BP模型在单木树高与胸径生长模拟中的应用

简介了人工神经网络及使用方法，建立了单木树高与胸径生长的三层前馈反向传播神经网络模型（即ＢＰ模型），并对单木树高、胸径生长的ＢＰ模型与Ｒｉｃｈａｒｄｓ函数进行了比较。     

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...     

基于神经网络的马尾松人工林密度指数模型

  目的  通过对马尾松Pinus massoniana人工林密度指数模型的研究,为制定木材产量及质量的提升决策提供参考。  方法  以河南省薄山林场马尾松人工林为研究对象,采用147块标准地数据,以林分平均胸径为输入向量,以林分密度为输出向量,建立了林分密度指数人工神经网络（ANN）模型,并与Reineke的林分密度指数模型进行比较。  结果  ① 薄山林场马尾松人工林最大密度线斜率b为-1.516 3,马尾松标准平均胸径为14 cm,Reineke的林分密度指数模型精度为92.11%,t检验结果显著;②构建了网络结构为1:2:1的林分密度指数ANN模型,模型拟合精度为92.57%,均方误差为0.001 469 7。③无论采用Reineke林分密度指数还是人工神经网络技术,在拟合株数密度随林分平均胸径的变化趋势时,幼龄林组拟合效果都不理想,这与幼龄林组数据数量偏少有关。  结论  所建模型可为薄山林场马尾松抚育经营决策提供依据。     

基于BP神经网络的油松人工林树高模型研究

通过分析比较不同算法以及不同输入层因子,构建出最佳的黄龙山区油松人工林树高预测BP神经网络模型。以陕西省延安市黄龙县44块油松人工林样地实测数据为数据源,通过对6种BP神经网络的训练方法进行训练,经过反复筛选找出最优模型并与传统胸径-树高模型作比较;最后将BP神经网络中的输入因子从2个增加到6个后,经过反复训练筛选出最优模型与2因子的BP神经网络模型作比较。结果表明:1）贝叶斯归一化（BR）算法在6种算法中表现最佳,R²和MSE分别为0.963 0和1.168;2）不同隐含层节点数的选取会对BP神经网络模型的建立产生一定的影响,BP神经网络模型的决定系数（R²）随着隐含层节点数的增加呈现先上升后下降的趋势;均方误差（MSE）呈现先下降后上升的趋势,两者都在节点数为10时有极值,此时的模型为最优模型;3）当输入因子为胸径和优势树高时,油松人工林的最优模型结构为（输入层节点数:隐含层节点数:输出层节点数为2∶10∶1）,此时BP神经网络模型对树高预测的决定系数（R²）和均方误差（MSE）分别为0.761 0和1.984 7;当输入因子为胸径、优势树高、林分密度、竞争指数、坡度和坡向时,最优模型结构为6∶10∶1,此时BP神经网络模型对树高预测的决定系数（R²）和均方误差（MSE）分别为0.844 7和1.955 7。由此得出,在建立油松人工林树高BP神经网络模型方面优化类算法要优于启发式下降算法;BP神经网络模型与传统模型相比,BP神经网络模型不需要目标方程结构,并且模拟和预测的精度均要优于传统模型;在原有BP神经网络模型的基础上再引入林分密度、竞争指数、坡度、坡向这些输入因子后所得到的新的BP神经网络模型对树高模型的建立和预测要优于原有BP神经网络模型。     

马尾松人工林标准树高曲线模型的研究

为准确预测林分各径阶高，用试验林和固定样地资料，分析了树高曲线与林龄，立地和密度的关系。结果表明树高曲线随林龄、立地指数的增大、曲线向右上方移动，而与林分密度无关。分析了国内外树高曲线模型研究状况，针对研究中存在的问题，采用再次参数化方法，把立地指数、林龄引入树高曲线模型，创建１３个新模型。用２００块标准地树高曲线资料，采用迭代法分别进行了拟合。经比较，选出有生物学意义扩展后Ｒｉｃｈａｒｄｓ函数，     

马尾松人工林树高BP模型研究与应用

用BP人工神经网络建立了马尾松人工林树高模型,并在树高模型的基础上,提出了马尾松地位指数计算式,从而编制了地位指数表。结果表明:用人工神经网络建立模型拟合精度为94.76%,检验精度为92.15%,所建模型无系统偏差,人工神经网络很适合建立非线性模型。     

马尾松人工林标准树高曲线模型的研究*

为准确预测林分各径阶高, 用试验林和固定样地资料, 分析了树高曲线与林龄、立地和密度的关系。结果表明树高曲线随林龄、立地指数的增大, 曲线向右上方移动, 而与林分密度无关。分析了国内外树高曲线模型研究状况, 针对研究中存在的问题, 采用再次参数化方法, 把立地指数、林龄引入树高曲线模型, 创建13个新模型。用200块标准地树高曲线资料, 采用迭代法分别进行了拟合。经比较, 选出有生物学意义扩展后Richards函数, 建立了贵州省马尾松人工林标准树高曲线模型(以林龄、立地指数和胸径为自变量)。经检验, 所建树高曲线预测方程可在研究区内应用。     

基于BP神经网络的马尾松立木生物量模型研究

以马尾松为例,探索并验证BP神经网络模型在立木生物量估测上的适用性。通过12种算法的筛选、输入变量和输出变量的确定以及隐层节点数的选择,确定最优的模型拓扑结构,构建单隐层BP神经网络模型;对比单输入变量与多输入变量模型、单输出变量与多输出变量模型,并分析模型的输入变量数和输出变量数对模型估测精度的影响;将优选BP模型与传统相对生长模型进行对比以验证BP模型的可行性。结果表明:1）最优BP模型LM-DH-8-WtWaWr的训练算法为Levenberg-Marquardt算法,输入变量为D、H,输出变量为Wt、Wa、Wr,隐层节点数为8。2）输入变量和输出变量的增加不会降低BP神经网络模型的精度。3）模型LM-DH-8-WtWaWr能够精确地估测马尾松立木生物量,其精度高于传统的相对生长模型。该模型能够一次性地引入多个解释变量,并可以同时估测多个量,从而简化了生物量建模和估测工作,对实际生产具有一定的意义。      

榆林沙区樟子松人工林胸径-树高生长模型研究

为研究榆林沙区樟子松胸径-树高生长模型,填补榆林沙区樟子松在胸径-树高生长模型研究的空白,为榆林沙区樟子松林分生长预测、生产经营管理提供参考依据,以榆林沙区樟子松人工林为研究对象,选用15个常用的胸径-树高生长模型,通过5个评价指标(R²、决定系数(RMSE)、平均绝对残差(MAE)、残差平均和(SSE)、Akaike信息量准则(AIC))进行对比分析拟合,从而进一步确定,适宜的榆林沙区樟子松胸径-树高生长模型。结果表明：除了Gompertz(1825)模型(14号模型)无法输出参数,剩余的模型均可以。在剩余的14个模型中,双曲线型(2号模型)、混合型(5号模型)、二次多项式(6号模型)、Korf(10号模型)、修正Veibull(11号模型)这5个模型评价指标较优,拟合效果较好。综合比较分析可知,这5种基础胸径-树高模型中,修正Veibull模型可以更好地拟合樟子松胸径-树高的关系,精度也比较准确,建议选用修正Veibull模型。     

马尾松林木养分含量特征及其与产脂量的关系

【目的】分析不同产脂类型马尾松的养分含量差异,探讨养分含量与产脂量的关系,为马尾松产脂林的科学施肥提供理论依据。【方法】以广西凭祥26年生马尾松人工林为研究对象,分析不同产脂类型(低产脂类型和高产脂类型)马尾松针叶、枝、皮的N、P、K、Ca、Mg含量及其变化情况,运用方差分析及相关性分析,揭示不同产脂类型马尾松的养分含量与产脂量的相关性。【结果】(1)N、K、Ca含量在马尾松不同器官间差异显著,而P和Mg含量差异不显著;针叶中N、P、K、Mg含量最高,皮中Ca含量最高。(2)在1年针叶和2年针叶中,各养分含量表现为NKCaMgP,1年针叶和2年针叶N、K、Ca、Mg含量在不同产脂类型马尾松间差异显著;除N含量是低产脂类型高于高产脂类型外,P、K、Ca、Mg含量均是低产脂类型低于高产脂类型。(3)在不同产脂类型马尾松间,枝和皮的养分含量均表现为CaNKMgP,Ca含量在不同产脂类型间差异显著,N、P、K、Mg含量差异不显著,5种养分含量均表现为低产脂类型低于高产脂类型。(4)马尾松产脂量与1年针叶和2年针叶养分含量关系密切,其中与K、Ca、Mg含量呈极显著正相关,与N含量呈极显著负相关。【结论】不同产脂类型马尾松的养分特点不同,养分含量对产脂量存在影响。与产脂量相关性较高的是1年针叶和2年针叶K、Ca、Mg、N含量。     

马尾松立木干曲线方程研究

利用25株马尾松解析木的相关资料建立马尾松立木干曲线方程并对各方程进行了分析评价。结果表明:4次多项式比3次多项式更适宜作为干曲线方程,其模拟树干基部形状较好,且在计算树干材积时有更高的精度;马尾松立木胸高形数为0.499。研究结果可以为马尾松经营数表的修订或更新提供理论依据。     

火地塘林区华山松景观格局的人工神经网络模型研究

以火地塘林区森林资源二类调查资料为主要数据源,选取华山松林小班的面积、坡度、坡向、海拔、地形指数、灌丛盖度、草本盖度、土层厚度、小班蓄积和优势木年龄10个调查因子作为输入变量,以小班分维数作为输出变量,建立了火地塘林区华山松景观格局的BP神经网络模型,并应用该模型对部分华山松景观格局进行了预测。结果表明,该模型网络收敛效果理想,泛化能力强,为林区森林景观分析提供了一种新的研究方法。     

间伐对马尾松人工林植被物种多样性的影响

【目的】探讨不同间伐强度对马尾松(Pinus massoniana)人工林植被物种多样性的影响,为确定合理的间伐强度提供理论依据。【方法】以马尾松人工林为对象,设间伐强度分别为弱度(间伐株数比例为20%)、中度(间伐株数比例为40%)和强度(间伐株数比例为60%),以未间伐为对照,间伐5年后对马尾松人工林植被的物种多样性进行调查和分析。【结果】与对照相比,强度、中度和弱度间伐林分的植物种类分别增加15,17和15种,其中灌木种类增加14,13和12种,草本种类增加1,4和3种。强度与中度间伐林分的共有种最多,为23种,相似系数最大,为0.657 1;中度间伐林分与对照的共有种最少,为11种,相似系数最小,为0.343 8。间伐显著提高了林下植物的Margalef物种丰富度、Simpson指数和Shannon-Wiener指数(P<0.05),生态优势度指数则呈相反变化趋势(P<0.05);均匀度Pielou指数(Jsi)仅在强度间伐林分的灌木层和草本层得到显著提高(P<0.05)。【结论】间伐对马尾松人工林植被物种多样性的影响显著,中度间伐最有利于林下物种多样性的提高。马尾松人工林经营密度宜为1 410株/hm2。     

基于BP神经网络的落叶松生长模型研究

利用黑龙江省落叶松解析木为样本,采用Richards、Logistic、Gompertz、Mitscherlich、Korf、Weibull等6种常用的生长方程和BP神经网络对林分胸径和树高进行模拟,分析它们的精度情况,得出最佳的生长方程,用以指导林业生产。     

施肥对马尾松穗条和扦插效果的影响

为提高马尾松穗条的质量,促进扦插生根率,对马尾松采穗母株施用有机肥或复合肥统计穗条的产量,测定其营养物质,相关酶活性和内源激素的含量。结果表明:施肥可提高马尾松采穗母株穗条的产量和质量,施复合肥效果最好,其穗条数量、穗条平均长度和直径分别比对照提高28%、23%和52%,可溶性糖和可溶性蛋白质含量分别比对照提高46%和72%,GA、ZT、IAA、ABA分别比对照高100%、262%、67%和123%,SOD、CAT分别高123%和338%,IAAO活性则比对照降低26%,愈伤率、生根率分别达到86.30%、50.93%。     

松乳菇菌株的分离鉴定及其与马尾松的互作效应

【目的】开展松乳菇的分离鉴定及松乳菇与马尾松的共培养研究,以期通过与马尾松共培养实现松乳菇的规模栽培。【方法】试材松乳菇子实体采自湖北恩施天然马尾松次生林,使用组织分离法获得松乳菇菌株,采用r DNA ITS分子鉴定分离菌株的种属,利用One-way ANOVA分析松乳菇接种对马尾松菌根侵染率、苗木生长及氮（N）、磷（P）、钾（K）含量的影响,并利用Duncan法分析马尾松菌根侵染率与松乳菇子实体生长指标的相关性。【结果】r DNA ITS分子鉴定3株真菌均为松乳菇,其在松木屑、棉籽壳等基质上能实现菌丝体的良好生长,属于兼性腐生菌根真菌。松乳菇与马尾松共培养结果显示,3株松乳菇均与马尾松形成外生菌根,在共培养11个月后,马尾松的菌根侵染率均在95%以上,外源接种松乳菇显著增加马尾松的干重、株高、地径、主根长和侧根数（P<0.05,下同）,与CK相比,接种处理马尾松干重增加5.41%～19.25%,株高增加11.15%～20.59%,主根长增加12.58%～28.90%,侧根数增加34.88%～46.42%,地径增加幅度最大,比CK增加52.63%～68.42%;外源接种松乳菇显著...     

基于XPS的马尾松褐腐降解研究

采用XPS分析马尾松素材及其防腐处理试件表面氧碳比(O/C)前后差异、C1s谱峰变化情况,评估香樟木质部蒸馏水提取物和樟脑防腐剂处理马尾松试样的耐腐效果。结果表明：褐腐后试样相比腐朽前表面C1s峰面积增加,O/C比减小,C1峰面积增大而C2减小,可见褐腐菌对各试样均有一定的降解效果;樟脑防腐剂处理马尾松试件褐腐后的O/C高于马尾松素材,C2降低幅度最小,而香樟木质部蒸馏水提取物处理马尾松试件褐腐后的O/C小于马尾松素材,C2降低幅度最大,证明樟脑处理马尾松试样对密粘褶菌具有一定的抑制效果,而香樟木质部蒸馏水提取物的防腐效果不明显。     

马尾松广东种源与湖北种源的人工林生物量分配差异

采用解析木法与整株收获法分析已达轮伐期的马尾松广东种源和湖北当地种源的生长进程及地上、地下生物量分配格局,分析生长快速与缓慢种源人工林生长过程及生产力形成过程中生物量分配模式,探讨2个种源的长期适应性差异的机制。根据胸径（D_BH）大小将解析木划分为3个等级:12 cm≤D_BH < 18 cm,18 cm≤D_BH < 26 cm和26 cm≤D_BH < 34 cm。结果如下:①广东种源在25年生连年生长量达最大值0.015 m3·a-1,35年生平均生长量达最大值0.011 m3·a-1,湖北种源30年生时连年生长量达最大值0.011 m3·a-1,42年生时平均生长量达最大值0.007 1 m3·a-1。②广东种源分配较多比例的生物量给地下部分,2个种源的粗根生物量存在显著差异（P < 0.05）,随胸径增加,相对差异（R_E,GD/HB）分别为36.5%,62.9%和47.5%,而细根间生物量未达显著性差异。在胸径范围2 634 cm内,2个种源人工林在整株生物量、地上部分生物量、树干和针叶生物量差异显著（P < 0.05）。③湖北种源地下生物量分配比例在整个生长过程中均低于广东种源;在生长初期,湖北种源树干所占总生物量比例高于广东种源,而枝和叶的生物量分配比例低于广东种源;随着树龄增长,广东种源树干所占总生物量比例逐渐高于湖北种源,并趋于稳定;而枝、叶正好相反。因此,引种的广东种源生长性状及树干生物量均表现出快速增长的特点,数量成熟年龄较湖北种源提前,栽植快速成长的种源将增加人工林生物量。