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。      

马尾松树高-胸径非线性混合效应模型构建

以贵州省东北部地区马尾松人工林为研究对象,基于254块样地的15275株马尾松数据,随机选取80％样地数据用于模型建立,20％样地数据用于模型检验.对11个常用的树高-胸径模型进行拟合,筛选效果最佳的为基础模型,并将密度、优势木平均高、胸高断面积以不同个数及组合形式加入基础模型,筛选最优广义模型.同时考虑样地水平的随机...     

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。      

基于线性混合效应模型的杉木树高-胸径模型

【目的】利用线性混合效应模型分析杉木树高与胸径的关系,为杉木树高测量提供支持。【方法】收集688组有效杉木研究数据,利用最小二乘法构建树高(H)和胸径(DBH)的线性基础模型,同时考虑林分密度效应和海拔效应,在R 3.2.2软件中拟合混合模型,比较基础模型和2种混合模型的赤池信息规则(AIC)、贝叶斯信息规则(BIC)和-2倍对数似然值(-2log lik),在此基础上,引入误差效应方差协方差矩阵及指数函数、幂函数和恒等式函数,筛选较好的混合模型;基于独立验证数据对模型进行验证,选取R~2、|E|、RMSE3个评价指标对模型精度进行评价。【结果】固定模型的AIC=2 089.731,BIC=2 102.151,-2log lik=2 083.732,均大于混合模型,即混合效应模型拟合效果优于固定模型;考虑模型误差效应方差协方差矩阵,加入恒等式异方差函数能够显著提高模型的精度,且含有不同随机参数的混合模型精度不同,引入海拔随机效应的混合模型拟合精度(R~2=0.804 4,|E|=1.553 9,RMSE=2.143 0)高于含有林分密度效应的混合模型(R~2=0.797 0,|E|=1.576 6,RMSE=2.183 0)。【结论】考虑随机效应的混合模型既能反映杉木树高的总体变化趋势,还能体现不同组分间的差异,在估测精度和通用性上均优于固定模型。     

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。     

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。     

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,...     

天然赤松根径与胸径、树高相关模型探讨

利用延边地区收集的363株天然赤松样本资料,采用多方程分析对比法探讨天然赤松胸径、树高与根径的相关模型,结果表明天然赤松胸径与根径最佳模型为:D1.3=0.8037D0-1.586,而天然赤松树高与根径的最佳模型为:H=4.4231ln D0-1.6359。这为天然赤松林盗伐案件处理及林政资源管理提供了参考。     

天目山针阔混交林林木碳储量树种分布特征

在浙江省天目山区针阔混交林内设置固定标准地,采用实测调查法,调查样地内所有胸径≥5 cm的林木特征值。根据调查数据,对重要值中前13种主要乔木树种的碳储量及其按径级、树高级和冠幅级的分布特征进行了研究。结果表明,天目山针阔混交林林分中主要的固碳树种为马尾松和白栎,针叶树种的碳汇效应优于阔叶树种。林分碳储量的径级分布总体上呈“中间大两头小”的特征,碳储量在不同树高级和冠幅级处变化较为相似,均为各优势树种碳储量的分布随着度量级的增加而增长,至1个峰值后,又随度量级的增加而下降,整个变化趋势呈现近似正态的峰状曲线。     

天然针阔混交林立地质量的主要影响因子研究

在78块样地资料的基础上,运用数量化理论Ι的方法,对南平市延平区以马尾松为优势树种的天然针阔混交林立地质量的影响因素进行分析,确定了影响林木生长的主导因子:坡位、海拔、坡向,为经营好以马尾松为优势树种的天然针阔混交林提供了科学依据.     

辽东山区天然次生阔叶混交林空间结构的研究

用空间结构参数———角尺度、混交度和大小比数分析了辽东山区天然次生阔叶混交林空间结构。结果表明:辽东山区天然次生阔叶混交林林分处于相对稳定状态,整体上表现出群落处于较高演替阶段的属性特征。林分平均角尺度在0.479～0.524之间,属于随机分布或轻度的团状分布;平均混交度在0.699～0.828之间,为强度混交或极强度混交;胸径大小比数呈现出均衡分布的特征,整个林分树种的稳定性较高。     

天然阔叶林蓄积量调查的误差分析与控制

为了研究如何提高天然阔叶林蓄积量的调查精度,在浙江凤阳山-百山祖国家级自然保护区五岭坑天然阔叶林内建立6个30 m×30 m样地,采用多种方法对林分蓄积量进行统计和分析。结果表明,采用平均标准木法和平均树高法测量林分蓄积量存在较大的误差,蓄积量相对误差与树木的胸径方差存在显著的线性关系。提出的3种简便方法即霸王木外标准木法、分径级区间标准木法和霸王木外分径级区间标准木法可以有效地控制蓄积量误差。采用霸王木外标准木法可以减小较大的误差,采用分径级区间标准木法则可以较大地减小误差范围,而采用霸王木外分径级区间标准木法能够更大程度地减小误差范围。     

基于空间结构优化的金盆山天然混交林采伐模拟

以江西信丰金盆山林场内天然阔叶混交林为研究对象,采用择伐措施,将空间结构优化作为主要目标、非空间结构作为首要的约束条件,确定采伐木并对样地中林木进行采伐模拟,对林分进行优化。结果表明：初始状态下天然阔叶混交林的全混交度为0.5486,大小比数为0.4845,角尺度为0.5464,空间结构综合指数为22.4674,林分现有结构存在着林木间竞争强度大且林木呈团状分布的问题。基于优化目标与约束条件,从样地内420株林木中选取出39株备选木进行模拟采伐,采伐强度为9.286%,对比采伐前后的空间结构指标,样地的全混交度增大了0.1641%、大小比数减小了0.2477%、角尺度值减小了8.4919%,且更接近于0.5,总体空间结构得到了优化。本研究提出了金盆山林场基于空间结构优化的抚育采伐方式,考虑物种空间分布关系,通过对比分析采伐前后空间结构指标,证明了该采伐方式的科学合理性,为金盆山林场天然阔叶混交林抚育经营提供了参考依据。     

喀斯特常绿落叶阔叶混交林林木空间分布格局及关联性研究

基于茂兰喀斯特常绿落叶阔叶混交林1.28 hm²的固定样地每木检尺调查数据,将树木按树高分为不同林层,采用成对相关函数g(r)和标记点函数k_mm(r)对树木基于个体和标记点的空间分布格局及关联性进行分析。结果表明：在40 m研究尺度上,林下层、次林层和主林层树木分别在0~18、0~26 m和0~2 m的尺度上表现为聚集分布,其他尺度表现为随机或均匀分布。林下层林木胸径在小尺度上呈现显著的空间负关联,次林层林木胸径、冠幅与地上生物量的标记点在中尺度上呈现显著的空间负关联,主林层林木的各标记点在整个研究尺度上均没有显著关联性。林下层与次林层个体在2 m的尺度内呈现显著空间正关联,次林层与主林层个体在0~3 m尺度呈现显著空间正关联。总体而言,喀斯特常绿落叶阔叶混交林不同林层林木在小尺度呈聚集分布,层内竞争主要出现在林下层和次林层,不同林层个体间关联性主要表现在次林层与主林层及次林层与林下层之间。     

浙江天然常绿阔叶林空间结构特征分析

利用混交度、大小比数、角尺度3个林分空间结构参数对浙江泰顺天然米槠林进行了分析,结果表明,该林分混交度平均值为0.75,混交程度在中度至强度之间;林分大小比数平均值为0.58,多数林木处于中庸状态,处于优势状态林木多为第I林层林木;林分角尺度平均值为0.65,林木分布格局表现为聚集分布。     

水曲柳、胡桃楸、黄波萝硬阔叶混交林树种组成调整技术研究

以小兴安岭水曲柳、胡桃楸、黄波萝硬阔叶混交林为研究对象,在对林分进行不同强度的抚育采伐,改变其原有的树种组成和林分结构,5 a后对林分的生长进行测定。结果表明,小兴安岭水、胡、黄硬阔叶混交林的最佳的抚育强度为弱度采伐,即株数采伐强度在20%左右,蓄积采伐强度在25%左右,该林分5 a内林分的公顷蓄积增加了32.25 m³·hm^-2,年平均增加6.45 m³·hm^-2,该结论有助于提高小兴安岭林区水、胡、黄硬阔叶混交林的分类经营水平。     

基于广义混合效应模型的云冷杉林天然更新计数方法研究

天然更新是森林恢复较好的办法,对未来林分结构和生物多样性具有深远的影响。更新模型能够模拟天然更新的现实和未来状况,为森林经营者提供准确的森林计划。以吉林省汪清林业局2013年设置的12块云冷杉针阔混交林为例,选择泊松和负二项分布形式,考虑样地间的随机效应,构建基于林分因子的云冷杉针阔混交林天然更新模型。结果表明：各个树种对林分因子的反应不一,白桦更新株数与林分每公顷株数和平均直径均呈负相关;红松和水曲柳更新株数不受各个林分因子的影响,更新株数是随机的;冷杉更新株数与林分每公顷断面积呈负相关;色木槭和云杉更新株数均与林分平均直径呈负相关。在考虑样地的随机截距效应后,模型的模拟效果显著提高。在构建天然更新模型时,林分密度是十分重要的因子,如果要人工促进天然更新,就要科学合理的采取经营措施,以确保合理的林分密度。另外样地间的差异是不容忽略的因素,需要利用混合效应模型方法来降低预测误差。