基于随机森林模型的旺业甸实验林场土壤全氮数字制图

为探究林场土壤全氮含量的空间分布特征及对环境因素的响应,以旺业甸实验林场为研究区,采用随机森林模型和Cubist模型建立了不同土层深度(0~10、10~30、30~50cm)土壤全氮含量与环境协变量(海拔、归一化植被指数、年平均降水量、年平均气温、y坐标和坡向)之间的定量关系模型,对该区土壤全氮含量进行预测并制图,并分析了影响土壤全氮空间变异的控制性因素。研究结果显示:0~10、10~30、30~50cm土层实测全氮含量的均值分别为3.20、2.02、1.47g/kg,土壤全氮的平均含量随土层深度的增加而降低;3个土层深度土壤全氮预测随机森林模型的决定系数R2分别为0.59、0.42和0.39,均优于决定系数R2分别为0.56、0.38和0.34的Cubist模型,2种模型预测精度都随土层深度的增加而降低,各环境因素对土壤全氮空间分布的影响作用随土层深度的增加而减小;从随机森林模型土壤全氮预测图来看,不同土层深度土壤全氮含量均呈现西部、北部和中部低,西南、东南和东部高的空间格局,不确定性图显示随机森林模型预测土壤全氮含量分布具有较低的标准差;海拔对土壤全氮含量的影响最大,其他依次为:归一化植被指数>年平均降水量>年平均气温>y坐标>坡向。结果表明,随机森林模型可以作为有效预测该林场不同土层深度土壤全氮含量的方法。

R程序包ForestStatTool在林学单木和林分因子统计中的应用

【目的】为了实现林学中单木和林分指标的快速、准确计算,开发了通用的R包ForestStatTool,并通过具体示例介绍其在单木和林分因子统计计算中的应用。【方法】在R语言环境中,编写了12个实用函数,涵盖重复标签处理、重复坐标处理、样地分割、空间结构指标计算、竞争指标计算、生物多样性指标计算和林分因子统计这7大类。以北京十三陵林场的侧柏纯林0.06 hm2圆形样地和吉林省汪清林业局金沟岭林场的云冷杉针阔混交林1 hm2方形大样地的数据为例,介绍了ForestStatTool包的主要功能及使用方法。【结果】ForestStatTool包通过分析各类样地数据,成功计算了林木的空间结构、竞争指数和生物多样性等指标。结果表明:ForestStatTool包可有效识别林木的空间分布特征,量化林木的竞争压力,并揭示了林分结构和多样性分布的特征;还能够满足大样地和复杂林分的快速统计分析需求,适用于多种林业应用场景。【结论】ForestStatTool包可方便、快速、准确地完成样地数据检查与预处理,并完成林学单木和林分因子的相关统计计算。ForestStatTool包可应用于森林经理、森林培育、森林生态等领域。

基于ANUGA和SWMM耦合模型的车陂涌流域内涝模拟分析

为探究设计暴雨雨峰位置对城市内涝的响应规律,以广州车陂涌流域某片区为研究区,基于ANUGA和SWMM构建耦合模型AGSWM,采用实测降雨的流量和内涝数据对AGSWM进行验证,并对不同雨峰位置的设计暴雨情景进行了内涝模拟与分析。结果表明:耦合模型AGSWM具有良好的模拟精度,能够较好地反映车陂涌内涝时空演进过程;在低重现期后峰情景和高重现期中峰情景下,内涝积水总量、总淹没面积、重度内涝等级的淹没面积和重度内涝等级的易涝点最大水深较大;在低重现期前峰情景、高重现期后峰情景下,积水峰现延迟时间较长。

基于Richards方程的冷杉树高曲线深度神经网络激活函数

【目的】提出一个基于理论生长方程(Richards公式)的激活函数,解决神经网络算法在森林生长建模时输出可能不符合生物学规律的问题,为神经网络在森林生长建模方面的应用提供一个新的思路和方法。【方法】以吉林省汪清林业局臭冷杉为研究对象,利用96株解析木数据,分别建立传统非线性回归模型、基于普通激活函数的深度神经网络模型和新的基于Richards激活函数的深度神经网络树高-胸径模型。【结果】相较基于普通激活函数的深度神经网络模型,新的基于Richards激活函数的深度神经网络模型具有明显的树高渐近线,更符合生物学规律。与传统非线性回归模型(直接使用Richards公式拟合)相比,新的基于Richards激活函数的深度神经网络模型精度略有提高,R2提升0.175%,均方根误差(RMSE)与平均绝对误差(MAE)分别降低2.282%和4.011%。【结论】提出一个基于Richards方程的深度神经网络激活函数,具有如下优点:1)输出一定存在一个合理的最大值;2)配合合理的神经网络结构可使输出一定大于1.3;3)将传统回归方法拟合得到的参数作为神经网络模型输入,能使神经网络的训练得到先验知识。

基于3-PG_(mix)过程模型的落叶松人工林生长过程表编制

【目的】编制落叶松人工林生长过程表,为落叶松人工林经营管理提供科学依据。【方法】以我国东北华北七省(市、区)——北京市、河北省、山西省、辽宁省、吉林省、黑龙江省和内蒙古自治区落叶松人工林为研究对象,基于第5~8次全国森林资源连续清查552块固定样地数据和气象数据,运用3-PGmix过程模型编制落叶松人工林不同立地等级生长过程表。【结果】通过校验得到4种落叶松人工林3-PGmix过程模型参数,林分各变量模型预测值与实测值一致性较高(R2在0.71~0.96之间),兴安落叶松、长白落叶松、华北落叶松和日本落叶松林分蓄积量的平均误差分别为5.70%、0.95%、4.70%和−4.56%,均方根误差分别为14.88、12.00、16.74和13.11 m3·hm^(−2)。编制的林分生长过程表能够描述林分平均胸径、平均高、株数密度、公顷蓄积量、公顷生物量以及蓄积量和生物量的公顷年均生长量和连年生长量等随林龄增加的动态变化规律,4种落叶松人工林生长过程存在差异,其原因是适生条件、物候期、生长期等生物学特性不同所致,结果具有一定的统计可靠性和生物合理性。【结论】3-PGmix过程模型模拟结果可用于编制落叶松人工林生长过程表,为生长过程表的编制提供一种新的方法。

森林质量评价及精准提升理论与技术研究

在当前大力推进生态文明建设的背景下,森林质量提升已经成为一个重要的主题,并将是今后相当长一个时期内林业的目标和任务。森林经营是实现森林质量提升的根本途径,当前迫切需要明确实现精准提升森林质量的理论基础和技术体系。森林质量的评价指标有哪些?如何基于生态学理论和经营理论来提升森林质量?本文采用文献分析方法,对国内外森林质量评价指标进行了综述,从森林干扰理论、演替理论、主导生态因子作用、生态位原理、生物多样性原理和边缘效应原理等方面总结分析了质量提升的生态学和林学基础。认为森林质量评价指标存在层次性和目标相关性,核心是森林生态系统本身的属性,提出了评价指标体系框架。构建了森林质量精准提升技术体系,包括立地评价和适地适树、森林生长收获预测、森林经营规划等7个方面,为我国的森林质量精准提升工作提供依据。

基于林分潜在生长量的立地质量评价方法与应用

【目的】提出一种基于林分潜在生长量的立地质量评价方法,为精准提升森林质量提供可靠依据。【方法】首次严格定义潜在立地生产力概念,推导出潜在生产力和现实生产力的模型和计算方法,提出立地元素-林分元素-林分生长类型-现实生产力和潜在生产力模型-落实到地块的立地质量制图技术流程,并以吉林省针阔混交林为例,利用4期一类清查固定样地数据,基于林分潜在生长量的立地质量评价方法开展案例研究。【结果】影响吉林省林地立地质量的主要立地因子包括地貌、海拔、坡位、坡度、土壤类型和腐殖质层厚度;采用立地类型约束的树高生长分级法,将6个因子组合的立地类型分为5个等级,针阔混交林不同立地等级的林分平均高、断面积和蓄积量生长模型具有较好的生物学意义和统计可靠性,决定系数(R^2)分别为0.991 8、0.986 6和0.984 2; 5个立地等级的潜在蓄积生产力在3.6～5.8 m^3·hm^(-2)a^(-1)间,并给出了立地潜在生长量对应的合理林分密度。【结论】基于林分潜在生长量的立地质量评价方法适用于纯林和混交林,可以回答一定立地的最大生产力及现存林分通过密度调控可以提高多少生产力。

基于最大熵模型的吉林省主要天然林潜在分布适宜性

【目的】研究基于物种分布模型预测天然林类型适宜分布区的方法,探讨影响天然林类型适宜性分布的主导环境因子及其阈值,制作主要天然林类型的潜在分布适宜性等级图,为东北林区天然林修复中的树种选择和结构调整提供依据。【方法】基于吉林省第八次森林资源连续清查固定样地数据,采用最大熵物种分布模型,划分11个主要天然林类型(含7类混交林),确定其现实分布点,选取影响林分生长的19个气候因子、33个土壤因子和3个地形因子共55个环境变量。对各天然林类型经变量筛选后进行分布建模,通过受试者工作特征曲线下的面积(AUC)评价模型精度。采用刀切法对模型进行检验,计算各环境变量对天然林类型分布的影响程度,筛选影响天然林类型分布的主导环境因子;将分布适宜性划分为5个等级,并制作不同天然林类型的分布适宜性等级图。【结果】基于最大熵模型的吉林省11个主要天然林类型适宜性分布的训练集和检验集的AUC在0.687 2~0.946 9之间,检验集的精度1个达到"极准确"、7个达到"很准确"、2个达到"较准确"、1个达到"一般"的水平,模型具有很好的泛化能力。各环境变量对天然林类型分布的影响程度由大到小依次为最热月的最高温度、海拔、最热季度的平均温度和年平均温度,最热月的最高温度为其中10个类型的主导环境因子,海拔为其中8个类型的主导环境因子,最热季度的平均温度为7个类型的主导变量因子,年平均温度为其中6个类型的主导环境因子,气温和海拔对预测的天然林类型分布有重要影响。基于建立的模型,形成吉林省11个主要天然林类型的潜在分布适宜性等级图。【结论】最大熵模型能够很好预测吉林省主要天然林类型的分布适宜区,筛选的影响每个天然林类型分布的主导环境因子及阈值合理,形成的吉林天然林类型潜在分布适宜性等级图可为东北林区天然林修复中的树种选择和结构调整提供科学依据。

多功能森林经营方案编制关键技术及辅助系统研究

随着我国森林经营逐步进入多功能森林经营阶段,多功能森林经营方案的编制任务日渐紧迫,多功能森林经营方案编制技术作为多功能森林经营方案制定的基础和关键,目前尚未形成一套完整的体系。本研究从多功能森林经营方案编制技术体系入手,研究多功能可持续森林经营方案编制的理论和关键技术,包括多功能森林经营区划、森林作业法设计、可持续采伐量计算、多功能森林经营的投入产出等关键技术。将"功能区划-作业法设计–效益分析评价"这个支撑森林经营方案的底层结构和算法模式串联起来,提出与经营目标和作业方法一致的结构化整体进程模型,并集成到软件系统中,形成多功能森林经营方案辅助设计系统。提出了多功能森林经营方案编制关键技术,梳理了技术体系,完成了辅助设计系统。研究的结果为多功能森林经营方案编制提供了技术规范及辅助工具,是多功能森林经营方案编制技术集成的有益尝试。同时对支持森林生态系统可持续经营管理、推进森林经营方案的编制和实施、确保编制成果的科学性和实用性都有重要意义。

中国森林经理学研究进展与展望

森林经理学是林学的重要组成部分,是研究如何有效组织森林经营活动的应用基础理论、方法、技术和工艺的一门科学,在林业建设中发挥着重要作用。森林经理学20世纪初从日本引入中国,逐渐形成了一个学科群,包括森林经理学、测树学、遥感和3S技术、信息管理和系统科学在森林经理中的应用等。本文从森林经营理论与技术模式、森林资源调查监测与管理、林业统计与森林生长收获模型、森林经营计划与优化决策、林业遥感技术与应用、林业信息技术应用6方面对中国森林经理学60多年来的研究进展进行综述。在森林经营理论与技术模式方面,提出人工林多功能经营和结构化森林经营技术体系,森林经营理论与技术处于森林可持续经营指导下的近自然经营、多功能经营等实践探索和理论验证阶段。在建立和完善中国森林资源连续清查体系过程中,森林经理学科的研究提供重要技术支撑。随着现代统计学方法的应用逐步深入,提出一套完整的建立相容性立木地上生物量模型方法。建立气候敏感的林分生长模型,将碳储量作为经营目标成为森林多目标经营规划研究的一项重要内容,以满足气候变化背景下的生长收获预测和适应性经营需要。遥感技术发展迅速,在森林参数定量反演方面,主要进展集中在激光雷达以及多模式遥感数据的综合反演技术等;无人机在森林调查中也开始得到应用;研制高分林业遥感服务平台和应用系统,促进自主高分遥感数据的应用。研发大量森林资源管理应用系统,实现包含遥感影像、地理信息、小班区划和林地属性信息的全国林地“一张图”管理。尽管中国森林经理学在上述方面均已取得显著进展,但存在尚未形成中国特色的森林经营理论与技术体系、森林经营基础研究薄弱、森林资源监测体系时效性差、缺乏森林经营的计划工具等问题,总体上处于“跟跑”地位。森林的多功能及其实现是森林经理学研究的严峻挑战,也是森林经理学发展的难得机遇,需要发挥多学科综合交叉研究与产学研相结合的优势,开展森林经营的理论研究、应用基础研究以及技术和工艺研究,以适应现代林业发展需求。

长白落叶松人工林地位指数及立地形的比较研究

【目的】以吉林省长白落叶松人工林为对象,分析立地形与地位指数及其与林分生产力之间的关系,检验立地形评价长白落叶松人工林立地质量的可行性。【方法】基于168块固定样地的314个观测数据,提出了基准胸径确定的方法,即以胸径-年龄的逻辑斯蒂方程为基础,求其拐点纵坐标(即为基准胸径)。以理查兹生长方程分别拟合优势高-年龄、优势高-优势胸径的导向曲线,分别计算各样地的地位指数与立地形,并分析立地形与地位指数以及二者与林分生产力之间的关系。【结果】立地形与地位指数回归方程的决定系数R2为0.362 7,RMSE为1.993 0 m,平均绝对误差MAE为1.563 2 m。地位指数、立地形与生产力的相关系数分别为0.676 4和0.320 3。采用等距划分的方法将计算所得的地位指数与立地形划分为8个等级,地位指数从1至8级各等级所占比例分别为0.64%、3.82%、12.74%、24.84%、32.48%、19.43%、5.10%、0.96%;立地形从1至8级各等级所占比例分别为0%、1.59%、9.24%、42.36%、44.90%、1.91%、0%、0%。【结论】对于落叶松人工林来说,立地形只能解释36.27%的地位指数变异;地位指数与生产力的相关性远大于立地形与生产力的相关性。对立地形与地位指数采用等距划分的方法进行立地质量等级划分,立地质量等级均呈现出中间多、两头少的趋势,但各等级的样地数量差异较大。总体来说,本研究中立地形不宜作为长白落叶松人工林立地质量评价的指标。

树木微钻仪钻针阻力表达方法研究

树木微钻仪钻针阻力不能直接测量,但能通过直流电机的电流、电压、功率、转速等参数间接表达。为了提高钻针阻力测量精度,进一步研究了钻针阻力表达方法。阐述了树木微钻仪的工作原理,分析了钻针阻力与直流电机电流、电压、功率、转速之间的关系,提出了6种钻针阻力表达方法。使用自主研制的树木微钻仪和德国Resistograph 650-S型微钻仪对4个树种的木材密度进行测试,分别建立自主研制微钻仪每种钻针阻力表达方法各自的平均值、Resistograph 650-S型钻针阻力平均值与木材绝干密度之间的线性模型。测试结果表明:自主研制的树木微钻仪直流电机电流、电压和功率与木材绝干密度之间的线性相关系数均大于0.9,因此可使用直流电机的电流、电压或者功率来间接表达钻针阻力;转速修正后的直流电机电压与木材绝干密度的相关性最高,因此使用转速修正后的直流电机电压表达钻针阻力更为适宜;自制微钻仪转速修正后的直流电机电压与木材绝干密度之间的线性相关系数比德国Resistograph 650-S型微钻仪高0.0053,说明自制树木微钻仪的设计方案和钻针阻力表达方法合理。

针阔混交异龄林林分优势高的确定方法

基于广东省59块针阔混交异龄林一类固定样地实测数据,采用7种方法计算林分优势高,对7种计算方法获取的林分优势高进行相关性分析和差异分析,并建立了林分优势高和林分平均高的线性模型。结果表明,针阔混交异龄林的7种林分优势高间的相关系数均超过0.9;根据差异性分析结果和调查、计算简单的原则,确定不分树种取最大3株优势高的算术平均作为针阔混交异龄林的林分优势高;林分优势高与林分平均高之间的关系方程为Y=0.948 9X+4.133 7,决定系数R^2为0.656 3,具有良好的线性关系。

米老排人工林种子雨时空动态特征及其采伐更新设计

【目的】以带状皆伐后米老排人工林为对象,研究其保留带和皆伐迹地种子雨及沉水种子的时空动态,旨在为米老排人工林更新采伐设计及促进天然更新提供科学依据。【方法】在米老排人工林带状皆伐后,分别在保留带和皆伐迹地内各布设3个固定样地,连续2年观测种子雨。采用单因素方差分析和t检验的方法对不同样地的种子雨组成进行分析。采用幂函数、指数函数及其对数转化函数模型,建立皆伐迹地内种子雨及沉水种子密度随离开林缘距离变化的分布预测模型。【结果】种子雨散落的起始期在9月下旬至10月中旬、高峰期在10月下旬至12月中旬、消退期在12月下旬至翌年1月上旬;在保留带内,种子雨密度及沉水种子密度的空间异质性不明显,年际差异也不显著;在皆伐迹地内,部分离林缘等距离样点间的种子雨密度与沉水种子密度的空间异质明显(P<0.05),年际差异也显著(P<0.05);在皆伐迹地,种子雨的沉水种子百分比随离林缘距离增加呈先增后降的变化;保留带的种子雨及沉水种子在林缘外皆伐迹地扩散的空间分布可用指数函数转换的线性模型较好描述,其最远扩散距离分别为25和20 m。【结论】成熟米老排人工林用于天然更新的种源充足,不存在限制;如果米老排人工林采伐时间是从12月至翌年1月底,因种子已散落且足够,故在满足国家有关人工林采伐政策的前提下,可用皆伐或不受宽度限制的带状皆伐;若在不是种子集中散落期且种子活力已丧失的时间采伐,如在6~9月,宜用带状采伐,且其适宜宽度及最大带宽为35与40 m。

微钻阻力法间接测量木材密度

【目的】探究微钻阻力仪钻针阻力与木材密度之间合适的模型形式,以及不同树种之间和同类树种之间的数学模型适应性,为微钻阻力法间接测量木材密度提供依据。【方法】1)使用Resistograph 650-S微钻阻力仪测量包含软木和硬木8个树种木材样品的钻针阻力和绝干密度,每个树种2/3的测量数据作为建模数据集,1/3的测量数据作为测试数据集;2)基于总体建模数据集,建立所有树种钻针平均阻力与木材绝干密度之间的线性模型、对数模型以及线性模型与对数模型相结合的混合模型,选用决定系数最高的模型形式作为总模型反映钻针平均阻力与木材绝干密度之间的关系;3)基于软木类和硬木类建模数据集,使用选定的模型形式分别建立软木类和硬木类木材钻针平均阻力与木材绝干密度之间的类模型;4)基于每个树种建模数据集,使用选定的模型形式建立每个树种钻针平均阻力与木材绝干密度之间的分模型;5)基于测试数据集,计算总模型、类模型和分模型的估计标准误差和平均估计精度,分析各级别模型之间估计标准误差和平均估计精度是否存在显著性差异。【结果】1)基于总体建模数据集建立的线性模型、对数模型以及线性模型与对数模型相结合的混合模型的决定系数分别为0.942、0.952和0.961;2)软木和硬木类模型的决定系数分别为0.780和0.864,分模型的决定系数在0.397~0.943之间;3)总模型、类模型和分模型估计标准误差分别为32.222、31.635和27.121 kg·m-3,平均估计精度分别为95.554%、95.636%和96.292%;4)各树种总模型、类模型和分模型相互之间的估计标准误差和平均估计精度在0.1水平上均不存在显著性差异。【结论】1)线性模型与对数模型相结合的混合模型的决定系数最高,采用线性模型与对数模型相结合的混合模型形式研究钻针阻力与木材绝干密度之间的关系较为合适;2)分模型的估计标准误差最小,平均估计精度最高,采用分模型预估木材绝干密度较为合适;3)当测量精度要求不高时,为降低建模工作量,可采用总模型估计木材绝干密度。

含水率对微钻阻力仪钻针阻力的影响

【目的】微钻阻力仪钻针阻力与木材密度正相关,与木材含水率的关系尚不明确。为了科学、合理地解释微钻阻力仪的钻针阻力,本研究进一步研究含水率与钻针阻力之间的关系。【方法】使用Resistograph 650-S微钻阻力仪测量包含针叶树、软阔叶树、硬阔叶树9个树种的木材在湿木状态和绝干状态下的钻针阻力,首先初步判断木材含水率与钻针阻力之间的关系;然后建立各树种木材含水率、木材绝干密度双因子与钻针阻力之间的广义相加模型以及木材绝干密度单因子与钻针阻力之间的广义相加模型,分析两个模型的拟合结果,分析木材含水率对微钻阻力的影响程度;最后建立每个树种木材含水率与湿木状态与绝干状态下钻针阻力差值之间的广义相加模型,分析木材含水率对钻针阻力的影响规律。【结果】1)麻梨、李、桃和樱桃这4个树种湿木状态与绝干状态下钻针阻力平均值差值的平均值小于0,毛白杨、泡桐、马尾松、杉木、麻栎这5个树种的平均值大于0。2)各树种双因子模型R^(2)的平均值比单因子模型高0.231,相比提高了52.620个百分点;各树种双因子模型方差解释率的平均值比单因子模型高22.475%,相比提高了48.892个百分点;各树种双因子模型AIC的平均值比单因子模型低60.39,相比降低了5.489个百分点。3)各树种湿木含水率与湿木状态与绝干状态下阻力差值的GAM模型的自由度在1~6.062之间,P值在0~0.619之间,F值在0.25~23.45,R^(2)在0~0.644之间,方差解释率在0.579%~66.7%之间。【结论】1)含水率对钻针阻力有显著有影响,增加含水率因子能显著提高钻针阻力的方差解释率。2)不同树种之间含水率对钻针阻力的影响程度和影响规律存在较大差异。

多期森林调查样地数据的逻辑检查方法研究

逻辑检查是林业调查内业统计工作的一项重要内容,是对前期调查数据的核查认定。基于数据处理流程,设计了前逻辑检查方法和后逻辑检查方法。前逻辑检查包括样地因子逻辑检查、样木因子逻辑检查和多期数据相关检查。其中多期数据相关检查在以往单期数据逻辑检查的基础上,加入了多期数据的纵向比对,有利于处理数据存在的各种逻辑错误问题。后逻辑检查对统计计算后的同期林分因子进行互算,并用邻期林分因子进行比对,可以较大程度地检查出数据录入和程序计算的纰漏。利用VB和内置SQL语言开发了相关程序工具,将逻辑检查方法嵌入到程序中,以提高工作效率。

基于随机森林模型的天然林立地生产力预测研究

从汪清林业局大荒沟林场、大柞树林场等11个林场的森林资源二类调查数据中选取优势树种为蒙古栎、阔叶混交林及针阔混交林的小班。以海拔、土层厚度、坡位、坡向、腐殖质层厚度、坡度6个立地因子以及年平均气温、月平均气温差等19个气候因子为输入变量,以树种年平均蓄积生长量为输出变量,应用随机森林回归算法分别建立蒙古栎、阔叶混交林及针阔混交林的立地质量评价模型,对不同立地条件下的造林地进行生产潜力预测。同时,分析了各环境因子对树种生长的影响权重。结果表明:1)所建立的3种回归模型的RMSE的值分别为:0.22、0.54、0.52,R^2值分别为:0.79、0.79、0.72,模型的拟合效果较为理想。2)研究区域内,对蒙古栎生长影响较大的因子依次为月平均气温差、温度季节性变化、坡度、年降水量、年平均气温差;对针阔混交林生长影响较大的因子依次为:坡度、腐殖质层厚度、月平均气温差、最湿季度降水量、最暖季度降水量;对阔叶混交林生长影响较大的因子依次为:坡度、坡位、坡向、温度季节性变化、最干旱季平均气温。3)通过对比同一立地3种类型的生产力,针阔混交林、阔叶混交林的年平均蓄积生长量均高于蒙古栎纯林,针阔混交林略高于阔叶混交林。4)因此,应客观考虑环境因子对于林木的影响程度,使其生长环境条件尽可能地处于最佳组合状态。

马尾松人工林不同经营方式短期经济效益分析

【目的】明晰3种不同经营方式在不同规格径材出材量和经济效益方面的差异,为营林项目经济可行性和森林可持续发展提供参考。【方法】以中国林业科学研究院热带林业实验中心马尾松人工林为研究对象,选取近自然化改造、常规经营(轮伐期经营)和无经营活动3种经营方式下林分持续10年(2008−2018年)的观测数据,采用现金流和重置成本法分别计算大、中、小径材的木材价值和补植阔叶树种的苗木价值,通过财务静态、动态经济指标和敏感性分析法来评价3种经营方式的经济可行性与风险承受能力,综合比较3种经营方式的经济效益。【结果】(1)3种经营方式下马尾松材种结构动态变化存在明显不同:10年间,近自然化改造林分大径材出材量由1.22 m^(3)增长至56.85 m^(3)、中径材出材量由23.34 m^(3)增长至79.57 m^(3)、小径材出材量由69.79 m^(3)减少至68.76 m^(3);常规经营林分大径材出材量由0.29 m^(3)增长至38.97 m^(3)、中径材出材量由22.51 m^(3)增长至90.89 m^(3)、小径材出材量由80.69 m^(3)减少至78.83 m^(3);对照林分大径材出材量由0.25 m^(3)增长至27.97 m^(3)、中径材出材量由20.95 m^(3)增长至93.69 m^(3)、小径材出材量由189.39 m^(3)减少至181.98 m^(3)。(2)10年间,近自然化改造林分、常规经营林分和对照林分的净利润动态均呈单调递增趋势,投资利润率动态分别为单调递增、先增高再降低和单调递减趋势。在第10年,近自然化改造林分、常规经营林分和对照林的净现值分别为594、265、193,净利润分别为87384.96、85745.21和71935.09元/hm^(2),投资利润率分别为8.02%、7.92%和5.95%。10年间,近自然改造方式中冠下补植阔叶树种的苗木价值持续增加,苗木收益在营林总收益中的占比(W值)呈增高、降低、增高、降低的波浪动态,在第4~6年,大叶栎、灰木莲等乡土速生树种达到中、小径材标准,W值降低至11.26%,在第8~10年,随着红锥、格木、香梓楠等珍贵树种达到小径材标准,W值再次降至11.93%。【结论】3种经营方式的马尾松人工林都为经济可行性投资。近自然化改造初期营林成本较高,但更有利于培育大径材、促进乡土珍贵和速生树种资源后续的开发和利用,满足不同市场的需求;轮伐期经营倾向于单一树种的抚育经营,追求速生丰产和相对集约化管理;无经营措施林分大径材比例低,天然更新稀少,不利于森林资源的可持续利用。

基于多层感知机的长白落叶松人工林林分生物量模型

【目的】神经网络模型能避免林分生物量模型建模时自变量共线性与异方差问题,研究多层感知机在林分生物量模型中的应用,为森林经营单位、区域生物量和碳储量的估算提供方法和依据。【方法】以长白落叶松人工林为研究对象,利用吉林省一类清查固定样地的917组数据,分别建立了基于传统的对数转化后线性模型和神经网络多层感知机的地上生物量和总生物量模型。使用AIC、决定系数(R^2)、均方根误差(RMSE)、相对均方根误差(RMSEr)和平均绝对误差(MAE)来评价模型。【结果】估计精度最高的模型是输入单元为林分平均胸径(D)-平均高(H)-林分密度指数(S)-海拔(HB)-坡向(PX)-坡位(PW)、2个隐藏层、隐单元数为40-20的神经网络模型,与传统对数转换线性回归模型相比,地上生物量和总生物量模型的调整决定系数(Adj.R^2)分别从0.902 1提高到了0.914 1,从0.897 9提高到了0.908 9;RMSEr分别从6.330 5%降低到了5.992 2%,从6.490 1%降低到了6.153 6%。包含立地因子的神经网络模型比未包含立地因子的神经网络模型估计精度略有提升,地上生物量与总生物量的Adj.R^2分别提高了0.88%和0.99%,RMSEr分别降低了5.33%和5.46%。【结论】多层感知机生物量模型的估计精度比传统回归模型略有提高,但它可以避免模型选型和违背传统统计假设的处理等问题,且能够一次性计算地上生物量和总生物量模型,有一定优势。