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。     

基于非线性混合模型的针阔混交林树高与胸径关系

[目的]建立多树种、多层次混交林的树高-胸径生长关系非线性混合效应模型,为研究混交林多树种生长规律提供参考依据。[方法]以河北省塞罕坝国家森林公园华北落叶松-白桦针阔混交林为研究对象,基于87块标准地(20 m×30 m)的4 953株华北落叶松和3 608株白桦单木数据,选取13个具有代表性且具有生物学意义的树高-胸径模型进行拟合,从中筛选出拟合优度较高的模型作为构建混合效应模型的基础模型,并在混合效应模型中加入哑变量以解决样地内不同树种带来的差异。[结果]1)在13个树高-胸径候选模型中,模型13的确定系数最大(R2=0.915 7),绝对误差(Bias=1.200 6)、均方根误差(RMSE=0.129 1)最小,其拟合效果较好。2)以模型13为基础模型建立华北落叶松-白桦混交林树高-胸径关系混合效应模型,华北落叶松混合模型确定系数(R2)为0.926 4,AIC值为319.7,均方根误差(RMSE)值1.070 8,绝对误差(Bias)为0.084 1;白桦混合模型确定系数(R2)为0.918 7,AIC值为297.6,均方根误差(RMSE)为1.102 2,绝对误差(Bias)为0.070 5,表明模型拟合效果较好。3)利用所构建的混合效应模型,以2 cm为一个径阶对华北落叶松和白桦树高进行预测,其树高预测结果与测量值分布一致,表明包含树种哑变量混合效应模型中的参数充分反映出相同径级树高的变异趋势,提高了混交林树高-胸径模型预估精度。[结论]包含哑变量的混合效应生长模型可解决混交林中样地间及样地内树种对树高-胸径生长关系的影响,提高模型精度及适用性,为该地区提高针阔混交林经营水平及经营效果提供科学支撑。     

凉水自然保护区3种森林类型的植物组成和林分结构特征

【目的】探讨凉水自然保护区3类森林的植物组成和林分结构特征,以期为小兴安岭保护区科学管理及经营天然次生林提供基础支撑。【方法】以存在小兴安岭核心区的凉水国家自然保护区及周边的典型针阔混交林、阔叶林和针叶林3类森林为对象,详细调查乔木层(80块30 m×30 m样地)、灌木层(160块5 m×5 m样地)和草本层(160块1 m×1 m样地)的林分结构特征(树高、胸径、枝下高、冠幅、灌高、灌木直径、灌木盖度、草本株高、乔灌草密度等),分析种类组成并计算物种丰富度指数、多样性指数(Shannon-wiener及Simpson指数)和均匀度指数(Pielou和Alatalo指数),并采用方差分析、冗余分析(RDA)探究林分间的差异。【结果】3类森林有乔木28～30种、灌木22～25种、草本78～90种,其乔、灌、草植物种类差异明显,阔叶树种以白桦最多,针叶树种以兴安落叶松最多,灌木最多的是毛榛子,草本以蚊子草和小叶芹最多;针阔混交林的丰富度指数、多样性指数总体上高于针叶林和阔叶林,而阔叶林的均匀度高于其他2个森林类型;同一森林类型的多样性指数和丰富度指数均表现为草本层乔木层灌木层; 3种森林类型中灌木层的均匀度高于其他层;从结构特征来看,树高和胸径平均为14和18 cm,树高和枝下高表现为针叶林针阔混交林阔叶林,灌木层冠幅表现为针阔混交林阔叶林针叶林,草本层每个种的平均多度与盖度表现为针叶林显著(P0.05)高于针阔混交林;冗余排序分析表明,阔叶林和针叶林的多样性特征差异主要由草本层特征解释,而针阔叶混交林则主要受乔木层结构特征影响,其中阔叶林草本植物的多度、密度和株高等可解释48.4%～62.1%的多样性差异,针叶林可解释30.5%～44.3%;针阔混交林中显著影响多样性的林分特征表现为灌木地径乔木枝下高草本株高乔木胸径,合计分析乔木层、灌木层的特征能解释多样性差异的38.8%～40.1%和27.4%～50.7%。【结论】凉水自然保护区乔木优势种以先锋树种白桦和兴安落叶松等为主,个体较小,尚需更长时间保护才能恢复为高质量森林资源;草本层的植物多样性最高,在多样性保护中需关注;植物多样性能在林分结构恢复中得以协同提升,但不同森林类型差异明显,如针阔叶混交林调控乔木枝下高和灌木密度等更有效,而针叶林和阔叶则是调控草本密度或改善草本生长环境才能更有效改善植物多样性。     

基于分位数回归和哑变量模型的大兴安岭兴安落叶松树高-胸径模型

【目的】基于Richards方程比较分位数回归和哑变量模型对树高-胸径方程预测精度的影响,为林业树高-胸径模型的构建提供新的思路和方法。【方法】利用大兴安岭4个区域的兴安落叶松Larix gmelinii伐倒木胸径/树高实测数据,采用分位数回归和哑变量模型构建树高-胸径模型,并与基本模型进行对比分析。评价指标采用平均绝对误差(MAE)、均方根误差(RMSE)、确定系数(R2)、赤池信息量(AIC)、贝叶斯信息量(BIC)、平均预测误差百分比(MPE)、平均绝对百分比误差(MAPE)、均方根百分比误差(RMSPE),同时利用非线性额外平方和法进行区域性检验。【结果】1)Richards树高-胸径模型在9个不同的分位点(τ=0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9)都能收敛,且每个区域都有其对应的最优分位数模型,区域1、2、3和4的最优分位数模型所对应的分位数分别是τ=0.7、τ=0.3、τ=0.5和τ=0.3,各区域最优分位数模型与哑变量模型所得结果差异不大,都优于基本模型。2)F检验结果表明哑变量模型的构造是有必要的,区域2和区域4没有显著不同,其他5对区域都有显著不同。3)模型检验结果表明区域1、3、4的最优分位数回归模型都要优于哑变量模型,区域2的哑变量模型没有通过正态性检验(P=0.028 6),因此区域2的最优模型仍然为τ=0.3时的分位数模型。【结论】分位数回归模型和哑变量模型都能够反映不同区域树高-胸径关系的变化,在拟合和检验统计量等方面都表现较好,适合于大兴安岭落叶松树高预测。在进行方法选择时,可以根据数据特征和研究目的进行选择。     

河北省北沟林场针阔混交林空间结构优化技术研究

为了研究针阔混交林空间结构特征,用林分直径分布特征以及空间结构3个参数(角尺度、混交比和大小比数)对河北省北沟林场的华北落叶松、白桦混交林进行了分析。结果表明:该林分直径分布中,白桦的直径分布均匀,落叶松较差;林分平均角尺度为0.352 6,林分基本处于均匀分布状态;林分平均混交度为0.425,处于中度混交;从大小比数来看,林分中白桦处于优势地位,更新树种五角枫被压严重。以林分空间结构3个参数为依据,提出林分结构调整的几种方法,使林分结构更加接近最优状态。     

浑河上游水源涵养林的林分结构与功能研究

以浑河上游水源涵养林为研究对象,通过对4种典型林分类型的树种组成、枯落物持水特性和土壤持水特性进行的研究,结果表明:各类型林分的树种组成复杂程度顺序为核桃楸+花曲柳+五角枫混交林冷杉+白桦+五角枫针阔混交林辽东栎+五角枫天然林人工日本落叶松纯林,阔叶混交林和针阔混交林树种结构稳定性更强;不同林分类型枯落物和土壤最大持水量的大小顺序为核桃楸+花曲柳+五角枫混交林(4 003.38thm-2)冷杉+白桦+五角枫针阔混交林(3 838.54t hm-2)辽东栎+五角枫天然林(3 444.15t hm-2)人工日本落叶松纯林(3 208.85t hm-2)。     

滦河上游两种复层混交林经济价值组成分析

为研究滦河上游异龄复层华北落叶松混交林经济价值组成,以河北省木兰围场国有林场管理局北沟林场内异龄复层的华北落叶松混交林为研究对象,利用传统市场价值法估算出林分大苗和木材的价值,结果表明:(1)落阔混交林木材价值为绿化大苗价值的2.1倍,在绿化大苗中白桦的经济价值最大,为其他树种价值总和的1.4倍;在用材林中落叶松的经济价值最大,为其他树种总和的1.6倍;总经济价值落叶松最高,为41 760元hm~(-2),白桦其次,为33 734.2元hm~(-2),最小的为白榆,为990元hm~(-2),即落阔混交林总经济价值为100 139.2元hm~(-2)。(2)杉落针阔混交林绿化大苗的价值为木材价值的4.8倍,在绿化大苗中云杉的经济价值最大,为其他树种价值总和的19.6倍;在木材用林中云杉的经济价值最大,与落叶松的经济价值相差不大;总经济价值云杉最高为716 580元hm~(-2),落叶松和白桦其次,分别为53 680和49 059元hm~(-2),最小的花楸为870元hm~(-2),即杉落针阔混交林总经济价值为837 228.5元hm~(-2)。(3)落阔混交林和杉落针阔混交林两种林分的价值结构组成有很大的区别,在落阔混交林中以木材价值为主,木材价值为绿化大苗价值的2倍,而杉落针阔混交林绿化大苗的价值非常高,为木材价值的4.8倍。     

基于哑变量的闽楠人工林单木树高曲线模型

【目的】通过建立含立地类型哑变量的湖南省金洞林场闽楠人工林单木树高曲线模型,为湖南省金洞林场闽楠人工林的目标树经营和生长预估提供理论依据。【方法】以湖南省金洞林场为研究区域,基于18块闽楠人工林固定样地2019年调查数据,选取了11个具有代表性的树高曲线模型对闽楠人工林树高-胸径关系进行了拟合,从中筛选出了拟合效果最好的模型作为构建哑变量模型的基础模型;通过对18块固定样地进行立地因子调查,采用数量化方法Ⅰ,以各林分的平均木优势高为因变量,立地因子为自变量,对立地因子进行评价,得到影响显著的立地因子,并通过划分等级和聚类分析来划分立地类型;将立地类型做为哑变量添加到基础模型参数及不同组合中,构建基于立地类型哑变量的金洞林场闽楠人工林单木树高曲线模型。【结果】在11个基础模型中,拟合的树高曲线最优基础模型为Weibull方程,其决定系数为0.780 4最大,平均绝对误差(MAE)为1.770 9,均方根误差(RMSE)为2.701 3最小。以Weibull方程作为基础模型,在构建的含立地类型的哑变量模型中,将哑变量添加在参数c上效果最优,决定系数为0.834 9,平均绝对误差(MAE)为1.529 5,均方根误差(RMSE)为2.131 6。对比于基础模型,决定系数提升了6.98%,平均绝对误差(MAE)降低了13.6%,均方根误差(RMSE)降低了26.7%。【结论】含立地类型哑变量的金洞林场闽楠人工林单木树高曲线模型拟合效果优于基础模型,并且具有更高的适用性,能反映不同立地类型下的树高、胸径生长差异,可以为湖南省金洞林场闽楠人工林的目标树经营和生长预估提供理论依据。     

塞罕坝华北落叶松人工林树冠外部轮廓模型

【目的】构建树冠最大外部轮廓非线性混合效应模型和非线性分位数回归模型,为准确预测树冠生长发育规律及预估生产力提供科学依据。【方法】以河北省塞罕坝机械林场华北落叶松人工林为研究对象,基于58株解析木数据和1 789个枝条解析数据,利用幂函数、修正Kozak方程、修正Weibull方程选取基础模型,构建华北落叶松人工林树冠外部轮廓非线性混合效应模型和非线性分位数回归模型。【结果】在幂函数、修正Kozak方程和修正Weibull方程中,幂函数拟合树冠外部轮廓效果较好,作为树冠外部轮廓基础模型;林分年龄(Age)、冠长(CL)、胸径(DBH)、树高(HT)、冠高比(CHR)、高径比(HDR)对树冠外部轮廓影响较大。在混合效应模型中,两水平混合效应模型优于单水平混合效应模型,可明显提高模型拟合精度,HDR相关的参数a6考虑样地效应,相对着枝深度(RDINC)、CHR相关的参数a4、a5考虑样木效应,模型确定系数(R2)为0.873,均方根误差(RMSE)为0.319 m,平均相对误差(MRE)为6.642 m。在分位数回归模型中,当分位数q=0.90时模型曲线最接近树冠最大外部轮廓,R2为0.672。【结论】混合效应模型拟合精度较高,可准确描述树冠最大枝条的平均趋势。分位数回归模型可确定树冠最外部轮廓,在预测条件均值之外的研究中发挥重要作用。     

冀北山地落叶松四种典型林分的结构研究

对冀北山地落叶松四种典型林分的结构进行了研究,结果表明:(1)在树种组成复杂程度上,杉落针阔混交林落阔混交林落桦混交林落叶松纯林,而且杉落针阔混交林的树种组成比其他三个林分更加合理,结构更加稳定,在空间利用上也更加充分;(2)在水平结构上各个树种直径大小分布上,均匀程度比较:杉落针阔混交林落阔混交林落桦混交林落叶松纯林,除了杉落针阔混交林为均匀分布,其他都比较接近团状分布;(3)在垂直结构上,分层情况比较:杉落针阔混交林、落阔混交林落桦混交林落叶松纯林,其中杉落针阔混交林和落阔混交林分层比较明显,而落桦混交林与落叶松纯林无明显分层;(4)在林分空间结构格局上,从角尺度来说,林分D的分布是随机分布,其他为团状分布;从大小比数来说,处于优势状态林分的百分比为:DCB;从混交度来说,落桦混交林属于弱度混交,落阔混交林属于强度混交,杉落针阔混交林属于极强度混交。     

天目山区针阔混交林树种测树因子特征研究

为揭示天目山区针阔混交林树种测树因子的基本特征,调查了15个30m×30m针阔混交林样地,进行了林分树种测树因子的统计和分析。结果表明:天目山区针阔混交林中乔木层共有49个树种,物种丰富度较高;针叶类树种株数比例占34.71%,阔叶类占65.29%;林木平均密度为1260株/hm2,树种间密度差异明显;林木胸径范围为5.0cm-74.0cm,树高范围为3.4m-18.8m,东西冠幅范围为0.6m-10.6m,南北冠幅范围为0.7m-10.7m,同一树种不同个体间及不同树种间在测树因子上有着明显的差异,表明针阔混交林能较好地利用生长空间,为营造针阔混交林和针叶林阔叶化改造提供了理论依据。     

燕山山地华北落叶松不同测树因子之间的关系研究

华北落叶松(Larix principis-rupprechtii Mayr.)是华北地区森林类型的主要优势树种,本文通过对华北落叶松各测树因子的(胸径和树高)的调查,利用树干解析,建立带皮胸径和去皮胸径、带皮胸径和树高之间的相关关系,并对其结果进行双变量方差分析。结果显示,30年生的华北落叶松树高和胸径都存在极显著相关,而12、15年生差异并不显著;中坡由于处于上下坡位的交界位置,所以胸径树高差异均不明显。     

湖南栎类天然混交林优势木树高曲线哑变量模型研究

使用13种具有代表性的树高-胸径模型对湖南栎类天然混交林优势木树高-胸径关系进行了拟合,从中筛选出拟合度较高的模型作为基础模型,以进一步构建含林分类型、立地类型哑变量的天然混交林优势木树高曲线模型。研究结果表明:平均优势木模型要优于最高优势木模型,利用哑变量模型拟合的效果要明显优于基础模型;n林分类型哑变量和立地类型哑变量平均优势木模型结构相同,都是H=1.3+(sun from n to i=1)a_i×Z_i×D_g/(D_g+1)+b×D_g,其确定系数分别为0.711 9和0.977 5,立地类型哑变量模型要优于林分类型哑变量模型。利用哑变量模型可提高模型精度及适用性,有助于建立区域性通用生物数学模型,并为全国栎类天然混交林立地质量评价的研究提供科学支撑和参考依据。     

对內蒙古西部山地白桦次生林改造的意见

内蒙古西部山地的白桦次生林,约有三分之一的林分立木株数少、干形不良、生产力很低,需要通过更新改造,才能形成相对稳定的针阔混交林,提高其多种效益。例如卓资县上高台林场圪堵户营林区的华北落叶松白桦混交林,原是白桦次生林,1976年皆伐后,第二年秋栽植华北落叶松,改造成针阔混交林。每公顷有林木2025株,其中落叶松1215株,白     

吉林蛟河针阔混交林主要树种树高-胸径模型

[目的]建立吉林蛟河针阔混交林主要树种不同竞争强度个体的树高-胸径关系模型,并探讨竞争强度对树高-胸径关系的影响。[方法]采用蛟河42 hm2成熟林固定样地中4个树种的树高-胸径数据,用Chapman-Richards、Logistic、Korf和Weibull模型这4种应用广泛的经验模型进行树高-胸径曲线拟合,选出适合的最佳模型。[结果]表明:(1)4个树种的12组个体中有7个组的最佳模型形式是Weibull模型,4个组的最佳模型形式为Chapman-Richards模型,只有1组为Korf模型。(2)同一树种的低竞争强度个体和高竞争强度个体的最优模型形式不同。(3)用独立样本数据对最优模型进行检验,模型表现良好。[结论]Weibull模型能够很好地拟合4个树种各竞争强度的树高-胸径关系,能够适用于本地区针阔混交林的树高-胸径模拟,并且竞争强度会影响树高-胸径关系,将各竞争强度个体分别进行树高-胸径拟合可以提高模型预测能力。     

塞罕坝地区针阔混交林空间结构特征研究

为探究塞罕坝地区针阔混交林空间结构,利用针阔混交林径级分布与空间结构相关指数对林分进行分析,结果表明:针阔混交林中阔叶树种生长速度要比针叶快,而且占优势,白桦、山杨径级比例分布趋势接近正态分布;华北落叶松、山杨,属于随机分布,分布的比较均匀,白桦、五角枫与蒙古栎分布不均匀,处于聚集分布的状态;华北落叶松、白桦与山杨处于优势地位,五角枫与蒙古栎大部分都是处于劣势地位,生长空间很小;华北落叶松、白桦、山杨混交程度不高,处于中度混交状态,五角枫与蒙古栎数量少,并且分布的较散,因此多为强度混交。     

林分结构与固碳功能的耦合关系模型研究

2012年9月,在浙江省淳安县千岛湖林区选取纯林、混交林建立24个样地,测定胸径、树高等数据。运用主成分分析方法,分析了平均胸径、生物多样性指标、混交度等13个林分结构因子与固碳功能之间的关系,建立林分结构与功能耦合关系的模型,并根据模型的计算结果,对研究区的样地进行了综合分析。结果表明,阔叶林样地的固碳功能优于针阔混交林样地,针叶纯林的固碳功能最差。     

祁连山保护区东端气象因子与针阔混交林火险等级相关性分析

通过对祁连山保护区东端针阔混交林可燃物含水率与气象因子关系分析,采用统计回归法,建立了针阔混交林可燃物含水率与气象要素关系模型,以针阔混交林死体可燃物引燃含水率为基准,结合燃烧实验,确定了祁连山保护区东端针阔混交林森林火险等级对应的气象因子,结果表明:森林可燃物含水率模型模拟效果较好,引入森林可燃物含水率气象预测模型可提高森林火险气象指数模型的应用效果,为祁连山保护区东端针阔混交林火灾预测预防提供了科学依据。     

采伐干扰对吉林蛟河针阔混交林生产力稳定性的影响

【目的】研究采伐干扰对吉林蛟河天然次生针阔混交林林分生产力稳定性的影响,以期为针阔混交林的可持续经营提供理论依据。【方法】2011年7月在吉林蛟河建立4块1 hm²的针阔混交林采伐样地,2011年12月进行抚育采伐,采伐强度为2.7%～77.6%,平均值为39.2%,并于2013、2015和2018年复测保留木,利用样地中100个连续样方的木本植物数据,通过线性回归模型分析采伐强度、林分密度、土壤养分、林木大小分化（胸径Shannon-Wiener指数）和物种多样性（物种Simpson指数）与生产力稳定性的相关性;运用方差分解分析比较不同变量对生产力稳定性的贡献;进而利用结构方程模型探讨采伐对林木大小分化、物种多样性和生产力稳定性的影响及林木大小分化、物种多样性和生产力稳定性之间的关系。【结果】采伐强度与生产力稳定性无显著关系,物种多样性和林木大小分化与生产力稳定性均呈显著正相关（P<0.05）,林分密度对生产力稳定性有显著负影响（P<0.05）。在方差分解中,物种多样性单独解释生产力稳定性的19.5%;林分密度和林木大小分化对生产力稳定性的贡献率分别...     

林口林区人工落叶松纯林几种改培方式初报

目前,林口林业局在落叶松人工林下超前更新,营造林面积已达23.8万亩,树种分为红松、云杉、白桦、核桃楸、水曲柳、山槐等针阔树种.林下更新最大年龄30 余年,平均树高15m,胸径18cm.上层落叶松皆伐后,更新树种成为林分的主林层,不仅顺利的完成了人工落叶松纯林阶段改培,而且有利于实现森林资源超前持续发展.