天目山常绿阔叶林胸高断面积生长量影响因子研究

【目的】研究常绿阔叶林胸高断面积生长模型,探究影响胸高断面积生长量的因素,为常绿阔叶林经营提供理论依据。【方法】以天目山常绿阔叶林为对象,先对胸高断面积生长量与胸径、竞争和地形因子进行相关性分析,随后对不同径级、冠幅等级和竞争等级的胸高断面积生长量进行差异性分析,最后基于岭回归分析法,建立以胸高断面积生长量对数为因变量的单木生长模型,定量描述胸高断面积生长量与胸径、竞争和地形因子的关系。【结果】胸径、冠幅、竞争与胸高断面积生长量的斯皮尔曼(Spearman)相关系数分别为0.531、0.427、-0.340。林木胸高断面积生长量随着林木胸径的增大而增大,不同径级间差异极显著(P<0.01)。林木胸高断面积生长量随着林木冠幅的增大而增大,不同冠幅等级间差异极显著(P<0.01)。不同竞争等级的林木胸高断面积生长量差异极显著(P<0.01),且低度竞争时的林木胸高断面积生长量最大。基于径阶平均值的单木生长模型优于基于单株林木的单木生长模型,且2类模型中胸径因子的回归参数均达极显著水平(P<0.01)。【结论】在天目山常绿阔叶林中影响胸高断面积生长量的主要因子是胸径、冠幅和竞争指数。

利用树冠竞争因子确定同龄间伐林分的断面积生长过程

断面积生长预估是林分生长和收获预估体系中的核心因子和基础。本文选用了包含林分密度指标、年龄和立地质量指标的Ｒｉｃｈａｒｄｓ 模型作为断面积生长模型。利用树冠竞争因子（ ＣＣＦ） 能稳定反映林分竞争水平的特性，建立了ＣＣＦ 与林分密度指数和单位面积林木株数之间的函数关系式，并对长白落叶松和杉木得出：（１） ＣＣＦ＜ ２００ ，林分为等株数生长；（２）２００ ≤ＣＣＦ≤３００ 时，为等株数生长向自然稀疏生长的过渡期，该期间林分密度指数的变化可用等株数生长和自然稀疏生长的线性组合来表达；（３） ＣＣＦ＞ ３００ 时。

油松人工林林分生长过程动态预测及检验

根据北京山区调查的246块油松人工林固定样地资料,运用理论生长方程,建立了油松人工林林分高和断面积的生长模型,并对其生长过程进行了精度评价及预测检验。结果表明:Compertz、Mitscherlish、Logistic方程拟合油松人工林林分高生长过程时,方程渐近参数受立地指数的影响,将立地指数作为方程自变量时,预测精度最高的是Mitscherlish方程;将立地指数、林分密度指数引入Korf理论生长方程中拟合油松人工林林分断面积生长过程,其模拟精度R2达0.98;对两个模型进行χ2检验,发现观测值和预测值差异不显著,拟合效果良好。研究结果可对北京地区油松人工林的生长动态进行精确预测,为油松人工林的科学经营提供理论依据。

杉木林分断面积生长预估模型及其应用

选用包含林分密度指标、年龄和立地质量指标的Ｒｉｃｈａｒｄｓ型和Ｓｃｈｕｍａｃｈｅｒ型的生长模型作为杉木断面积生长预估模型，经江西省１４个未间伐林分和３６个间伐林分数据的拟合，表明Ｒｉｃｈａｒｄｓ型优于Ｓｃｈｕｍａｃｈｅｒ型，杉木间伐林分和未间伐林分可用统一的断面积预估方程．结合实例指出在采用Ｒｉｃｈａｒｄｓ型方程时，应注意地位指数方程中参数的变化对预估结果的影响．

基于混合模型的单木断面积生长模型

森林生长观测数据常常具有层次结构、重复测量等特点,因而不满足普通回归分析中的独立性假设,会得到有偏的参数估计,包含随机效应的混合模型可以灵活地处理这一问题。本文采用混合模型方法,建立东北近天然落叶松云冷杉林中落叶松、红松、云杉、冷杉、慢阔(色木、水曲柳、椴树和枫桦)和中阔(白桦、榆树和杂木)6个树种组的单木5年断面积生长模型。数据来自于20个长期固定观测样地,共得到10756个观测数据,其中随机抽取15个样地的8034个数据用于建模,其他5个样地的2722个数据用于模型验证。建立的模型与距离无关,不需要年龄和立地指数。结果表明:起初胸径、林分密度、立地因子和与距离无关的竞争指数都是显著影响林木生长的因子,在实际调查中,这些数据很容易得到;样地内的树木效应在所有模型中均显著;样地间的随机效应只在落叶松模型中显著。与传统的固定效应模型相比,考虑层次结构的混合效应模型显著地改善了模型的表现,决定系数从0.38～0.64提高到0.85～0.89,误差、均方根误差及其相对值均显著减少。模型有一定的生物学意义和统计可靠性。

杉木、落叶松断面积模型参数比较

断面积模型是全林模型系统中最重要的模型。本文应用南方５省（区）杉木、北方３省长白落叶松标准地，分别建立了１０组断面积模型，进行比较。结果表明，杉木按立地区建模时，虽然优势高生长过程相似，但断面积生长过程却不同，不能使用同一模型参数。杉木按产区建模时，虽属同区同带，断面积生长过程差异仍很大，因此杉木产区也不是建模的依据。东北３省长白落叶松建模结果表明，各省优势高和断面积生长过程接近，模型参数差异不大。

林分断面积生长模型研究评述

林分断面积生长模型是林分生长和收获预估模型体系的主要组成部分。在对常用的断面积生长模型Ｒｉｃｈａｒｄｓ型和Ｓｃｈｕｍａｃｈｅｒ型分析的基础上，总结出断面积生长模型研究中应注意的４个问题：（１）选择的自变量应为３个，即立地质量指标、年龄和林分密度指标；（２）间伐林分模型应与未间伐林分模型同时考虑，进而详细介绍了用于间伐林分断面积预估的被压指数法；（３）间伐指标的构造需要伐前和伐后的林分因子；（４）提出的模型应具有多种期望性质，如机理性，渐近性，相容性，单调性和预估步长不变性。

杉木人工林分蓄积和断面积生长率的预估模型

根据江西省杉木人工林的 16块密度试验复测样地数据 (株行距为 :2m× 3m ,2m× 1.5m ,2m× 1m ,1m× 1.5m ,1m× 1m) ,分别不同密度指标、不同年龄、不同预估间隔期和不同林分优势高 ,应用负指数模型对蓄积生长率和断面积生长率进行了模拟 ,模型的拟合效果良好 .给出的经验方程可用于森林经理调查中杉木人工林分蓄积数据的更新 ,并具有灵活、方便。

杉木种源对断面积模型影响的检验和比较

对鸡公山、大岗山和洪雅种源试验的调查材料，用随机效应检查和固定效应检查两种方法检验和比较了同一地区不同种源对断面积生长模型的影响。结果表明，种源试验中采用随机效应检查较好，固定效应检查容易造成差异显著的误判。随机效应检查的结果表明，同一地区不同种源的断面积模型相同。

杉木种源对断面积模型参数影响的验证

对杉木种源所设 5个种源基因库以及四川省珙县洛表、民胜及邛崃所设种源试验区的 8个种源试验调查材料 ,用随机效应检查方法检验同一地区不同种源对断面积生长模型参数的影响。结果证明了“同一地区不同种源的断面积模型参数相同”这一结论可靠。

基于混合效应的湖南马尾松次生林单木生长模型

【目的】建立湖南省马尾松次生林单木断面积与材积生长模型,为林木的生长预估提供理论依据。【方法】以湖南省2014年一类清查样地中的20块马尾松次生林为研究对象,选取5个具有生物学意义的生长方程,建立马尾松断面积和材积随年龄变化的基础模型,在此基础上,加入以样地为随机效应的随机参数,构建基于混合效应的湖南马尾松次生林单木断面积和材积生长模型。【结果】断面积生长最优基础模型为Logistic方程,其确定系数(R2=0.746)和预测精度(P=98.13%)最大,残差平方和(SSE=0.025)最小;材积生长最优基础模型为Richards方程,其R2为0.703,预测精度为97.20%,SSE为1.034;混合效应模型模拟结果显示,断面积和材积生长模型的随机参数均为μ1、μ2、μ3。混合效应模型的拟合效果较基础模型有显著提升,其中断面积生长模型的R2由0.746提升到0.974,平均误差Bias由0.000 26降低到0.000 01;材积生长模型的R2由0.703提升到0.984,平均误差Bias由0.001 73降低到0.000 13。两个模型的预测精度较对应的基础模型均有所提升。【结论】含样地效应的混合效应模型拟合效果和预测精度均优于基础模型,具有更高的适用性,可为该林分的可持续经营提供科学指导。

5种Logistic模型在模拟杉木人工林胸高断面积分布中的应用

本文就Logistic及其改进模型在杉木人工林胸高断面积模拟中的应用进行了深入探讨。研究表明:在相同林分密度下,随立地指数增加,模型的模拟精度越高立地条件影响越大;在相同立地条件下,所有改进Logistic模型的模拟精度都受到林分密度影响;Logistic及其改进模型的模拟精度与林龄没有任何关系。对于某一具体植物种群,不同形式的Logistic模型的模拟精度主要受模型本身的影响。同另外4种Logistic模型相比,Z-Logistic模型参数最稳定,模拟精度最高,为模拟杉木人工林胸高断面积的首选模型。各改进模型的参数直接影响Logistic模型模拟的曲线形状,可作为形状参数使用。

组合预测法在林分断面积生长预估中的应用

林分断面积生长模型的研究是林分因子建模中的主要对象,研究提高林分断面积生长模型的预测精度十分重要。组合预测法能够对不同模型的预测结果进行组合,把不同模型的预测误差分散化,从而提高预测精度。基于北京山区油松定期清查数据,根据残差的方差最小原则确定组合预测中各模型的权重,将单木水平预测所得的林分断面积与林分水平预测所得的断面积进行组合预测。结果表明:组合预测法预测林分断面积的精度比单一水平(单木水平、林分水平)预测的精度都高,同时组合预测法也改进了林分断面积预测模型的兼容性。

河南省栎类和杨树林分断面积和蓄积生长模型构建

【目的】建立河南省栎类和杨树林分断面积和蓄积生长模型,为森林可持续经营提供基础数据。【方法】基于河南省最近3期一类森林资源清查数据,从9个具有生物学意义的备选模型中选出一个最优基础模型。以树种和立地等级作为哑变量,构建林分断面积和蓄积生长模型。【结果】利用全部样地数据拟合9个备选模型,断面积和蓄积最优生长模型都是Richards形式的模型,决定系数均在0.92以上。引入树种和立地等级作为哑变量后,与基础模型相比断面积和蓄积生长模型拟合精度都有所提高,其决定系数分别为0.98和0.94。【结论】带树种和立地等级的哑变量模型能同时反映河南省栎类和杨树林分断面积和蓄积生长规律,既减少了建模工作量,又提供了不同林分合并建模的方法。河南省栎类林分断面积和蓄积生长极限值高于杨树;相同林分密度条件下,栎类早期生长速率低于杨树,且栎类和杨树的生长速率均随着立地质量的下降而降低。

昆明市4个主要针叶树种林分断面积生长模型研究

采用Richards、Schumacher和Korf模型作为林分断面积生长备选模型,运用麦夸特算法、差分进化算法、遗传算法、模拟退火算法和粒子群算法进行模型参数求解,根据R2和RMSE选择模型拟合结果、算法迭代次数和残差分布,比较各优化算法的效率和参数稳定性。结果表明:华山松、云南松、油杉和柏木地位级表落点检验值分别为97.9%、98.3%、98.1%和98.9%,精度符合要求,能够用于林区林业生产经营活动;优化算法求解模型参数的效率由高到低的顺序为LM>DE>PSO>GA>SA,PSO求解参数的拟合优度较差;针叶树种断面积生长模型更适宜采用Richards模型,Schumacher模型参数拟合结果更稳定。运用优化算法进行林分断面积生长模型参数估计并分析其优劣,对提高模型精度具有重要作用,研究结果为优化算法在生长模型参数估计中的运用提供了依据。

基于林层哑变量的湖南栎类天然次生林断面积生长模型

【目的】基于栎类天然次生林林层分异现象,分析林层效应对林分断面积生长的影响,以林层效应为哑变量建立栎类天然次生林断面积生长模型,为更有效地经营管理湖南栎类天然林提供参考与依据。【方法】基于湖南省内设置的栎类固定样地51块,以调查的样地数据,从6个具有生物学意义的备选模型中选出一个最优基础模型。通过国际林联(IUFRO)的优势高划分、全树高聚类与光竞争高度法划分林层后,以最优模型分别对全林分及主林层、次林层断面积进行拟合,选出最优林层划分方法;根据林层划分结果,构建含林层效应哑变量的林层断面积生长模型。【结果】3种林层划分方法的划分结果均能满足国标(GBT 26424—2010)的要求;断面积生长模型的最优形式为Schumacher形式的模型,林分断面积模型的确定系数(R^2)为0.925 5,各林层断面积模型的确定系数(R^2)均在0.95以上,栎类林最优林层划分方法为国际林联(IUFRO)法,根据其划分结果构建的断面积生长模型的确定系数(R^2)为0.972 1,采用林层效应作为哑变量构建断面积模型有效提升了模型精度,与不分层的全林分断面积模型相比,确定系数(R^2)提高了4.94%,平均绝对误差(MAE)降低了10.23%,总相对误差(TRE)降低了1.19%。【结论】构建含林层效应哑变量模型解决了林层效应对断面积生长预估的影响,同时减少了建模工作量,提高了模型的精度与适用性,对栎类林的林分生长收获与经营管理具有重要意义。

含气候效应的湖南杉木人工林断面积生长模型

【目的】气候对林分的影响不可忽视,但以往林分生长模型的构建大都假定气候不变,无法考虑气候变化下的林分生长。构建含气候效应的杉木断面积模型,可为森林经营者在气候影响下采取合理的杉木经营措施提供理论依据。【方法】基于湖南省638块杉木人工林样地调查数据,从4个具有生物学意义的备选林分断面积模型中选出最优基础模型,使用多元逐步回归分析筛选无严重共线性且显著的气候因子,运用混合模型将各显著气候因子作为随机效应添加至基础模型,确定最优随机效应添加形式,进而构建含气候效应的杉木人工林断面积生长模型。【结果】Richards式为林分断面积生长基础模型的最优形式,其调整决定系数(Ra 2)为0.8355;夏季均最高温(T_(max)、哈格里夫斯气候水汽亏损(C_(MD))分别影响杉木林分断面积生长的最大值与速率,且均与断面积生长呈负相关;含气候效应的杉木林分断面积模型调整决定系数(R_(a)^(2))为0.8921,均方根误差(RMSE)为3.0792,平均相对误差绝对值(MARE)为9.9011;相比最优基础模型,R_(a)^(2)提升了6.77%,RMSE降低了19.04%,MARE降低了15.95%。【结论】含气候效应的林分断面积模型的构建说明气候对林分生长的影响显著,为生长模型中考虑气候因子的合理性提供了支撑,其在提高模型精度与适用性的同时,对杉木区域性林分生长收获与经营管理也具有重要意义。

系统动力学方法在林分断面积生长模型中的应用

由于辽宁东部地区日本落叶松长期处于自然生长状态下,缺乏科学的经营管理,因而年平均生长量较低,亟待进行人为经营,加快其生长,增加后备资源。将系统动力学方法应用于日本落叶松断面积生长研究中,旨在对日本落叶松的生长进行准确的预测,从而为森林经理者合理经营提供理论指导。分别用传统方法和系统动力学的方法对断面积生长进行建模,并进行比较择优,同时用同一地区的30块样地模型进行了精度检验。结果表明,用系统动力学方法来模拟断面积生长规律简便易行,突破了以往传统模型的局限性,同时克服了传统模型繁琐复杂和参数较多的缺点,拟合效果理想。

基于混合效应的马尾松单木断面积预估模型

【目的】基于湖南省湘西地区第七、八、九次(2004-2014年)全国森林资源连续清查数据,构建了马尾松单木断面积预估模型,以期为该研究区域马尾松的生长和经营提供科学依据。【方法】林业数据常常具有层次结构、重复测量等特点,不满足传统回归分析中要求的独立、正态分布和等方差的基本假设,因而会得到有偏的参数估计。为解决这一问题,采用了线性混合效应方法来构建模型。此外,还引入了自相关矩阵和异方差函数来描述样地内的自相关性和异方差。最后,根据赤池信息准则(AIC)、贝叶斯信息准则(BIC)、对数似然值(Log-likelihood)以及似然比检验(LRT)确定最终的模型。【结果】期初胸径的倒数(1/DBH)、每公顷断面积(BA)、对象木胸径与林分平均平方胸径之比(RD)以及海拔(EL)对于马尾松单木断面积的生长有显著的影响。在参数效应确定过程中,除海拔外,其余变量参数均为混合参数时模型有最好的表现。在3种随机效应方差-协方差结构中,广义正定矩阵表现最好。与指数函数和常数加幂函数相比,幂函数更好地模拟了模型误差的方差结构。由于引入自相关结构后模型未收敛,因此自相关结构未定义。【结论】与基于最小二乘法的基础模型相比,考虑层次结构的混合效应模型显著地改善了模型的表现,所构建的模型有一定的生物学意义和统计可靠性。

基于林层划分的湖南栎类天然次生林断面积生长模型

【目的】研究复层林林分层次对湖南栎类天然次生林断面积生长的影响,从林层角度构建复层混交异龄林断面积生长模型,反映不同林层的断面积生长规律,为湖南栎类天然次生林的林分生长收获和经营管理提供参考。【方法】以湖南省51块栎类天然次生林样地为研究对象,采用全树高聚类法、国际林联标准和光竞争高度法划分林层,以Schumacher式分别对全林分及上层林、下层林断面积进行拟合,选择最优林层划分方法;考虑总断面积与各林层断面积的相容性问题,通过比例平差法构建相容性林层断面积生长模型。【结果】全树高聚类法、国际林联标准和光竞争高度法的林层划分结果均满足《森林资源规划设计调查技术规程》要求,且不同林层间统计量的F检验结果均显著;Schumacher式能较好模拟全林分及不同林层的断面积生长,其确定系数(R 2)均在0.92以上,相比不分层的全林分断面积生长模型,分层后不同林层断面积生长模型R 2从0.9259提高到0.9455~0.9846;选择国际林联标准的优势高划分作为栎类天然次生林最优林层划分方法,其断面积生长模型精度最高(R 2=0.9704,MAE=1.4588,RMSE=2.1786),与不分层的全林分断面积生长模型相比,R 2提高5.0%,平均绝对误差(MAE)、均方根误差(RMSE)分别降低39.8%、26.4%;以总断面积为基础控制的比例平差法能较好解决总断面积与各林层断面积的相容性问题,相比各分项的独立预估模型,上层林R 2由0.9746提高到0.9868,下层林R 2由0.9802提高到0.9888。【结论】复层林林分层次对湖南栎类天然次生林断面积生长影响显著,考虑林层效应对研究林层断面积特征、提高断面积建模精度具有重要作用。从林层角度揭示亚热带栎类天然次生林林分断面积生长过程,对栎类天然次生林的林分生长收获和经营管理具有重要意义。