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基于线性分位数混合效应的辽东山区红松冠幅模型

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应用生态学报 2022年第9期33卷 2321-2330页

作者：佟艺玟陈东升冯健高慧淋沈阳农业大学林学院沈阳110866 中国林业科学研究院林业研究所北京100091 辽宁省林业科学研究院沈阳110032

冠幅是反映单木生长状态及构建林木生长收获模型的重要变量。本研究以辽东山区大边沟林场10~55年生红松人工林为对象,基于66块固定样地的2763株红松的每木检尺数据,选取冠幅基础模型,采用再参数化的方法引入单木竞争指标(R_(d)),利用哑... 详细信息

冠幅是反映单木生长状态及构建林木生长收获模型的重要变量。本研究以辽东山区大边沟林场10~55年生红松人工林为对象,基于66块固定样地的2763株红松的每木检尺数据,选取冠幅基础模型,采用再参数化的方法引入单木竞争指标(R_(d)),利用哑变量的方法引入了林分密度、林层变量,构建不同分位点(0.50、0.90、0.93、0.95、0.96、0.99)的冠幅分位数回归模型,并与传统方法进行比较,选取模拟林分最大冠幅的最优分位点。为反映林分中单木冠幅在林木个体之间的差异,建立了基于样地水平的最优分位点的线性混合效应分位数回归冠幅模型,分析各变量对单木冠幅的影响。结果表明:基于F统计检验,不同林分密度和林层的冠幅模型具有显著差异,在基础模型中引入林层、林分密度和竞争后,模型R_(a)^(2)提高0.0104,均方根误差降低0.0115,均方误差降低为7.4%;与最小二乘法比较,分位数回归模型能够较好地模拟林分状态下的单木最大冠幅,并选出0.96分位点和0.93分位点作为上林层和下林层的分位数回归模型的最优分位点。引入混合效应的线性分位数回归模型的赤池信息准则、贝叶斯信息准则、HQ信息准则等评价指标优于传统分位数回归,参数标准误显著降低,混合效应的引入很好地解释了样地之间的差异。就上林层和下林层而言,林分密度越大,最大冠幅越小;相对直径越大,最大冠幅越大,其中林分密度对下林层的冠幅影响大于上林层,当林分密度足够大时,冠幅随着胸径的增大先增大后降低。本研究构建的基于混合效应的分位数回归模型能有效提高模型的拟合优度,今后可通过调控林分密度、适度抚育间伐等措施,实现对辽东山区红松人工林的科学营建和可持续发展。

关键词：红松再参数化冠幅模型分位数回归混合效应

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华北落叶松天然次生林单木冠幅模型构建

林业资源管理 2016年第5期 65-70页

作者：符亚健吕飞舟朱光玉吕勇中南林业科技大学

以山西省庞泉沟自然保护区华北落叶松天然次生林为研究对象,基于1 531株单木冠幅实测数据,对华北落叶松天然次生林单木冠幅预测模型展开研究。首先从9个常见的冠幅-直径候选模型中选出一个拟合精度较高的模型作为构建冠幅模型的基础模型... 详细信息

以山西省庞泉沟自然保护区华北落叶松天然次生林为研究对象,基于1 531株单木冠幅实测数据,对华北落叶松天然次生林单木冠幅预测模型展开研究。首先从9个常见的冠幅-直径候选模型中选出一个拟合精度较高的模型作为构建冠幅模型的基础模型;接着从林分测树因子、立地因子和林分竞争指标中选出与冠幅相关性较强的因子作为模型自变量进行建模;最后利用偏差、剩余均方根误差R和决定系数并结合似然比检验对模型进行检验与评价。结果为:三参数的逻辑斯蒂形式的冠幅-直径模型拟合精度较高,并且模型参数可解释,因此把该模型作为构建华北落叶松单木冠幅模型的基础模型;对象木冠长、林分密度和林木竞争压力指数与冠幅相关性较强,当基础模型中考虑这些因子时能进一步提高预测精度。所构建的冠幅模型可为华北落叶松天然次生林的科学经营提供理论基础和技术依据。

关键词：华北落叶松天然次生林冠幅模型

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长白落叶松人工林单木冠幅模型

东北林业大学学报 2021年第2期49卷 49-53页

作者：邱思玉孙玉军森林资源和环境管理国家林业局重点开放性实验室(北京林业大学) 北京100083

以黑龙江省伊春市朗乡林业局的49块样地共2 499棵长白落叶松为研究对象,基于区组和样地嵌套二水平构建非线性混合效应冠幅模型。从10种常用的冠幅—胸径模型中选出一种最好的作为建模的基础模型,从其他林分因子中选取与冠幅相关性较高... 详细信息

以黑龙江省伊春市朗乡林业局的49块样地共2 499棵长白落叶松为研究对象,基于区组和样地嵌套二水平构建非线性混合效应冠幅模型。从10种常用的冠幅—胸径模型中选出一种最好的作为建模的基础模型,从其他林分因子中选取与冠幅相关性较高的作为协变量参与建模。结果表明:与基础模型相比,混合模型的赤池信息准则(AIC)、贝叶斯准则(BIC)、负二倍的最大似然值(-2LL)和剩余均方根误差(RMSE)值均降低,调整决定系数(Radj2)提高,冠幅预测值的残差分布和密度分布相对更集中,说明模型的预测精度和拟合能力均有所提高。研究发现,以逻辑斯蒂模型作为基础模型,将树高、冠长率和高径比作为协变量,考虑区组和样地嵌套二水平的混合模型有利于提高冠幅模型的预测精度,从而有助于更好地模拟长白落叶松的冠幅胸径关系。

关键词：长白落叶松人工林冠幅模型混合效应

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将乐地区马尾松最优冠幅模型研究

西北林学院学报 2015年第4期30卷 94-98页

作者：张鹏王新杰高志雄许昊武文昊王廷蓉刘乐北京林业大学省部共建森林培育与保护教育部重点实验室北京100083

树冠是树木进行光合作用和呼吸作用的重要场所,冠幅作为树冠的重要因子,直接影响树木的生活力和生产力,同时也是反映树木的长期竞争水平的重要指标。该文使用福建省将乐国有林场980株马尾松调查数据,基于11种常用树冠直径模型,利用R软件... 详细信息

树冠是树木进行光合作用和呼吸作用的重要场所,冠幅作为树冠的重要因子,直接影响树木的生活力和生产力,同时也是反映树木的长期竞争水平的重要指标。该文使用福建省将乐国有林场980株马尾松调查数据,基于11种常用树冠直径模型,利用R软件的nls模块对马尾松冠幅与胸径关系进行拟合,选取精度最高的作为基础模型,通过对基础模型添加变量改进模型,并用调整后的决定系数adj-R2、偏差Bias、剩余均方根误差RMSE对模型精度进行检验。结果表明:模型11在添加了样地优势木平均高(Ht)、每公顷株数(M)和冠长(CL)林分变量之后,Bias、RMSE减小,adj-R2明显增大,所以,CW=(a+a1×Ht)/1+exp[(b+b1×M)+(c+c1×CL)ln(D+1)]能更好地模拟当地马尾松的冠幅与胸径的关系。

关键词：将乐国有林场冠幅模型马尾松

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华北落叶松天然林单木冠幅模型研究

华北落叶松天然林单木冠幅模型研究

作者：符亚健中南林业科技大学

学位级别：硕士

华北落叶松(Larixprincipis-rupprechtii)是我国华北地区山地的主要造林树种。其优点众多,生长速度快、木材材质好、用途广、腐朽耐力强,是营造经济生态林的良好树种,同时也是杰出的防护林树种。树冠是树木进行光合作用和积累能量的重... 详细信息

华北落叶松(Larixprincipis-rupprechtii)是我国华北地区山地的主要造林树种。其优点众多,生长速度快、木材材质好、用途广、腐朽耐力强,是营造经济生态林的良好树种,同时也是杰出的防护林树种。树冠是树木进行光合作用和积累能量的重要场所,它反映了树木的生长活力和竞争力,是树木一个重要的健康指标。冠幅是描述树冠生长的重要指标也是森林生长收获预估模型的重要预测变量。因此准确预估冠幅对森林可持续经营和森林生态研究极其重要。本文以多种树木林分因子为协变量构建了一般冠幅-胸径预测模型,并且分析了地域效应和区组效应以及嵌套在区组里的样地效应对华北落叶松冠幅影响,以此为基础使用了非线性混合效应模型构建了相应的冠幅模型,最后还考虑了冠幅与东西南北四个方向的冠径的相关性,并使用了四种可加性模型方法构建了相应的模型系统,四种模型系统都解决了冠幅与东西南北四个方向的冠径的相容性;最后通过综合比较确定了最优的可加性冠幅模型系统。主要研究结果如下:(1)三参数的逻辑斯蒂模型:CW=a/1+exp[b+cln(D+1)]能较好反映华北落叶松天然次生林冠幅和直径之间的非线性关系,与其它候选模型相比,该模型有较高的拟合精度,并且模型各参数都具有一定的生物学意义;对象木冠长(CL)、对象木树高(H)和每公顷株数(M)对冠幅影响较大,当这些因子作为预测变量时能明显改进模型的预测精度;得到的改进后的冠幅模型表达式为:CW = 1.4875-0.031 1H+exp[(-3.6416-0.0002M)+(2.4346+ 0.0045CL)ln(D+1)]通过大量实验数据验证,该模型具有较高的预测精度。(2)研究发现区组效应和嵌套在区组里面的样地效应对华北落叶松的随机影响较大,当模型考虑这些随机影响时模型预测精度能进一步显著提高;,指数方差函数且预测变量为胸高直径能有效剔除模型的异方差,表达式为:var(εijk= σ2exp(2γxijk);利用所构建的嵌套两水平非线性混合效应模型预测冠幅时,利用随机抽取的4株样地计算随机效应参数效果较好。当地域效应作用在固定效应参数β1和β5上时,模型对应的AIC(5425)最小而LogLik(-2697)最大最终构建了华北落叶天然林非线性回归效应单木冠幅模型。(3)以模型(4-3)为基础模型,使用非线性联立方程组(NSE)、非线性似然不相关回归(NSUR)、比例平差法(AP)和最小二乘法独立回归(OLSSR)方法构建冠幅可加性模型系统,这几种方法都能有效的考虑总冠幅和各树冠半径之间的相关性。通过综合对比这几种可加性模型系统,对于总冠幅,分级联合控制平差法构建的冠幅模型系统对应的指标δ,RMSE和TRE均要低于NSUR、AP和OLSSR模型系统;所以在可加性模型构建冠幅模型方法中,分级联合控制平差法构建的冠幅可加性模型系统拟合效果最好。

关键词：冠幅模型非线性混合效应模型非线性联立方程组可加性华北落叶松

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长白落叶松人工林单木冠幅模型研究

长白落叶松人工林单木冠幅模型研究

作者：邱思玉北京林业大学

学位级别：硕士

冠层在森林生态系统中起着重要的作用,会影响到人类的生存环境,树木的光合和呼吸作用也在这里进行。在描述冠层的各项参数中,冠幅是最重要的参数之一,具有很高的应用价值。长白落叶松在我国东北林区中具有很强的代表性,其不仅生长速度快... 详细信息

冠层在森林生态系统中起着重要的作用,会影响到人类的生存环境,树木的光合和呼吸作用也在这里进行。在描述冠层的各项参数中,冠幅是最重要的参数之一,具有很高的应用价值。长白落叶松在我国东北林区中具有很强的代表性,其不仅生长速度快,而且轮伐期短,是一种重要的用材树种。本研究以黑龙江省朗乡林业局东折棱河林场的长白落叶松人工林为研究对象,基于样地调查数据,对该树种的冠幅进行生长模拟与分析。采用三种建模方法:一、传统回归模型,以林分因子为协变量构建一般的冠幅-胸径模型;二、考虑区组和样地两个水平的作用,拟合两水平的嵌套非线性混合效应模型;三、考虑各冠径和冠幅之间的相关性构建冠幅可加性模型。综合考虑一系列评价指标,最终对构建的三种冠幅模型进行综合对比与评价。主要研究结果如下:(1)在选择的10种基础冠幅-胸径模型中,逻辑斯蒂模型的拟合精度最好,形式树高(H)与冠幅相关性最高,作为协变量因子参与建模,且结果表明将三者加入建模后,模型的拟合精度相比基础模型来说有了明显的提升,改进模型形式为:(2)以(1)中的改进模型为基础模型,考虑区组和样地两个水平作为随机效应,构建嵌套两水平的非线性混合效应模型。结果表明,当区组和区组*样地水平的随机效应都作用于参数b2时,混合模型收敛且精度最好。将其与改进模型作比较,可以看出混合模型的AIC、BIC和-2LL值均小于改进模型,故其模型精度优于基础模型和改进模型,混合模型形式为:CW5)6))=(b1+(b2+)+u5)))*CR)/(1+(b3+b4*HDR)*exp(-(b5+b6*H)*D))+ε5)6))(3)以(1)中的改进模型为基础模型,考虑冠径与冠幅间的相关性,采用非线性似乎不相关回归构建冠幅可加性模型,结果表明其拟合精度和(1)中传统回归法构建的改进模型相差不大,明显差于(2)中的混合模型精度。目前关于长白落叶松人工林的冠幅研究较少,尤其是应用非线性混合模型和可加性模型的研究更是寥寥无几。然而这两种模型相比传统模型来说具有更大的优势。本研究有助于未来预测长白落叶松人工林的树木生长、生产力和评价木材品质等级等,能够为该树种的科学经营管理提供依据,在林业生产上有重要意义,也能够为研究其它树种的冠幅生长提供依据,具有广义的意义。

关键词：长白落叶松人工林冠幅模型可加性非线性混合效应

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天然次生白桦单木冠幅预测模型研究

西南林业大学学报（自然科学） 2024年第5期44卷 129-135页

作者：高畅王帆黑龙江省林业和草原调查规划设计院绥化院黑龙江绥化152000 东北林业大学林学院黑龙江哈尔滨150040

以黑龙江省哈尔滨市依兰县丹清河实验林场30块天然次生白桦林样地的1844棵白桦为研究对象,从常用的10个冠幅基础预测模型中选择白桦的最优模型,通过分析单木因子与冠幅的相关性对模型进行再参数化,引入样地水平的随机效应构建天然次生... 详细信息

以黑龙江省哈尔滨市依兰县丹清河实验林场30块天然次生白桦林样地的1844棵白桦为研究对象,从常用的10个冠幅基础预测模型中选择白桦的最优模型,通过分析单木因子与冠幅的相关性对模型进行再参数化,引入样地水平的随机效应构建天然次生白桦冠幅的混合效应模型。结果表明:Logistic模型最适宜描述白桦的冠幅变化,引入枝下高、高径比和树冠率可以改进模型的预测精度。引入样地水平的随机效应改善了数据的异方差问题,再次提高了冠幅的预测精度。因此,建议在实际生产中采用非线性混合效应模型对天然次生白桦的冠幅进行预测,从而提高冠幅预测的准确率,为合理经营天然次生白桦提供更加科学有效的理论支持。

关键词：天然次生林白桦冠幅模型混合效应模型

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基于混合效应的杉木人工林冠幅模型

森林与环境学报 2024年第2期44卷 127-135页

作者：钟思琪宁金魁黄锦程陈鼎泸欧阳勋志臧颢江西农业大学林学院江西南昌330045 崇义县林业局江西崇义341300

构建杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林单木冠幅模型,可以提高杉木冠幅的预测精度,并为杉木人工林的科学经营提供参考依据。以杉木为研究对象,基于江西省崇义县杉木人工林57个样地的7198株单木数据,对基础模型进行扩展,并构建含林分... 详细信息

构建杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林单木冠幅模型,可以提高杉木冠幅的预测精度,并为杉木人工林的科学经营提供参考依据。以杉木为研究对象,基于江西省崇义县杉木人工林57个样地的7198株单木数据,对基础模型进行扩展,并构建含林分因子和单木因子的冠幅非线性混合效应模型;采用十折交叉验证方法,以调整后的决定系数(R_(adj)^(2))、均方根误差(E_(RMS))和平均绝对误差(E_(MA))模型评价指标对各模型的预测效果进行评价。结果表明:(1)备选模型中,Logistic模型的预测效果最佳。(2)除胸径以外,有6个指标对冠幅有显著影响(P模型较基础模型更优,R_(adj)^(2)增加了28.53%,E_(RMS)和E_(MA)分别下降了17.80%和15.72%。(3)考虑样地水平随机效应的混合效应模型优于广义模型,R_(adj)^(2)增加了27.86%,E_(RMS)和E_(MA)分别降低了35.73%和51.87%。协变量和随机效应的加入能有效提高冠幅模型的预测精度,且反映林木大小多样性的Gini系数在冠幅模拟中表现较好,值得进一步探讨该类指标在其他类型人工林模拟中的应用。

关键词：杉木冠幅模型非线性混合效应模型基尼系数林木大小多样性

基于竞争与立地效应的湖南栎类天然林冠幅模型

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中南林业科技大学学报 2024年第6期44卷 92-101,155页

作者：杨浩何海梅黄朗游文彪汤维朱光玉中南林业科技大学林学院湖南长沙410004

【目的】分析立地因子和竞争因子对冠幅生长的影响,构建含立地因子和竞争因子的混合效应湖南栎类天然林冠幅预测模型,为栎类天然林科学经营决策提供理论依据。【方法】以51块湖南栎类天然林样地的1 429株栎类林木为研究对象,筛选对冠幅... 详细信息

【目的】分析立地因子和竞争因子对冠幅生长的影响,构建含立地因子和竞争因子的混合效应湖南栎类天然林冠幅预测模型,为栎类天然林科学经营决策提供理论依据。【方法】以51块湖南栎类天然林样地的1 429株栎类林木为研究对象,筛选对冠幅影响显著的因子,将显著性因子按照标准分级、组合,构成竞争类型和立地类型;从10个基础模型中筛选出最优模型;应用k-means聚类方法将初始竞争类型聚类成竞争类型组;将立地类型和竞争类型组作为随机效应加入最优模型,构建含竞争和立地效应的湖南栎类天然林冠幅模型。【结果】对冠幅影响显著的因子包括海拔、坡度、坡位、坡向、土壤类型、相对断面积(R_(S))、简单竞争指数(C_(LH))和大于对象木断面积之和(B_(AL)),立地因子显著性顺序为海拔>坡度>坡向>坡位>土壤类型,竞争因子中R_(S)与冠幅呈正相关,而C_(LH)、B_(AL)与冠幅呈负相关;最优基础模型为异速生长模型(有截距),R^(2)为0.534 8;将筛选的3个竞争因子按照标准分级、组合构成竞争类型,加入基础模型构建含竞争类型的混合效应模型,R^(2)升至0.583 5;应用k-means聚类将初始竞争类型聚类成17个竞争类型组,作为随机效应加入基础模型,R^(2)升至0.749 2;将立地类型作为随机效应再加入模型,构建基于竞争和立地混合效应的冠幅模型,R^(2)升至0.841 6,相对基础模型提升了57.36%。【结论】含竞争因子和立地因子的湖南栎类天然林冠幅模型具有较好的拟合效果及预测精度。因此,本研究所构建的冠幅模型可以很好地预测湖南栎类天然林的冠幅,可为研究栎类天然林生长、经营管理以及更新森林资源调查数据库提供支持。

关键词：冠幅模型栎类天然林混合效应立地因子竞争因子