基于BP神经网络的天然云冷杉针阔混交林标准树高-胸径模型

[目的]以吉林省汪清林业局金沟岭林场12块天然云冷杉针阔混交林样地为对象,基于12 953对实测树高-胸径数据,结合林分优势高分树种(组)建立基于BP神经网络的标准树高模型。[方法]在确定隐层节点数后经过反复训练得到各树种(组)的适宜模型结构,使用相同的建模数据(8块样地)求解两个传统的树高方程,再利用未参与建模的4块样地分别验证模型。[结果]表明:落叶松、云杉的适宜模型结构(输入层节点数:隐藏层节点数:输出层节点数)为2:5:1;红松、中阔(白桦、大青杨、榆树和杂木)的适宜模型结构为2:4:1;冷杉的适宜模型结构为2:8:1;慢阔(色木、水曲柳、黄檗、紫椴和枫桦)的适宜模型结构为2:7:1。[结论]与传统方法相比,BP模型不依赖现存函数,不需要筛选模型形式,而且BP模型各树种R^2高于传统模型,平均绝对误差、均方根误差均小于传统模型,其拟合精度和预测效果均优于传统方程,可以有效地预测树高。

择伐强度对长白山区天然云冷杉针阔混交林空间结构的影响

利用混交度、大小比数、角尺度3个林分空间结构参数,分析研究了不同择伐强度(未择伐、20%、30%、40%)对长白山区天然云冷杉针阔混交林林分空间结构的影响。结果表明:20%择伐强度的样地平均混交度最大,30%择伐次之,40%择伐样地平均混交度最小;不同择伐强度对林木大小分化程度影响不是太大:20%择伐样地林木成均匀分布,未采伐样地和30%采伐样地林木成随机分布,40%择伐样地林木成团状分布。总的来说,20%择伐更有利于云冷杉针阔混交林林分空间结构的优化。

长白山天然云冷杉针阔混交林地位指数导向曲线的模拟

用3090株解析木建立云冷杉针阔混交林主要树种的胸径—林龄曲线,根据样地林木胸径估测出林木的林龄,用98块样地来模拟3株优势木平均林龄与平均树高的关系,并构建3种地位指数导向曲线,从决定系数、相对平均误差和均方根误差3个方面对导向曲线进行检验。结果表明:1)10个树种的胸径—林龄最优关系曲线为抛物线方程、指数方程和幂方程;2)分树种选择云冷杉上层优势木构建的地位指数模型精度,高于不分树种选择样地优势木构建的地位指数模型;3)构建的3参数地位指数导向曲线模型优于两参数导向曲线;4)同等地位指数级下,不同树种生长差异显著。

我国天然云冷杉针阔混交林更新研究进展

天然云冷杉针阔混交林是我国的主要森林类型之一 ,在国民用材中占有相当大的比重。天然更新对森林群落的重构起着至关重要的作用。采伐是影响森林更新的主要人为干扰因素之一。对天然云冷杉针阔混交林适宜采用择伐 ,不适宜采用皆伐。择伐强度在 3 0 %以下有利于天然更新。林隙中更新树种的种类和数量通常多于林冠下 ,林隙具有较高的物种多样性指数。

天然云冷杉针阔混交林的年龄变动及估测精度分析

本文采用长白山地区天然云冷杉针阔混交林的14个皆伐样地数据,分析6个主要树种的径阶年龄变异系数,根据其计算不同精度下外业抽样调查估测林分年龄所需的样本量;采用平均木法估测林分年龄,分析其估测精度随着株数的变化。结果表明,6个树种的年龄变异系数随着径阶的增加,呈现波动性变化。云杉、冷杉和红松3种针叶树的年龄变异系数随径阶变化差异较小,主要在20%～35%之间变化;紫椴、枫桦和色木槭3种阔叶树则在15%～35%之间变化。采用1～3株平均木估测林分年龄精度较低,一般在30%～60%;随着株数的增加估测精度逐渐提高,一定株数后精度增加变缓,基本在90%以上,随后在最高值处上下变化。

我国天然云冷杉针阔混交林结构特征、更新特点及经营管理

天然云冷杉林是世界主要森林类型之一,具有重要的生态、经济和社会效益。探明天然云冷杉林结构特点和演替规律,制定科学的经营管理措施,因地制宜地合理经营云冷杉林意义深远而迫切。文中概述了我国天然云冷杉林的分布、结构和更新演替特征,分析了经营管理现状及存在的问题,并提出建议:1)对禁伐区内的云冷杉林分,坚决杜绝一切采伐活动;对限伐区要严格控制采伐强度,一般控制在伐前蓄积量的15%以内;对商品林经营区可按每公顷蓄积量的大小确定适宜采伐强度,并按照林分特点进行经营,做到科学择伐。2)对林地草本植被密集、灌木覆盖度不大、采伐迹地上有种源条件的进行封育、栽植或补植,人工促进天然更新。3)建立秦岭冷杉、大果青杄、元宝山冷杉等珍稀濒危物种自然保护区和科学试验站,积极开展就地保护,减少人为破坏。4)适时采种,就地建立苗圃,开展育苗造林,扩大人工种群,促进天然更新。

清林对云冷杉针阔混交林天然更新的影响初探

对吉林省汪清林业局金沟岭林场云冷杉针阔混交林择伐作业林分的归堆法、归带法和散铺法3种清林方式,采用标准地和路线调查法进行了天然更新调查。结果表明这3种清林方式对云冷杉针阔混交林的天然更新影响较小;散铺法对该林型林下植被的生长有影响。堆放时间超过10a的枝堆上出现了一定数量的云冷杉幼苗,这说明堆枝可以为云冷杉天然更新的发生提供更多必要条件。

云冷杉天然针阔混交林合理经营密度研究

[目的]评价云冷杉针阔混交林不同径级层的合理经营密度范围。[方法]以长白山云冷杉针阔混交林为研究对象,利用林分平均胸径和树冠面积建立的最大密度模型和半峰宽原理,求得大、中、小不同径级林分的合理经营密度。[结果](1)树冠面积方程方面,云杉、冷杉、红松以二次函数为主,阔叶树种组以线性方程为主,模型的有效区间胸径应在[5, 70]之间;(2)指数函数对于拟合平均胸径与不同径级层最大密度关系较好,但决定系数R^2仅在0.5～0.6之间(P<0.05);(3)小、中、大径级层合理经营密度范围分别为0.403N_(max)～1.619N_(max)、0.523N_(max)～1.754N_(max)、 0.478N_(max)～1.307N_(max)。[结论]合理经营密度株数配比在6∶3∶1、5∶3∶2、5∶4∶1等比例之间变化,且经营指数的频数分布符合正态分布。

竞争对天然针阔混交林树木直径生长的影响

为探究不同竞争水平条件时天然针阔混交林中主要组成树种单木直径生长的变化规律,将竞争因子作为重要影响因素来构建天然针阔混交林单木直径生长模型。根据穆棱林业局44块天然针阔混交林固定样地的3期调查数据,利用方差分析分别比较了不同竞争强度时红松(Picea koraiensis)、冷杉(Abies nephrolepis)、云杉(Picea koraiensis)、桦木(白桦(Betula platyphylla),枫桦(Betula costata))、椴树(糠椴(Tilia mandshurica),紫椴(Tilia amurensis))、色木槭(Acer mono)、其他树种间直径生长量的差异,利用最小二乘法建立了与距离无关的单木直径生长基础模型,然后构建树种哑变量单木直径生长模型,并以此为基础引入样地随机效应因子构建样地水平混合效应模型。使用独立检验数据对基础模型、哑变量模型、混合模型进行检验。结果表明:天然针阔混交林各树种间直径生长量不同,随竞争强度的增大,各树种直径生长量均显著降低。不同树种在同一竞争强度下直径生长量不同,所有林木断面积之和(B_(AL))≤9 m^(2)时,其他树种的直径生长量最大,色木槭的最小;9 m^(2)<B_(AL)≤36 m^(2)时,云杉的直径生长量最大,色木槭的最小;36 m^(2)<B_(AL)≤45 m^(2)时,色木槭的直径生长量最大,桦木的最小。与基础模型相比,哑变量模型在保证预估精度的同时能够体现树种间直径生长量的差异,其决定系数(R^(2))从0.6115提高到0.6425,均方根误差(ERMS)从0.7669 cm下降到0.7360 cm;混合效应模型的R^(2)从0.6425提升到0.6627,ERMS降低到0.7149 cm,提高了模型的预测精度。在天然针阔混交林中,所有树种直径生长量均随竞争强度的增大而减小,但不同树种间存在差异。包含哑变量的线性混合效应模型可以提高天然针阔混交林的单木直径生长模型预测精度,能较好地描述天然针阔混交林树木直径生长过程。

云冷杉针阔混交林叶面积指数的空间异质性

叶面积指数(Leaf area index,LAI)是森林生态过程的关键参数和描述森林冠层结构的重要指标。用半球摄影技术对吉林省汪清林业局金沟岭林场的10块1 hm2云冷杉针阔混交林的LAI进行测定,采用地统计学的半变异函数和普通克里格法对研究区的LAI的空间异质性进行了分析。结果表明:10块样地的10 m×10 m小样方内以及样地间的LAI离散程度较小,但分布有一定的规律。LAI的空间相关性存在不确定性,可由线性、孔状、高斯3种模型有效的描述,空间相关性存在的尺度范围变异大,中等和强空间相关性的影响范围在15—155m之间,10块样地LAI的空间相关性的影响范围平均为65.637m。普通克里格插值结果显示,LAI的空间分布呈明显的条带状和斑块状的梯度变化。LAI与林分平均胸径、林分平均高和林分平均冠长呈显著负相关,与林分平均冠幅、林分密度以及树种个数呈显著正相关。研究结果可为不同尺度云冷杉针阔混交林LAI的估计提供依据。

长白山云冷杉针阔混交林幼树树高--胸径模型

采用长白山林区2013年调查的12块1 hm2固定样地中5个树种的幼树树高-胸径数据,用35个树高曲线经验模型进行模拟、筛选。结果表明,Curtis于1967年提出的三次多项式h=a0+a1d+a2d2+a3d3能够很好地拟合5个树种幼树的树高-胸径模型,决定系数(R2)最高可达0.786 5。用独立样本数据对该模型进行检验,结果表明,模型的表现能力良好,能够适用于本地区的云冷杉针阔混交林的幼树树高-胸径模拟。以空间代替时间的方法分析5个树种的幼树树高生长规律,发现色木幼树树高较大;红松和冷杉幼树树高生长类似;云杉幼树树高初期较小,而后期生长很快。本文提出的幼树树高模型可为抚育经营提供参考。

长白山云冷杉针阔混交林土壤有机碳与土壤理化性质的相关性

以长白山地区汪清林业局金沟岭林场3种不同针阔比的云冷杉混交林为研究对象,采用野外调查、样品采集、室内分析等相结合的方法,揭示了土壤有机碳以及土壤理化性质的剖面分布特征,探讨了有机碳与理化性质间的相关性。结果表明,长白山云冷杉针阔混交林土壤有机碳质量分数均值为38.84g·kg^-1、有机碳密度均值为13.89kg·m^-2;两者的剖面分布特征一致,均具有表聚性,即表层含量最高,随着土层加深逐渐下降;土壤含水率以及土壤全氮、全磷、全钾质量分数也均呈现逐渐降低趋势,而土壤密度和土壤pH值呈增加趋势;土壤有机碳与土壤密度呈极显著负相关,与土壤含水量、土壤全氮、全磷质量分数呈极显著正相关,与土壤pH值、全钾质量分数相关性不显著。

长白山过伐林区云冷杉针阔混交林空间结构分析

用角尺度、混交度和大小比数3个林分空间结构参数,分析了长白山过伐林区云冷杉针阔混交林的空间结构。结果表明:该林分的平均角尺度为0.504,林木分布格局为随机分布,该林分的平均混交度为0.81。说明它是一个由不同树种呈现强度混交结构状态组成的复杂森林群落。针叶树种具有胸径和树高的优势,尤其是红松的直径和树高最突出。

云冷杉林和针阔叶混交林a-多样性的尺度效应与分形特征

具有环境梯度或小尺度生境异质性的群落,a 多样性在不同尺度及不同空间位置上的测定结果将存在差异。基于甘肃省莲花山国家级自然保护区 2条长 420 m、宽 10 m样带的群落调查数据,采用分形理论和方法研究了云冷杉林和针阔叶混交林群落 a 多样性测度随空间尺度变化的效应,以及 a 多样性测度与取样尺度之间的分形关系。结果表明:1)随着取样尺度逐步扩大,云冷杉林和针阔叶混交林群落物种丰富度指数和Shannon 指数值先急剧增长后趋于平稳,表现出一定范围内尺度对样带 a 多样性测度具有强烈影响。综合物种丰富度指数和Shannon 指数尺度变化曲线的估计,云冷杉林样带 a 多样性研究比较适宜的取样尺度为 60 m,而针阔叶混交林样带为 90 m,即云冷杉林样带上比较适宜的取样尺度明显小于针阔叶混交林样带;2)针阔叶混交林样带上 a 多样性与取样尺度之间的分形关系比云冷杉林样带更趋于多变,表明针阔叶混交林物种组成的空间异质性高于云冷杉林。

长白山云冷杉混交林不同针阔比与土壤养分的关系

以吉林省汪清林业局金沟岭林场云冷杉混交林为研究对象,运用模糊线性隶属度函数、主成分分析法,分析不同针阔比云冷杉林分土壤养分(有机质、全N、全P、全K、碱解N、有效P、速效K)质量分数差异及变动趋势。结果表明:随着阔叶树比例的增加,林分土壤p H增大;林分针阔比与土壤养分存在显著关联,针叶树种增加有利于土壤N和P积累;针阔比为7∶3时,土壤养分综合质量分数最高。

金沟岭云冷杉针阔混交林林分结构研究

以吉林汪清金沟岭林场1 hm2云冷杉针阔混交林数据为研究基础,对样地内树种组成、直径结构以及树种的空间分布结构进行分析。结果表明:1)优势物种云杉Abies nephrole-pis、冷杉Picea koraiensis、枫桦Betula costata大径阶的单木占多数,云冷杉的峰度值小于0,直径分布较为分散,枫桦峰度值大于0,直径分布比较集中。在物种的胸径分布格局解释上,负指数模型的解释程度要优于Weibull模型。2)该群落树种的平均角尺度为0.545,空间分布格局呈聚集分布,3种优势树种的平均角尺度为0.475～0.517,呈现随机分布特征。3)云杉、枫桦的平均混交度较高,而冷杉的平均混交度相对较低。4)样地所有物种的平均大小比数为0.496,3种主要树种的平均大小比数排序为云杉<冷杉<枫桦,表明云杉竞争力最大,冷杉次之,而枫桦的竞争力最小。该林分结构较为复杂,群落内树种以聚集分布为主,所以应调整林分林木分布格局,促进林木向随机分布格局发展,同时伐除上层的"霸王树"以及病腐木、弯曲树等处于竞争劣势的林木,将混交度维持在中度混交,从而尽可能保留维持群落的物种多样性。

长白山云冷杉针阔混交林最优竞争指标的研究

【目的】基于长白山天然云冷杉针阔混交林林分的结构特点,构造了与距离有关的新竞争指标——树种耐阴性竞争指数(CIS)。【方法】以天然云冷杉针阔混交林12块固定样地为研究对象,将搭配4种竞争木选择方法(M1、M2、M3和M4)的11个竞争指标,分别用于拟合林木胸高断面积生长量,利用非线性平方和法检验(F检验)各竞争指标的拟合度。【结果】与距离有关的竞争指标在拟合天然异龄混交林胸高断面积生长量方程上要优于与距离无关的竞争指标。以CIS/M2拟合的长白山云冷杉针阔混交林全树种、云杉和冷杉胸高断面积生长方程的减小均方误差均最大,分别为0.462,0.085和0.623。【结论】与其他各类竞争指标相比,CIS/M2的拟合度最高。

长白山过伐林区云冷杉针阔混交林林分结构的研究

如何经营过伐林,使其保持好的林分结构,是林分生态系统在经营情况下正向演替和产生较高效益的关键问题之一。本文以金沟岭林场的云冷杉针阔混交林为研究对象,分析了在用检查法经营情况下的林分连续14a的结构状况及变化,认为十几年的检查法经营实验,调整和改善了林分的径阶和蓄积结构,林分生态系统保持稳定并逐步提高。

长白山云冷杉针阔混交林年龄结构研究

保证幼苗幼树的林下更新是森林可持续发展的必要条件之一,了解和确定幼树幼苗的更新株数标准是很有必要的,这就需要了解林分从幼树幼苗到大径阶林木完整的林分结构。用1988年调查的4块长白山云冷杉针阔混交林皆伐标准地的幼树幼苗数据和大于检尺径阶林木数据,对林分的年龄结构进行了研究。比较了只用大于检尺林木数据建立的年龄分布与所有林木数据建立的年龄分布之间的区别,并用负指数分布、Weibull分布和幂函数对年龄结构进行了拟合。用胸径≥7 cm的林木数据得到的长白山云冷杉针阔混交林年龄结构呈偏左正态分布,用所有林木数据得到的年龄结构呈反J型分布,龄级35 a以后两者的分布形状相似。通过拟合时的R2和预估值的χ2检验结果发现,Weibull分布对林分结构的拟合效果最好,其次是幂函数,负指数分布最差。但Weibull分布也不是最理想的分布函数,虽然R2达到了0.996,但χ2=297.24大于χ20.05=42.557,这可能和数据数量的多少有关。

长白山云冷杉针阔混交林半分解层凋落物生态功能

[目的]以长白山天然云冷杉针阔混交林为研究对象,分析凋落物的现存量及持水性能和养分归还量等,从水源涵养和养分归还两方面阐述森林凋落物的生态功能。[方法]基于等距离网格布点法,在4块1 hm^2样地上采集凋落高峰期前(8月下旬)半分解层的凋落物样品400个,并对其生态功能指标进行测定分析。[结果]4块云冷杉针阔混交林样地半分解层凋落物现存量均值为19.50 t·hm^(-2);持水量均值为5.56 t·hm^(-2),持水率均值为64.08%;全碳(C)、全氮(N)和全磷(P)的养分浓度均值分别为421.68、18.86和1.26 g·kg^(-1),养分归还量均值依次为8.16、0.36和0.02 t·hm^(-2),养分利用效率大小顺序为P>N>C。[结论]天然云冷杉针阔混交林各样地间虽存在差异,但其半分解层凋落物的水源涵养和养分归还等生态功能均较好,林下凋落物分解速度较快,持水性能较好,养分归还量较多。