基于分层贝叶斯方法的高山松单木生物量模型

以香格里拉市典型森林生态系统高山松林为对象,在前期进行Ⅰ区和Ⅱ区共115株高山松单木地上生物量实测基础上,以异速生长方程为单木生物量基础模型,并采用分层贝叶斯方法、非线性混合模型法、贝叶斯方法和非线性最小二乘法进行异速生长参数拟合,运用决定系数(R²)、估测精度(E)、均方根误差(RMSE)等指标对模型参数拟合效果进行评价。结果表明:1)从拟合精度看,4种方法的模型拟合效果均较好,R²均达到了0.98以上。但分层贝叶斯方法估计结果更优,其R²=0.985 6,E=84.76%和R_MSE=39.75 kg;2)通过对比不同方法的差异发现,加入了区域随机效应的分层贝叶斯方法和非线性混合模型法的拟合效果均优于未加入区域随机效应的贝叶斯方法和非线性最小二乘法。分层贝叶斯方法在拟合高山松单木生物量模型中具有更大优势,模型拟合效果最好。加入了随机效应的分层贝叶斯方法和非线性混合模型法可以提高单木生物量模型的估计精度,采用分层贝叶斯方法进行高山松单木生物量模型参数估测,为大尺度样本数据模型参数估测方法提供新思路。     

多水平林木生物量估算方法研究

研究不同水平下林木生物量的估算方法,林分水平不同树种组成的样地生物量估算方法,以及不同尺度生物量的扩展问题,以便于探索大区域的森林生物量估算方法。基于国家森林资源连续清查中广东省的数据资料,分别选择针叶树种马尾松、阔叶树种桉树以及针阔混交林为优势树种的182、168、129个样地数据。在单木水平上,利用已有的各树种生物量模型估算单木生物量,在样地水平上以样地蓄积为自变量,样地总生物量为因变量,分别选用方精云的转换因子连续函数法、一元截距式与一元无截距式、联立方程组截距式与联立方程组无截距式以及幂函数6种方法估算样地生物量,从计算原理和过程、方法特点、模型拟合效果等方面比较研究不同水平下林木生物量的估算方法。在样地水平上,转换因子连续函数法预估效果较差,马尾松林的样地生物量估算方法以含截距式的联立方程组模型预估效果最好,一元无截距式模型适用于针阔混交林,而桉树林的样地生物量估算方法以幂函数方程的预估效果最好。对单株树木而言,各树种的生物形态、树枝与树冠的丰富程度,以及木材密度的大小影响树木材积对生物量的贡献率大小。在样地中,树木年龄不同、大树与小树的比例的差异也会影响样地生物量。     

基于森林资源二类调查数据的杉木人工林收获表编制

应用旌德县庙首林场198个杉木人工林小班数据,选用3种林分因子生长模型拟合杉木人工林林木生长过程,用非线性麦夸特迭代求解法,确定各模型参数、剩余离差、相关指数等;根据相关指数最大、剩余离差最小原则,确定最佳杉木人工林林分因子最佳生长模型。结果表明,理查德模型拟合效果最好,直径(D)=455.409 9SI0.197 6(1-e-0.000 2 t)0.753 4,树高(H)=8.926 8SI0.370 2(1-e-0.029 4 t)1.103 9,蓄积(M)=98.808 5SI0.306 3(1-e-0.132 3t)4.709 7。根据上述模型编制的杉木人工林经验收获表,可以为庙首林场杉木人工林林分收获预估及森林经营决策提供依据。     

基于3-PG模型的杉木人工林各器官生物量和LAI估算

【目的】利用3-PG模型估算江苏南部地区杉木人工林各器官生物量和叶面积指数(LAI),为杉木人工林可持续经营提供参考。【方法】以苏南丘陵地区杉木人工林为研究对象,结合当地气候和林分观测历史数据确定3-PG模型参数并运行模型,估算杉木人工林的LAI和林分不同器官生物量随林龄的变化趋势,并对预测值和观测值进行显著性分析。【结果】初始林分密度为4 600株/hm2的杉木人工林在5年时林分达到郁闭,LAI为5.5;干生物量在23年达到最大值,为74.5t/hm2;根和叶的生物量均随着林龄的增加而先增后减,根生物量在第10年达到最大值(17.5t/hm2),叶生物量在第6年达到最大值(10.25t/hm2)。【结论】3-PG模型预测结果较好,除叶生物量外,LAI、干和根生物量预测值均与观测值无显著差异。     

桂东南柳杉人工林生物量回归模型应用研究

【目的】估算和比较分析桂东南地区3种密度柳杉人工林的林分总生物量和林分径阶生物量,为南亚热带地区柳杉人工林生物量及碳汇估算提供技术支撑。【方法】用线性和非线性生物量模型分别对来自3种密度柳杉人工林的19个单株和各器官的生物量进行方程拟合,选择最优拟合方程进行3种密度林分生物量的估算和分析。【结果】对单株和各器官的生物量估算,模型W=a*D b*H c要略优于其他4种模型;模型的应用结果表明,低、中、高3种密度柳杉人工林林分的总生物量分别为201.30、182.46和171.03 t/hm2,表现出林分总生物量随密度增加而降低的趋势;不同密度的柳杉人工林的径阶生物量分配格局不同,低密度和中密度的柳杉人工林的径阶生物量主要集中在15.0 cm径阶以上,分别占85.36%和75.25%,而高密度林分的生物量主要集中在11.0~14.9 cm径阶,占41.52%。【结论】对单株和各器官的生物量估算,非线性模型要略优于线性模型,南亚热带柳杉人工林的保留密度过大反而不利于其林分生物量的积蓄。     

基于非线性混合模型的杉木标准树高曲线1）

树高曲线是研究森林生长和收获的重要基础,以福建省将乐县国有林场29块杉木人工林实测数据为例,首先运用非线性最小二乘法对9个经典常用标准树高曲线方程进行拟合,选出拟合效果最好的模型作为基础模型,利用基础模型及建模数据构建非线性混合效应模型。通过变化混合参数个数,并利用SAS软件进行模拟,选择结果收敛且AIC、BIC值和负二倍对数似然值最小的混合模型作为最优模型,最后利用检验数据与传统非线性最小二乘法进行精度比较。结果表明：方程H＝1．3＋a0 Ha1t （1－e－a 2D－a3g D ） a4在模拟杉木树高的生长趋势效果较好,因此,选为构建非线性混合模型的基础模型。在选择混合参数时,发现当a1和a3同时作为混合参数时,拟合效果最好。综合分析,非线性混合模型比固定模型的模拟精度高,可更好地描述杉木的树高生长。     

杉木人工林灌木层生物量模型构建

目的本研究选择湖南、安徽、江西3省杉木人工林为研究对象,构建乔灌层调查因子与其生物量之间的估算模型。试图获取更为可靠、精准的灌木层生物量估算模型,为提高估算杉木人工林灌木层生物量模型精度提供参考。方法在研究区域进行典型抽样调查,测定不同林龄杉木林上层乔木郁闭度C_s、林分密度D_s(株/hm2)、平均胸径D_m(cm),下层灌木平均高度H(m)、平均地径D(cm)、盖度C、灌木层枝、干、叶、根干鲜质量(kg),通过计算获得乔木层杉木蓄积量V(m3/hm2)、灌木层生物量数据(t/hm2)。通过Pearson相关性分析灌木层结构和乔木层调查因子对灌木层生物量的影响,选取最佳灌木层结构因子为模型参数建立枝叶、干、地上、地下生物量估算模型。将乔木层林分调查因子作为自变量加入模型中,对比分析模型R2在乔木层调查因子作为自变量加入后的变化,并用样本外的数据进行检验,构建估算灌木层生物量更为精确的模型。结果研究结果显示:灌木层各组分生物量模型以幂函数为主,各林龄灌木层地下生物量与自变量D2H获取了最佳模型,R2为0.516~0.955;其余部分生物量以盖度与高度乘积(CH)为自变量获得了拟合效果较好的模型, R2为0.516~0.718。与单独采用灌木层结构因子为预测变量建立的灌木层生物量预估模型相比,乔木层平均胸径D_m作为自变量的加入使中幼龄林除地下生物量以外的各组分生物量模型拟合效果有了显著提高,R2为0.718~0.990;郁闭度C_s的加入使近成过熟林除地下生物量以外的各组分生物量模型拟合效果有了显著提高,R2为0.817~0.886。结论因此,评价和分析乔木林下层灌木生物量,不仅要考虑灌木层自身结构生物量关系,还要考虑到乔木层相关因子的影响,从而建立更符合灌木生物学与生态学相一致的生物学结构模型,本研究可为亚热带地区杉木人工林下层灌木生物量的估算提供参考。      

桂东南柳杉人工林生物量回归模型应用研究

【目的】估算和比较分析桂东南地区3种密度柳杉人工林的林分总生物量和林分径阶生物量,为南亚热带地区柳杉人工林生物量及碳汇估算提供技术支撑。【方法】用线性和非线性生物量模型分别对来自3种密度柳杉人工林的19个单株和各器官的生物量进行方程拟合,选择最优拟合方程进行3种密度林分生物量的估算和分析。【结果】对单株和各器官的生物量估算,模型W=a＊Db＊Hc要略优于其他4种模型;模型的应用结果表明,低、中、高3种密度柳杉人工林林分的总生物量分别为201．30、182．46和171．03t／hm^2,表现出林分总生物量随密度增加而降低的趋势;不同密度的柳杉人工林的径阶生物量分配格局不同,低密度和中密度的柳杉人工林的径阶生物量主要集中在15．0cm径阶以上,分别占85．36％和75．25％,而高密度林分的生物量主要集中在11．0—14．9cm径阶,占41．52％。【结论】对单株和各器官的生物量估算,非线性模型要略优于线性模型,南亚热带柳杉人工林的保留密度过大反而不利于其林分生物量的积蓄。     

山地杉木人工林优势木选择方法的研究

【目的】比较9种优势木选择方法的选择效果,以精确评价山地人工林的立地质量。【方法】基于福建邵武卫闽林场连续观测26年的杉木密度试验林数据,比较最高株法和分层法2类共9种优势木选取方法对山地杉木人工林林分立地指数的影响;分析初植密度对林分蓄积的影响,并以林分蓄积作为评价立地质量的依据,对9种方法所确定的优势高与5,10,14,20,24和26年生时杉木人工林的林分蓄积进行相关分析。【结果】分层法所确定的优势木在样地内分布的均匀性明显优于最高株法;选择的优势木株数相同时,最高株法所确定的立地指数均高于分层法;随着林龄的增加,初植密度对林分蓄积影响的差异逐渐减小,24年生时林分蓄积趋于相等;随着林龄的增加,林分蓄积与9种方法所确定立地指数的相关性均逐渐增大,从10年生起达到显著水平,20年生起达到极显著水平,在26年生时相关系数达到最大;以20年生作为杉木人工林林分的基准年龄,此时采用分层法确定的优势高与林分蓄积的相关性均优于最高株法,且此时采用9种方法确定的优势高与26年生时的林分蓄积均达到了极显著相关。【结论】选择20年为基准林龄评价杉木人工林的立地质量是合理的;优势木在样地内分布的均匀性对山地杉木人工林立地质量的准确评价有重要影响,分层法确定的优势木在林分中的分布更均匀,同时考虑野外调查时的便捷性,推荐采用分层法中的5株法和固定6株法来选择山地林分中的优势木。     

基于非线性混合效应的高山松林生物量模型研究

以云南省香格里拉县的高山松林为研究对象,选取遥感因子与地形因子作为模型中的固定效应,并以幂函数模型为基础进行林分生物量基本模型的构建;采用混合效应模型技术,根据海拔高低把样地划分为6个区域,将区域效应作为随机效应,并在基础混合效应模型基础上考虑方差和协方差结构,构建林分生物量混合效应模型,以此估测高山松林分生物量。利用AIC、BIC和Log Lik 3个拟合指标评价模型的拟合效果,利用SRE、MRE和AMRE进行最终林分生物量混合效应模型的独立性检验。结果表明:从模型拟合结果看,考虑区域效应的混合效应模型的拟合效果明显高于基础模型,其AIC和BIC值最低,Log Lik达到最大;从模型独立性检验看,考虑区域效应的混合效应模型的绝对平均误差最小(AMRE=31.52%),精度达到77.83%。综合分析,混合效应模型可有效提高高山松林分生物量估测精度。     

思茅松天然林林分生物量混合效应模型构建

本研究以云南省普洱市的思茅松天然林为对象,调查了3个位点45块样地的林分地上、根系和总生物量。以幂函数模型为基础构建林分生物量的基本模型;采用混合效应模型技术,考虑区域效应随机效应,选择基本混合效应模型,并分析模型的方差和协方差结构,分别构建3个维量的区域效应随机效应的混合效应模型;考虑林分因子、地形因子和气象因子固定效应,构建含环境因子固定效应和区域效应随机效应的林分生物量混合效应模型。所有模型均采用拟合指标和独立检验指标进行评价。结果表明:1) 从模型拟合情况看,考虑区域效应的随机效应模型均能显著提高一般回归模型的精度;在3类含环境因子固定效应模型中,含地形因子固定效应的区域混合效应模型均具有最低的AIC和BIC值,表现最好;2) 就模型独立性检验看,除地形因子固定效应的林分根系混合效应模型外,其余模型均优于一般回归模型;考虑环境因子固定效应的混合效应模型与普通区域效应混合模型相比,各个维量模型的独立性检验指标表现不一,但总体上差异不大;3) 综合考虑模型拟合和独立性检验结果,除林分根系生物量选择普通区域效应混合模型外,另2个维量均选择含地形因子固定效应和区域效应随机效应的混合效应模型。      

杉木分布区中带不同发育阶段人工林生物量估测模型

在收集杉木分布区中带不同发育阶段杉木人工林生物量资料基础上,选择10种不同的生物量估测模型,对杉木幼龄林、中龄林、近熟林和成熟林各器官（地上部分、叶、枝、皮、干、根）生物量与主要测树因子进行拟合,筛选不同发育阶段杉木不同器官生物量估测模型.结果表明：拟合效果最好的为幂函数模型,其次为指数函数模型,再次为多项式模型;共筛选出估算杉木幼龄林、中龄林、近熟林和成熟林各器官和总生物量的最优模型42个（包括36个不同器官生物量模型、6个全株生物量模型）;从杉木各器官生物量的拟合效果看,拟合度最高的模型均是以胸径和树高为自变量的模型.这些模型为分布区中带不同发育阶段杉木人工林生物量的确定和碳储量评价提供科学依据.     

基于森林资源建档数据的碳储量研究

该文以2014年惠安县森林资源建档数据为基础,采用生物量转换因子连续函数法,对惠安县林分生物量进行估算,并采用平均生物量法估算惠安县经济林、疏林、灌木林、竹林和未成林造林地的生物量。以估算的森林生物量为基础,采用国家认可的生物量碳储量转换系数,估算了惠安县的森林碳储量。     

百花山自然保护区森林群落碳储量计算方法的研究

【目的】探讨生物量转换因子法、材积源生物量法和生物量清单法在小尺度范围内计算森林群落碳储量的可行性,确定影响林分碳储量的群落结构参数。【方法】以样地调查数据为基础,采用一元材积表法和平均实验形数法计算针叶林和阔叶林的蓄积量,然后分别采用生物量转换因子法、材积源生物量法和生物量清单法估算2种林分的碳储量。【结果】在百花山自然保护区,采用一元材积表法和平均实验形数法计算的人工针叶林、次生阔叶林的蓄积量分别为148.78和169.98m3/hm2、106.82和120.30m3/hm2,以这2种蓄积量结果为基础,采用3种碳计量方法求得针叶林的平均碳储量分别为71.58和80.50t/hm2,阔叶林为49.74和55.19t/hm2;在针叶林的碳储量估算结果中,生物量转换因子法和生物量清单法显著高于材积源生物量法,三者间的变异系数达14.81%(材积表法)～16.68%(形数法);在阔叶林的碳储量估算结果中,3种方法间虽没有显著差异,但变异系数也达到5.65%(材积表法)～6.40%(形数法)。【结论】生物量转换因子法、材积源生物量法和生物量清单法可用于小尺度范围内森林群落碳储量的估算,其估算结果不受蓄积量计算方法的影响,树高、胸径和基盖度是影响林分碳储量估算的关键参数。     

基于贝叶斯方法的蒙古栎林单木枯死模型

目的贝叶斯统计法在提高模型参数稳定性上有较大的优势,研究贝叶斯方法在单木枯死模型中的应用,改进模型参数的估计方法,为蒙古栎天然林林分生长收获与经营管理提供参考。方法以蒙古栎天然异龄林为对象,基于202块固定样地数据,利用二分类Logistic模型构建基于经典概率统计法、贝叶斯法和分层贝叶斯法的蒙古栎单木枯死模型。随机抽取80%的数据用于建立模型,剩下的20%用于检验模型,利用经典概率统计法（非线性最小二乘法）、有先验信息的贝叶斯统计法和无先验信息的分层贝叶斯统计法进行参数估计,分析模型的表现和参数分布。模型的拟合效果通过计算ROC曲线下的面积AUC（Under Curve）来判断,并利用Pearson-χ2检验来检验模型的拟合优度。结果（1）贝叶斯法与传统极大似然法的估计值相近,且其估计参数的标准差小于传统方法。（2）贝叶斯法估计参数的可信区间最小,比传统极大似然法的置信区间小6.0% ~ 31.8%。层次贝叶斯法估计参数的可信区间最大,比传统极大似然法的置信区间大11.2% ~ 185.0%。（3）拟合效果最好的是层次贝叶斯法,其模型AUC值为0.83,贝叶斯法与传统极大似然法模型的AUC值均为0.73。结论层次贝叶斯法在拟合枯死模型方面具有明显的优势,拟合效果最好,模型预估精度最高。      

晋西刺槐人工林水分生产函数

以山西省方山县和吉县刺槐人工林为研究对象,在依据调查样地、解析木和气象资料估算其耗水量的基础上,初步界定并拟合了人工林水分生产函数。函数表现为以林分年耗水量为自变量,以林分生物量或蓄积量年增量为因变量的幂函数形式。从模型拟合效果看,在刺槐人工林分密度拟合的幂函数、对数函数、二次多项式和线性回归方程等形式的水分生产函数中,以幂函数形式的拟合效果最好;以林分蓄积量年增量和林分年耗水量表述的水分生产函数拟合效果最好。随着林分密度的变化,水分生产函数表现形式无明显的规律性。     

混合模型在福建省粗叶榕生物量模型中的应用

为建立粗叶榕灌木生物量的混合模型,精确估算灌木生物量,以福建省将乐县4种林分类型(杉木纯林、杉木马尾松混交林、马尾松纯林、毛竹林)的114组粗叶榕灌木生物量数据为基础,以粗叶榕各部分生物量(地上、地下、总生物量)为因变量,以地径、株高、冠幅等为自变量,从6种常用的灌木生物量模型中选择拟合精度最高的线性及非线性模型作为基础模型。以林分类型为随机效应,采用混合效应模型方法,建立粗叶榕的线性及非线性混合模型。利用幂函数、指数函数、常数加幂函数3种结构消除数据异方差对模型精度的影响。采用AIC、BIC和负2倍的对数似然值对模型进行精度比较,并用绝对平均误差、均方根误差和调整后的决定系数对模型进行检验。结果表明,考虑冠幅建立的非线性生物量模型拟合精度较高;以幂函数作为异方差结构建立的非线性混合模型在精度上有显著提高,检验数据显示地上、地下、总生物量模型的决定系数分别提高12.17%、21.01%、20.24%。利用混合模型,并考虑异方差结构建立的灌木生物量模型可以精确地预估粗叶榕的生物量。     

基于贝叶斯法的新疆天山云杉树高-胸径模型研究

【目的】贝叶斯统计法能够利用先验信息与样本信息去进行统计推断,可有效提升模型参数的可靠程度和稳定性。【方法】本研究以天山云杉林为研究对象,使用3块100 m×100 m天山云杉调查样地数据,利用经典统计方法(极大似然法)、贝叶斯法构建天山云杉树高-胸径模型。利用随机抽样法抽取80%样地数据进行建模,20%样地数据进行检验,对比分析基于经典方法的非线性模型和非线性混合效应模型以及基于贝叶斯法的贝叶斯模型和层次贝叶斯模型的表现和参数分布。【结果】通过对比非线性模型和贝叶斯模型,贝叶斯模型的a、b、c 3个参数置信区间比非线性模型的分别要窄53.86%、46.87%、65.17%。而层次贝叶斯模型和非线性混合效应模型相比,层次贝叶斯模型的固定效应参数置信区间比非线性混合效应模型的要窄37.21%、62.62%、49.31%,但随机效应参数标准差的置信区间更为分散。基于贝叶斯法的模型,其参数标准差均低于基于经典方法的模型。4种树高-胸径模型的拟合结果显示：层次贝叶斯模型的拟合效果优于其他3种模型,其决定系数(R²)为0.961。拟合精度显示：层次贝叶斯模型的预测精度略高于...     

杉木人工林地表可燃物负荷量动态模型的研究

通过收集 1 0 8块杉木人工林样地资料 ,应用回归分析 ,建立林分地表可燃物载量与主要林分因子动态关系的数学模型 .检验结果表明 ,林分因子对地表可燃物载量变化有极显著的影响 .林分郁闭度主要影响地表 1 h时滞可燃物载量变化 ,林分平均年龄主要影响地表 1 0 h时滞可燃物载量的变化 .在实际中拟合效果良好 ,可用于预测杉木人工林地表可燃物载量的动态规律 ,为地表可燃物管理提供科学的依据     

大围山杉木人工林不同海拔直径分布研究

以大围山杉木人工林林分为研究对象,选择Weibull分布、Gamma分布、Lognormal分布、正态分布和Logistic分布5种分布函数,对海拔400、600、800、1 000、1 200m和1 400m的6个海拔段的24个样地的直径结构采用FORSTAT2.1统计软件进行了拟合研究。结果表明:1)大围山杉木人工林林分的24块样地直径分布主要在12~22cm径阶内,海拔400~1 000m之间9块平均年龄相同(19a)的样地林分的平均胸径大小和海拔的上升呈负相关;2)各样地林分的偏度和峰度基本不受海拔的影响;3)样地直径分布的拟合效果随海拔升高略有提升,且正态分布函数曲线是描述大围山杉木人工林直径分布规律的最佳拟合曲线,但同龄人工生态公益林林分结构稳定性差,建议对其进行适当混交调整以增强林分的生态稳定性。