不同估算树冠生物量方法的比较——以长白落叶松林为例

以长白落叶松人工林为研究对象,应用平均标准木法及枝解析木法调查树冠生物量,并采用标准枝法与枝条模型估算法对估测的树冠生物量进行了比较研究。分析了枝长与枝基径,枝条生物量与枝基径、枝长等各因子的相关关系,建立一级枝长模型及枝条生物量模型。通过对枝条生物量估测模型的比较,结果表明:枝基径与枝条生物量、叶生物量有很高的相关性,幂函数拟合的精度较高,参数估计较稳定;虽然二次多项式模型拟合的相关系数较大,但因参数变动较大,预测不稳定。在树冠生物量模型研究中,基于胸径建立异速生物量模型,相关系数R2值达0.906以上;通过对估测树冠生物量模型的比较,枝条模型估测法优于标准枝法,同时对模型进行F检验,F值达极显著水平,所选枝条生物量模型对长白落叶松树冠生物量的估测具一定参考价值。     

不同施肥处理对麻疯树幼林生长的影响

采用随机区组试验设计,对麻疯树幼林进行了施肥配方试验。结果表明：（1）N、P、K混合施肥能显著促进麻疯树的地径、冠幅乘积和树高的生长;（2）仅施用N肥也能明显促进主干地径生长,但仅施P、K肥对地径生长影响不大;（3）N肥和P肥混合施用能显著促进麻疯树幼树冠幅生长,仅单独施用N肥、P肥和K肥对麻疯树冠幅生长促进作用不明显。     

基于无人机LiDAR的杉木树冠上部外轮廓模拟与可视化研究

[目的 ]基于无人机激光雷达(LiDAR)点云数据提取杉木树冠上部结构参数(树冠顶点、树高、冠幅和上部冠长),并进行树冠上部外轮廓模拟与可视化,为树种识别提供树木冠形特征。[方法 ]利用LASTools开源工具从激光雷达点云数据生成无孔洞的冠层高度模型,使用LiDAR360软件,采用局部最大值法检测树冠顶点,基于CHM种子点对点云进行单木分割,并在ArcGIS下手动选取杉木单株点云样本,用Python编程对"欠分割"样本进行单木纯化(之后全部编程方式自动化处理);提取纯化后单株样本的树冠上部结构参数(树冠顶点、树高、冠幅和上部冠长),再对单木点云按照一定高度间隔进行分层切片,使用宽度百分位数法提取单木树冠上部的相对着枝深度、枝条长度作为模型变量,以相对着枝深度分层分别建模与验证样本按照3倍标准差法剔除异常外轮廓点,选取二次多项式、幂函数和指数函数3个基础模型进行模型拟合与验证,最后采用最优拟合模型进行样地尺度的三维可视化。[结果 ]无人机激光雷达综合单木检测率为79.63%,结合实测参数与提取结果进行相关分析,树高线性回归R2为0.890 5,冠幅线性回归R2为0.845 6;二次抛物线、幂函数和对数函数拟合R2分别为0.807 0、0.817 0、0.806 0,幂函数对杉木树冠上部外轮廓的拟合效果更优。[结论 ]在高林分密度条件下,单木点云的有效提取纯化对客观描绘树冠形状非常重要;基于无人机激光雷达拟合的杉木树冠上部外轮廓反映了杉木的树冠上部形态,可为杉木的树种识别提供参考。     

晋北4种灌木地上生物量预测模型的构建

采用收获法对晋北地区4种常见灌木(黄刺玫、酸枣、荆条和柠条)进行随机采样,分析其生物量及分配格局,同时利用简单指标对其生物量构建预测模型。研究结果表明:1)灌木地上总生物量间差异较大,从大到小依次为荆条黄刺玫柠条酸枣;黄刺玫和荆条地上不同部位生物量表现为叶老龄枝新生枝,而柠条和酸枣则表现为老龄枝叶新生枝;2)不同灌木枝叶比差异很大,柠条枝叶比是黄刺玫的2.79倍,而荆条和黄刺玫的枝叶比近似于1;3)依据不同灌木及同种灌木不同器官选择冠幅直径乘以高CH、冠幅直径C、冠幅体积V为自变量构建的4种灌木生物量模型均以幂函数模型最优,可用于推算灌木生物量。     

麻疯树构件的生殖配置研究

本文首次在木本植物构件层次上探讨了生殖配置的大小依赖性与权衡问题。据测定,麻疯树果期生殖构件生殖部分的绝对配置为7g,相对配置为23％,分别变动于2．088g-22．05g和7％～49％之间。据回归,生殖构件的营养和生殖部分相对配置为直线负相关,为权衡关系。以构件生物量为大小指标,与麻疯树生殖的绝对配置符合开口向下的抛物线模型,而与生殖的相对配置之间关系符合开口向上的幂函数模型。麻疯树生殖构件两类生殖配置的大小依赖性的曲线模式不同,在不同样地、不同层次都存在普遍性和一致性。构件水平上生殖的相对配置与绝对配置关系模型变化趋势相反,与个体生殖的绝对和相对配置不同。在生产上,需要把优化生殖构件大小,人为修枝,提高当年生殖产量。     

攀枝花市麻疯树老树特征的初步研究

本文初步研究了攀枝花市不同年龄与生境的麻疯树老树,分析了老树特征与衰老的环境诱导结构限制现象。结果表明：（1）麻疯树衰老树体相对地径（16 cm～62 cm）、树龄（15 a～41 a）、冠幅（3 m×3 m～8.5 m×8.5m）、高度（2 m～6.96 m）较大,一级枝较大,有一定比例的枯死枝;（2）新梢小（枝径0.7 cm～1.12 cm;长度7 cm～28 cm之间）,生长量低,萌生枝稀少,生殖枝比例偏低（趋近于30%以下）;（3）单枝坐果量低（0～3个）,干果重量1.65 g,千粒重490 g,壳比例30%,适合度偏低;（4）生境肥沃时树龄偏大,衰老程度弱,而生境瘠薄时树龄小,衰老程度强烈;（5）不考虑环境异质性,则衰老为树体结构限制的结果,新梢大小小于分支阈值,丧失了树体发育的能力而成为限制生长的因素。综合分析,麻疯树老树指标是分支率,在分支率为1时衰老启动;形态上衰老为环境诱导结构限制的产物,而结构限制可能是衰老的主观因素。     

基于简单竞争指数的杉木人工林树冠形状模拟

以湖南省株洲市攸县黄丰桥国有林场杉木中龄林为研究对象,用逐步回归的方法建立以单木大小、单木竞争指标为自变量,冠幅、冠长为因变量的函数估算模型,实现林木树冠形状的模拟。研究结果显示:在杉木树冠形状模拟时,与竞争有关的冠幅模型、冠长模型的判定系数R2分别为0.771、0.872,显著高于与竞争无关的冠幅模型、冠长模型的调整的判定系数0.729、0.811,这说明竞争对树冠生长影响的作用是显著的。     

秃杉人工林树冠轮廓及冠幅模型研究

根据秃杉人工林标准地调查数据,分析因变量与自变量的相关性,筛选最优因子,分别采用异速生长方程、多元线性回归方程构建秃杉树冠轮廓模型和冠幅模型。研究结果表明,最大冠幅深度与胸径、树高、枝下高、冠幅、冠长均显著相关。通过多元线性逐步回归,以胸径、树高拟合的最大冠幅深度模型较优。树冠轮廓模型以三参数幂函数的异速生长方程拟合效果较好。冠幅呈正态分布,以胸径、树高、优势树高、单位面积胸高断面积为模型最佳变量组合,模型残差上下分布比较均匀,不存在明显偏差,且材积随着冠幅的增大而增大,以二次方程模拟效果最佳。经检验,所构建的模型拟合效果较好,精度较高。     

千烟洲灌木生物量模型研究

采用模型分析法研究了千烟洲试验站白马骨、美丽胡枝子、三叶赤楠、黄栀子四种灌木生物量与地径D、高度H、冠幅C的相关关系。对灌木树种生物量的相对生长研究表明：W=a＋b（D^2H）＋c（D^2H）^2、W=a（D^2H）b、W=a＋bD＋cC＋dH、w=a＋b（CV）＋c（CV）^2可较好地描述灌木树种个体总生物量、枝生物量、叶生物量及根生物量与各形态因子的相关关系。在群落学调查中测定灌木生物量时，利用投影体积CV构建的生物量模型W=a＋b（CV）＋c（CV）^2、W=a（CV）b可用来估算四种灌木的总生物量及各器官生物量。     

基于混合效应模型的杉木单木冠幅预测模型

以湖南省黄丰桥国有林场103块样地共2461株杉木为例,建立单木冠幅模型.由于所调查数据是在不同立地条件下相同样地中重复观察得到,数据间存在明显相关性,为解决此问题,将考虑立地指数和样地对冠幅生长的随机影响,即建立嵌套2水平非线性混合冠幅模型.从12个常用林分模型中选出较好的冠幅直径模型作为构建混合模型的基础模型.除胸高直径外,还考虑其他17个林分或树木因子对冠幅的影响.通过指标AIC(akaike information criterion)和对数似然确定最佳形式参数随机效应组合类型,用指数函数、幂函数以及常数加幂函数3种形式的残差方差模型消除异方差,最后对混合模型和传统回归模型进行比较及评价.结果表明:逻辑斯蒂形式的冠幅直径模型[模型(13)]拟合效果较好,选择为基础模型;胸径、冠底高、树高和样地优势高是影响冠幅的主要因子;幂函数消除异方差效果最好;与立地指数相比,立地指数与样地的嵌套效应对冠幅影响更大;模型(15)的嵌套2水平比总体平均水平和立地指数水平预测精度高,相比于模型(13)有明显改进.本文主要为方法研究,对于其他树种可以用相似方法构建冠幅模型.     

利用线性混合模型和哑变量模型方法建立贵州省通用性生物量方程

以贵州省人工杉木和马尾松地上生物量数据为例,通过利用线性混合模型和哑变量模型方法,建立了适合不同树种和区域(中心区和一般区)的通用性立木生物量方程,为简化生物量建模工作提供了有效途径。结果表明,相同直径林木的地上生物量估计值随树种、区域的不同存在一定程度的差异,带随机参数的线性混合模型和带特定参数的哑变量模型比总体平均模型的精度高;线性混合模型和哑变量模型方法均同等有效,可推广应用于其它通用性模型(如材积方程)的建立。     

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。     

桂西南米老排人工林单株生物量回归模型

通过对桂西南大青山林区28a生米老排(Mytilaria laosensis)人工林林分进行每木检尺和生物量的测定,建立了米老排各器官生物量与胸径、树高和胸径平方乘树高(D2 H)的相关关系;分别选用幂函数等5种模型,用回归分析方法对米老排人工林单株生物量模型进行了拟合。结果表明:树叶和树根生物量分别与胸径和树高的相关关系最显著,而树干、树枝、树皮和全株的生物量都与D2 H的相关关系最为显著。胸径、树高和D2 H与各器官生物量拟合的模型中,全株、树干和树皮的拟合效果最好,树叶和树根的拟合效果中等,树枝的拟合效果较差。除树皮外,各器官均以幂指数模型的拟合效果最好。     

Integrated individual tree biomass simultaneous equations for two larch species in northeastern and northern China

Forest biomass estimation at large scale has become an important topic in the background of facing global climate change, and it is fundamental to develop individual tree biomass equations suitable for large-scale estimation. Based on the measured data of biomass components and stem volume from 100 sample trees of two larch species (Larix gmelinii and L. principis-rupprechtii) in northeastern and northern China, an integrated equation system including individual tree biomass equations, stem volume equation and height–diameter regression model were constructed using the dummy variable model and error-in-variable simultaneous equations. In the system, all the parameters of equations were estimated simultaneously, so that the aboveground biomass equation was compatible to stem volume equation and biomass conversion factor (B_CF) function; the belowground biomass equation was compatible to root-to-shoot ratio (R_SR) function; and stem wood, stem bark, branch and foliage biomass equations were additive to aboveground biomass equation. In addition, the system also ensured the compatibility between one- and two-variable models. The results showed that: (1) whether aboveground biomass equations or belowground biomass equations and stem volume equations, the estimates for larch in northeastern China were greater than those in northern China; (2) B_CF of a larch tree decreased with the growing diameter while R_SR increased with the growing diameter; (3) the proportion of stem wood biomass to aboveground biomass increased with the growing diameter while those of stem bark, branch, and foliage biomass decreased.     

生物质热解产物综合利用方案及经济可行性

通过收集秸秆类生物质热解数据,构建热解产物数据库,从而建立SVM生物质热解产物模型,提出基于农业园区的生物质分级利用一体化方案,同时利用产物模型基于该方案进行个性化种植优化调节。在处理量400kg/h的情况下,与传统秸秆还田方案相比,该方案能够处理掉25%~50%的还田秸秆。在秸秆处理和肥料采买项目上,园区可节省相关支出近30%,采取优化方案可在此基础上再减少支出近4%。     

沙棘林木生长与地上部生物量动态

依据１９９８年在半干旱黄土丘陵区安塞、吴旗的调查资料,对沙棘年生长及单株地上部生物量进行了分析。结果表明：（１）时间的三次系基式与生长的关系能较好地反映生长期内生长与时间的关系;（２）沙棘单株地上部各器官生物量占地上部生物量的分配比率顺序为：枝〉茎〉叶〉桔枝;且枝、叶、枯枝生物量与树彰有十分显著的相关关系,茎与树龄间有的相关关系;（３）可用树高、地径、树个械模型与地径、冠幅、多年生枝长结合模型估测     

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。     

广宁茶秆竹地上生物量分布特征研究

Based on the diameter, height and biomass of different organs of Pseudosasa amabilis, an individual optimization model is established. The results showed that the relationships among diameter, height, and biomass of different organs followed the power function model, rather than exponential model, linear model, or polynomial model. The biomass proportion of large diameter grade increased apparently after culm harvesting, and diameter was mainly distributed from 4 to 5 cm diameter grade. The standing biomass of cultivated Pseudosasa amabilis was between 48.10 t·hm^-2 and 53.10 t·hm^-2, while standing biomass of non cultivated P. amabilis stand was between 66.90—70.40 t·hm^-2, which is a suitable species for carbon sink. Bamboo individual biomass accounted for 70% of the above-ground biomass and grew multiply as the individual bamboo diameter increasing. The biomass of litter ranged from 8.32% to 18.10% in standing biomass while that of non cultivated bamboo stands was lower than that of cultivated bamboo. There existed a 1∶ 1 constant relationship between leaf biomass and branch biomass.     

林分生长与产量模型系统研究综述

本文阐述了影响林分生长和产量的 5个因子 ,即立地指数、林分年龄、林分密度、生境类型和林分结构。介绍了林分水平、径级水平和单株木水平的林分生长和产量预测模型系统的一些代表性模型系统。还介绍了一些典型的生长和死亡模型。林木和林分是两级不同水平的生态系统。作者提出了建立以生态系统特性 (如系统的整体性、同时性、组成成分间交叉相关性等 )为基础的系统化模型。通过建立联立方程系统 ,用 3阶段最小二乘法拟合回归参数 ,可望提高林分生长和产量预测模型的真实性和估测精度