人工林生长与收获预测模型的基本方法

通过建立林分生长和收获预估模型可以对森林资源数据进行连续预估和动态更新,这对当地林业部门指导生产、实行科学管理具有重要意义.该文参研了以往建立林分生长和收获模型的方法,提出建立林分生长和收获预测模型的一般方法:根据森林生长理论,利用影响林分生长的主要因子(林龄、地位指数和林分密度),把地位指数和林分密度函数引入相关生长模型,并经过合理的模型参数解算、残差分析及误差计算检验,选择最优模型分别建立人工林林分静态和动态生长和收获预估模型.     

2021 年 11 期目录

[目的]目前关于林分碳储量随年龄动态变化的模型研究较少,本研究通过建立林分水平的碳储量生长模型系,为区域尺度的森林碳储量动态预估提供方法.[方法]以吉林省长白落叶松人工林为对象,使用立地质量分级算法将所有样地划分为3个立地等级,并将其作为哑变量引入模型系中,使用联立方程组的方法将林分平均高、断面积生长模型和林分碳储量模型3个方程进行联合估计,建立林分碳储量生长模型系.采用调整确定系数(R2adj)、估计值的标准误(SEE)和平均预估误差(MPE)来评价模型的表现,分析不同立地等级和林分密度指数(SDI)下林分碳储量的生长过程,及林分断面积和平均高对林分碳储量的影响.[结果](1)林分碳储量生长模型系中林分平均高生长模型、林分断面积生长模型和林分碳储量模型的R2adj分别为0.879、0.977和0.953,MPE均??1500株/hm2时,在40年以后的林分密度对碳储量生长过程基本无影响;林分密度指数控制在1500?～2000株/hm2时可实现较快的碳储量生长.(4)林分碳储量随林分断面积和平均高的增加而增加,林分断面积与林分碳储量的关系更为密切.[结论]林分碳储量的生长和立地等级、林分平均年龄、密度、断面积、平均高等因子有密切联系,采用联立方程组方法是建立林分碳储量生长模型系的有效方法.本研究建立的林分碳储量生长模型系可以对林分碳储量动态进行有效预测,为了解林分碳储量的生长过程和森林碳汇评估提供了工具.     

塞罕坝华北落叶松人工林断面积预测模型

如何实现林分水平和单木水平预测林分断面积的兼容性,并提高不同水平断面积模型的预估精度,在森林经营过程中是一个亟待解决的科学问题。本文以华北暖温带华北落叶松人工林为研究对象,运用105块连续观测的固定样地数据,首先采用Gauss-Newton算法建立林分水平和单木水平断面积生长模型;其次分别采用不同形式的逻辑斯蒂方程对单木生存概率方程进行拟合;最后将不同水平最优预测模型进行组合并建立组合方程,采用最小二乘法估计组合方程参数,以提高对不同水平断面积的预测精度。结果表明:在约束参数法中,林分密度模型、林分断面积预测模型和单木断面积模型均具有较好的预测效果,并均能解释90%以上的变异;在分解法中采用逻辑斯蒂方程来预测单木生存概率和林分密度,经检验获得的ROC曲线下面积为0.906,表明该方程可以较好地预测林木生存概率;在组合预测法中,采用不同水平的最优模型进行组合后的预测效果最佳。在预测林分密度和断面积时,组合预测方程预测精度最高,林分水平模型预测精度次之,单木水平模型预测精度最低。组合预测法能够预测不同水平下的林分密度、立木生存概率、林分断面积及单木断面积,提高了模型预测精度,为预测林分生长动态、空间结构变化及经营效果评价等提供参考依据。      

油松人工林林分生长过程动态预测及检验

根据北京山区调查的246块油松人工林固定样地资料,运用理论生长方程,建立了油松人工林林分高和断面积的生长模型,并对其生长过程进行了精度评价及预测检验。结果表明:Compertz、Mitscherlish、Logistic方程拟合油松人工林林分高生长过程时,方程渐近参数受立地指数的影响,将立地指数作为方程自变量时,预测精度最高的是Mitscherlish方程;将立地指数、林分密度指数引入Korf理论生长方程中拟合油松人工林林分断面积生长过程,其模拟精度R2达0.98;对两个模型进行χ2检验,发现观测值和预测值差异不显著,拟合效果良好。研究结果可对北京地区油松人工林的生长动态进行精确预测,为油松人工林的科学经营提供理论依据。     

正常收获表的研制

本文利用兴安落叶松幼、中龄林一般临时样地材料,研究了正常收获表的编制方法。根据森林生长理论,把正常林分定义为“生长模型中生长率系数最大的林分”。又根据Von Bertalanffy生长理论和相对生长法则,用理查德生长方程描述林分断面积的生长曲线。从而导出的系数k是生长率参数。由定义正常林分可视为k值最大的林分,所以提高k值可求正常林分断面积生长曲线,编制出正常收获表。     

基于增强回归树的杉木人工林林分断面积模型研究

【目的】林分断面积是森林生长收获预估中的重要变量。构建基于增强回归树的林分断面积模型,并分析不同林分密度指标和不同立地指标及其交互作用对模拟的影响,为采用增强回归树模拟林分断面积提供一定的参考。【方法】研究以江西省崇义县的杉木人工林为对象,采用增强回归树构建了林分断面积模型,通过交叉验证分析了交互深度、收缩参数和回归树数量的变化对增强回归树预测的影响,并对比分析了2种立地指标(地位级指数和地位指数)、2种密度指标(每公顷株数和林分密度指数)及其交互作用对林分断面积的影响,以此筛选出林分断面积模型中最适的立地指标和密度指标。【结果】(1)经过参数优化的增强回归树能较好的模拟林分断面积,最优模型的MAB为0.504 7 m~2/hm~2,RMA为2.29%,RMSE为0.900 8 m~2/hm~2;(2)基于林分平均高的地位级指数对林分断面积的模拟效果优于地位指数,因此可在缺少优势高数据时采用地位级指数描述立地质量;(3)林分密度指数对林分断面积的模拟效果明显优于每公顷株数,说明包含了林木大小信息的密度指标能有效的模拟林分断面积;(4)立地和密度的交互作用能在一定程度上提升林分断面积模型精度。【结论】增强回归树能较好的模拟林分断面积,但需要对参数调优,且在需要精确预估林分断面积时,建议考虑立地和密度的交互作用。     

长白落叶松直径分布收获模型的研究

该文将长白落叶松林地按地位指数划分为3个地位等级,分别地位等级建立了以三参数Weibull分布为基础的直径分布收获模型。该模型系统包括两大部分。第1部分建立了林分回归模型,其中主要包括林分因子预测模型,株数预测和断面积生长模型等;第2部分建立了参数回收模型,即采用林分因子的预估值来回收Weibull分布的参数,保证了收获模型与林分回归模型的一致性。该模型不仅能输出林分的总体收获量(蓄积量,出材量),而且能输出各径阶的收获量。误差检验结果表明该模型精度较高。     

不同密度长白落叶松林生物量与碳储量分布特征

通过对立地条件相近28年生的5种林分密度(780、920、1099、1190、1377株·hm-2)长白落叶松人工林标准地调查与生物量测定,探讨了不同林分密度长白落叶松人工林生物量与碳储量的分布特征.结果表明,林分密度对长白落叶松林平均单株木生物量、群落生物量及乔木层生物量均有显著影响.前者随林分密度的增加而下降,且下...     

贵州马尾松人工林经营密度模型初探

为探讨用模拟方法确定人工林的经营密度,本文以贵州马尾松人工林569块常规标准地资料为基础分析,结果表明:这些标准地对目前贵州马尾松人工林具有充分代表性;立木密度对林分平均胸径的影响最为明显,对树高影响较小;林分断面积和蓄积随立木密度的增大而上升,但当立木密度大到一定程度时,它们都有下降的趋势.基于以上分析,用动态规划方法建立了可变间伐间隔期的林分经营密度模型.该模型既符合林分生长的一般规律,又得到实地试验结果的支持,因此建议应用.     

坡位对不同密度长白落叶松人工林生态系统碳储量的影响

【目的】探明坡位对不同林分密度长白落叶松人工林生态系统碳储量及其分配特征的影响,为制定长白落叶松人工林增汇经营技术提供科学依据。【方法】以长白落叶松人工林为研究对象,利用生物量与含碳率估算植被层碳储量,土壤剖面法估算土壤层碳储量,并分析不同坡位、不同林分密度长白落叶松人工林生态系统的碳储量及其分配特征。【结果】上坡位和中坡位低密度长白落叶松人工林生态系统碳储量分别为236.69 t/hm2和235.66 t/hm2,二者差异不显著;上坡位和中坡位高密度长白落叶松人工林生态系统碳储量分别为272.26 t/hm2和330.72 t/hm2,中坡位生态系统碳储量显著高于上坡位。长白落叶松人工林生态系统碳储量依次为土壤层＞植被层＞凋落物层;高密度林分中坡位土壤有机碳储量占比显著低于高坡位,而植被层有机碳储量占比中坡位显著高于高坡位。【结论】立地条件对低密度林分的碳储量影响较小;对于高密度林分,立地条件好有利于提高植被层碳储量,中坡位择伐强度可以适当加大,但不能超过上坡位的2倍。     

长白落叶松人工林建筑材栽培模式的研究

利用长白落叶松人工林２００块临时标准地、３１块间伐试验标准地、２块皆伐标准地、４００株解析木的数据，综合运用先进的林学理论，数学方法，市场经济理论和计算机技术，系统分析并拟合，组装基础理论研究成果，如全林分生和模型，动态规划模型等模型群。     

基于GDI~＋技术的林分结构可视化技术研究

针对林分结构数据,筛选并规范化必要的林分结构因子,对林分内林木将实地坐标转换为屏幕坐标,通过对单株木逐一绘制二维示意图的方式,直观展示林分空间和属性结构。基于GDI＋技术,生成空间结构二维示意图反映林分密度、郁闭度、空间分布格局等,生成分布直方图反映林分属性结构分布,实现了湖南攸县黄丰桥林场某林分的结构可视化。结果显示,以可视化手段展示林分结构,比数据表展示更加生动、直观。     

基于GDI＋技术的林分结构可视化技术研究

针对林分结构数据,筛选并规范化必要的林分结构因子,对林分内林木将实地坐标转换为屏幕坐标,通过对单株木逐一绘制二维示意图的方式,直观展示林分空间和属性结构。基于GDI＋技术,生成空间结构二维示意图反映林分密度、郁闭度、空间分布格局等,生成分布直方图反映林分属性结构分布,实现了湖南攸县黄丰桥林场某林分的结构可视化。结果显示,以可视化手段展示林分结构,比数据表展示更加生动、直观。     

天然次生林直径分布的研究

该研究应用东北林区调查的119天然林标准地数据,通过绘制各林分直径分布直方图,分析林分的直径分布规律,运用SB分布、指数分布、正态分布、WeibuU分布和β分布函数对其进行拟合,建立直径回归模型,并采用矩解法求解参数,更精确地比较各种分布函数对实际数据的拟合效果.研究结果表明:林木株数随着直径的增大呈减少的趋势;指数分布和Weibull分布的拟合效果较好,但指数分布优于Weibull分布.观察指数分布函数的各参数的变化规律,发现参数a基本不变,而参数b在变化.绘制参数b与林分调查因子间的散点图,发现指数分布中的参数b与林分平均直径有显著的相关性.通过相关性分析,选择函数进行拟合,结果表明:幂函数的拟合效果最好,相关系数最高.通过对参数b的再参数化建立模型,最终得到最优的天然次生林林直径分布模型.     

黑龙江省主要林分类型林分碳储量预估模型

利用2期黑龙江省森林资源连续清查数据(2005—2010年),根据林分变量和林分碳储量间的关系构建了林分水平的全树碳储量预估模型,并对应不同起源选择不同的模型形式,用加权最小二乘法消除了异方差。由于地域的不同,相同林分类型碳储量可能存在差异,因此在构建的碳储量模型基础上,利用哑变量方法构建考虑不同地域的林分碳储量模型。结果表明:区分起源的林分碳储量模型对于天然林和人工林都具有良好的拟合精度,R~2均大于0.94,模型评价指标中平均相对误差均在±6.00%以内,平均相对误差绝对值基本小于10%,仅黑桦天然林为15.33%。大部分模型的预测精度在95%以上。利用哑变量方法构建的考虑不同地域的林分碳储量通用模型的R~2均大于0.94,平均相对误差均较小,平均相对误差绝对值均在小于8%,预测精度都在95%以上。对于包含区域哑变量的通用模型,在满足相同的林分平均断面积条件及其他变量、参数a、c不变时,不同区域对应的参数b值越大,相应区域碳储量越大;在满足相同的林分平均高(或者林分年龄条件)及其他变量、参数a、b不变时,不同区域对应的参数c值越大,相应区域碳储量越大。     

应用“林分结构复原法”评价经营措施及更新效果研究

介绍了林分调查的一种方法：“林分结构复原法”,即根据林分的现时直径分布和直径生长量,应用林分表法进行径阶转移的原理,推算n年前的直径分布,并根据直径与其他林分因子的关系,再现林分在前n年时的林分结构,从而为评价采伐的合理性以及鉴定超采、盗伐提供可靠数据。     

北京西山地区油松人工林近自然化改造效果评价

为了促使北京山区油松人工林向发挥多功能目标的森林结构转变,在近自然森林经营理念和技术指导下对西山地区51年生的油松人工林进行改造,并于2005年调查和设计,2006年初完成近自然森林改造的第1次作业.对固定观测样地的调查结果表明:经过近自然化改造,样地的Shannon-Wienner指数分别从0.121 7、0.940 4提高到0.917 4、1.492 1.油松林的林下更新层物种变化较大.大叶白蜡、栾树、构树等树种的天然更新,再通过播种补入栓皮栎,提高了林下更新的数量和质量.相对于未进行近自然化改造的林分,改造过的油松林,林木年生长量较高,林分结构得到了改善.     

杉木人工林自然生长模型的研究

本文在收集大量资料的基础上，对全林整体生长模型进行了改进，建立了福建一般产区杉木人工林自然生长模型，模型精度验证结果表明，改进后的模型具有比原模型更高的精度．     

不同林分密度对日本落叶松生物量的影响

[目的]快速培育优质高产日本落叶松人工林,优选最佳的适宜密度。[方法]设间伐强度20.00%、30.00%、40.00%、对照4个处理,即Ⅰ号区2 235株/hm~2,Ⅱ号区1 995株/hm~2,Ⅲ号区1 365株/hm~2,Ⅳ号区2 975.00株/hm~2(CK),选择18年生的林分进行不同保留密度的试验研究。[结果]10年间各试验区日本落叶松的生物量变化比较明显,Ⅱ号区保留密度1 365株/hm~2,乔林层生物量比CK提高74.80%,总林分生物量比CK提高72.22%;Ⅲ号区保留密度810株/hm~2,林分乔木层生物量比CK降低3.94%,林分总生物量比CK降低3.36%,而草本层和灌木层的生物量比CK分别提高2.53%和20.34%。[结论]在日本落叶松中龄阶段,林分的保留密度以1 365株/hm~2为宜。     

云南松林分状况与松纵坑切梢小蠹危害的关系

通过对云南省3个蠹害区的观测研究，证实云南松林分自身状况与松纵坑切梢小蠹危害关系密切。就云南松个体而言，根据林木生长分级标准，松小蠹主要危害被压木及濒死木，很少危害优势木及亚优势木；就林分整体而言，同一山体的东坡和南坡林分的蠹害程度重，西坡和北坡林分的蠹害程度轻。林缘蠹害程度明显高于林内；林分郁闭度与蠹害指数呈负相关，郁闭度越低蠹害越严重。研究证实，松小蠹有明显的趋光行为，即阳坡林分、林缘、低郁闭度林分容易遭受松小蠹侵袭。