湖南栎类次生林单木断面积生长模型研究

以湖南省15个栎类固定样地为研究对象,从6种生长模型中选取栎类断面积最优基础模型,在此基础上构建含林分类型哑变量的栎类单木断面积生长模型.结果表明:栎类单木断面积最优基础模型为Logistic;单木哑变量模型相比于其它基础模型,模型的R2由0.785提高到0.869,RRMSE由16.65％减少到9.28％,模型精度显...     

基于哑变量的湖南栎类次生林直径分布研究

文章以湖南省188个栎类次生林样地为研究对象,利用Kolmoglov-Smirnov检验法对6种分布密度函数在直径分布拟合中的适用性进行检验。以林分变量为自变量,采用参数预测法构建Weibull函数3个参数的逐步回归参数模型和以林分类型为哑变量的哑变量参数模型,并对比两类模型的直径分布预测精度。结果表明,Weibull函数更适合于栎类直径分布的拟合(接受率为91.7%);与逐步回归参数模型相比,参数b、c的哑变量模型的R~2分别提高了0.104和0.134,且应用于直径分布预测时的精度显著提高(P=0.025)。研究基于林分类型哑变量构建参数模型,并用于栎类次生林的直径分布预测,预测精度较高。     

湖南栎类-马尾松天然混交林单木生长模型研究

建立湖南栎类-马尾松天然混交林单木材积和断面积生长模型,为该林分的提质增量提供科学指导。选取湖南省9个地区共23块栎类-马尾松天然混交林,构建栎类、马尾松单木材积和断面积生长模型。通过分析可知:两种树种的材积和断面积生长模型均以Richards生长模型为最优,其确定系数(R~2)最高,残差平方和(SSE)最小;混合效应模型模拟结果显示,栎类单木材积和断面积生长模型的随机效应在参数a_1处最好,而马尾松的材积和断面积生长模型的随机参数分别为b_1和a_1+b_1;相比基础模型,混合效应模型的拟合精度(P)、确定系数均有所提高,平均误差(ME)、平均误差绝对值(MAE)、相对平均误差(RME)和相对平均误差绝对值(RMAE)均大幅降低。结果表明,天然林林木的材积和断面积生长受树种与立地类型差异的影响较大,而混合效应模型能够充分考虑立地之间的差异,可以很好地解决这一难题。     

湖南省楠木次生林收获表的研制

【目的】利用湖南省森林资源连续清查样地中楠木数据,编制楠木次生林主要收获表,为林分生长收获预估、鉴定经营效果及制定营林措施提供科学依据。【方法】采用主要生长方程对楠木次生林平均胸径、断面积生长规律进行拟合,以计算平均提升系数的方法将现实林分提升至标准林分状态,利用Reineke模型为基础,加入林分类型效应构建湖南楠木次生林自稀疏混合效应模型,对比Reineke模型和自稀疏混合效应模型拟合结果,筛选拟合效果较好的模型来反映林分自稀疏规律。根据林分各调查因子间相互关系,编制出湖南楠木次生林现实收获表、正常收获表。【结果】修正Weibull方程对各指数级林分平均胸径生长规律的拟合效果最好,12、15指数级林分断面生长规律拟合效果最好的分别是修正Weibull方程和Logistic方程,模型χ2检验显示各指数级林分平均胸径、断面积均有χ2χ02.05,加入林分类型效应的自稀疏混合效应模型AIC、BIC值均比基础模型小,残差分布范围较小且相对均匀,相关系数R2由基础模型的0.681提升为0.796,模型拟合效果较好。【结论】生长方程拟合理论值与林木实际生长情况相符,自稀疏混合效应模型可很好地反映林分自稀疏规律,所编制的楠木次生林收获表精度较高,可为科学制定楠木次生林经营方案提供技术支持。     

华北落叶松与白桦混交林树高与胸径关系研究

【目的】建立华北暖温带华北落叶松与白桦针阔混交林树高与胸径关系的非线性混合效应模型,为研究针阔混交林中不同树种相互作用及其生长发育规律提供科学依据。【方法】以河北省塞罕坝机械林场的华北落叶松与白桦针阔混交林为研究对象,基于83块30 m×30 m的标准地调查数据,首先选取5个具有生物学意义的非线性树高与胸径关系基础模型进行拟合,确定最优基础模型;其次通过相关分析确定影响树高生长的主要因子;最后基于最优基础模型和主要因子建立包含哑变量的华北落叶松与白桦针阔混交林树高与胸径关系预测模型。【结果】在5个候选非线性树高与胸径关系模型中,Richard模型具有最好的拟合结果,其模型确定系数(R2=0.918 6)最大,均方根误差(RMSE=2.405 8)及绝对误差(Bias=0.194 5)最小;通过相关分析确定海拔和林分断面积与树高生长均在P 0.01水平上呈现显著性;基于基础模型构建了包含哑变量及主要影响因子的不同树种树高与胸径关系混合效应模型,当随机效应参数作用在林分断面积上时,模型预测精度较高。【结论】基于主要影响因子和包含哑变量的非线性混合效应树高与胸径关系预测模型,能够有效解决混交林中树种及主要因子对树高与胸径关系的影响,提高了预测模型的适用性及预测精度,为混交林森林质量精准提升提供科学依据。     

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。     

基于立地因子的杉木人工林断面积生长混合效应模型研究

基于湖南省150块杉木人工林样地数据,采用方差分析、回归分析、非线性混合效应模型、K-means聚类等方法,构建了含立地因子的杉木人工林断面积生长混合效应模型。结果显示:1)海拔(HB)、坡度(PD)、坡位(PW)、土壤厚度(TH)、土壤类型(TL)对林分断面积的生长具有显著影响,其显著性顺序为TLTHPDPWHB;2)在8种常用的理论生长方程中,Schumacher(M5)的确定系数最高(R~2=0.7636),被选为林分断面积生长模拟的基础模型;3)将不同立地因子组合的107个立地类型(ST)作为随机效应,构建了非线性混合效应模型,其确定系数(R~2)提高至0.895 1;4)将107个立地类型(ST)聚类为5个立地类型组(STG),进一步构建了杉木断面积生长混合效应模型,其确定系数(R~2)提高至0.920 2。研究表明:基于立地因子的非线性混合效应模型,客观解释了立地因子对杉木人工林断面积生长的影响,提高了林分断面积生长模型的模拟精度。     

基于最粗优势木胸径生长的湖南栎类天然林立地质量评价模型

【目的】分析立地因子对林分最粗优势木胸径生长的影响,构建含立地类型混合效应的栎类天然林优势木胸径生长模型,导出以最粗优势木胸径为指标的基于立地分级的立地质量评价模型,为栎类天然林立地质量评价提供一种新方法。【方法】以湖南栎类天然林为研究对象,基于51块样地实测数据,采用数量化方法Ⅰ筛选对优势木胸径生长影响显著的立地因子,将立地因子按照标准分级、组合,构成初始立地类型;通过R语言拟合栎类天然林优势木胸径与年龄的相关关系,筛选最优基础模型,将初始立地类型作为随机效应加入基础模型构建混合效应模型;应用k-means聚类将影响效果相近或相同的初始立地类型聚类成立地类型组,并将其作为随机效应加入最优基础模型构建含立地类型组的混合效应模型;通过导算,得到立地质量评价模型,采用方差分析验证林分断面积与立地指数的显著关系。【结果】对优势木胸径生长影响显著的立地因子包括海拔、坡度、坡位和坡向,显著性顺序为海拔>坡度>坡向>坡位;选取4种常见的树木理论生长方程进行拟合,模型确定系数(R²)均在0.7左右,其中Richards模型的拟合效果最好,R²     

基于混合效应的湖南栎类与杉木单木断面积生长模型研究

构建栎类（Quercus sp.）杉木（Cunninghamia lanceolata）混交林单木断面积生长模型,为该类 型林分的生产经营提供参考。以湖南省 31 个样地共 1 646 株栎类与 1 154 株杉木为研究数据,7 个常见模 型作为栎类、杉木的单木基础模型,基于样地随机效应构建栎类、杉木的单木断面积混合效应模型。结果 表明,栎类断面积的最优基础模型为 Gompertz,杉木断面积的最优基础模型为 Logistic;栎类断面积混合 效应模型相比于基础模型,决定系数 R2 提高了 0.053,SSE 与 RRMSE 均有所降低;杉木断面积混合效应 模型相比于基础模型,决定系数 R2 增加了 0.035,SSE 与 RRMSE 均有所降低;栎类断面积的成熟年龄在 50 年以后,杉木断面积的生长速率在 30 年左右逐步放缓。文章在栎类、杉木单木模型的基础上进一步加 入样地随机效应,模型拟合精度明显提高,说明栎类、杉木的断面积生长都受到年龄与样地的综合影响。     

基于交角和密集度的竞争指数构建及评价

【目的】以蒙古栎次生林和云冷杉过伐林为研究对象,构建新的基于交角和密集度的竞争指数,为更好表达蒙古栎次生林和云冷杉过伐林林木间的竞争状况提供依据。【方法】在吉林省汪清林业局塔子沟和金沟岭林场分别选择具有代表性的3块1 hm2蒙古栎次生林和3块1 hm2云冷杉过伐林样地,基于2013和2018年2期调查数据,构建基于交角和密集度的竞争指数(ca CI),采用优势度分析法确定优势树种,并建立优势树种的单木断面积生长量模型评价竞争指数ca CI与Hegyi、a CI和ua CI的优劣。【结果】竞争指数ca CI与Hegyi、a CI和ua CI呈显著正相关关系。断面积生长量线性回归模型和混合效应模型表明,林木断面积生长量与初始断面积呈正相关关系,与竞争指数呈负相关关系,暗示影响生长量的主要因素是林木初始大小,而林木竞争也会影响林木生长。优势树种嵌套于样地的2水平线性混合效应模型的拟合精度优于回归模型,反映出不同树种的生长趋势差异显著,而样地影响较小。模型中带竞争指数的拟合效果较不带竞争指数的拟合效果有所提升,与Hegyi、a CI和ua CI相比,ca CI在云冷杉过伐林中表现最佳,在蒙古栎次生林中效果次之,说明竞争指数ca CI适合空间结构更复杂的林分。【结论】基于交角和密集度的竞争指数ca CI能够有效反映蒙古栎次生林和云冷杉过伐林林木间的竞争状况,尤其是林木结构更为复杂的天然混交林。     

含间伐强度哑变量的关帝山油松天然林单木断面积生长模型构建

以关帝山林区9块油松天然林固定样地为研究对象,选择4种具有生物学意义理论生长方程,构建包含立地条件、年龄及竞争指标的油松单木断面积基础模型,将间伐强度作为哑变量引入模型,比较模型拟合效果的差异。结果显示:单木断面积基础模型决定系数R~2为0.46～0.52,P值为0.89～0.92,含间伐强度哑变量的单木断面积生长模型R~2和P值均有显著提高,分别为0.51～0.61和0.95～0.99;含间伐强度哑变量的Weibull方程拟合效果最优,其模型R~2为0.606 1,P值为0.991 2。含哑变量的油松单木断面积生长模型可以有效解决间伐类型差异对断面积预估的影响,提高建模精度与模型适用性。     

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。     

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...     

北京市主要森林类型蓄积量生物量碳储量模型研建

林分水平的蓄积量、生物量和碳储量模型,是开展森林资源规划设计调查的计量基础。基于北京市2016年森林资源连续清查的1 425个乔木林样地数据,分别利用非线性独立回归估计、误差变量联立方程组和含哑变量的误差变量联立方程组方法,建立了油松林、侧柏林、栎树林、桦木林、榆树林、刺槐林、杨树林、其他硬阔林、其他软阔林、乔木经济林等10种主要森林类型的林分蓄积量、生物量和碳储量模型。结果显示:10种主要森林类型的蓄积量、生物量和碳储量模型的确定系数(R~2)都在0.93以上,总体相对误差(TRE)和平均系统误差(ASE)都在±3%以内且多数趋近于0,平均预估误差(MPE)都在5%以内,平均百分标准误差(MPSE)都在15%以内。结果表明:不同森林类型的蓄积量主要取决于林分断面积和平均高,生物量主要取决于蓄积量和林分平均高;含哑变量的非线性误差变量联立方程组方法,是建立林分水平三储量(森林蓄积量、生物量和碳储量)模型系统的可行方法;所建北京市10种主要森林类型的蓄积量、生物量和碳储量模型,其预估精度达到相关技术规定要求,可以在实践中推广试用;为进一步提高模型的准确度,可采用基于二元模型计算的蓄积量和生物量样地数据对所建模型进行修正。     

采伐强度对辽东栎林分生长和林下物种多样性的短期影响

在山西省浮山县中条林局三交林场辖区的辽东栎天然次生林中设置4个间伐强度处理,3 a后,通过比较林分生长和物种多样性变化来研究不同采伐强度对辽东栎林的影响.结果 表明,短期内,辽东栎林分胸径比树高对间伐更为敏感,重度间伐可以提高林分胸径平均增长量和胸径年平均增长量.林分胸高断面积、断面积增长量、断面积年增长量、蓄积量、蓄...     

基于非线性度量误差的湿地松生长模型

基于样地调查数据选用理查德方程和Schumacher为基础模型,采用非线性度量误差方法求解模型,在最优基础模型中引入哑变量,建立可兼用于采脂与未采脂林分的湿地松人工林生长模型。结果表明:两类基础模型的拟合效果均较好,模型决定系数均超过了0.9,其中Schumacher模型为最优基础模型。在该模型引入哑变量后,拟合出的断面积与蓄积量模型决定系数提升为0.9927与0.9972,模型精度提升为96.1%与97.2%。对哑变量模型做配对t检验,其p值均大于0.05,表明模型可用于估测采脂与未采脂不同经营措施湿地松林分断面积与林分蓄积量,可作为湿地松林分蓄积量测算与林分经营的依据。     

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。     

气候敏感的青冈栎单木胸径生长模型

【目的】构建气候敏感的青冈栎单木混合效应模型,探索气候对青冈栎胸径生长的长期影响,为未来气候变化下的青冈栎林经营决策提供依据。【方法】基于湖南省芦头林场青冈栎解析木数据,选择Mitscherlich生长方程作为基础模型,构建包含气候变量的再参数化模型和非线性混合效应模型,预测未来3种典型浓度路径(RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5)下2011—2100年青冈栎单木胸径生长。【结果】1)非线性混合效应模型能够准确描述青冈栎单木胸径生长与气候变量之间的复杂关系,在拟合优度、误差水平等方面相比传统回归模型更具优势;2)加入气候变量的青冈栎生长模型能够响应气候变化对林木生长的影响,最冷月均温是影响青冈栎胸径生长最主要的气候变量,并负相关于胸径生长,其他气候变量在统计上不显著没有入选生长模型,对青冈栎生长的影响尚不明确; 3)青冈栎胸径生长对不同时期不同气候场景的响应不同,高排放的RCP8.5对青冈栎胸径生长的不利影响更大,低排放的RCP2.6对青冈栎胸径生长的负面影响相对较小,这些影响随时间推移将更加强烈。预计至2100年,30年树龄的青冈栎胸径生长在RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5场景下相比气候条件不变时将分别下降6.3%、15.6%和53.1%。【结论】本研究构建的青冈栎单木混合效应模型具有气候敏感、统计可靠和预测有效等优点,研究结果有助于林业工作者在经营实践中应对未来气候变化所带来的挑战。     

湖南次生栎林空间结构优化

以湖南省国家森林连续清查中栎类为优势树种的样地作为研究对象,通过空间结构指数结合生长量选取合适的间伐木,为湖南栎类次生林的结构调整提供优化方法。运用邻域分析方法对每一个样地创建Voronoi图,分析林分空间结构特征。根据全混交度、角尺度、大小比数、竞争指数4个主要空间结构指数并运用乘除法的思想构建综合空间结构模型。根据每一株林木的综合空间结构指数选取合适的间伐木进行优化。用相容性林分生长收获模型模拟最优断面积,用最优的断面积控制间伐量,使得林分被间伐后,其生长活力能得到提高,在样地结构优化的同时达到提质增量的目的。以2 277号样地为例,根据模型确定样地间伐木为21株,株数间伐强度为16.27%,且间伐后的林分树种个数与径阶个数都未减少;间伐后的林分全混交度提高3.70%,林分整体竞争强度降低31.74%,林分的角尺度降低0.46%,林木的分布格局趋于随机分布,林分空间结构指数增加160.12%,使得林分的空间结构得到大幅的改善。林分的结构越合理,稳定性就越高,发挥的功能作用就越多。本研究以湖南栎类次生林为研究对象,在提出林分空间结构优化目标的基础上,结合了生长量的优化,构建林分间伐空间结构优化模型和每个年龄段的最优断面积预测曲线,为栎类次生林空间结构优化调控和林分提质增量措施的制定奠定理论基础。     

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。