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基于经验模型和机理模型的杉木人工林生物量估测对比研究

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生态学报 2024年第8期44卷 3502-3514页

作者：李佳怡阮红玉邱思玉梁瑞婷朱兆廷文毅王成雨王轶夫孙玉军北京林业大学森林资源和环境管理国家林业和草原局重点实验室北京100083 吉水县石阳林场吉安331600

为了揭示间伐干扰下杉木人工林生物量的变化规律,研究利用江西省吉水县石阳林场的36块杉木人工林样地的实测数据和研究区气候数据,通过基于经验的引入地位指数(SI)的生物量生长方程组和基于机理的3⁃PG模型,模拟并预估林分生物量,分析在... 详细信息

为了揭示间伐干扰下杉木人工林生物量的变化规律,研究利用江西省吉水县石阳林场的36块杉木人工林样地的实测数据和研究区气候数据,通过基于经验的引入地位指数(SI)的生物量生长方程组和基于机理的3⁃PG模型,模拟并预估林分生物量,分析在间伐和非间伐的情况下,不同立地的林分其生物量0—50a的变化。结果表明:(1)构建了生物量生长方程组,并在参数a、b、c中引入地位指数SI,发现改进后的模型对于基础模型拟合精度更高,且对数似然比检验表明,改进效果显著(P局限性。经验模型参数较易获得,且经验模型预测生物量、林分胸高断面积和林分平均树高的R^(2)、MRE均优于机理模型;但模型对于建模数据内的评价效果较好,对于建模数据外的应用具有局限性,即经验模型更适合模拟生长期间的某一阶段的林分生物量。机理模型虽然需要的参数较多,但是考虑了生态学原理,弥补了经验模型的不足,可较好解释和模拟环境因子对树木生长的影响,对校正数据之外生长阶段的林分生物量预测更有优势。

关键词：生物量生长方程组 3⁃PG模型杉木人工林间伐林分生长

基于超参数优化随机森林算法的森林生物量遥感反演

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中南林业科技大学学报 2024年第5期44卷 102-111页

作者：熊向阳杨小周赵银超李伟坡国家林业和草原局西北调查规划院陕西西安710048 中南林业科技大学芦头实验林场湖南岳阳410400

【目的】准确地估测森林地上生物量(above ground biomass,AGB)对大区域森林资源调查和管理至关重要,机器学习算法能实现森林AGB高精度估测,但超参数的设置能直接影响模型效果。为了提升模型的构建效率和预测精度,研究通过构建超参数优... 详细信息

【目的】准确地估测森林地上生物量(above ground biomass,AGB)对大区域森林资源调查和管理至关重要,机器学习算法能实现森林AGB高精度估测,但超参数的设置能直接影响模型效果。为了提升模型的构建效率和预测精度,研究通过构建超参数优化的机器学习算法进行森林AGB估测,并比较不同超参数下的模型误差变化。【方法】以西藏自治区江达县天然林为研究对象,利用森林资源调查数据提取实测森林AGB数据,结合Sentinel-2多光谱影像提取遥感变量。采用逐步回归法和Boruta法分别进行遥感变量筛选,构建多元线性回归模型、支持向量机模型和随机森林模型进行森林AGB反演。此外,对支持向量机模型和随机森林模型进行超参数优化,以提高模型反演精度。【结果】1)随机森林模型在所有反演模型中实现了最佳的估测精度,模型决定系数达到了20.63,同时实现了最低的均方根误差和相对均方根误差,分别为28.06 t/hm和23.03%。均方根误差相比多元线性回归模型和支持向量机模型分别降低了22.2%和12.1%。2)超参数优化可以有效地提高模型估测精度。通过分析不同参数组合下的误差变化趋势,确定最佳的参数组合,能有效地降低模型估测误差。3)较高的森林AGB值主要分布在东部、南部和东南部地区,中部地区和北部部分地区森林AGB值较小。超参数优化的随机森林模型森林AGB反演结果与研究区实际森林分布情况具有较好的一致性,整体反演效果较好。【结论】利用超参数优化的随机森林模型结合Sentinel-2遥感影像能实现较好的森林AGB反演效果,能为森林资源动态监测提供有效参考。

关键词：森林地上生物量哨兵二号 Boruta 随机森林超参数优化

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皖北平欧杂种榛优势品种坚果性状评价

西北植物学报 2024年第4期44卷 644-653页

作者：王陆军孙璟周米生梁丽松马庆华安徽省林业科学研究院合肥230031 宿州市夹沟国有林场安徽宿州234102 国家林业和草原局林木培育重点实验室中国林业科学研究院林业研究所北京100091

【目的】平欧杂种榛是中国野生平榛和欧洲榛种间杂交获得的新种质,具有抗寒、丰产和适应性强等特点。对皖北地区平欧杂种榛优势品种坚果进行性状评价,明确品种加工适宜性,可为平欧杂种榛选择与推广提供科学依据。【方法】依据适应性和... 详细信息

【目的】平欧杂种榛是中国野生平榛和欧洲榛种间杂交获得的新种质,具有抗寒、丰产和适应性强等特点。对皖北地区平欧杂种榛优势品种坚果进行性状评价,明确品种加工适宜性,可为平欧杂种榛选择与推广提供科学依据。【方法】依据适应性和丰产性等指标,在皖北地区筛选出9个平欧杂种榛优势品种坚果,从烤制、仁用、油用、鲜食等不同加工利用角度进行分析评价。【结果】(1)皖北地区9个优势品种单粒坚果质量为2.54~4.40 g,三径(纵径、横径、侧径)均值为18.99~21.49 mm,形状指数为0.67~1.02,单粒榛仁质量为1.00~1.66 g,果壳厚度为1.53~2.41 mm,出仁率为34.36%~47.01%,榛仁脂肪含量为50.50~58.00 g/(100 g),蛋白质含量为21.10~25.10 g/(100 g),可溶性糖含量为4.08%~4.94%。(2)油脂中鉴定出8种脂肪酸成分,其中油酸含量最高,为81.21%~88.53%,不饱和脂肪酸含量为92.19%~94.61%。榛仁中钾、磷、钙和镁含量较为丰富。(3)9个优势品种单株坚果产量为1.52~2.20 kg,单株脂肪产量为330.50~503.47 g,单株蛋白质产量为141.68~224.40 g。【结论】根据不同榛果加工方式,皖北9个优势品种中‘辽榛3号’最适作为带壳烤制品种;‘辽榛3号’、‘达维’和‘辽榛4号’最适作为仁用加工品种,‘辽榛4号’可作为油用加工品种;‘辽榛1号’可作为功能性蛋白饮料加工品种;‘达维’和‘辽榛9号’可作为高钙类加工品种;‘达维’、‘辽榛3号’、‘平欧545号’是较为适宜的鲜食品种。

关键词：平欧杂种榛优势品种经济性状矿质成分脂肪酸营养物质

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马龙区天然林资源保护工程实施现状及对策

云南林业 2024年第6期 64-69页

作者：戚正云曲靖市马龙区林业和草原局

截至目前,曲靖市马龙区年均完成森林管护面积89149.26 hm^(2),聘用天保工程森林管护人员424名,建立了县、乡、村三级护林网络,形成了“金字塔”式的管护模式。对天保工程中取得的生态效益、经济效益、社会效益和文化效益进行了评价,分... 详细信息

截至目前,曲靖市马龙区年均完成森林管护面积89149.26 hm^(2),聘用天保工程森林管护人员424名,建立了县、乡、村三级护林网络,形成了“金字塔”式的管护模式。对天保工程中取得的生态效益、经济效益、社会效益和文化效益进行了评价,分析天保工程实施中存在的人工造林林分质量差,退化林和残次林较多;森林抚育作业设计调查工作繁重但费用占比较低;森林资源管护体系不健全,护林员管理不规范;天保工程实施方案编制滞后;缺乏有效的激励机制;缺乏科技支撑,后续产业发展不畅等问题和困难,并提出成立领导机构,为工程实施提供组织保障;制定出台护林员管理制度和工作制度,规范考核奖惩措施;严格工程管理,高标准建设天保公益林;妥善安置森工企业富余人员,稳步推进国有林场改革;规范档案管理,强化林业基础设施,提高林业干部职工队伍素质等措施,在天保工程实施中取得了一定成绩。

关键词：天然林资源保护工程森林管护公益林建设曲靖市马龙区

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虚拟环境中面向灭火指挥的火场信息可视分析

系统仿真学报 2024年第4期36卷 1001-1016页

作者：张本润曹卫群北京林业大学信息学院北京100083 国家林业和草原局林业智能信息处理工程技术研究中心北京100083

针对森林火灾现场指挥的需求,综合分析地理环境、气象条件、森林资源和林火行为等灭火指挥所需信息,设计实现了在虚拟林火环境中的数据可视化可视分析方法。使用王正非-3D混合元胞自动机模型模拟林火蔓延过程;采取差时方法预测林火蔓延... 详细信息

针对森林火灾现场指挥的需求,综合分析地理环境、气象条件、森林资源和林火行为等灭火指挥所需信息,设计实现了在虚拟林火环境中的数据可视化可视分析方法。使用王正非-3D混合元胞自动机模型模拟林火蔓延过程;采取差时方法预测林火蔓延行为;实时捕捉不同兴趣域内环境数据的变化,结合多视图面板及图层叠加的方法,构建火场信息可视分析模块。通过调整虚拟林场的环境参数,对不同场景下的林火蔓延过程进行模拟仿真,并对火场信息进行可视化可视分析。实验结果表明:该方法能够在一定条件下较准确地预测林火蔓延行为,还可以较全面地描述火场信息。

关键词：三维虚拟环境林火蔓延模型可视化可视分析林火仿真

修枝强度对杉木人工林无节材形成及质量的影响

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林业科学 2024年第6期60卷 50-59页

作者：阮颖超苏比·热西塔洪林熙李明范少辉冯随起陈志云马祥庆何宗明福建农林大学林学院福州350002 国家林业和草原局杉木工程技术研究中心福州350002 国际竹藤中心北京100102 福建省邵武卫闽国有林场邵武354006

【目的】研究不同修枝强度对杉木无节材形成及质量的影响,为确定杉木大径级无节良材培育的合理修枝强度提供科学依据。【方法】采用随机区组设计,对4年生杉木人工林进行不同修枝强度试验(每年修枝至树干直径6、8、10和12 cm,直至树干修... 详细信息

【目的】研究不同修枝强度对杉木无节材形成及质量的影响,为确定杉木大径级无节良材培育的合理修枝强度提供科学依据。【方法】采用随机区组设计,对4年生杉木人工林进行不同修枝强度试验(每年修枝至树干直径6、8、10和12 cm,直至树干修枝净高度达7 m时停止修枝,未修枝木为对照)。在修枝22年后,调查林木生长情况;选取各修枝强度的平均标准木共计30株并砍倒,截取7 m以下树干运回实验室,测定树干饱满度;然后采用锯板法、旋切法切割树干,测定节疤的数量、长径和短径,并统计无节材积比例、无节单板数量比例和节疤体积比例。【结果】胸径和单株材积均有随修枝强度增加而显著下降的趋势,但修枝强度对树高无显著影响;修枝强度6 cm的胸径显著小于其余处理,单株材积显著小于修枝强度10 cm、12 cm和对照(CK);修枝强度8 cm的胸径显著小于修枝强度10 cm和12 cm,单株材积显著小于修枝强度12 cm。在1.3~4.0 m木段,修枝强度6 cm的饱满度显著高于修枝强度10 cm和12 cm;在4~7 m木段,修枝强度8 cm的饱满度显著高于修枝强度10 cm。锯板法的测定结果表明,节疤数量呈随修枝强度增加而显著降低的趋势,节疤长径和短径均随修枝强度增加而降低,修枝强度6 cm的节疤短径显著小于其余处理。旋切法的测定结果表明,节疤的数量、长径和短径均呈随修枝强度增加而显著降低的趋势。无节材积比例和无节单板数量比例均有随修枝强度增加显著提高的趋势,节疤体积比例有随修枝强度增加而显著降低的趋势。4个强度修枝的无节材积比例均显著提高(至少51.1%),无节单板数量比例均显著提高(至少33.25%)。锯板法和旋切法的测定结果一致表明,修枝强度6 cm和8 cm的节疤分布更少更小且无节材比例提升效果更明显,修枝效果排序为修枝强度6 cm>8 cm>10 cm>12 cm>CK。【结论】修枝强度的确定取决于经营目标。若要追求更大的胸径、树高和单株材积生长但对木材质量要求不高时,可选择修枝强度10 cm和12 cm;若要追求更大的树干饱满度、无节材积比例和无节单板数量比例,以及更低的节疤体积比例和更少及更小的节疤的数量、长径和短径,但对生长量要求不高时,可选择修枝强度6 cm和8 cm。

关键词：杉木修枝强度无节材旋切法锯板法

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山水宁城防火如磐

内蒙古林业 2024年第9期 27-30页

作者：刘忠友裴广宏内蒙古赤峰市林业和草原局内蒙古宁城县林业和草原局

地处蒙、冀、辽三省区交界处的宁城县,现有林业用地面积332.93万亩,森林覆盖率49.51%。全县有4个国有林场和1个国家级自然保护区、1个国家级地质公园,有中国北方著名的天然温泉、文冠果古树群、冰石河、原始次生林,富集的生态资源成就... 详细信息

地处蒙、冀、辽三省区交界处的宁城县,现有林业用地面积332.93万亩,森林覆盖率49.51%。全县有4个国有林场和1个国家级自然保护区、1个国家级地质公园,有中国北方著名的天然温泉、文冠果古树群、冰石河、原始次生林,富集的生态资源成就了山水宁城。党的十八大以来,全县扎实做好森林草原防灭火工作,坚决守护绿水青山,绿色高质量发展的步伐迈得更加坚实。

关键词：国有林场林业用地森林草原森林覆盖率党的十八大以来防灭火工作文冠果宁城

基于抚育整枝目标的毛白杨枝条冲击切割性能适应性分析

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北京林业大学学报 2024年第4期46卷 158-166页

作者：吕坤班以琛坝仕宏刘洋文剑北京林业大学工学院林业装备与自动化国家林业和草原局重点实验室北京100083

【目的】为了提高毛白杨枝条冲击切割效率并改善切割效果,通过研究枝条内部因素对切割性能的影响,对毛白杨枝条的冲击切割性能进行适应性分析。【方法】以我国华北地区林场广泛种植的速生林品种毛白杨的枝条为研究对象,使用自制的枝条... 详细信息

【目的】为了提高毛白杨枝条冲击切割效率并改善切割效果,通过研究枝条内部因素对切割性能的影响,对毛白杨枝条的冲击切割性能进行适应性分析。【方法】以我国华北地区林场广泛种植的速生林品种毛白杨的枝条为研究对象,使用自制的枝条切割平台进行枝条切割试验。在单因素试验的基础上采用Box-Benhnken中心组合试验方法,通过试验和理论研究枝条直径、含水率和分枝角度3个内部因素对峰值切割力和断裂效果的影响规律。【结果】(1)建立了毛白杨枝条冲击切割性能的切割机理模型;(2)通过对模型进行优化分析,得到最优参数组合为枝条直径14.7 mm、含水率14.0%、分枝角度90°,该组合下的峰值切割力为370.48 N,断裂效果评分为4.6分,峰值切割力和断裂效果分数的预测值与实测值的相对偏差均小于5%;(3)峰值切割力与枝条直径呈线性增长关系,随枝条含水率的增大呈先增大后减小的趋势,随着分枝角度的增大而小幅增大。【结论】选择树龄为7年时进行修枝作业,作业的季节选择秋冬季,可以获得较优的修枝质量,该研究可为速生林修枝装备的研发与林木抚育方式的优化结合提供数据支撑。

关键词：机械化抚育整枝冲击切割毛白杨枝条切割适应性切割质量参数

基于集成学习算法和Optuna调优的江西省森林碳储量遥感估测

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生态学报 2024年

作者：王可月王轶夫陈馨郑峻鹏李杰孙玉军北京林业大学森林资源和环境管理国家林业和草原重点实验室北京市十三陵林场管理处北京市园林绿化大数据中心

了解森林碳储量对于完整、准确地量化碳排放及气候变化背景下的环境监测至关重要，借助遥感数据源是估算区域尺度碳储量的有效方法。以江西省为研究区，基于第七次国家森林资源连续清查样地数据与Landsat-5 TM遥感数据，通过GEE平台对... 详细信息

了解森林碳储量对于完整、准确地量化碳排放及气候变化背景下的环境监测至关重要，借助遥感数据源是估算区域尺度碳储量的有效方法。以江西省为研究区，基于第七次国家森林资源连续清查样地数据与Landsat-5 TM遥感数据，通过GEE平台对影像进行处理，将递归特征消除（RFE）、Boruta两种特征选择方法与支持向量机（SVR），包括随机森林（RF）、极端梯度提升（XGBoost）和堆叠集成（Stacking）在内的三种集成学习算法相结合，分析不同模型的估测精度。此外，运用Optuna超参数优化框架来确定各模型的超参数。根据最优估测模型来反演江西省森林碳储量并绘制空间分布图，选用地理探测器对碳储量的空间分布格局进行驱动力分析。结果表明：（1）根据特征重要性排名，RFE筛选出30个变量，Boruta筛选出11个变量，合适的特征子集与回归算法相结合能显著提升估测的准确性。（2）基于Optuna对各模型的超参数进行迭代调优，发现不同特征子集与机器学习算法相结合，超参数取值和重要性在模型中差异较大。其中RFE筛选的最优特征子集与Stacking算法结合进行回归拟合时获得了最好的估测效果（R2=0.527,RMSE=15.85Mg/hm2,MAE=12.31Mg/hm2），该模型有效利用训练数据，结合多种算法的优点以减少偏差，显著改善森林碳密度高值低估和低值高估的问题。（3）最优估测模型反演得到江西省2006年的森林碳密度平均值为33.356Mg/hm2（2.585—88.943Mg/hm2），森林碳储量总量为321.507Tg。（4）自然环境因子中海拔和坡度是影响碳储量空间分布格局的主要驱动因子；所有因子在交互作用下呈非线性增强和双因子增强，其空间分布格局是自然因素和人为因素协同作用的结果。

关键词：森林碳储量遥感估测集成学习算法 Optuna超参数调优堆叠集成算法碳密度地理探测器