应用优化建模法构建红松人工林单木直径生长模型

为了提高不完备数据集下红松人工林直径生长模型的预测精度,以1980—2022年黑龙江省75块红松林不同复测间隔期的样地数据(林木胸径、竞争因子和立地等),利用优化建模法构建红松人工林单木直径生长模型,采用单纯形优化算法寻求模拟和实测直径分布差异最小下的模型参数,并利用自举法对模型进行检验。结果表明:优化建模法损失函数的初始参数a=1、b=0.003、c1=c2=1.5时,预测期末林分断面积偏差为0.02 m^(2)·hm^(-2),显著优于由传统归回建模法的精度(林分断面积偏差为0.44 m^(2)·hm^(-2));结合实测数据与视图分析,验证了优化建模法的优势和可靠性,揭示了优化法损失函数与传统回归法构建的直径生长模型之间的差异。因此,优化法损失函数构建的红松人工林生长模型在模拟自然生长中表现优越,为制定科学的森林经营方案提供了技术支持。

小兴安岭红松胸高断面积生长随树龄的变化规律及主要影响因素

【目的】揭示红松胸高断面积生长随树龄的变化规律,探究其在不同生长阶段的主要影响因素,为理解树龄、环境因子和功能性状在树木生长和经营中的重要性提供科学依据。【方法】于黑龙江凉水国家级自然保护区内采集不同树龄(16~285年)红松样树65株,采用胸高断面积生长率(BAGR)表征树木径向生长,测定树木所处的环境因子(光照强度、土壤养分、土壤含水量、土壤pH)和功能性状(叶、枝、根性状),探究红松胸高断面积生长随树龄的变化规律及主要影响因素。【结果】1)红松BAGR随树龄增加呈先增大后减小的变化趋势,树龄小于220年时BAGR随树龄增加而增大,大于220年时BAGR随树龄增加而减小;2)树龄、光照强度和土壤pH对红松幼龄树(16~100年)BAGR存在正向影响,比叶面积对幼龄树BAGR存在负向影响;3)土壤氮含量和木质密度对红松中龄树(100~220年)BAGR存在显著负向影响;4)树龄显著抑制红松老龄树(大于220年)胸高断面积生长,根氮含量及多年生针叶单位质量氮和磷含量促进老龄树胸高断面积生长,且根氮含量的影响更加显著。【结论】树龄、环境因子和功能性状共同驱动红松径向生长,影响效果随树龄变化而异;限制红松生长的资源条件随树龄增加由光照转为土壤养分和自身生理因素。

次生林下红松幼树适生小环境研究

本研究以红松幼树及其周围最近4株相邻木组成的小环境结构单元为研究对象,研究了光照条件、土壤腐殖质层厚度、相邻木、直射光、上层树种、以及草本和灌木等6个环境因子对红松幼树生长的影响。结果表明,这6个环境因子均对林下红松幼树的生长有不同程度的影响。基于研究结果,本研究归纳了林下更新红松幼树适宜的生长环境条件,并提出了相应的营林建议,供生产实践参考。

黑河胜山国家自然保护区红松和红皮云杉生长释放判定及解释

在黑龙江胜山国家自然保护区实验区的阔叶红松林内随机设置3个样方,采用生长变化百分率与前一年径向生长的相互关系建立生长释放界限标准曲线,对样地内所有胸径大于10 cm的红松(Pinus koraiensis)和红皮云杉(Picea koraiensis)进行生长释放判定分析。结果表明:前一年的径向生长对释放事件的判定很重要。无论是从年轮宽度变化还是生长变化百分率曲线上看,红皮云杉在各样方的所有样本变化都具有较强的一致性,而红松可能是由于受微环境的影响,一致性相对略差一点。几乎所有红松样本都有过至少1次释放,单株平均释放个数为2.75次,且87.5%的样本有过至少1次主要释放;红皮云杉由于年轮序列比较短,释放比率相对较低,平均释放个数为0.92次,41.7%的样本有过1次以上主要释放。两树种释放事件的年份主要发生在1930—1960年和1970—1990年两个时间段内。通过对样方中幼树的更新状况、树木年轮相关系数与个体间距之间的关系及温度、降水变化分析得出:风、火等干扰产生的林窗、微环境变化、温度和降水等气候因素都可能是产生生长释放的原因。

Logistic方程组的统计模型及对红松单木生长的拟合

运用生物统计学中的似乎不相关线性模型的原理与方法对Logistic方程组的参数进行广义最小二乘估计,并应用于红松单木生长的拟合。此统计建模不仅为多个具有相互关系的Logistic方程构建了相互关联的系统,也为Logistic方程组的实际应用提供了新的技术方法。

不同间伐强度对人工阔叶红松林生长的影响

文章针对不同间伐强度对人工阔叶红松林生长的影响进行了调查研究。结果表明:阔叶树胸径生长和蓄积增长率随间伐强度加大而增加,但对树高的影响较小;间伐强度的增大会明显促进红松胸径和树高的生长,但是首次抚育间伐会使当年的树高生长量显著降低,以后随林龄的增加树高生长量会逐渐恢复正常生长;中度间伐措施对阔叶树和红松的生长均比较有利,10a生的阔叶红松林实施上层抚育的适宜间伐强度为45%左右;中度间伐的林分由于资源水平适中(主要是光资源),因而有利于林下植被均匀度和多样性的提高。

红松优树子代树高生长的遗传测定

对红松自然分布区内３个亚区、９个地点、１０８株优树子代１０年生树高测定的结果表明，亚区间和家系／地点／亚区间差异显著、极显著，北亚区在带岭生长表现最好；亚区、地点／亚区、家系／地点／亚区间遗传力分别为０８３６、０５３７、０３６５。

红松半同胞家系变异分析及选择研究

为评价和筛选优质红松种质资源,以吉林省三岔子林业局国家红松良种基地的53个28年生红松子代半同胞家系为材料,对其生长性状(树高、地径、胸径、三米径、枝下高和第六轮枝高)及形质性状(分枝角、通直度和轮枝数)进行测定。方差分析结果表明,除部分形质性状外,大部分生长性状在各变异来源间均达极显著差异(P<0.01);各性状表型变异系数变化范围为6.97%~37.39%,遗传变异系数变化范围为1.76%~26.75%;各性状家系遗传力变化范围为0.136~0.746;单株遗传力变化范围为0.031~0.827,个别性状遗传力较低。相关性分析结果表明,除分枝角外,其余各性状间大部分呈极显著正相关(r>0.073)。一般配合力分析结果表明,不同性状一般配合力高的家系差异较大,难以进行联合筛选,需进一步进行分析。主成分分析结果表明,三个主成分的累计贡献率达72.31%,表明三个主成分包含了供试家系生长及形质性状的大部分信息。树高、地径、胸径、三米径和材积对主成分Ⅰ的贡献较大,且描述红松的生长性状,因此可作为选择优良家系的评价指标。利用多性状综合评价法对家系及单株进行选择,以家系材积现实增益超过35%为标准,可筛选出5个优良家系,入选率为10%,入选的优良家系树高、地径、胸径、三米径和材积平均值分别为7.90m、25.02cm、19.21cm、16.23cm和0.1074kg·m-3,现实增益分别为3.94%、14.71%、17.26%、19.34%和39.48%。对优良家系内的单株进行选择,按单株材积遗传增益超过100%为标准,可筛选出6株优良单株,入选率为4%,入选单株树高、地径、胸径、三米径和材积平均值比总平均值分别高1.60m、8.54cm、7.04cm、6.69cm和0.097kg·m^-3,遗传增益分别为5.99%、29.92%、35.53%、37.06%和102.04%。所选优良家系及单株可为良种审定提供基础,也可以为种子园的营建、改建提供材料。

伊春地区红松和红皮云杉径向生长对气候变化的响应

树木生长-气候关系对准确评估气候变化对森林生态系统影响、预测森林生产力与植被动态及揭示树木对气候变化的响适应策略至关重要。在全球变暖背景下,升温可能会对树木的生长产生影响,从而改变区域森林生态系统的生产力或碳储量。本研究利用生长-气候响应函数、滑动相关分析等树木年轮学方法,探讨伊春地区阔叶红松林内红松和红皮云杉径向生长的主要限制因子及两者径向生长对快速升温(1980年后)响应的异同。结果表明:1980年前红松径向生长有明显加速的趋势,红皮云杉上升趋势较弱;而1980年后红松径向生长趋势显著下降,红皮云杉则下降不明显。红皮云杉径向生长与上一年9月及当年6月平均气温显著负相关,而红松径向生长与上一年12月及当年1月、4月和6月最低气温显著正相关。1980年快速升温后,高温对两树种生长的抑制作用增强,尤其是红松。生长季末(9月)降水对红松和红皮云杉的限制作用由升温前的负相关转变为升温后的显著正相关。温度是限制红松和红皮云杉径向生长的主要气候因子,降水影响相对较弱;其中红松径向生长对气候变化的响应比红皮云杉更敏感。快速升温后,红松和红皮云杉生长-气候关系的变化可能与升温导致的暖干旱化有关。若气候变暖持续或加剧,二者径向生长的气候限制因子也将由温度转变为水分;红松和红皮云杉会出现生长衰退,尤其是红松。

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。

单木生长模型与林分生长模型耦合的方法——以油松为例

选用相对直径为单木竞争指标,通过引入哑变量建立间伐林分与未间伐林分统一的单木断面积、材积生长模型,经检验,模型对油松间伐林分、未间伐林分的预测精度都在96%以上。对单木生长模型进行变换,从而推导出林分生长模型,经检验,对油松林分断面积、蓄积量的预测精度都在86%以上。单木水平生长模型推导林分水平生长模型的方法解决了不同水平模型预测同一林分因子时预测效果不一致的问题,使得单木、林分两个水平的模型有机地耦合在一起,形成一个联系紧密的整体。该方法不仅适用于预测林分断面积、蓄积量,也适用于预测其他林分因子。

竞争对红松树木的干旱适应性及生长衰退影响

【目的】揭示竞争是否对红松干旱适应性及生长衰退存在影响,为森林管理提供科学依据。【方法】在小兴安岭南部天然林中取样,通过树木年轮学方法分析比较不同竞争强度的红松径向生长变化率和树木生长对极端干旱的适应性,采用的指标包括抵抗力(R_(t))、恢复力(R_(c))和恢复弹力(R_(s))。【结果】小兴安岭南部地区红松树轮宽度指数和树木径向生长变化率反映出在1980-1990年、1990-2000年、2002-2017年期间树木发生了不同程度的生长衰退;不同竞争强度的红松发生生长衰退时间和强度存在差异,中、低竞争强度红松发生生长衰退的时间相对一致,在1990-2000年快速升温期间,高竞争强度的红松没有出现生长衰退,而低竞争强度的红松生长衰退最为严重,最低值达-40.28%;3组不同竞争强度的红松标准年表与上年6月至当年8月的帕尔默干旱指数(PDSI)基本呈正相关关系,高竞争指数组在上年9月至当年2月均达到显著水平(P <0.05)。高竞争强度的红松对干旱的抵抗力和恢复弹力较弱,尤其在严重干旱年,竞争加剧了树木对干旱的敏感性,竞争指数越高(竞争压力越大)的红松对干旱的抵抗力和恢复弹力越弱;不同竞争强度下的红松对极端干旱的恢复力在2000年前快速升温期间均呈下降趋势,2000年左右伴随着升温减缓红松对干旱的恢复力出现反弹。【结论】未来极端干旱事件频率增加,红松可能面临更加严重的生长衰退。竞争影响树木对干旱的适应能力,高竞争强度下的树木对干旱更加敏感,适应能力更弱,但没有导致更加严重的生长衰退。进一步研究还需要结合时间和空间尺度上的深入分析,以应对气候变暖带来的不利影响。加强树木对干旱响应的相关研究,对森林管理与资源保护具有重要意义。

含间伐强度哑变量的关帝山油松天然林单木断面积生长模型构建

以关帝山林区9块油松天然林固定样地为研究对象,选择4种具有生物学意义理论生长方程,构建包含立地条件、年龄及竞争指标的油松单木断面积基础模型,将间伐强度作为哑变量引入模型,比较模型拟合效果的差异。结果显示:单木断面积基础模型决定系数R^(2)为0.46~0.52,P值为0.89~0.92,含间伐强度哑变量的单木断面积生长模型R^(2)和P值均有显著提高,分别为0.51~0.61和0.95~0.99;含间伐强度哑变量的Weibull方程拟合效果最优,其模型R^(2)为0.6061,P值为0.9912。含哑变量的油松单木断面积生长模型可以有效解决间伐类型差异对断面积预估的影响,提高建模精度与模型适用性。

红松人工林优树个体结实量与生长因子关系的研究

为探讨红松生长指标对结实量的影响,调查了草河口地区30～80年生5个林龄红松人工林优树个体结实量和胸径等生长指标,利用灰色关联度方法分析结实和生长因子之间的关系。结果表明,与个体结实量关联度较大的3个生长因子是树高、胸径和侧枝长。因此,除了个体结实量外,树高、胸径和侧枝长可作为红松结实型优树选择的重要依据。

云南松单木材积生长率模型研究

基于云南省第六次(2002年)和第七次(2007年)森林资源连续清查数据,以云南省滇中地区为研究区,采用非线性回归模型,建立不同海拔、起源、密度和龄组的单木材积生长率模型。以决定系数(R2)和均方根误差(RMSE)作为最优模型选取标准,以总体相对误差(RS)、平均相对误差(EE)、绝对平均相对误差(RMA)和预估精度(P)作为最优模型精度检验指标。结果表明:滇中地区云南松单木材积生长率随胸径的增加呈反“J”型曲线分布,多属幼龄林、小径木;海拔、起源及密度等指标下云南松单木材积生长率模型拟合精度较高,模型参数稳定,最优模型决定系数R2均在0.8以上,模型预估精度除龄组中过熟林之外,其余均在80%以上;过熟林木因仅有15株数据样本,模型预估精度只达到70%;整体上拟合效果良好。模型拟合效果好、适用性强,可用于云南松材积生长量的估算、编制云南松材积生长率表及对未来云南松林分资源的动态变化进行预测。

CurveExpert在辽东山区红松单木材积生长模型的应用

CurveExpert1_3是Windows系统的一个综合性的曲线拟合的软件，内置许多回归模型（线性和非线性），并可自定义模型，能准确、便捷的对数据进行拟合分析。本研究以辽东山区人工红松为目标，应用CurveExpert软件的函数自动拟合特性，对红松单木材积进行分析，结果显示：模型残差占实测值比例低于5％的模型，正弦函数、MMF模型和Gompertz模型适合拟合18～50a的材积生长过程；二次多项式适合拟合22～50a的单株材积生长过程；幂函数适合拟合24-50a单株材积生长过程；Logistic模型适合拟合32～50a的单株材积生长过程。从本研究结果来看，正弦函数、MMF模型和Gompertz模型的应用范围较广泛。而Logistic模型使用范围相对较窄。

长白山阔叶红松林树木短期死亡动态

树木死亡是森林群落动态的重要过程,是多种因素共同作用的结果。本文基于长白山阔叶红松林25ha样地2004年和2009年两次调查数据,从物种组成、数量特征、径级结构和空间分布等方面分析了5年间样地中死亡树木的特征。结果表明:5年间样地DBH≥1cm的独立个体树种数由52变为51,3个树种因仅有的1个个体死亡而消失,新增2个树种;独立个体数从36,908变为34,926,死亡个体数为4,030,死亡个体数占2004年个体总数的10.9%,新增个体数为2,048,独立个体数净减少1,982;死亡量大的树种其新增量也较大,灌木树种的死亡量和新增量均多于乔木树种;有5个树种的平均胸径减小,44个树种平均胸径增加;从死亡个体的径级结构来看,小径级个体死亡较多,大径级个体死亡少,5cm以下的死亡个体占总死亡量的81.5%,不同林层的优势树种死亡个体的径级分布与2004年该树种的径级分布基本相同;不同树种死亡个体的空间分布具有较大差异,不同林层的优势树种死亡个体空间格局主要以聚集分布为主,小径级死亡个体在小尺度呈聚集分布,在其他尺度呈随机分布,中径级和大径级死亡个体在各尺度上都呈不同程度的随机分布。

长白山红松生长量及其对温度变化的响应

利用吉林省长白山北坡三个样点(CBS1、CBS2和CBS3)的红松(Pinuskoraiensis)树轮宽度资料,通过材积经验公式获得1958年-2007年生长量序列。利用相关分析和回归分析等方法对生长量数据和气温资料进行分析,研究气温要素与生长量的关系,及生长量对温度变化的响应特征。结果表明:近50年来,红松生长量表现出显著增加趋势,且与季节气温有较好的相关性;生长季平均气温在15～16.5°C时,红松生长量最大;CBS2样点红松生长对气温变化的敏感性最高,气温每升高1°C生长量增加9.18dm3/棵;CBS1样点红松生长对气温变化的敏感性最低,气温每升高1°C生长量增加3.06dm3/棵。

典型阔叶红松林干扰历史重建及干扰形成机制

该文依托于小兴安岭典型阔叶红松(Pinus koraiensis)林9 hm2森林动态监测样地,对样地内林窗边缘主要树种红松和臭冷杉(Abies nephrolepis)进行生长释放判定分析,重建了冠层树木的干扰历史。结果表明:整体上林窗木与非林窗木的生长变化百分率变化规律基本一致,而不同林窗间生长变化百分率存在明显的差异,林窗干扰及其产生的影响存在较大的变异性。在1733–1738、1748–1752、1769–1771、1798–1801、1827–1833、1841–1844、1935–1939及1968–1973年间红松生长释放较强,其中1752、1770、1800、1830、1842、1937及1970年出现了明显的干扰峰;在1889–1904、1932–1938、1947–1973和1986–2005年间臭冷杉生长释放较强,其中1894、1934、1951、1968和1990年出现了明显的干扰峰。红松干扰存在2.0 a、3.5 a、3.8 a、7.3–7.9 a和9.1–18.2 a的显著周期,臭冷杉干扰存在3.5–3.6 a、7.5–48.8 a和65–85 a的显著周期。风干扰是典型阔叶红松林干扰释放的主要因子,异常温度也影响该地区树木生长释放事件。太阳活动通过影响局地风速、温度、降水等气候因子以及其他大尺度气候模态影响林窗动态,可能是小兴安岭典型阔叶红松林的干扰机制之一。