黔中马尾松木荷混交林树高-胸径模型

【目的】建立马尾松Pinus massoniana-木荷Schima superba混交林树高-胸径模型,将树种作为哑变量引入模型,考虑模型残差空间自相关和异质性,为混交林树高-胸径模型构建和科学经营提供理论依据。【方法】基于贵州省开阳县马尾松-木荷混交林727组树高-胸径调查数据,构建普通最小二乘法模型(OLS)、广义可加模型(GAM)、线性混合模型(LMM)、地理加权回归模型(GWR)和地理加权回归克里格模型(GWRK)的树高-胸径全林木模型,在此基础上,将树种作为哑变量引入,选择全局莫兰指数(Moran’I)、局域Moran’I和组内方差分析5种模型残差空间自相关与空间异质性,并采用决定系数(R²)、均方误差(MSE)和赤池信息准则(AIC)对模型进行评价。【结果】(1)马尾松-木荷混交林全林木基础模型的拟合精度从低到高依次为OLS、GAM、LMM、GWR、GWRK。(2)将树种作为哑变量引入模型后,各模型拟合精度均高于全林木基础模型。(3)OLS和GAM模型残差的全局Moran’I在α=0.05水平下显著(Z>1.96),局域Moran’I分布图中存...     

基于地理权重回归的长白山区云冷杉二元材积式构建

以采用长白山北麓皆伐样地的59株样木为研究对象,利用地理权重回归模型(GWR)和最小二乘法(OLS)比较并构建二元材积公式。从数据的空间分析角度,研究了模型的胸径、树高与材积的关系。结果显示:GWR模型的拟合优度、预测能力都要高于OLS模型。GWR模型的变量参数可以反映出在样地内的空间分布规律及其稳定性,从而进一步揭示林木之间的竞争关系。GWR反映局部信息的能力为OLS所不及。优选模型的赤池信息量(AIC)最小。优选模型的稳定性、拟合优度、预测能力和残差的结果也均最优。     

基于空间模型的白河林业局天然红松分布

根据长白山地区白河林业局的772块固定标准地调查数据,分别建立以最小二乘法为基础的全局模型(Logistic和Poisson)和以地理加权回归模型(GWR)为基础的局域模型(GWLR和GWPR)来预估该局天然红松的分布情况。结果表明:天然红松分布受坡度和小班内树木平均胸径的影响最为显著,主要分布在东部和西南部地区,在北部的部分地区也有分布,但数量相对较少。通过比较全局模型和局域模型的AIC值和模型残差的空间相关性指数发现:GWR模型的AIC值明显小于全局模型,并且能够产生更为理想的模型残差,即模型残差的空间相关性明显减小,因此,GWR模型可以有效解决样地间空间异质性问题,有利于提高红松分布的预测精度。本研究将为大区域森林经营中的天然红松分布及其株数估测提供理论依据。      

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。     

应用无人机可见光遥感技术估测林分蓄积量

以云南省富民县典型天然云南松(Pinus yunnanensis)纯林为研究对象,结合无人机影像获取和外业样地调查对林分蓄积量估测。结果表明：利用目视解译方法提取云南松单木冠幅,精度达72%;采用11种模型拟合得到云南松林分不同郁闭度的胸径-冠幅最优回归模型;3个郁闭度等级林分的平均蓄积量估测精度分别达53.12%、78.65%和81.16%。由此可见,中、高郁闭度林分的平均蓄积量估测精度较高,说明了无人机遥感估测林分蓄积量的可行性和适用性。     

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...     

五指山市阔叶混交林碳汇影响因子研究

以五指山市阔叶混交林碳储量作为衡量森林碳汇量的指标, 通过对胸径×树高、郁闭度、海拔、坡度、距水域距离5个变量进行空间自相关性分析, 利用Geoda和Arcgis构建空间自回归模型和地理加权回归模型, 对碳汇量与其影响因子之间的关系进行研究。结果表明:胸径×树高、郁闭度、海拔、坡度、距水域距离均为影响碳汇量分布的重要因子, 其中郁闭度、胸径×树高对碳汇量的影响最大, 其次为海拔、距水域距离, 坡度因子的影响最小; 各样点上的碳汇量与因子之间的回归方程不同, 因此各因子在不同样点上对碳汇值的影响程度不同, 根据因子对碳汇值的相对影响大小对森林管理采取相应措施, 以增强该区域的固碳能力, 进而提高其碳汇功能。     

天然云冷杉针阔混交林单木胸径树高空间自回归模型研究

林木间普遍存在着空间自相关,这直接关联着林木间的竞争与相互作用。单木胸径树高模型是森林生长、收获与预测的基础,忽略林木间的空间自相关将会导致胸径树高模型的普通最小二乘(OLS)回归违背残差独立分布假设,导致犯第一类错误的可能性变大,以及模型参数标准差的有偏估计和回归模型估计的有效性降低。因此,本文选择我国东北地区主要森林类型即天然云冷杉针阔混交林为研究对象,考虑林木间的空间自相关,选用合适的线性化单木胸径树高OLS模型为基准模型,利用3个同步自回归(SAR)模型即空间滞后模型(SLM)、空间误差模型(SEM)和空间Durbin模型(SDM),构建该混交林的单木胸径树高模型。与此同时,每个SAR模型分别采用5个不同的空间加权矩阵即Delaunay三角网(DT)矩阵、逆距离一次幂(ID1)、逆距离二次幂(ID2)、逆距离五次幂(ID5)和高斯变异函数(GV)矩阵,利用极大似然(maximum likelihood)估计3个SAR模型的参数。对OLS和3个SAR模型的回归参数进行t检验,对3个SAR模型的自回归参数进行似然比检验。选择Morans I(MI)指数比较分析4个模型的残差空间自相关,选择决定系数(R2)、均方根误差(RMSE)和Akaike信息准则(AIC)3个拟合指标比较分析这4个模型的拟合效果,选择均方误差(MS)检验模型预测效果。结果表明:未考虑空间自相关的OLS模型残差存在正空间自相关;3个SAR模型拟合效果均优于OLS,SDM和SEM的拟合效果最好,SLM最差;无论使用哪个空间加权矩阵,SLM均不能消除模型残差空间自相关,但可降低空间自相关,在一定程度上提高了模型的拟合效果;5个空间矩阵应用于SDM和SEM时,均可以消除模型残差空间自相关,但空间加权矩阵GV只适用于SEM;ID2是5个空间加权矩阵中最好的空间加权矩阵,将ID2应用于4个模型进行预测时,SDM和SEM的预测效果明显优于SLM,但3个SAR模型的预测效果均优于OLS。利用3个SAR模型提高了单木胸径树高模型拟合和预测的精度,为合理经营天然云冷杉针阔混交林提供了理论基础。      

应用空间格网化法估算森林碳储量

为了探究空间格网化方法在森林碳储量估算中的应用,以塞罕坝机械林场的二类调查数据为基础,利用空间格网化方法提取林班中与碳储量估算相关的林龄、株数、郁闭度、蓄积量参数,通过BO-RF算法完成建模与估算,应用反距离加权插值方法完成空间插值统计,最终实现塞罕坝林场森林碳储量的整体性估算。结果表明：在不同格网尺度中,以3×3、5×5格网尺度的主要优势树种碳储量估算模型的精度表现较佳,华北落叶松(Larix gmelinii var.principis-rupprechtii(Mayr) Pilger)、白桦(Betula platyphylla Sukaczev)、樟子松(Pinus sylvestris var.mongholica Litv.)、蒙古栎(Quercus mongolica Fisch. ex Ledeb.)和云杉(Picea asperata Mast.)的决定系数(R²)均高于0.864,偏差、相对偏差、均方根误差、相对均方根误差也都表现较优;5×5格网尺度的主要优势树种的BO-RF的碳储量估算模型分别对主要优势树种的林龄、株数、郁闭度与格网中心碳储量...     

基于GWR模型的渭北黄土旱塬粮食单产空间分异 及其影响因子分析——以陕西彬县为例

【目的】 通过探究渭北黄土旱塬区粮食单产在县域尺度上的空间分异特征及其影响因子,为小尺度粮食单产及其影响因子的空间分异研究、区域粮食单产提高提供科学依据。【方法】 应用空间自相关、最小二乘法和地理加权回归模型（GWR）,研究渭北黄土旱塬区典型粮食主产县陕西彬县粮食单产的空间分布特征及其影响因子的空间分异。【结果】 彬县粮食单产的Moran’s I指数为0.328,显著性检验的Z值为5.51,呈北高南低的局部空间集聚特征。坡度、耕层厚度、土壤有机质、道路密度和施肥成本对彬县粮食单产具有正向影响,土壤类型、侵蚀程度和地下水埋深对彬县粮食单产具有负向影响,各解释变量回归系数的相对极差范围为0.55—14.11。空间上,耕层厚度、土壤类型、侵蚀程度、土壤有机质和道路密度对彬县南部、东南部梁峁丘陵沟壑区粮食单产的影响强于北部黄土旱塬区,而坡度、地下水埋深和施肥成本则表现出相反的空间非平稳性特征。OLS模型回归系数的显著性与GWR模型回归系数的相对极差呈负相关关系。GWR模型的R ²比OLS模型提高了0.04,AIC值减少了11.04。 【结论】 彬县粮食单产之间存在显著的空间正相关关系;土壤有机质、施肥成本和地下水埋深是渭北黄土旱塬区县域粮食单产的最主要影响因子;同一影响因子在县域内的不同空间位置对粮食单产的影响程度存在较大差异,且各影响因子对粮食单产影响程度的空间非平稳性是导致OLS模型回归系数显著性水平较低的主要原因。GWR模型在空间非平稳性数据建模方面的解释能力与估计精度都优于OLS模型,且能够实现模型估计参数的空间可视化。     

基于GIS的森林资源空间数据挖掘方法研究——以紫金山为例

空间数据挖掘,可以从森林资源空间数据库中抽取未清楚表现出来的隐含的知识和空间关系,为森林空间规划和经营措施设计提供科学依据。以南京紫金山国家森林公园为研究对象,以2002年森林资源二类调查空间数据库、2002年遥感卫星SPOT5数据包为主要信息源,选取与风景林美景度有关的林分、地形、人类干扰等10个环境因子,在ArcGIS 9.3平台上,进行空间热点探测、趋势面分析、地理加权回归、C5.0决策分析。研究表明:高美景度风景林主要分布在南坡的中上部,而低美景度风景林主要分布在紫金山森林公园外围;风景林美景度在空间分布上呈现出一种圆心偏东的同心圆状分布格局;风景林美景度与林分生长状况正相关,与所处位置的海拔高度正相关,与距离公路、与居民点距离等人为因素的干扰强度负相关;C5.0决策分析归纳的3个示例规则所揭示的知识与空间热点分析、趋势面分析、地理加权回归的结论保持一致,4个主要输入变量的重要性依次为:平均胸径(0.33)>海拔(0.25)>与公路距离(0.23)>与居民点距离(0.21)。     

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。     

海南岛橡胶林土壤真菌群落多样性的季节变化特征及其驱动因子分析

探究海南岛橡胶林土壤真菌群落多样性的季节变化特征及其环境驱动因子,为天然橡胶产业的可持续发展提供科学依据。以海南岛橡胶林旱季和雨季的土壤真菌为研究对象,使用Illumina Miseq高通量测序法,对土壤真菌的α、β多样性和群落结构组成及与环境因子的关系进行分析。结果表明,1)海南岛橡胶林共检测到真菌9门、37纲、115目、289科、818属,优势菌门依次为子囊菌门(Ascomycota)、担子菌门(Basidiomycota)和接合菌门(Zygomycota);2)橡胶林土壤真菌雨季土壤真菌丰富度和多样性均高于旱季,基于 Bray-Curtis距离的PCoA分析,不同季节土壤真菌群落β多样性差异显著(ANOSIM:R=0.051,P=0.001),PERMANOVA分析结果表明,季节变化解释了真菌群落组成差异的1.7%(R²= 0.017,P=0.001);3)真菌α多样性与pH(R²=0.19,P<0.001)、温度(R²=0.14,P<0.001)、全N(TN:R²=0.13,P<0.001)呈显著正相关。温度、全N、有机质、降雨量和pH分别解释了真菌群落组成的8.90%、5.42%、4.73%、4.32%、4.29%。橡胶林土壤真菌群落存在显著的旱雨季变化,pH、温度、全N是影响土壤真菌群落多样性的主要环境因子。     

基于优化BP神经网络的香格里拉高山松蓄积量模型研究

以香格里拉县高山松为研究对象,以Landsat TM 8影像和DEM（30M）数据为信息源,结合森林资源二类调查数据和地面样地实测数据,借助MATLAB平台,在前期进行基于遗传算法（GA）和粒子群算法（PSO）优化BP神经网络模型基础上,采用决定系数（R²）、均方根误差（RMSE）及预测精度（P）3个指标对优化后的BP神经网络模型及进行评价,并建立了研究区高山松蓄积量估测模型。结果表明,遗传算法效率（耗时1.9 h）低于粒子群算法（耗时1.4 h）;采用遗传算法优化后的BP神经网络模型R²、RMSE及P分别为0.636、4.216 m³、81.748%,均优于粒子群算法。通过遗传算法优化后的BP神经网络模型估测香格里拉高山松蓄积量总量为13 317 879.7 m³。     

基于单木水平和林分水平的油松兼容性生长模型

以油松林分为研究对象,基于北京市一类连续清查数据161块油松林分2期固定样地,建立单木水平和林分水平模型,利用组合预测法把油松单木水平模型和林分水平模型组合起来,用最优加权法计算单木水平和林分水平的权重系数,最后用3项数学指标M_AD、R_MSE、R²评估模型的预测效果。结果表明,所建的单木水平、林分水平和组合水平模型的预测效果均较好,经过分析比较,组合预测法预测油松断面积、蓄积量生长模型的精度高于单木水平和林分水平预测的精度。组合预测法所建立的模型结合了单木水平、林分水平模型的优点,提高了油松林分生长预测模型的兼容性,保障了油松林分生长模型预测结果的一致性,也可以用来预测下一期油松林分断面积、蓄积量生长规律。     

Determining nitrogen status and quantifying nitrogen fertilizer requirement using a critical nitrogen dilution curve for hybrid indica rice under mechanical pot-seedling transplanting pattern

Field experiments of nitrogen(N) treatment at five different application rates(0, 75, 150, 225, and 300 kg ha~(-1)) were conducted under pot-seedling mechanical transplanting(PMT) in 2018 and 2019. Two high-quality and high-yielding hybrids of indica rice, Huiliangyou 898 and Y Liangyou 900, were used in this study. The N nutrition index(NNI) and accumulated N deficit(N_(and)), used to assess the N nutrition status in real-time, were calculated for the indica cultivars under PMT with a critical nitrogen concentration(N_c) dilution model based on shoot dry matter(DM) during the whole rice growth stage. The relationships between NNI and N_(and) with relative yield(RY) were determined, and accurate N application schemes were developed for hybrids indica rice under PMT. The results indicated that high application rate of N-fertilizer significantly increased the concentrations of shoot DM and N in aboveground organs during the observed stages in the two cultivars for two years(P0.05). The N_c dilution model of hybrid indica cultivars was N_c=4.02 DM~(-0.42)(R~2=0.97) combining the two cultivars under PMT. Root-mean-square error and normalized root-mean-square error of the curve verification were 0.23 and 10.61%, respectively. The NNI and N_(and) ranged from 0.58 to 1.31 and 109 to –55 kg ha~(-1), respectively, in the two cultivars for all N treatments. NNI showed a linear relationship with N_(and) during the entire growth stage(0.53R~20.99, P0.01). In addition, NNI showed a linear-plateau relationship with RY(0.73R~20.92, P0.01) throughout the observed stages. These results suggest that the models can accurately diagnose the N-nutrition status and support effective N-fertilizer management in real-time for hybrid indica rice under PMT.     

蒙古栎叶面积的数字图像法测定

以方格法、称重法、系数法、回归方程法和Photoshop法等方法为对照,研究Digimizer数字图像法测定辽东山区蒙古栎叶面积。结果表明,Digimizer数字图像法和5种传统的叶面积测定方法的测定结果呈极显著线性相关关系,测定结果准确,稳定可靠,操作简单,可批量处理,不受分辨率、图片储存格式和扫描模式影响,还可测量叶片形态特征;建立了基于蒙古栎叶长宽乘积的叶面积幂函数模型(LA=0.805LW^0.938),其R²高达0.979,检验精度在P=0.05和P=0.012水平分别为98.727%和98.181%,可作为辽东山区蒙古栎单叶面积估测模型。采用系数法时,辽东山区蒙古栎叶面积校正系数为0.584。     

秦岭火地塘林区红桦林生物量和蓄积量变化研究

以秦岭火地塘林区红桦林为研究对象,设置20 m×20 m调查样地48块,获得地形和林分的相关数据。采用树木年轮学方法分析其生物量、蓄积量和生产力的动态变化,使用差异性分析研究不同海拔、坡度、坡向间红桦林生物量、蓄积量和生产力的变化,运用相关性分析和偏相关分析研究林龄和林分密度与红桦林生物量、蓄积量和生产力参数的关系,采用主成分分析和回归分析研究红桦林生物量和蓄积量的主要影响因子并得出回归模型。结果表明,红桦林生物量、蓄积量和生产力随海拔增大而减小,随坡度增大而增大,不同海拔、坡度间生物量和蓄积量差异性显著（p<0.05）,生产力差异性不显著（p>0.05）,不同坡向间,阳坡红桦林生物量、蓄积量和生产力均显著大于阴坡;相关性分析表明,红桦林生物量、蓄积量和生产力与林分年龄呈显著性正相关关系;偏相关分析表明生物量、蓄积量和生产力与林分密度呈显著性正相关关系;主成分分析表明,特征值>1的3个主成分对林分生物量和蓄积量的方差累积贡献率为79.95%;回归分析表明,海拔、坡度、坡向、林龄和林分密度是影响红桦林生物量和蓄积量的主要因子;估算红桦林生物量的模型为B=0.137fd+10.627sta-2.855sla+0.007g+0.002e-307.311,估算红桦林蓄积量的模型为V=0.125fd+12.308sta-10.174sla-0.320g+0.013e-369.848。