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基于林层哑变量的湖南栎类天然次生林断面积生长模型

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中南林业科技大学学报 2020年第10期40卷 109-116页

作者：刘飞虎屠维亚朱光玉王忠诚胡松卢侃陈昊泓赵书阁中南林业科技大学林学院湖南长沙410004 金洞管理区林业局湖南永州426191 湖南林科达农林技术服务有限公司湖南长沙410004

【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,... 详细信息

【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。

关键词：林层划分断面积生长模型哑变量栎类

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湖南省马尾松和杉木林分断面积生长模型构建

林业资源管理 2021年第5期 56-61页

作者：贺鹏陈振雄刘宪钊国家林业和草原局中南调查规划设计院中国林业科学研究院资源信息研究所国家林业和草原局森林经营与生长模拟重点实验室

构建湖南省马尾松和杉木林分断面积生长模型,为森林可持续经营提供基础生长数据。利用湖南省838块马尾松和1 484块杉木样地数据,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、立地等级和起源作为哑变量,构建统一的林... 详细信息

构建湖南省马尾松和杉木林分断面积生长模型,为森林可持续经营提供基础生长数据。利用湖南省838块马尾松和1 484块杉木样地数据,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、立地等级和起源作为哑变量,构建统一的林分断面积生长模型。结果显示:马尾松和杉木林分断面积最优生长模型都是Richards形式的模型,决定系数分别为0.985和0.987;引入树种、立地等级和起源作为哑变量后,与基础模型相比,断面积生长模型拟合精度都有提高,决定系数提高到0.992,均方根误差下降到0.682。研究表明:带树种、立地等级和起源的哑变量模型能同时反映马尾松和杉木林分断面积生长规律,这样既减少了建模工作量,又提供了不同林分合并建模的方法;湖南省杉木林分断面积生长上限值高于马尾松;相同林分密度条件下,马尾松和杉木的生长速率均随着立地质量的下降而降低。

关键词：断面积生长模型哑变量马尾松杉木 Richards方程

系统动力学方法在林分断面积生长模型中的应用

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沈阳农业大学学报 2007年第4期38卷 544-547页

作者：王辰惠淑荣刘强沈阳农业大学林学院沈阳110161 沈阳农业大学理学院沈阳110161 沈阳农业大学信息与电气工程学院沈阳110161

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... 详细信息

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。

关键词：系统动力学断面积生长模型日本落叶松

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湖南栎类天然林断面积生长模型研究

湖南栎类天然林断面积生长模型研究

作者：胡松中南林业科技大学

学位级别：硕士

天然混交林的林分生长和收获模拟还处于早期阶段,仍然没有统一的建模手段和方法。随着天然混交林在国民经济和生态保护中地位的增加,迫切需要研究合适的模型用于混交林的生长预测和经营。天然混交林的林分结构特点决定了在构建混交林生... 详细信息

天然混交林的林分生长和收获模拟还处于早期阶段,仍然没有统一的建模手段和方法。随着天然混交林在国民经济和生态保护中地位的增加,迫切需要研究合适的模型用于混交林的生长预测和经营。天然混交林的林分结构特点决定了在构建混交林生长模型时,必须解决混交林年龄、树种组成、立地指数和竞争效应的表达等问题。鉴于此,本研究将采用非线性混合效应模型方法,考虑林分类型和立地类型效应影响,以断面积生长模型为核心进行栎类林分生长模型的构建,以期建立一套新的混交林断面积生长模型构建方法,为天然混交林的林分生长收获与经营管理提供参考与理论依据。本文以湖南栎类天然林为研究对象,采用非线性混合效应模型方法,构建了含随机效应的栎类天然林立地指数模型。并以立地指数为驱动变量,考虑天然混交林的树种组成与立地类型差异,从全林分、单木和林层三个水平建立了湖南栎类天然林断面积生长模型系。主要研究内容和结论如下:(1)构建了天然林立地指数模型。采用多元逐步回归分析方法,筛选出年平均温度(MAT)、年降水量(MAP)与平均气温差(TD)3个影响林分平均优势高生长的气候因子。通过模型再参数化,构建了气候敏感的立地指数模型。并以此为基础,考虑林分类型与立地类型效应影响,建立了含随机效应的天然林立地指数模型:HTk=(a0+a0k+a1×MAT+a2×MAP)×(1-exp(-b×Tk))(c+c1×TD)+εk,并基于该模型计算了各样地的地位指数(基准年龄为20年)。与气候敏感的立地指数模型相比,确定系数(R2)增加了约106.72%,平均绝对误差(MAE)降低了 68.47%,均方根误差(RMSE)降低了 58.66%。(2)选择常用的Richards和Schumacher模型来模拟林分断面积生长,结果发现含年龄、平均优势高与林分密度指数的Schumacher模型的模拟效果最优,在此基础上构建含林分类型、立地类型效应的非线性混合效应模型。通过随机效应参数构造与精度评价结果,确定了3种随机效应的最优形式参数构造,并比较了不同随机效应的模型拟合效果。其中,含林分类型、立地类型共同效应的模型的拟合效果最优:Gik=HTikβ0+β1/Tik(SDIik/10000)β2+β3/Tik exp(β4+β4i+β4k+β5/Tik)+εik。与基础模型相比,确定系数(R2)增加了6.04%,平均绝对误差(MAE)降低了49.11%,均方根误差(RMSE)降低了64.24%。(3)提出基于林层划分的林分断面积生长模型构建方法,建立了林层断面积模型。采用全树高聚类、国际林联标准与光竞争高度法划分林层后,以Schumacher式分别对全林分及上层林、下层林断面积进行拟合,其确定系数(R2)均在0.92以上,相比不分层的全林分断面积生长模型,分层后的不同林层断面积模型确定系数(R2)从0.9259提高到0.9455～0.9846。其中,国际林联的优势高划分的断面积生长模型精度最高(R2=0.9704,MAE=1.4588,RMSE=2.1786),与不分层的全林分断面积模型相比,确定系数(R2)提高了5.0%,平均绝对误差(MAE)、均方根误差(RMSE)分别降低了39.8%与26.4%。采用比例平差法构建了相容性林层断面积模型,相比各分项的独立预估模型,上层林平均绝对误差、均方根误差分别降低了75.36%、68.01%,下层林平均绝对误差、均方根误差分别降低了 79.42%、78.04%。(4)采用多元逐步回归分析方法,进行因子筛选后发现:单木树高(H)、林分平均胸径(Dg)、年热:湿指数(AHM)、地位指数(SI)与丰富度指数(Gleason)对单木断面积生长的影响显著。通过再参数化的方法,以林木生长的最大值参数A为基础,构建了再参数化的栎类林单木断面积生长模型。并以此为基础,分别以林分类型效应、立地类型效应及林木层次效应作为随机效应,建立了含随机效应的单木断面积生长模型。其中,基于立地类型聚类的单木断面积生长模型的模拟效果最优:Gk=(a+a1·Hka2·Dgka3·AHMka4·SIka5·Gleasonka6+ak)/(1+b×exp(-c×Tk))+εk,与基础模型相比,确定系数(R2)增加了约26.63%,平均绝对误差(MAE)降低了31.40%,均方根误差(RMSE)降低了54.23%。(5)研究证明了随机效应构造天然混交林断面积生长模型的科学性与合理性,模拟结果可作为栎类天然林林分生长收获与经营管理的依据。

关键词：断面积生长模型天然混交林随机效应林分类型立地类型

基于林层效应的湖南栎类次生林断面积生长模型研究

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基于林层效应的湖南栎类次生林断面积生长模型研究

作者：刘飞虎中南林业科技大学

学位级别：硕士

随着社会经济的发展与环境保护意识的增强,天然混交林在经济发展与生态保护方面的重要性日益增长。目前对于林分的相关研究大多以纯林为主,天然混交林的生长与收获研究还处在起步阶段,没有形成统一的建模手段和方法,因此建立合适的生长... 详细信息

随着社会经济的发展与环境保护意识的增强,天然混交林在经济发展与生态保护方面的重要性日益增长。目前对于林分的相关研究大多以纯林为主,天然混交林的生长与收获研究还处在起步阶段,没有形成统一的建模手段和方法,因此建立合适的生长预估模型成为一项紧迫的研究课题。林分断面积不但是生长与收获预估模型的重要组成部分,也是评价立地质量好坏的重要指标,以此为切入点进行天然混交林生长预估模型的构建,可以更好的拓展相关研究。目前对于断面积生长模型的研究,多以林分为基本建模单元,没有考虑林层对于断面积生长的影响,为了更加客观地用生长模型来模拟复层林的生长过程,需要开展基于林层划分的断面积生长模拟研究。本文在湖南省芦头林场等地设置了 51块栎类天然次生林固定样地,以此为对象,研究次生林的林层对断面积生长的影响,构建林分与林层相容的断面积生长模型,为湖南栎类次生林的经营管理提供理论依据。具体研究内容如下:确定了栎类次生林最优林层划分方法,本研究在广泛了解国内外各类林层划分方法后,采用最常用的光竞争高度法、国际林联(IUFRO)划分标准与聚类分析法三种方法划分了林层,并对划分结果进行了检验与分析,三种林层划分方法均满足划分要求。建立了基于林层划分的断面积生长模型,根据林分断面积生长规律及其研究现状,本文主要选择常用的理论生长方程形式,以林分密度指数(SDI)代表林分密度,林分优势木平均高(HT)代表立地质量构建断面积生长模型,最终确定含年龄(T)、优势木平均高(HT)与林分密度指数(SDI)的Schumacher模型为最优基础模型,其确定系数R2为0.9277,平均绝对误差(MAE)为2.6186,总相对误差(TRE)不超过±3%。以此模拟了基于林层划分的断面积生长模型,模拟的全林分及不同林层的断面积生长模型拟合度均较高,分层后的不同林层断面积生长模型的确定系数(R2)为0.9521～0.9863,平均绝对误差(MAE)为0.4511～1.2679,总相对误差(TRE)均不超过±3%。将三种方法分层后构建的林层断面积生长模型预测结果相加与不分层的林分断面积生长模型预测结果比较,分层后的全林分模型均有效提高,确定系数R2从0.9277提高到了 0.9602～0.9721,平均绝对误差(MAE)从2.6186降低到了 1.3219～1.0962,(TRE)均不超过±1%,证明了栎类天然林存在林层分异现象;其中国际林联(IUFRO)划分标准分层后建立的断面积模型确定系数(R2)最高,为0.9721,平均绝对误差(MAE)最低,为1.0962,因此国际林联(IUFRO)划分标准为本文确定的最优林层划分方法。将最优划分方法—国际林联(IUFRO)林层划分为标准的划分结果,带入其余五个基础模型中进行参数拟合,以验证划分林层后建立林层断面积生长模型的适用性,各模型不同林层的断面积生长模型拟合度均较高,将林层断面积生长模型预测结果相加与不分层的林分断面积生长模型预测结果比较,分层后得到的模型拟合度均有效提高,其确定系数(R2)在0.89～0.97之间,平均绝对误差(MAE)在1.0962～3.4350之间,总相对误差(TRE)在±3%之间。其中,模型(M4)的确定系数(R2)提升幅度最高,6个模型提升幅度由高至低依次为M4>M3>M1>M2>M5>M6。说明林层对于断面积的预估有着显著性的影响,建立断面积生长模型时必须考虑林层效应。建立了基于林层效应的相容性断面积生长模型,由于林分总断面积与各林层断面积存在各分量相加等于总量的逻辑关系,可以构建基于林层水平的林分断面积相容性模型来保证分量之和等于总量的逻辑性,同时可以提高林分断面积模型的精度。本文以国际林联(IUFRO)林层划分结果为例,使用非线性联立方程组法构建相容性断面积模型,相容性林层断面积模型各分项确定系数(R2)均在0.98以上。相比分层后非联立的的独立预估模型,各项模型的确定系数均有较明显提升,联立后的模型误差相对降低。其中全林分模型的确定系数(R2)相比于独立预估模型由0.9721提高到了 0.9801,平均绝对误差(MAE)降低了 16.25%,总相对误差(TRE)不超过±3%;主林层模型的确定系数(R2)由0.9739提高至0.9861,平均绝对误差(MAE)降低了 26.82%,总相对误差(TRE)不超过±3%;次林层模型确定系数(R2)无明显变化,平均绝对误差无明显变化,总相对误差不超过±3%。建立了基于林层效应哑变量与林分类型哑变量的断面积生长模型,在林层划分后,将林层划分结果与林分类型作为哑变量,将分数不同林层的林分建立一个统一的模型。这样不仅减少了建模工作量,而且使得不同林层的生长模型具有统一形式。本文以国际林联分层结果为例,将分层结果与林分类型分别作为哑变量,分别将哑变量加入到模型参数及其组合上

关键词：林层划分断面积生长模型联立方程组法相容性栎类

河南省栎类和杨树林分断面积和蓄积生长模型构建

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北京林业大学学报 2019年第6期41卷 55-61页

作者：颜伟段光爽王一涵孙钊周桃龙符利勇贵阳市森林资源管理站贵州贵阳550002 信阳师范学院数学与统计学院河南信阳464000 中国林业科学研究院资源信息研究所北京100091 河南农业大学生命科学学院河南郑州450002 中国林业科学研究院科技管理处北京100091 河南省淅川县林业局河南南阳474450

【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... 详细信息

【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。

关键词：断面积生长模型蓄积生长模型栎类杨树 Richards方程

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油松人工林林分生长过程动态预测及检验

东北林业大学学报 2010年第1期38卷 40-43页

作者：刘平王玉涛马履一郑聪慧沈阳农业大学沈阳110161 北京林业大学

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... 详细信息

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。

关键词：油松人工林树高生长模型断面积生长模型