基于机载激光雷达点云的桉树林分蓄积量估算模型构建

【目的】通过2018年1—2月广西国有高峰林场机载激光雷达数据及地面调查数据,采用参数方法和非参数方法建立回归模型,反演桉Eucalyptus树人工林森林蓄积量。【方法】通过点云提取点云高度参数、点云密度参数、林分郁闭度等点云特征变量,采用参数方法 (逐步回归、偏最小二乘回归)和非参数方法 (随机森林回归、支持向量机回归)进行林分蓄积量构建,通过与样地实测数据对比,进行模型回归预测性能评估,进而选择出表现最优蓄积量反演模型。【结果】采用留一法对以上4种模型进行验证,结果显示：逐步回归模型R²为0.85、均方根误差(RMSE)为23.93 m³·hm^-2、平均绝对误差(MAE)为18.18 m³·hm^-2;偏最小二乘回归模型R²为0.81、RMSE为26.52 m³·hm^-2、MAE为19.94 m³·hm^-2;核函数为RBF的支持向量回归模型R²为...     

单木造材优化嵌入传统林分经营优化中的红松人工林精准经营模式

以黑龙江省红松(Pinus koraiensis Siebold et Zuccarini)人工林主要分布区域的标准幼龄林(初植密度2 500、3 300株/hm²,地位指数12、14、16 m)为研究对象,利用韦布尔(Weibull)函数预测株数保存率为85%时不同立地指数的红松人工林在10 a时的直径分布;依据红松人工林幼龄标准林分数据,利用人工红松单木-林分基础模型和球果模型构建的林分模拟器对标准林分进行生长模拟,在传统经营优化模式中嵌套单木造材优化,构建单木造材优化嵌入传统林分经营优化中的红松人工林精准经营模式(简称“精准林分经营优化模式”);以木材和球果总净现值最大为目标,对比精准林分经营优化模式、传统林分经营优化模式的差异,分析造材优化对林分经营优化结果、林分经营措施的影响。结果表明：在约束间伐强度和固定下层伐的条件时,与传统经营优化模式相比,精准林分经营优化模式使总经济效益提升6.5%～9.1%。立地条件越好,精准林分经营优化模式对木材净现值增长率、年均木材产量、主伐时林分平均胸径的增量影响越显著,而对年均球果产量、球果净现值增长率的增量影响较小。在...     

不同密度杉木人工林林分生长和林分结构差异研究

探究不同密度杉木人工林林分结构与生长的差异,为杉木人工林的可持续经营提供科学依据。以清远市11年生3个不同密度(2 100、3 100、4 100株·hm^-2)杉木人工纯林为研究对象,每个密度设置6个固定标准样地(20 m×20 m),选取大小比数、角尺度、直径结构、树高结构以及树冠结构5个参数探究林分结构特征,选取林分平均胸径、平均树高、蓄积和林木单株材积等指标探究林分生长特征,通过方差分析探讨林分密度对杉木人工林林分结构和生长的影响。结果表明,1)林分生长指数受林分密度影响差异显著(P<0.05),4 100株·hm^-2杉木人工林的平均胸径、树高、单株材积显著低于其他2种密度林分,3 100株·hm^-2杉木人工林的蓄积显著高于其他2个密度林分。2)林分直径结构和树高结构在较高的林分密度下,小径级的林木较多,其分布曲线呈现为截尾正态分布。3)3 100株·hm^-2的平均冠幅显著大于其他2种林分,4 100株·hm^-2的平均树冠表面积以及树冠体积显著小于其他2种林分,3种...     

7年生马尾松组培苗试验林经营效益

通过收集7年生马尾松组培苗试验林胸径、树高、材积和产脂量数据,利用项目投资的财务效益评估手段对其经济效益进行分析研究,为丰富马尾松人工林高效培育技术体系提供试验依据。结果表明：在当前立地条件和经营措施下,组培苗林分林木胸径、树高、平均材积、蓄积量、出材量为15.5 cm、10.03 m、0.100 8 m³、151.20 m³·hm^-2、91.587 9 m³·hm^-2,分别比实生苗提高了27.0%、21.9%、89.5%、89.5%、94.9%,中径材林木数量占总株数比例提升了30个百分点,组培苗林分生长优势突出,材种规格获得大幅度提升。采脂后组培苗林分产值、净收益、净现值、内部收益率(IRR)为142 869.1元·hm^-2、54 283.4元·hm^-2、19 802.4元·hm^-2、17.2%,分别比未采脂提高了130.9%、855.1%、331.5%、14.7个百分点,比实生苗林分提高了368.6%、47...     

应用XGBoost算法对森林地上生物量的机载LiDAR反演

为了探究机载LiDAR数据结合极端梯度提升(XGBoost)算法估算森林地上生物量的可行性和适用性，寻求更优的森林地上生物量的监测和估算模型的建模方法。根据125块地面样地调查数据和机载激光雷达提取的点云特征变量，结合根据皮尔森相关系数和递归特征消除筛选变量，采用多元线性回归(MLR)、随机森林(RF)、支持向量机(SVM)和极端梯度提升(XGBoost)算法，建立4种不同算法的地上生物量估测模型并进行对比分析。结果表明：在训练集中，RF模型表现最好(R_MSE=9.98 t·hm^-2,R²=0.93,M_AE=5.69 t·hm^-2),其次是XGBoost模型(R_MSE=10.80 t·hm^-2,R²=0.89,M_AE=7.24 t·hm^-2);在测试集中，采用XGBoost算法建立的模型表现(R_MSE=12.20 t·hm^-2...     

应用贝叶斯模型平均法建立东北云冷杉针阔混交林蓄积生长模型

根据金沟岭林场198块固定样地数据,分别使用逐步回归方法和贝叶斯模型平均法建立东北云冷杉针阔混交林蓄积量生长模型,分析林分蓄积生长与林分因子、气候因子的关系,并比较两种方法的预测效果。结果表明：贝叶斯模型平均法建模时将多个模型组合进行加权建模,减少了冗余变量,建立的模型较逐步回归更为准确;海拔、林分断面积、林分密度、林分平均胸径、低于0℃积温、低于18℃积温、参考蒸发量是影响林分蓄积生长的主要因素;逐步回归的决定系数(R²)为0.95,均方根误差(R_MSE)为17.53;贝叶斯模型平均法的决定系数(R²)也为0.95,均方根误差(R_MSE)为37.51。     

广西西南地区巨尾桉与红椎混交造林试验研究

选取10年生巨尾桉纯林(1 650株·hm^-2)与按2∶1行状混交的巨尾桉×红椎林(巨尾桉1 100株·hm^-2∶红椎550株·hm^-2)为对象,采取典型的样地方法,对2种林分生长、土壤养分含量及其林分稳定性进行调查研究,探寻巨尾桉适宜的混交模式,以促进桉树人工林可持续经营。结果表明:1)巨尾桉×红椎混交林中巨尾桉胸径、枝下高、冠幅和单株材积生长均显著高于巨尾桉纯林(P＜0.05),但树高生长差异性不显著。2)巨尾桉×红椎混交林的林分总蓄积量为126.44 m³·hm^-2,比较接近巨尾桉纯林(129.84 m³·hm^-2)。3)混交林上层土壤速效N、速效P和速效K含量分别比巨尾桉纯林增加16.31、0.43 mg·kg^-1和16.65 mg·kg^-1。4) 10年生时,混交林的种间关系协调,红椎生长尚未受到巨尾桉较大影响,但混交林中巨尾桉、红椎的胸径小于其各自平均胸径的立木比例分别占57.88%和52.42%,林分结构存在不稳定的趋势。因此,建议适时开展抚育间伐,改善林分结构和调整种间关系,以期充分发挥混交效益。     

基于灌水下限和灌水额调控的设施番茄灌溉施肥制度研究

[目的]本研究旨在优化北方设施番茄灌溉施肥模式,为区域设施番茄产业高效优质发展提供科学依据。[方法]本试验设3个灌水额水平(低水W₁单次灌水额80 m³·hm^-2,中水W₂单次灌水额160 m³·hm^-2,高水W₃单次灌水额240 m³·hm^-2),以田间持水量θ为基准,从番茄苗期到膨大期采用60%θ为灌溉下限,番茄着色成熟期采用50%θ为灌溉下限,设3个施肥水平(低肥F₁总肥量N120-P₂O₅60-K₂O 75 kg·hm^-2,中肥F₂总肥量N180-P₂O₅90-K₂O 112.5 kg·hm^-2,高肥F₃总肥量N240-P₂...     

巨尾桉人工林林分因子与林龄的关系模型及样地尺度效应

揭示广西壮族自治区南宁巨尾桉人工林（2~9 a）的林分特征,研究主要林分因子与林龄的相互关系及在不同面积尺度上的适应性。巨尾桉人工林设置20个（30 m×30 m）方形大样地,每个方形样地中分成9个小样地（10 m×10 m）,由4个小样地组成中样地（20 m×20 m）。采用Logistic、Gompertz、Richards和Korf 等4种经验模型模拟林分密度、平均直径、平均高、优势木高、胸高断面积、蓄积量等主要林分因子与林龄的相互关系。巨尾桉人工林林分平均直径、平均高、优势木高等林分与林龄呈极显著正相关,回归关系用Logistic经验模型拟合最好,相应3组检验决定系数（R²）均>0.5,3组测试样地的标准化残差落在［-2,2］带状区域中,表明3个模型在不同面积尺度样地上有较好的适应性;胸高断面积和每公顷蓄积量与林龄呈显著正相关,回归关系分别用Gompertz经验模型和Korf经验模型拟合最好,胸高断面积-林龄模型很好地适应中小样地（100、400 m²）,在大样地（900 m²）中稍差;蓄积量-林龄模型很好地适应大、小样地（100、900 m²）,在中样地（400 m²）中稍差。巨尾桉人工林林分胸径分布呈现近似正态分布,呈现增长型趋势;林分平均直径、平均高、优势木高与林龄回归关系用Logistic经验模型拟合最好,100 m²样地大小已具备反映这3个林分因子与年龄的生长规律;胸高断面积和每公顷蓄积量与林龄回归关系分别用Gompertz经验模型和Korf经验模型拟合最好,胸高断面积、蓄积量与林龄的相关性具有较大的空间异质性;林分密度与林龄无显著相关性。     

Worldview-2不同波段纹理特征对森林蓄积量估算精度影响

为检测高分辨率遥感影像不同波段纹理特征对于森林蓄积量估算精度的影响,以湖北省荆门市京山县太子山林场马尾松纯林为对象,基于灰度共生矩阵的方法分别提取高分辨率遥感影像Worldview-2 红光、绿光、蓝光、近红外波段和全色波段的纹理特征,利用随机森林算法,分别建立野外样地蓄积量与纹理参数的模型。结果表明,全色波段对马尾松森林的精度最高（R²=0.86,RMSE=47.37 m³·hm^-2）,其次是绿色波段（R²=0.85,RMSE=50.82 m³·hm^-2）和近红外波段（R²=0.85,RMSE=46.85 m³·hm^-2）,蓝色波段（R²=0.68,RMSE=60.72 m³·hm^-2）和红色波段（R²=0.69,RMSE=56.27 m³·hm^-2）的精度最低;窗口大小对模型精度影响较小,全色波段的R²取值在0.82~0.86,RMSE取值在47.66~51.99 m³·hm^-2,多光谱波段的R²取值在0.88~0.89;蓝色和红色波段的非相似度（DIS）的估算模型精度相对较高,绿色波段的对比度（CON）（R²=0.87,RMSE=46.21 m³·hm^-2）估算精度最高,红色波段的非相似度（R²=0.68,RMSE=58.30 m³·hm^-2）估算精度较高,近红外波段的角二阶矩阵（ASM）（R²=0.68,RMSE=60.30 m³·hm^-2）精度最高,全色波段的对比度、相关性、熵、变化量模型精度较高,R2为0.85。利用高分辨率遥感影像纹理特征估算森林参数时需综合考虑不同波段的纹理特征对模型的贡献。     

不同密度油松人工林群落特征与物种多样性耦合关系

以黄土高原区油松人工林为研究对象,对比3种不同密度的油松人工林群落特征和物种多样性差异,构建两者间耦合关系模型,探讨不同密度油松人工林经营策略。结果表明:1）不同密度油松人工林群落特征具有差异,高密度（3 400~4 600株·hm^-2）林分的角尺度显著大于中密度（2 200~2 800株·hm^-2）、低密度（1 400~2 100株·hm^-2）林分;低密度林分的混交度、平均胸径和冠幅显著高于中、高密度林分。2）不同密度林分的乔木、灌木和草本物种多样性指数均与其自身显著正相关;低密度林分中,乔木层和灌木层多样性指数、灌木层和草本层多样性指数显著负相关。3）不同植物群落具有不同特征,中、高密度林分物种多样性对群落贡献较高,低密度林分群落植物空间分布合理,生长状况良好。4)通过改善植物群落的空间分布结构和生长状况,可以提升中密度林分群落中乔木、灌木和草本的物种多样性,而在高、低密度的林分中,则需采取其他经营策略。     

晋西黄土丘陵边缘区油松人工林密度调控与生物量特征

晋西吕梁山基岩山地与黄土丘陵区生态过渡带的植被和土壤具有明显的过渡性和特殊性。以过渡带内黄土丘陵边缘区的油松人工林为对象,分别研究了油松人工林的合理经营密度、生物量和碳密度特征,并在此基础上分析了油松人工林生态系统的管理对策。应用标准样地调查资料,研究油松树冠面积与胸径的相关关系,并构建出拟合精度高（相关系数R=0.875 6）的模型:Y=0.762 4exp(0.166 4*X),其中,Y为树冠面积,X为径阶。应用上述模型,根据径阶计算理论树冠面积和理论密度,在此基础上考虑树冠重叠度的影响,作为理论密度修正,进而编制了不同郁闭度条件下的油松林分合理密度经营表。研究区域内油松人工林年龄范围在16~37 a,乔木层生物量维持在39.97~110.93 t·hm^-2,年均生产力范围在1.04~3.09 t·hm^-2·a^-1,乔木层碳密度范围为19.99~55.47 t·hm^-2,均低于全国其他气候相对湿润的油松产区。该地区油松人工林多存在初植密度过大的问题,经过几十年的生长,很多林分已经开始出现明显的退化特征,建议该地区应适时进行抚育间伐,间伐标准可参照林分生长现状及林分密度管理表来确定。     

气候变化对不同等级长白落叶松人工林单木生产力的影响

以黑龙江省帽儿山实验林场的长白落叶松(Larix olgensis)人工林270个样芯数据为支持,在树木年轮年表构建和生产力年均增量量化的基础上,采用相关性分析定量探究该地区林分生产力与气候要素的关系。根据等断面积径级标准木法将样木分为5个等级,量化气候变化对不同等级树木生产力影响的差异。结果表明：帽儿山地区长白落叶松样木的平均生产力为4.70 t·hm^-2·a^-1,不同等级木的平均生产力由大到小依次为优势木(2.37 t·hm^-2·a^-1)、亚优势木(0.92 t·hm^-2·a^-1)、中等木(0.66 t·hm^-2·a^-1)、被压木(0.52 t·hm^-2·a^-1)、濒死木(0.23 t·hm^-2·a^-1)。长白落叶松的生产力与年均气温有明显的正相关性,相关系数为0.478。气候对长白落叶松生产力的影响有明显的滞后效应,尤其...     

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。     

抚育间伐对秦岭南坡锐齿栎天然次生林生长的影响

以秦岭南坡锐齿栎天然次生林为研究对象,探讨间伐对锐齿栎林分生长的影响,以期为秦岭南坡锐齿栎林科学经营提供理论依据。于2012年春季在陕西省宁东林业局沙沟林场,按不同抚育间伐蓄积强度0%（CK）、5%、10%、15%、20%和25%设置锐齿栎次生林试验样地12块,并于2018年10月对所有试验样地进行每木检尺并按径阶打生长锥获取木芯,以分析不同抚育间伐强度下锐齿栎林分胸高断面积和蓄积量变化规律。结果表明:1）间伐能提高锐齿栎林分胸高断面积和蓄积量的生长,间伐强度5%样地的林分胸高断面积和蓄积量年平均增长量（1.31 m²·hm^-2和8.84 m³·hm^-2）、总增长量（9.14 m²·hm^-2和61.88 m³·hm^-2）、年平均增长率（6.80%和7.89%）和总增长率（58.40%和70.16%）最高,且均与CK呈显著差异（P<0.05)。2）间伐强度5%和10%样地林分蓄积量分别在间伐后第4年和第7年达到未间伐样地的林分蓄积量。3）间伐强度5%~20%锐齿栎林分胸高断面积和蓄积量的连年生长量、平均生长量均>CK,其中5%样地林分胸高断面积和蓄积连年生长量在间伐后增长最快。因此,抚育间伐有利于锐齿栎林分胸高断面积和蓄积量的生长,其中5%间伐强度最为有利,该强度下林分蓄积量可以在较短年限达到并超过未间伐样地的蓄积量。     

基于无人机多光谱影像的云南松林蓄积量估测模型

【目的】无人机多光谱遥感影像较可见光影像具有更丰富的光谱信息,在森林蓄积量估测中具有较大潜力。以无人机载多光谱遥感影像为主要数据源,探索森林蓄积量的遥感估测模型,以克服传统地面调查工作量大、耗时长、成本高等弊端。【方法】以滇中地区典型天然云南松Pinus yunnanensis纯林为研究对象,利用无人机多光谱影像提取单波段反射率、各类植被指数、纹理特征等,计算各特征变量的标准地均值;筛选与云南松林蓄积量相关性显著的特征变量,采用多元线性、随机森林、支持向量机建立云南松林蓄积量估测模型,以决定系数(R²)、平均绝对误差(E_MA)、均方根误差(E₍RMS()、平均相对误差(E_MR)评价模型精度。【结果】(1) 3种模型中,随机森林的精度最高(R²=0.89,E_MA=4.69m³·hm^-2, E_RMS=5.45m³·hm^-2, E_MR     

中国主要人工林碳储量与固碳能力

根据全国第7次（2004-2008 年）和第8次（2009-2013 年）森林资源清查数据,采用IPCC法估算了我国9种主要人工林碳储量及碳密度变化规律和龄组特征,探讨了近年来主要造林树种的固碳能力。两次清查间隔期间,9种人工林平均碳密度增加了1.6 Mg·hm^-2,总碳储量增加了126.89 Tg,年平均增加25.38 Tg。杨树和桉树年固碳量较高,分别为10.21、9.96 Tg·a^-1,碳密度增加量分别为4.32、7.72 Mg·hm^-2。2009-2013年间9种人工林各龄组的碳密度为:幼龄林（8.82 Mg·hm^-2）<中龄林（24.01 Mg·hm^-2）<近熟林（29.37 Mg·hm^-2）<过熟林（30.89 Mg·hm^-2）<成熟林（35.67 Mg·hm^-2）。幼龄林和中龄林占主要人工林总面积的70.52%,具有较高的生长潜力和固碳潜力。研究结果可为我国人工林森林经营管理及碳汇功能评价提供参考。     

密度调控对马尾松人工林生态系统碳储量的影响

采用密度调控对贵州台江县12年生马尾松人工林碳储量进行研究。结果表明,密度调控提高了马尾松人工林乔木层、林下植被和凋落物层碳的累积,高密度(H)（1 800株·hm^-2）、中密度(M)（1 566株·hm^-2）和低密度(L)（1 350株·hm^-2）及CK（未间伐:2 016株·hm^-2）密度下马尾松人工林各组分碳储量乔木层＞土壤层＞林下植被层＞凋落物层。乔木层碳储量分别高出CK2.58、5.69 t·hm^-2和1.38 t·hm^-2;土壤层分别高出CK3.50、4.95 t·hm^-2和-13.43 t·hm^-2;林下植被层分别高于CK1.88、2.59 t·hm^-2和4.14 t·hm^-2,凋落物层分别高于CK0.14、0.27 t·hm^-2和0.36 t·hm^-2,林下植被和凋落物层碳储量较CK达显著差异（p＜0.05）;H和M密度下生态系统总碳储量分别较CK提高8.1 t·hm^-2和13.49 t·hm^-2,L密度低于CK7.54 t·hm^-2,马尾松人工林生态系统总碳储量以M密度调控最大,故马尾松中龄人工林林分经营过程中以M密度经营较好。     

油松林分断面积与蓄积量生长模型研究

对北京地区油松林分断面积、蓄积量生长模型进行研究,为建立通用的、相容的断面积、蓄积量生长模型奠定基础。利用北京市油松一类清查数据,以Richards和Shumacher 为基础模型,通过选取不同的密度指标,分别拟合油松林分的断面积、蓄积量生长模型,并选取最优的断面积、蓄积量模型,引入哑变量,将间伐林分和未间伐林分合并建立林分断面积、蓄积量生长模型。结果表明,油松林分的断面积、蓄积的模拟效果都较好,R²分别最高达0.900 0、0.890 0,而且不同的密度指标直接影响模型的预估效果,林分断面积生长模型选用林分密度指数作为密度指标的预估效果更好;林分蓄积量生长模型选用林分断面积作为密度指标时预估效果更好,当在模型中的渐近值参数引入密度指标后,Schumacher模型对林分蓄积量的预估精度又要略优于Richards模型,通过模型的独立性检验,预测精度均在91%以上;而在最优的模型上引入哑变量后的林分断面积、蓄积量模型的R²、预测精度都比常规的模型稍高,R²均在0.900 0以上,预测精度在0.950 0以上。引入哑变量能适当的提高模型的精度,可以用来描述北京地区油松林分在不同措施下的生长变化规律,也解决了不同类型林分合并建模不相容的问题。     

应用机器学习模型与线性模型预测森林蓄积生长量的精度

为了探究不同模型对森林蓄积生长量的预测精度和影响因素，以吉林省汪清金沟岭林场为研究区，利用林场198个固定样地(20 m×20 m)中的乔木数据，建立多元线性回归(MLR)、随机森林(RF)、支持向量机(SVM)、最近邻法(KNN)模型，分析树木蓄积生长量与林分因子、地形因子和气候因子的关系，并比较不同模型的预测精度。结果表明：森林蓄积生长量与林分每公顷断面积(B_A)、大于对象木断面积(B_L)、海拔(A_L)、林分密度(N)、年均降水量(P)显著相关，与平均胸径(D)、坡向(A_s)、坡度(S_L)、年均气温(T)并不相关；不同模型的预测结果存在差异，随机森林(RF)方法所有测试指标最佳；随机森林方法得出的平均蓄积生长量预测值为51.45 m³·hm^-2,该模型均方根误差(R_MSE)最低(4.62),决定系数(R²)最高(0.91)。