基于树高-年龄分级的杉木人工林多形立地指数曲线模型研究

考虑相同或者相近年龄的杉木纯林,其优势木高生长受立地条件的影响较大,对年龄、优势高进行分级,基于树高-年龄分级构造哑变量,采用基于哑变量的非线性回归分析,建立区域性杉木多形立地指数曲线模型,为区域性立地质量评价和生产力预估提供研究思路和方法;同时提出一种合理的构建树高-年龄分级哑变量的思路和方法,并进一步研究分级哑变量如何加在模型参数上较为合理。以湖南不同地区606组杉木纯林优势木平均高-年龄数据为研究对象,采用理查德等4种常用非线性方程进行模拟与分析,找出最优基础模型。采用循环迭代法结合最优基础模型,对树高和年龄进行分级,找出最佳的分级结果并构建哑变量:(1)先给定初始龄阶间距值3年,对各龄阶树高进行20种分级方法,得到不同树高分级方法所对应的哑变量,采用含哑变量的非线性回归分析方法进行树高-年龄相关关系模拟,并分析、对比建模精度与效果,找出最优的树高分级方法及结果;(2)基于最优树高分级结果,考虑17种不同的龄阶划分方法,得到17种不同龄阶所对应的哑变量,采用含哑变量的非线性回归方程模拟树高-年龄相关关系,并分析、对比建模精度与效果,找出最优的龄阶划分方法及结果;(3)基于(2)中最优龄阶,重复1)的研究工作,得到最优的树高分级结果及所对应的哑变量,即最优哑变量。基于最优哑变量,考虑到哑变量加在不同的参数上模型模拟预测效果可能不一致,采用7种不同加哑变量的方法,进行树高-年龄生长曲线模拟,并对比、分析其模拟效果,模型检验采用确定系数(R2)、绝对平均误差(MAE)、均方根误差(RMSE)和残差4个指标,找出最优模型,并绘制多形立地指数曲线图。通过对4种非线性模型的建模精度分析与比较得到理查德方程最优,模型表达式为:H=a×[1-exp(-b×Age)]c,其确定系数(R2)为0.799 644;基于最优模型,采用含哑变量的非线性回归分析,利用循环迭代法分析不同树高、年龄分级的模型模拟精度与结果,指出龄阶间距为5、树高分9级所得哑变量最优;基于最优哑变量,考虑7种哑变量模型模拟方法,得到哑变量加在参数a、b上最优,其确定系数(R2)、绝对平均误差(MAE)、均方根误差(RMSE)分别为:0.953 029、0.836 93、1.119 938,残差值均匀分布在横轴(预测值)两侧,表明模型模拟效果较好。本研究采用含哑变量的回归分析与循环迭代法,系统的构建了湖南杉木多形立地指数曲线模型,不仅明显提高了模型的精度:确定系数从0.799 644增加到0.953 029,而且为区域性立地质量评价和生产力预估模型的构建提供了可行思路和方法。

吉林省长白山区胡桃楸天然次生混交林立地指数模型

依据吉林省长白山胡桃楸天然次生混交林12个典型区域的坡向、坡位分布,结合胡桃楸龄级,布设样地109块,以年龄-树高数据为材料,编制了吉林省东部山区胡桃楸天然次生混交林立地指数表.结果表明:应用3倍树高标准差法剔除异常数据,最终得到80块379对胡桃楸不同龄级的年龄与树高数据,运用7个数学模型进行比较,确定了单形立地指数导向曲线方程式:H=28.0181(1-e^-0.0341A)^1.0503,决定系数R^2为0.85,残差平方和为0.89,基准年龄为50年,指数级距为2 m,得到了16~28 m的7条立地指数曲线.根据不同立地类型,建立了多形立地指数模型,幂函数拟合效果较好,即H=B0t^B1,其中B0=10^-9e^0.9213SI,B1=-0.2139SI+5.6183,最终得到了多形立地指数模型方程式H=10^-9e^0.9213SIt^-0.2139SI+5.6183.指数级差法和落点检验法对2种立地指数模型的精度检验表明,多形立地指数的精确度较高,能够准确地反映胡桃楸不同立地类型间树高生长的差异,可用于吉林省长白山区胡桃楸天然次生混交林立地质量评价.