基于混合效应的湖南马尾松次生林单木生长模型

【目的】建立湖南省马尾松次生林单木断面积与材积生长模型,为林木的生长预估提供理论依据。【方法】以湖南省2014年一类清查样地中的20块马尾松次生林为研究对象,选取5个具有生物学意义的生长方程,建立马尾松断面积和材积随年龄变化的基础模型,在此基础上,加入以样地为随机效应的随机参数,构建基于混合效应的湖南马尾松次生林单木断面积和材积生长模型。【结果】断面积生长最优基础模型为Logistic方程,其确定系数(R2=0.746)和预测精度(P=98.13%)最大,残差平方和(SSE=0.025)最小;材积生长最优基础模型为Richards方程,其R2为0.703,预测精度为97.20%,SSE为1.034;混合效应模型模拟结果显示,断面积和材积生长模型的随机参数均为μ1、μ2、μ3。混合效应模型的拟合效果较基础模型有显著提升,其中断面积生长模型的R2由0.746提升到0.974,平均误差Bias由0.000 26降低到0.000 01;材积生长模型的R2由0.703提升到0.984,平均误差Bias由0.001 73降低到0.000 13。两个模型的预测精度较对应的基础模型均有所提升。【结论】含样地效应的混合效应模型拟合效果和预测精度均优于基础模型,具有更高的适用性,可为该林分的可持续经营提供科学指导。     

青冈栎次生林主要树种空间分布格局及其关联性研究

青冈栎次生林作为亚热带地区次生林的典型代表之一,研究其林分内主要树种的空间分布格局及关联性,可以更好地开展次生林经营指导工作。通过对9块青冈栎次生林样地的调查,运用空间点格局分析方法对其林分内主要树种的空间分布格局及种间关联性进行研究。结果表明:1)以完全空间随机模型为零假设时,林分整体的空间分布格局在0~12m尺度上呈聚集分布,在12~25m尺度呈随机分布,大于25m尺度趋于均匀分布态势;以异质泊松模型为零假设时,林分整体的空间分布格局总体上呈随机分布;2)样地内青冈栎、杜鹃和拟赤杨在小尺度上呈聚集分布,随尺度增加呈随机分布或均匀分布;甜槠、杉木和檵木基本在所有尺度呈随机分布。3)样地内建群种青冈栎与杉木在所有尺度呈负相关,与其它主要树种在小尺度呈负相关,随着尺度增加变为不相关;所有伴生树种的种间关联性在0~2m为负相关,在其它尺度上不相关为主。青冈栎次生林的空间分布格局受生境异质性的影响,且空间分布格局和主要树种间的关联性随空间尺度的不同而变化。     

基于地形与竞争因子的青冈栎次生林树高哑变量模型研究

考虑不同地形和林木竞争对青冈栎树高与胸径关系的影响，构建青冈栎树高与胸径的哑变量模型，为青冈栎次生林的树高预测和可持续经营提供理论依据。以16个青冈栎次生林固定样地为研究对象，通过确定系数（R²）、赤池信息量准则（AIC）、均方根误差（RMSE）和平均预估误差（MPE）4个评价指标，从11个基础模型中筛选出最优的基础模型。利用F统计检验分析了不同坡向和坡度对青冈栎树高与胸径关系的影响，同时对Hegyi简单竞争指标进行了改进。基于坡向、坡度和竞争强度3个哑变量，构建青冈栎树高与胸径的哑变量模型。结果表明，对数模型M2为最优基础模型，其确定系数（R²=0.686）最大，均方根误差（RMSE=1.380）和平均预估误差（MPE=1.242）最小；不同坡向和坡度下，模型的F统计值均大于F临界值；Hegyi改进指标与树高、胸径的相关系数达到-0.452、-0.418，相比Hegyi简单竞争指标有明显提高；基础模型中引入坡向、坡度和竞争强度哑变量后，模型的拟合精度均显著提高，R²提高了0.035，RMSE减少了0.077，MPE减少了0.070%。从林木的水平和垂直空间上构建青冈栎林木竞争指标更加准确，坡向、坡度和林木竞争对青冈栎树高与胸径关系存在显著影响。综合考虑地形与林木竞争的哑变量模型拟合精度更高，能为青冈栎树高生长的预测提供参考。     

基于Hegyi改进模型的青冈栎次生林竞争分析

基于湖南省平江县芦头林场的12块青冈栎次生林固定样地数据,采用固定半径法、树冠重叠法以及单木影响圈分析样地内青冈栎树种的竞争状况,同时依据对象木与竞争木的树高比值对Hegyi竞争指数进行改进。结果表明:青冈栎树种的竞争影响范围随着直径的增加而增大,说明林木直径越大,竞争越激烈;青冈栎自由树冠幅模型为:CW=0.1773+0.2799×D,直径与冠幅大小呈正相关;三类竞争指标的相关性大小比较为Hegyi改进模型Bella竞争指数Hegyi竞争指数,说明综合考虑树木胸径比值、树高比值以及树木距离的竞争指标能更加准确地反映青冈栎次生林的竞争状况。     

湖南楠木次生林断面积生长模型研究

建立湖南楠木次生林断面积生长预测模型,为林分的生长预测和经营决策提供理论依据和科学指导。以湖南省1989—2014年6期森林资源连续清查样地中的楠木次生林为对象,以5个有生物学意义的理论模型构建断面积生长基础模型;在此基础上,加入与林分生长密切相关的立地指数,构建立地指数模型;为提高模型预测精度,加入含林分密度的随机参数,构建湖南楠木次生林断面积生长混合效应模型。选择5个有生物学意义的理论模型中确定系数(R~2=0.2410)和预估精度(P=98.8213%)最高、残差平方和最小(SSE=2986.1492)的Logistic生长模型作为基础模型;在参数b_1处加入立地指数,构建了湖南楠木次生林立地指数模型,其确定系数提升到0.331 2;以林分密度划分密度等级,构建以林分密度为随机效应的混合效应模型,结果显示,在参数b_4处加入随机参数的模拟,其AIC和BIC值最小,拟合效果显著优于其他模拟(ρ<0.0001);相比基础模型,混合效应模型的ME,MAE,RME,RMAE值均明显降低,确定系数提升到0.946 2,预测精度有所提升。所构建的混合效应模型能够提升林分断面积生长的预估精度,消除林分不同密度等级间的差异,为湖南楠木次生林的合理经营提供了科学依据。     

基于改进林分密度指数的栎类天然林最大密度线

【目的】构建栎类天然林最大密度线,探究栎类天然林自稀疏规律,从理论上丰富种群生态学,为天然林林分密度管理与控制提供理论参考。【方法】以湖南省265块栎类天然林连续清查样地为研究对象,对现有林分密度指数进行改进,采用分位数回归和随机前沿分析评估Reineke林分密度指数和改进林分密度指数在构建栎类天然林最大密度线方面的适用性,并对不同林分类型栎类天然林的自稀疏特点进行分析。【结果】与Reineke林分密度模型相比,改进林分密度模型的预测误差显著降低（P<0.05）,模型以林分平均胸径和优势树种平均高为基础变量,能够更好诠释林分自稀疏的内涵;随机前沿分析方法在模拟天然林最大密度线模型方面更加客观且精度较高,分位数回归方法也可提供有价值的补充;天然混交林自稀疏过程受林分平均胸径和优势树种平均高的共同影响,林分平均胸径越大,自稀疏速率越快;林分优势树种平均高越大,林分可容纳株数越多。天然林自稀疏速率在不同类型林分之间存在显著差异（P<0.05）,栎类相对纯林的自稀疏速率更快、死亡率更高。【结论】构建栎类天然林最大密度线,探究其自稀疏规律,可为栎类天然林自稀疏状态的判别提供定量依据,...     

湖南楠木次生林胸径地位指数表的研制

以湖南省1989—2014年6期一类调查数据为基础,筛选出楠木株数占比大于20%的55块样地共299组年龄-胸径值,编制了楠木次生林地位指数表,为湖南省楠木次生林立地质量评价提供参考依据。用10个常用的数学模型对胸径生长进行拟合,理查德模型的相关系数最大(R^2=0.956),残差平方和最小(SSE=3.950),将其作为导向曲线方程,表达式为D=15.6829(1-e^-0.0457A)^1.0597。以40a为基准年龄,3cm为地位指数级距,得到9、12、15、18和21cm共5条地位指数曲线,分别采用标准差调整法、变动系数调整法和相对优势胸径法进行胸径地位指数表的编制,其中标准差调整法所展开的地位指数表落点检验精度高达(98.96%),不跳级比率为76.67%,且无跳2级或以上的现象,因此以该方法来展开湖南楠木次生林胸径地位指数表。以胸径评价林分立地质量,编制胸径地位指数表,其精度高,适用性强,能较好地反应林木的生长特性。     

基于林木多期直径测定数据的异龄林年龄估计方法

基于固定样地多期直径测定数据,拟合直径与年龄相关的生长模型,为异龄林年龄结构的确定提供估计方法。通过为第一期林木设置不同年龄初值的方法采集样地内各树种的直径与年龄坐标信息,采用不同直径生长方程对数据进行模拟,依据树高生长至1.3 m时的年龄t0,将拟合曲线在坐标内准确定位并用生长方程估计单木、径阶以及林分的平均年龄,对结果进行适用性检验和评价。结果表明:运用Richards方程分别拟合青冈栎、杉木、马尾松的直径与年龄的生长关系时,模型的相关指数R2分别为0.93、0.91、0.97,剩余标准差分别为1.18、0.78、0.37,平均绝对误差分别为0.80、0.61、0.31;该估计方法预测林分平均年龄的绝对误差最大值为2 a,相对误差最大值为8.2%;预测径阶年龄的绝对误差最大值为3 a,相对误差最大值为12.5%,平均绝对百分误差为5.1%;预测单木年龄的绝对误差最大值为7.0 a,相对误差最大值为29.3%,平均绝对百分误差最大值为14.8%。Richards方程在参数生物学意义以及模型拟合精度方面能较好地反映出各树种的直径与年龄生长的关系。研究提出的依据林木多期直径测定数据估计异龄林年龄的方法,预测林分平均年龄与径阶年龄的平均绝对百分误差小于10%,预测效果较好,其估计方法可以应用于科研和生产实践。     

湖南楠木次生林生长与收获预估模型

【目的】建立湖南省楠木次生林林分断面积与蓄积相容性生长收获预估模型,为林分的生长预测和经营决策提供理论依据。【方法】以湖南省1989—2014年6期一类清查样地中的楠木次生林为研究对象,建立其林分断面积和蓄积生长的联立方程组,在此基础上,加入样地效应,构建基于混合效应的联立方程系统。【结果】基础模型包括3个含林分变量的内生变量,模型M1、G2、M2拟合的确定系数(R2)分别为0.860、0.907、0.778;相比基础模型,混合效应模型不仅在R2上有所提高(0.960,0.913,0.915),其平均误差(Bias)和均方根误差(RMSE)也有明显的降低;对比残差分布图,发现混合效应模型拥有分布范围更小、分布更均匀的残差值;通过对比混合效应模型不同模拟的AIC、BIC值,同时结合似然比(LRT)检验,确定了M1、G2和M2的随机参数分别为(β1,β3)、(β6)和(β1,β3,β6)。【结论】基于混合效应的湖南楠木次生林相容性联立方程系统能够提高模型的精度与适用性,更准确地预估该林分的生长与收获,为其经营管理提供科学依据。     

基于林木生长阶段的青冈栎生长方程研究

以青冈栎次生林为研究对象,采用有序聚类的方法对青冈栎生长阶段进行划分,构建各生长阶段的生长方程,并对生长方程的预测效果进行评价分析。结果表明,依据直径连年生长量划分的生长阶段:幼龄阶段1~36 a,中龄阶段37~52 a,其中幼龄阶段的胸径生长方程为D_幼=25.1×(1-e^{-0.023 5A})^{1.332 2},中龄阶段的胸径生长方程为D_中=17.5 1+71.708 7×e^{-0.144 6A};依据树高连年生长量划分的生长阶段:幼龄阶段1~8 a,中龄阶段9~52 a,但各生长阶段的树高生长方程预测效果不理想。因此,利用直径连年生长量对青冈栎生长阶段进行划分具有一定的可行性,且各生长阶段构建的生长方程能有效地预测青冈栎胸径的生长,对青冈栎的经营研究具有一定的参考价值。