基于空间结构参数的大兴安岭天然落叶松单木直径生长模型

[目的]研究林分空间结构对兴安落叶松单木直径生长的影响,为大兴安岭天然落叶松次生林的有效恢复提供理论依据和技术支撑。[方法]以大兴安岭天然落叶松次生林为研究对象,基于塔河林业局盘古林场50株兴安落叶松解析木数据,采用S-Plus软件中的NLS函数对8种常用的林木生长模型进行拟合优度评价,进而确定最优基础模型;通过再参数化方法,考虑常用林分因子、单木因子、物种多样性以及林分空间结构等参数对林木直径生长的影响;最终,采用NLME函数构建兴安落叶松单木直径生长的最优混合效应模型,并系统评价不同模型的拟合优度。[结果]兴安落叶松单木直径生长的最优基础模型为Mitscherlich方程(调整系数Ra2=0.6285),其参数a分别与林分平均树高、单木胸径、混交度和角尺度显著相关,而参数b则与林分平均胸径和竞争指数显著相关;据此,建立的兴安落叶松广义直径生长模型的R_(a)^(2)值相较基础模型提升约31%(R_(a)^(2)=0.8264);通过引入随机参数(参数a1)、异方差函数(幂函数varPower)、时间序列函数(高斯结构corGaussian),单木水平的混合效应模型进一步将R_(a)^(2)值提升约17%(R_(a)^(2)=0.9710);五折交叉检验结果表明,混合模型的调整系数、平均绝对误差和均方根误差分别为0.9838、0.56 cm和0.72 cm,能够满足单木直径生长预测的需要。模型模拟结果表明,单木直径生长量随着单木胸径、角尺度和混交度的增加而增加,但随着林分平均胸径、平均树高和竞争指数的增加而减小;当各变量数值每增加10%时,其对应的胸径生长量依次为:+0.45 cm、+3.62 cm、+4.71 cm、-0.34 cm、-0.21 cm和-0.73 cm,但取决于不同的林分特征和生长阶段。[结论]林分角尺度、混交度和竞争水平对兴安落叶松单木直径生长具有显著作用,在后续森林经营中应通过合理的采伐来降低林木的竞争水平,并注重创建和维护林木的随机分布格局和混交程度。