基于度量误差模型方法建立的林分相容性树高曲线方程组

【目的】研究北京市蒙古栎天然林的林分树高生长规律,为林分的科学、合理经营管理提供参考。【方法】根据北京市蒙古栎一类清查数据,以Richards方程为基础,采用度量误差模型方法建立林分相容性平均树高曲线方程组。【结果】经检验,所建模型在置信水平α=0.05时显著,对林分树高、胸径的预估精度分别为96.39%和97.23%。随着蒙古栎林分林龄的增长,胸径生长速生期滞后于树高生长速生期,大约在15年时,林分树高生长速度最快,大约在23年时,林分胸径生长速度最快;而林分树高随其胸径的生长变化则是在林分胸径为10cm左右时生长最快,此后逐渐减缓。【结论】所建立的林分树高曲线联立方程组比较合理,既使得林分树高曲线与林分胸径、树高生长过程曲线之间具有相容性和一致性,也考虑了模型中自变量的度量误差。     

基于生长模型的速生阔叶树种林分碳汇潜力研究

【目的】比较不同立地条件和林分密度下速生阔叶树种的碳汇潜力,旨在为碳汇造林提供决策依据。【方法】采用昆明市第4次森林资源二类调查数据,选取桤木(Alnus cremastogyne)、银荆(Acacia dealbata)、蓝桉(Eucalyptus globulus)和直干桉(Eucalyptus maideni)林分作为研究对象,运用优化算法求解林分断面积生长备选模型Richards、Schumacher和Korf参数;将林分断面积生长模型和单木生物量模型与各器官含碳率链接,模拟不同立地条件和林分密度下林分碳储量生长过程;采用林分碳储量平均增长量和连年增长量分析各速生阔叶树种林分碳汇潜力。【结果】桤木、银荆、蓝桉和直干桉林分断面积生长模型拟合决定系数分别为0.94,0.89,0.92和0.84;优化算法求解参数迭代次数从小到大顺序为麦夸特算法、粒子群算法、差分进化算法、模拟退火算法和遗传算法,Schumacher模型和Korf模型拟合参数欧式距离小于Richards模型,但Korf模型和Schumacher模型的拟合参数稳定性优于Richards模型。地位级为Ⅲ级、林分密度指数为800时15年生桤木、银荆、蓝桉和直干桉林分碳储量分别为13.81,20.33,38.89和45.27t/hm~2。单因素方差分析表明,林龄为1~5年时各树种林分间碳储量生长不存在差异(α=0.10),林龄为6~10和11~15年时各树种林分间碳储量生长存在极显著差异(α=0.01);桤木、银荆、蓝桉和直干桉林分碳储量平均增长量最大值分别为1.14,1.76,3.10和3.11t/(hm~2·年),连年增长量最大值分别为1.34,2.18,3.66和3.41t/(hm~2·年)。【结论】建立的速生阔叶树种生长模型可用于林分碳储量生长分析,优化算法能对生长模型更好地进行参数估计,各树种的固碳潜力顺序为直干桉蓝桉银荆桤木。     

Richrds函数在桉树无性系林分生长预测上的应用研究

通过设置4种不同的造林密度试验来研究密度对桉树无性系林分生长的影响,并以Richards生长函数为模型拟合了不同造林密度条件下桉树无性系林分生长模拟预测模型.结果表明,桉树无性系林分的生长规律呈现"s"型曲线,用Richards模型拟合其胸径、树高、材积及蓄积量的生长精度很高,相关指数均在0.996以上,利用所建生长模型可以对桉树无性系林分的生长动态进行预测,为桉树人工林的合理经营提供科学依据.     

Richrds函数在桉树无性系林分生长预测上的应用研究

通过设置4种不同的造林密度试验来研究密度对桉树无性系林分生长的影响,并以Richards生长函数为模型拟合了不同造林密度条件下桉树无性系林分生长模拟预测模型.结果表明,桉树无性系林分的生长规律呈现"s"型曲线,用Richards模型拟合其胸径、树高、材积及蓄积量的生长精度很高,相关指数均在0.996以上,利用所建生长模型可以对桉树无性系林分的生长动态进行预测,为桉树人工林的合理经营提供科学依据.     

基于关系模型的林分生长可视化建模

针对杉木人工纯林,利用少量的林木实测数据,基于高次Bezier曲线结合最小二乘法,拟合单株林木及林分的关系模型,生成插值方程。采用一种新的林分增长量分配方法,以此推算出任意时段林分中林木模型数据,同时根据林分生长特征属性参数和对随机变量的自适应控制,智能构建任意时段林分中各种形态结构的林木可视化模型。结果表明,该算法复杂度低、实效性强,使构建的林分生长模型既符合其生长规律,又具有较强的真实感。     

丹清河林场天然次生林林分蓄积量生长模型

以黑龙江省哈尔滨市丹清河林场的主要次生森林类型为对象,基于小班调查数据,利用Richards、Mistcherlich、Logistic、Gompertz和Schumacher 5种理论生长方程,建立了林分蓄积量生长模型,采用模型拟合统计量、误差及残差分布对模型进行评价和检验。结果表明:白桦林、柞木林Richards模拟结果最好;人工落叶松林、天然阔叶林、天然针叶混交林Logistic模拟最好,天然针叶林Schumacher模拟最好。为该地区森林生长预测和经营优化提供了参考和依据。     

短叶松同龄纯林林分平均直径的时序分析

根据Box-Jenkins建模原理,将ARIMA模型拟合时间序列的方法用于同龄纯林林分平均直径生长的拟合及预测研究。利用Eviews软件分别对短叶松同龄纯林样地1号、2号、3号的林分平均直径序列建模和预测,选出最优模型形式。然后用样地4的林分平均直径序列对所得到的模型形式进行适应性验证。通过用这4块样地数据对最优模型形式的拟合和预测,结果显示,最优模型形式剔除AR(2)项的AR(3)模型能够较好的拟合平均直径序列,决定系数(R2)分别为0.907 5、0.909 7、0.910 3、0.949 8,并且预测相对误差(Bias)很小(<1%)。在直径生长序列的近期预测中应用时间序列的ARIMA模型方法较为合适。     

Richards生长函数在107-杨树速生丰产林生长预测上的应用

利用山东省宁阳县3种不同立地条件下的107-杨树速生丰产林临时标准地和解析木调查材料,以 Richards生长函数为基本模型,拟合了不同立地条件下的107-杨树速生丰产林生长模拟预测模型.结果表明,107-杨树速生丰产林的生长规律呈现"S"型曲线,用Richards模型拟合其胸径、树高、材积的生长精度很高,P值均小于0.0001;使用未参加建模的107-杨解析木数据对构建的预测方程进行T检验,发现预测值与实测值之间无显著差异(P均大于0.05).可见,利用所建生长模型可以对107-杨树速生丰产林的生长动态进行预测,为107-杨树人工林的合理经营提供依据.     

云蒙山不同密度下橡树胸径与树高的关系研究

采用Richards equation和多项式两种模型,对密云县云蒙山橡树林分的胸径与树高进行曲线关系分析.结果表明:Richards equation和多项式两种模型对橡树不同密度组的林分的回归分析相关系数均达到0.75以上,拟合程度较好;两种模型均可以用来预测橡树林分的生长趋势;不同密度组对预测胸径和树高的模型拟合...     

闽北杉木人工林经验收获表编制及应用

采用Richards方程描述杉木人工林单位面积蓄积量、平均材积、平均胸径和平均高的生长过程,结合有关公式编制了杉木人工林经验收获表 经检验证明适用,可用于林分生长、收获的预测以及林木资产评估     

塞罕坝华北落叶松人工林断面积预测模型

如何实现林分水平和单木水平预测林分断面积的兼容性,并提高不同水平断面积模型的预估精度,在森林经营过程中是一个亟待解决的科学问题。本文以华北暖温带华北落叶松人工林为研究对象,运用105块连续观测的固定样地数据,首先采用Gauss-Newton算法建立林分水平和单木水平断面积生长模型;其次分别采用不同形式的逻辑斯蒂方程对单木生存概率方程进行拟合;最后将不同水平最优预测模型进行组合并建立组合方程,采用最小二乘法估计组合方程参数,以提高对不同水平断面积的预测精度。结果表明:在约束参数法中,林分密度模型、林分断面积预测模型和单木断面积模型均具有较好的预测效果,并均能解释90%以上的变异;在分解法中采用逻辑斯蒂方程来预测单木生存概率和林分密度,经检验获得的ROC曲线下面积为0.906,表明该方程可以较好地预测林木生存概率;在组合预测法中,采用不同水平的最优模型进行组合后的预测效果最佳。在预测林分密度和断面积时,组合预测方程预测精度最高,林分水平模型预测精度次之,单木水平模型预测精度最低。组合预测法能够预测不同水平下的林分密度、立木生存概率、林分断面积及单木断面积,提高了模型预测精度,为预测林分生长动态、空间结构变化及经营效果评价等提供参考依据。      

基于随机森林算法的落叶松?云冷杉混交林单木胸径生长预测

目的单木生长受气候、林分等多种因子影响,需要利用适当的方法厘清气候以及林分中影响林木生长的主导因子。随机森林等机器学习方法提供了一种新的途径,需要检验利用随机森林算法分析气候和林分因子对林木生长影响的可靠性,为森林生长收获预估提供新的方法。方法以吉林省汪清林业局20块落叶松?云冷杉混交林固定样地25年（1986—2010年）间连续调查数据作为研究材料,候选气候和林分因子52个,利用随机森林算法建立了包含气候和林分的单木胸径生长模型,分析气候和林分因子对单木胸径年平均生长量的影响:基于52个超参数组合（决策树数目ntree = 1 000、决策树每个结点随机选择的预测变量个数mtry = {1, 2, ···, 52}）构建了52个随机森林模型,利用10折交叉验证法分别训练和评估52个随机森林模型;基于完整数据集,利用最优随机森林模型分析自变量对单木胸径年平均生长量影响的相对重要性以及偏依赖关系。结果ntree = 1 000、mtry = 12所对应的模型是52个模型中具有最佳泛化能力的模型,该模型具有最大的交叉验证决定系数R2_cv（R2_cv = 0.54）,以及最小的交叉验证均方根误差RMSE_cv、交叉验证平均绝对偏差MAE_cv和交叉验证相对均方根误差rRMSE_cv（RMSE_cv = 0.14 cm、MAE_cv = 0.10 cm、rRMSE_cv = 50%）。单木胸径年平均生长量受林分因子的影响极大,相对重要性超过80.00%。8个林分因子中,大于对象木的林木断面积之和BAL对单木胸径年平均生长量影响最大,林分每公顷株数N对单木胸径年平均生长量影响最小,其他因子对单木胸径年平均生长量影响介于两者之间;单木胸径年平均生长量随BAL、林分每公顷断面积BA、N以及林分断面积平均胸径D_g的增加而下降,随对象木胸径与林分断面积平均胸径之比RD、林木期初胸径D₀以及对象木胸径与林分中最大林木胸径之比DDM的增加而增加。单木胸径年平均生长量受气候因子的影响较小,相对重要性低于20.00%。44个气候因子对单木胸径年平均生长量的影响均较小（相对重要性均 < 1%）,其中,生长季平均降水量（4—9月）与年均降水量之比Pratio、年总太阳辐射时长Asr、生长季平均降水量（4—9月）与生长季相对湿度（4—9月）之比Gspgsrh以及生长季太阳辐射时长（4—9月）Gssr是前4个相对重要的变量。结论随机森林模型能够较好地解析各变量与单木胸径年平均生长量之间复杂的关系,单木胸径年平均生长量受林分因子的影响极大,而受气候因子的影响较小。总体而言,在局部尺度上,林分因子是影响单木胸径生长的主导因子,而气候因子对单木胸径生长的解释能力有限。随机森林模型具有一定的泛化能力和统计可靠性,产生的变量重要性和偏依赖图具有合理的林学意义。      

广东省含参数分级的阔叶林分生物量生长模型

  目的  建立区域尺度林分生物量生长模型,为预测未来某一时段广东省天然阔叶林生物量和碳储量提供方法学支持。  方法  基于广东省1997—2017年5期森林清查数据,选择栎类、木荷和其他软阔类等6个阔叶树种为优势树种的203个天然林样地,以参数分级反映立地质量差异,以竞争指数表示密度影响,以分步建模（一元非线性回归法）和联合建模（非线性联立方程组法）区别建模方式,采用理论生长方程构建胸径生长模型估计林龄进而构建多种林分生物量生长模型,以决定系数和平均预估误差等4个指标评价模型拟合优度;对拟合优度较高的模型,以2002—2017年4期连清的183块样地为检验样本,用总相对误差来验证其应用效果。  结果  对比模型拟合效果和区域尺度及样地水平上的估计精度,以探究林分密度、不同参数分级、分级方法和建模方法共4项影响因素对生物量生长模型的效果,结果表明:非线性联立方程组法优于分步建模法;与生长速度有关的参数b分级模型优于与生长潜力有关的参数a分级模型;考虑林木竞争和分级方程中加入竞争指数对优化模型性能影响不大。参数b分级、自变量和分级方程皆不含竞争指数的联合模型（模型10）为最优模型,其生物量生长模型确定系数R2为0.970 1;预测4期生物量时,估计效果较好,后期估计误差明显低于前期,如采用模型10预估栎类2002—2017年区域尺度生物量时,4期的估计误差分别为6.22%、15.27%、4.80%、?1.84%。  结论  以Richards理论生长方程为基础构建林分生物量生长模型来估测区域尺度生物量是一种可行的方法,为评估未来某一时段区域尺度森林生态系统的固碳能力提供依据,也为其他区域的林分生物量生长模型研建提供参考。      

长白山主要树种直径生长的多元回归预测模型:以云杉为例

选取长白山地区18块皆伐标准地的949株云杉解析木和78株云杉标准木,建立长白山主要树种直径生长的多元回归预测模型。在生长模型中,首先确定林木直径的潜在生长量,建立疏开木的直径潜在生长方程,然后用反映立地质量、林分密度、对象木与周围相邻木最近距离3个竞争指数所表示的修正函数对直径潜在生长函数进行修正。采用SPSS软件对参数进行拟合,依据相关系数最大,剩余平方和最小得到直径的实际生长模型。该模型可以合理预测长白山地区主要树种一定时期内未来直径大小和林分的直径结构,这对把握林分动态、预估林分生长状态有极其重要的意义。另外,用未参加建模的8块皆伐标准地的432株云杉解析木和23株云杉标准木,对直径生长的多元回归预测模型的拟合度进行检验,结果显示拟合效果很好。     

华北落叶松人工林生长规律研究

以河北省塞罕坝华北落叶松(Larix principis-rupprechtii Mayr.)人工林为研究对象,收集大量临时样和解析木地调查资料,利用不同的生长模型对华北落叶松人工林生长过程进行拟合,以找到最优模型,计算各生长指标。结果表明:Logistic模型模拟华北落叶松人工林胸径、树高、材积生长过程效果最好,抛物线方程拟合林分立木株数随年龄变化过程效果最好;华北落叶松人工林胸径年平均生长量为0.46cm,速生期为10～20年;树高年平均生长量为0.38m,速生期为前20年;材积年平均生长量为0.006 90m3,速生期为10～30年,数量成熟龄为43年,为华北落叶松人工林的经营和管理提供科学依据。     

遂昌县杉木人工林生长模型的研究

本文在分析生长方程的性质和种类的基础上,用遂昌县227块标准地上测得的资料进行拟合。结果选择Richards方程,建立了杉木人工林平均胸径、林分平均高、林分断面积和林分蓄积量生长模型,并分析了遂昌县杉木人工林的生长特点、生长量和生长率。     

长白落叶松直径分布收获模型的研究

该文将长白落叶松林地按地位指数划分为3个地位等级,分别地位等级建立了以三参数Weibull分布为基础的直径分布收获模型。该模型系统包括两大部分。第1部分建立了林分回归模型,其中主要包括林分因子预测模型,株数预测和断面积生长模型等;第2部分建立了参数回收模型,即采用林分因子的预估值来回收Weibull分布的参数,保证了收获模型与林分回归模型的一致性。该模型不仅能输出林分的总体收获量(蓄积量,出材量),而且能输出各径阶的收获量。误差检验结果表明该模型精度较高。     

河北省木兰林管局山杨天然次生林生长规律研究

[目的]系统了解和掌握山杨天然次生林林木生长规律。[方法]以河北省木兰林管局山杨天然次生林为研究对象,利用多年调查的临时样地资料,借助Excel、SPSS11.0和ForStat统计分析软件,对主要林分因子生长进行模拟以了解其生长规律。[结果]抛物线方程拟合其立木株数生长过程效果最好,Logistic方程拟合其蓄积量、材积生长过程效果最好,对数方程拟合其胸径、树高生长过程效果最好;50年生山杨胸径年平均生长量为0.27 cm,速生期为0～5年;树高年平均生长量为0.29 m,速生期为0～10年;材积年平均生长量为0.003 65 m3/hm2,速生期为15～25年和30～40年2个阶段。[结论]山杨天然次生林数量成熟龄为50年左右,此时可进行人工采伐。     

施肥对马尾松人工幼林生长的影响

为了探明施肥对马尾松人工林生长的影响,在桂西北干热河谷地区选择马尾松人工幼林建立固定样地,采用生物有机无机复混肥不同肥施量进行连续5年4个处理(即A 1.0 kg/株、B1.5 kg/株、C2.0 kg/株,以及CK不施肥)的肥效试验。当林分生长至9年生时,其生长量显示如下规律:(1)胸径生长量为C(11.40 cm)>B(11.10 cm)>A(10.87 cm)>CK(10.80 cm);(2)树高生长量为C(9.87 m)>B(9.43 m)>A(9.23 m)>CK(9.20 m);(3)林分蓄积量为C(79.35 m3/hm2)>B(72.45 m3/hm2)>A(68.34 m3/hm2)>CK(67.33 m3/hm2)。从总体上看,马尾松人工幼林生长量显示出施肥比不施肥提高1.5%～17.9%,其中,施肥量2.0 kg/株处理对林木生长的效果显著。     

广西维都林场阴香人工林生长规律研究

采用树干解析法对广西维都林场32年生阴香人工纯林生长规律进行研究,将解析木的树高、胸径和材积同林分树龄之间建立回归方程,并确定为最优生长模型。结果表明：阴香树高、胸径和材积总生长量在32 a时分别为17.6 m、32.55 cm和0.539 m3;树高连年增长量在0～6 a逐年增加,第6年达到峰值,为0.90 m/a,第6年之后树高生长速度总体呈下降趋势;胸径生长与树高生长规律相似,在第4年达到生长峰值,为2.42 cm/a;材积连年生长量随树龄递增先增长后下降,连年生长量峰值出现在第22年,峰值为0.035 m3/a,连年生长曲线与平均生长曲线相交于第32年,由此确定材积数量成熟的年龄为32 a。生长规律回归方程拟合中,树高、胸径与林龄回归模型以理查德模型最优,材积以苏马克模型为最优,拟合相关系数R2均在0.997以上,残差平方和较小,拟合效果良好。