凉水自然保护区阔叶红松林冠下4个主要树种更新幼树树高生长模型

以黑龙江省凉水国家级自然保护区阔叶红松林为研究对象,基于14块标准地中红松(Pinus koraiensis)、红皮云杉(Picea koraiensis)、冷杉(Abies nephrolepis)、色木槭(Acer mono)等4个主要树种448棵幼树的连年树高生长量数据,从5个备选模型中分别为4个树种选择最优树高生长模型作为基础模型,并采用R语言对4个树种分别构建了样地水平和样木水平的幼树树高生长混合效应模型并进行独立检验。结果表明:4个树种幼树树高随年龄增加而增大,且总体趋势较为明显,在幼树阶段其树高的年增长量差别不大。柯列尔方程或幂函数能较好地拟合4个树种幼树的树高生长过程。将柯列尔方程作为最优基础模型并建立混合效应模型,通过比较赤池信息准则(A_I,C)、贝叶斯信息准则(B_I,C)以及对数似然值(L_L)得出结果,样木水平混合效应模型优于样地水平混合效应模型。与基础模型相比,4个树种样木水平混合模型的调整后确定系数(R_adj²)提高4.16%~20.31%(平均11.13%);均方根误差(R_M,S,E)降幅较大,为83.92%~89.66%(平均86.32%)。模型检验结果显示,相对于基础模型,混合效应模型的平均绝对误差(M_A,E)减小6.8~13.4 cm,平均减小9.78 cm;平均预测误差百分比(M_P,S,E)降幅较大,为14.4%~49.5%(平均30.85%)。说明样木水平混合模型既能提高模型的拟合效果,又能提高模型的预测能力,证明了树高生长的差异主要源于随机效应(即幼树个体差异)。本研究所构建的幼树树高生长模型可以为阔叶红松林的生长模拟和森林演替研究提供基础。     

基于非线性混合模型的油松天然林树高曲线研究

树高和胸径作为重要的林分因子,二者的异速生长关系是林分生长与收获预估的基础。以北京市古石峪61块油松（Pinus tabuliformis）天然林样地为研究对象,样地按郁闭度CD≥0.6（类型Ⅰ）、0.5≤CD＜0.6（类型Ⅱ）、0.4≤CD＜0.5（类型Ⅲ）、0.3≤CD＜0.4（类型Ⅳ）和CD＜0.3（类型Ⅴ）划分5个等级类型,采用非线性混合模型方法,从26种常用树高曲线中选择拟合精度最高的作为基础模型,以类型和样地作为随机效应,分别基于单水平和嵌套二水平,考虑异方差构建最优的油松天然林树高曲线。采用AIC、BIC和负2倍的对数似然值对不同模型的精度进行比较,并用平均绝对误差、剩余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,混合参数个数不同,模型预测精度不同;考虑异方差结构的嵌套2水平非线性混合模型预测精度高,调整后的决定系数达0.924 4,剩余均方根误差为0.842 1,可以准确地反映油松树高与胸径的关系,但与以样地作为随机效应的单水平样模型的差异不显著。     

红松树高-胸径的非线性混合效应模型研究

以吉林省汪清林业局的蒙古栎阔叶混交林和云冷杉阔叶混交林24块固定样地中的2598株红松为研究对象,利用Chapman-Richards方程建立了不含随机效应与含随机效应的单木树高-胸径简单模型和广义模型。模型拟合和检验的评价指标主要包括调整决定系数(R2a)、平均相对误差绝对值(RMA)和均方根误差(RMSE)。对于混合效应模型,设计了随机抽取、抽胸径最大的树、抽胸径最小的树和抽平均木4种抽样方案计算随机参数,通过对比4种抽样设计下模型的误差统计量,分析了不同抽样设计下样本数量和预测精度的关系。结果表明:基于混合效应模型的红松单木树高-胸径模型拟合效果(简单模型的R2a在0.753~0.886之间,RMA在11.3%~15.1%之间,RMSE在1.38~2.01m之间;广义模型的R2a在0.754~0.886之间,RMA在11.1%~15.0%之间,RMSE在1.38~2.01m之间)优于不含随机参数的红松单木树高-胸径模型(简单模型的R2a在0.502~0.868之间,RMA在12.2%~17.8%之间,RMSE在1.42~2.65m之间;广义模型的R2a在0.711~0.877之间,RMA在11.6%~17.2%之间,RMSE在1.41~2.10m之间);包含随机效应的简单模型和广义模型拟合效果没有明显的差异,表明基于混合效应模型的单木树高-胸径简单模型可以很好地描述树高-胸径关系在不同森林类型、不同样地间的差异,因此不需要在树高-胸径模型中增加其他自变量;抽取平均木的抽样设计优于其他3种抽样设计,且抽取4株平均木时,预测精度提升最为明显,综合预测精度和调查成本的考虑,在实践中应用包含随机效应的红松树高-胸径模型时,推荐在样地中抽取4株平均木测量其树高来估计随机参数。      

基于混合效应和分位数回归的温带针阔混交林树高与胸径关系研究

【目的】基于非线性回归和广义模型构建不同分位数回归和混合效应的树高预测方程,并对比分析非线性模型、不同分位点(τ=0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9)模型、广义模型及非线性混合效应模型的拟合效果和预测精度,为研究林分生长和收获提供理论依据。【方法】本研究以吉林蛟河地区针阔混交林的主要树种(红松、色木槭、紫椴和水曲柳)为研究对象,基于21.12 hm²样地数据,首先在11个广泛使用的树高方程基础模型中选定基础模型;其次探究林分变量对树高的影响并构建含林分变量的广义模型;最后在基础模型和广义模型的基础上,构建分位数模型,同时考虑样方效应对树高的影响,构建混合效应模型。【结果】(1)各树种均以Richards模型拟合精度更高,且具有生物学意义,选定为基础模型;考虑林分变量与树高的相关性以及模型收敛性,加入优势木高建立的广义模型能显著提高拟合效果。(2)各树种均为中位数τ=0.5时模型拟合效果最佳,且与非线性回归预测精度相近,红松、色木槭、紫椴和水曲柳最高R²值分别为0.811、0.809、0.724和0.617,...     

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。     

基于两水平混合模型的杂种落叶松胸径和树高生长模拟1）

以江山娇实验林场的16块杂种落叶松密度对比标准地为研究对象,使用非线性最小二乘法,对4种常用胸径和树高生长模型拟合优度进行比较,最终选择Schumacher 方程作为混合模型的基础模型。考虑林分效应和林木效应,采用两水平嵌套混合模型的方法,通过R软件进行不同参数混合作用的模拟,选择收敛的AIC、BIC和对数似然值最小的混合模型作为最优模型,最后将其与传统模型进行拟合优度的比较。结果表明：胸径生长模型中将林分效应作用于参数a1、林木效应作用于参数a0和a1,树高生长方程中将林分效应和林木效应作用于参数a0时的混合模型最优,可将胸径和树高生长传统模型的确定系数从0．7510和0．9008提高到0．9463和0．9474,均方根误差也大幅缩小,并且较好地消除了异方差现象,说明通过构造方差协方差矩阵可以校正随机参数以反映树木之间生长的差异。     

加格达奇3种森林类型树高-胸径的曲线拟合

基于加格达奇落叶松、樟子松、红松落叶松混合林共400个样本的树高、胸径实测数据,选用11个曲线模型,对模型参数求解,分析树高-胸径的相关性;并采用总误差、平均相对误差、误差及均方根误差这4项值验证拟合精度,探求3种树种的最优拟合模型。结果表明:树高和胸径相关性显著,基于11个模型的树高-胸径曲线拟合参数表明,幂函数模型为最优拟合模型,树高-胸径的关系符合异速生长规律。数据拟合精度的4项误差指标值表明,总体拟合效果理想,精度较高。     

应用非线性混合模型建立白桦枝长与枝径关系

为了探究枝条生长的动态变化规律，以张家口永定河上游地区为研究区，在研究区设置4个100 m×100 m的固定样地，每个样地采集生长良好的白桦样木4株，共计采集16株天然白桦3 576个枝条数据。在白桦枝长的广义非线性模型的基础上构建样木效应混合模型、枝级效应混合模型和样木枝级嵌套混合模型，采用赤池信息准则(B_IC)、贝叶斯信息准则(A_IC)、对数似然值(L_L)和似然比检验(L_RT)等指标比较各模型的拟合效果。结果表明：样木和分枝等级两水平混合效应模型明显优于广义基础模型、样木效应模型和枝级效应模型；当b₀、b₂、b₃作为样木随机参数，b₁、b₃作为分枝等级随机参数时，两水平混合模型拟合最优，决定系数(R²)和均方根误差分别为0.870 4、11.461 3。因此，考虑样木和分枝等级嵌套两层次的混合模型预测精度均高于广义非线性模型、样木随机效应模型和分枝等级随机效应模型，...     

基于非线性混合模型的栓皮栎树高与胸径关系研究

以西北农林科技大学测量的39块栓皮栎样地数据为例,首先选择非线性最小二乘法对6个常用方程进行模拟,找出模拟精度最高的模型作为基础模型。然后,利用基础模型及模拟数据构建非线性混合效应模型,分别考虑区域效应和样地效应,通过变化混合参数个数并利用SAS软件进行模拟,选择对数似然值、AIC和BIC值最小并且收敛的混合模型作为最优模型。最后利用验证数据与传统的非线性最小二乘法进行精度比较。结果表明:由于h=1.3+［(a1+a2BA+a3ha)exp(b1/D)］+ei考虑了林分断面积和优势木平均高,在模拟单木的树高时精度比其他5个模型高,并且该模型对于描述单木树高的生长趋势效果显著,因此作为构建非线性混合模型的基础模型。利用AIC、BIC和对数似然值来评价非线性混合模型的效果,结果表明:考虑区域效应的影响时,a2、a3、b1同时作为混合参数的模拟效果最好;考虑样地效应的影响时,a1、b1同时作为混合参数的模拟效果最好。无论考虑区域效应影响还是考虑样地效应影响,混合模型的拟合精度都比固定模型的模拟精度高,并且考虑样地效应影响要比考虑区域效应影响的精度更高。      

高山松单木木材碳密度变化及其混合效应模型构建

【目的】通过建模来研究高山松单木木材碳密度在纵向(从树干基部到树梢)和径向(从木材髓心向外)的变化规律。【方法】对云南省香格里拉市10株高山松样木进行树干解析,测定不同树高位置和部位的高山松木材碳密度,使用单因素方差分析法分析高山松单木木材碳密度变化规律;采用非线性混合效应模型技术,以纵向的树高效应和径向的部位效应作为随机效应,构建高山松单木木材碳密度混合效应模型。【结果】高山松单木木材碳密度在纵向和径向的变异均极显著,且高山松木材碳密度呈现从树干基部到树梢逐渐增加、从木材髓心向外逐渐减小的变化趋势;与基础模型相比,将树高效应、部位效应作为随机效应的单水平混合效应模型和两水平混合效应模型均提高了模型的拟合精度,且考虑部位随机效应的混合效应模型具有最佳的拟合表现;所有模型的预估精度均在97%以上,且考虑部位随机效应的混合效应模型和两水平混合效应模型的预估精度高于98%,尤其是两水平混合效应模型的预估精度达到98.04%。【结论】高山松单木木材碳密度随部位和树高变化差异显著,且考虑部位和树高随机效应的两水平混合效应模型在模拟高山松单木木材碳密度时具有更高的拟合精度和预估精度。     

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。     

长白山云冷杉针阔混交林幼树树高--胸径模型

采用长白山林区2013年调查的12块1 hm2固定样地中5个树种的幼树树高--胸径数据,用35个树高曲线经验模型进行模拟、筛选。结果表明,Curtis于1967年提出的三次多项式h=a0+a1d+a2d2+a3d3能够很好地拟合5个树种幼树的树高--胸径模型,决定系数(R2)最高可达0.786 5。用独立样本数据对该模型进行检验,结果表明,模型的表现能力良好,能够适用于本地区的云冷杉针阔混交林的幼树树高--胸径模拟。以空间代替时间的方法分析5个树种的幼树树高生长规律,发现色木幼树树高较大;红松和冷杉幼树树高生长类似;云杉幼树树高初期较小,而后期生长很快。本文提出的幼树树高模型可为抚育经营提供参考。      

福建三明常绿阔叶次生林物种多样性及群落演替

以福建三明常绿阔叶次生林为研究对象,选择16块样地,分别测定物种组成、重要值、物种多样性指数,并分析多样性指数与群落演替之间的关系。结果表明,调查样地内共有植物物种57科109属169种。按乔木的优势种16块样地划分为6种森林类型,分别为米槠林、苦槠林、拟赤杨林、黄樟林、栲树林和枫香林,Simpson指数排序为栲树林>枫香林>拟赤杨林>苦槠林>黄樟林>米槠林。结合主要树种的生物学特性将6种森林类型进一步归并为栲类林、拟赤杨林及其他（黄樟林、枫香林）等3种类型。其中,黄樟、枫香林的多样性最高,栲类林次之,拟赤杨林的最小。根据在演替过程中多样性有先增加后降低的变化趋势,将研究区的阔叶次生林划分为3个演替阶段,拟赤杨林为演替的较早期,枫香、黄樟林为中期,栲类林为演替的后期阶段。     

长白山天然林不同树种树高曲线对比研究

以Weibull方程为基础模型,使用1680株标准木数据,分别为长白山主要的7个树种建立了树高曲线方程。研究发现,针叶树种的树高曲线具有较高的精度,决定系数R^2均在0．8以上,而阔叶树的精度较低,尤其椴树Tilia amurensis和榆树Ulmus pumila的R^2低于0．5。对比针阔叶树的树高曲线发现,在胸径较小时,阔叶树的树高普遍较高,而在胸径较大时．针叶树的树高较大。从相邻径阶的树高之差来看,针叶树的径阶树高生长量普遍较大。由于相同径阶的林木．径阶树高生长量越大,其材积生长量越大。因此,在林分调整采伐时,应尽量保留径阶树高生长量较大的林木。单纯从木材收获的角度出发,在长白山地区,相同径阶下主要针叶树种的采伐顺序应为臭冷杉Abies nephrolepis．红松Pinus koraiensis和红皮云杉Picea koraiensis。     

水曲柳阔叶混交林冠层光分布与天然更新相关性研究

探讨甘肃小陇山林区阔叶混交林冠层光分布对水曲柳天然更新的影响。以水曲柳为研究对象，采用大田试验和样地调查法，使用Hemi View数字植物冠层分析仪测定水曲柳阔叶混交林冠层的光照指标及LAI，建立DSF、ISF与LAI回归分析。结果表明，水曲柳在幼苗期适宜于在遮荫度<50%的环境下生长，当遮荫度>50%时，其苗高生长明显下降且与对照差异显著；水曲柳阔叶混交林中，林分冠层的郁闭度与叶面积指数（LAI）之间存在显著的正相关关系；散射光立地系数（ISF）、直射光立地系数（DSF）、散射光立地系数（GSF）、冠下总辐射（TotBe）随叶面积指数（LAI）的增大，呈明显的负相关关系，当郁闭度<0.66，散射光分布较多，更有利于水曲柳幼苗的生长与天然更新；对于种子扩散繁殖，距离母树0~5 m种子数量最多，随着距离的增加而减少，扩散半径因风向风不同而异，最远可达20 m。混交林冠层光分布对水曲柳幼苗期的天然更新有很大的影响。     

长白山地区天然林林木年龄与胸径的变动关系

受树种多、空间分布复杂和发育阶段各异等的影响,天然林中树木年龄的测定难度很大.以吉林省汪清林业局的天然云冷杉针阔混交林为研究对象,使用8块皆伐标准地的1678株标准木数据,从林木胸径随树龄的变动和相同径阶林木的年龄差异两个方面对林分年龄进行估测.结果表明,幂函数、抛物线方程可以较好地描述胸径生长;幂函数、指数函数、抛物线和对数函数可以较好地描述径阶平均年龄与径阶的关系.建立了7个主要树种的胸径与树龄的方程,可以提高当地的生长与收获模型的精度;相同径阶林木年龄的差异与其生长的环境、空间位置以及周围林木的竞争等有关.