样地,测量样地对角线上26株林木的地径、胸径和树高,用Excel软件建立地径与胸径、胸径与树高的回归模型,再测量采伐木地径,用回归模型预测采伐木的胸径和树高,推算采伐木蓄积量。同时,采用地径一元立木材积表法测算林木蓄积量,并与采伐作业设计的二元立木材积表法测算的林木蓄积量相比较。结果表明:采用建立相似林分样木因子回归模型推算采伐木蓄积量方法接近采伐作业设计的蓄积量。     

竞争和气候及其交互作用对杉木人工林胸径生长的影响

【目的】构建包含竞争指标和气候因子的胸径生长模型,分析竞争和气候及其交互作用对杉木人工林胸径生长的影响,为气候变化背景下模拟抚育间伐、择伐后保留木的生长变化奠定基础,为森林适应性经营中科学合理地对杉木人工林进行间伐、择伐提供依据。【方法】基于江西省赣州市南康区、崇义县和上犹县杉木人工林固定样地数据,采用潜在生长量修正法构建胸径生长模型。利用分位数回归模拟潜在生长量,运用7个环境因子(5个气候因子:调查间隔期的平均温度、最高温度、最低温度、降水量和大于5℃的积温; 2个地形因子:海拔和坡度)反映立地质量对潜在生长量的影响,依据参数显著性和方差膨胀因子确定可作为自变量的环境因子。采用指数函数形式构建修正函数,修正函数的竞争因子包括3个林分密度指标和3个单木竞争指标(2个与距离无关的竞争指标和1个与距离有关的竞争指标),筛选出最优竞争因子后考虑其与5个气候因子间的交互作用对估计精度的影响。通过模型评价,选出估计精度最高的模型添加样地水平随机效应参数,用于分析竞争和气候及其交互作用对杉木人工林胸径生长的影响。使用平均绝对误差(MAE)、平均相对误差绝对值(RMAE)和平均预估误差(MPE)评价模型估计精度。【结果】海拔、调查间隔期的最低温度和降水量对杉木人工林胸径潜在生长量具有显著影响。胸径20 cm时,潜在生长量达到最大值,调查间隔期的最低温度和降水量对潜在生长量最大值呈正向影响,而海拔则呈负向影响。对比各竞争指标构建的胸径生长模型估计精度发现,含与距离无关的竞争指标的生长模型估计精度最高,其次是含与距离有关的竞争指标的生长模型。鉴于气候和竞争的交互作用可提升模型估计精度,对比只在修正函数中考虑竞争因子的模型,考虑交互作用的生长模型MAE降低0.60%～18.69%,MPE降低0.12%～9.72%。竞争因子选用大于对象木的断面积之和,对应的气候因子选用平均温度、最高温度和最低温度进行交互作用的模型估计精度最好,以其作为基础模型并添加样地水平随机效应参数构建最终胸径生长模型,模型估计精度较好,MAE为0.071 1 cm、RMAE为20.37%、MPE为4.90%。基于最终模型发现,除承受竞争压力很小和竞争压力较大的林木外,温度变化可加剧竞争对胸径潜在生长量的修正效应。【结论】分位数回归对胸径潜在生长量的模拟效果较好,气候和竞争的交互作用也可提升模型估计精度,如果建模区域气候变化较大,构建单木生长模型时,建议在模型中考虑气候和竞争的交互作用。     

应用航片估测林分单位面积生物量方法的探讨

立木生物量（Ｗ）与树木胸径（Ｄ），树高（Ｈ）和材积（Ｖ）间存在的相关关系，建立最优经验方程，可编制天然林一元和二元立木重量表。在大比例尺的航片上，可判读量测出胸径，树高，冠幅和株数，根据这些判读因子查立木重量表，再利用测定林分单位面积生物量方法之一的略算法，即可实现估算林分单位面积生物量之目的。     

帽儿山地区混交和坡位对红松混交林生长的影响研究

文章以帽儿山实验林场尖砬沟森林培育实验站25a生红松人工纯林和红松——黄波罗、红松——胡桃楸、红松——水曲柳混交林为研究对象,考察了坡位以及混交方式对林木胸径、树高以及地上和地下生物量分配的影响。通过异速生长方程,估计总生物量、地上与地下生物量的分配格局。结果表明:除坡位对树高影响不显著以外,混交、坡位及其二者的交互作用对红松胸径、树高和总生物量均具有显著的影响。     

我国5种主要人工林乔木层碳储量生长模型及其气候驱动分析

【目的】研建我国5种主要人工林(杉木林、杨树林、桉树林、落叶松林和马尾松林)乔木层碳储量生长模型，确定碳储量平均生长量最大时的林龄，分析固碳能力差异及其受气候因子的影响，为提升人工林碳汇能力和制定森林可持续经营决策提供科学依据。【方法】基于第九次全国森林资源清查8 520块样地碳储量数据，采用非线性加权回归方法和可变参数模型，研建5种主要人工林乔木层碳储量生长模型，分析年均气温、年均降水量对模型参数的影响，并比较5种人工林乔木层固碳能力的差异。【结果】5种主要人工林乔木层碳储量生长模型的平均预估误差在5%以内，模型自检和独立交叉检验的总体相对误差在3%以内。落叶松林、马尾松林、杉木林、杨树林和桉树林乔木层碳储量年均生长量最大时的林龄分别为24、16、12、6和2年，对应的年均生长量分别为1.50、1.85、2.10、2.96和6.97 t·hm^-2；马尾松、杉木、杨树和桉树人工林乔木层碳储量最大平均生长量分别是落叶松人工林的1.23、1.40、1.97和4.65倍。年均气温每下降1℃，杨树林、马尾松林、桉树林和落叶松林乔木层碳储量年均生长量分别降低7.6%、4.5...     

马占相思工业原料林立木材积表的研建

基于广西工业原料林马占相思人工实生林385株测定样木,对其系列材积表进行建模和编制,并以另外126株样木作为检验。编制结果表明:二元立木材积表采用动态山本式拟合回归模型,相关紧密误差小。一元立木材积表采用了胸径与材积相关,地径与材积相关直接编制;同时,应用二元材积模型进行导算的间接编制。编表过程中拟合并优选了胸径对树高回归模型、胸径根径间回归模型,为其系列材积表的编制及应用创造了条件。通过初步的检验表明,材积表是适用可行的。