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我国人工杨树生物量建模和生产力分析

林业科学 2019年第11期55卷 1-8页

作者：曾伟生陈新云杨学云国家林业和草原局调查规划设计院

【目的】建立人工杨树生物量模型,分析生产力与气候因子间的关系,为提升我国森林质量提供参考。【方法】基于在全国15个省(区、市)采集的450株人工杨树样木实测地上生物量和147株地下生物量数据,综合利用哑变量建模方法和误差变量联立... 详细信息

【目的】建立人工杨树生物量模型,分析生产力与气候因子间的关系,为提升我国森林质量提供参考。【方法】基于在全国15个省(区、市)采集的450株人工杨树样木实测地上生物量和147株地下生物量数据,综合利用哑变量建模方法和误差变量联立方程组方法,建立一元和二元立木生物量联立方程组;基于样木胸径、树高和年龄的成对数据,建立与气候因子相关的单木生长模型。根据胸径和树高单木生长模型及二元立木生物量方程,分析气候因子对人工杨树单木生产力的影响。利用全国森林资源连续清查人工杨树林样地调查数据,计算每个样地的生物量和生产力,建立人工杨树林生产力与气候因子间的相关模型,进一步验证气候因子对生产力的影响。【结果】本研究建立的一元和二元人工杨树地上生物量方程,确定系数(R2)在0.90以上,平均预估误差(MPE)在5%以内;地下生物量方程的R2在0.83以上,MPE在10%以内;含气候因子的胸径和树高单木生长模型,R^2均在0.70以上,MPE分别在5%和3%以内。人工杨树的胸径、树高生长均与年均气温显著相关,林木年龄为20年,年均气温20℃时的胸径、树高和总生物量分别是年均气温0℃时的2.4、2.4和9.5倍。连清样地数据验证结果表明,年均气温提高10℃,人工杨树林的平均生产力可以提高2.5 t·hm^-2a^-1;年均气温20℃时的人工杨树林,其平均生产力达到年均气温0℃时的7倍以上,与所建单木生长模型的可比推算结果完全一致。【结论】本研究建立的人工杨树立木地上和地下生物量方程及其相容的生物量转换因子和根茎比模型,达到相关技术规定的预估精度要求,可以推广应用;温度是影响人工杨树生产力的重要因素,随着年均气温升高,人工杨树生产力也相应提高。

关键词：生物量生产力哑变量误差变量联立方程组

含地域和起源因子的马尾松立木生物量与材积方程系统

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林业科学 2019年第2期55卷 75-86页

作者：曾伟生贺东北蒲莹肖前辉国家林业和草原局调查规划设计院北京100714 国家林业和草原局中南林业调查规划设计院长沙410014

【目的】建立含地域和起源因子的相容性立木生物量与材积方程系统,为准确估计森林生物量提供依据。【方法】以我国南方主要针叶树种马尾松为研究对象,基于301和104株样木的实测地上生物量、树干材积和地下生物量数据,综合利用哑变量建... 详细信息

【目的】建立含地域和起源因子的相容性立木生物量与材积方程系统,为准确估计森林生物量提供依据。【方法】以我国南方主要针叶树种马尾松为研究对象,基于301和104株样木的实测地上生物量、树干材积和地下生物量数据,综合利用哑变量建模方法和误差变量联立方程组方法,建立集地上生物量、树干材积和地下生物量为一体、确保与生物量转换因子和根茎比等变量相容的一元和二元方程系统,并分析立木生物量和材积估计是否受地域和起源的影响。【结果】所建立的马尾松一元和二元相容性立木生物量方程与材积方程,确定系数(R^2)均在0.92以上,其中地上生物量方程的平均预估误差在4%以内,地下生物量方程的平均预估误差在8%以内。对马尾松地上生物量和树干材积的估计,二元模型均显著优于一元模型,其F统计量远大于临界值;但对地下生物量的估计,二元模型反而不如一元模型效果好。不论是一元模型还是二元模型,地域和起源对马尾松地上生物量估计均无显著影响,地上生物量模型具有很好的通用性,同时也进一步印证了曾伟生等(2012)提出的通用性地上生物量模型M=0.3ρD^(7/3)的广泛适用性。对马尾松地下生物量的估计,不同地域的模型存在显著差异;相同直径的林木,总体1地域范围内(长江流域东南部)的地下生物量要大于总体2(长江流域中西部)。对马尾松树干材积的估计,二元模型不受地域和起源影响,但一元模型受起源影响;相同直径的林木,人工林的材积估计值大于天然林。【结论】将哑变量引入误差变量联立方程组,可同时解决多个变量之间的相容性及地上生物量和地下生物量样本单元数不相等时如何联合建模的问题,是切实可行的生物量建模方法;研究所建立的马尾松立木生物量方程、材积方程及其相容的生物量转换因子和根茎比方程,达到相关技术规定预估精度要求,可推广应用。

关键词：地上生物量地下生物量哑变量误差变量联立方程组

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基于机载激光雷达数据的森林蓄积量模型研建

林业科学 2021年第2期57卷 31-38页

作者：曾伟生孙乡楠王六如王威蒲莹国家林业和草原局调查规划设计院北京100714

【目的】建立变量相同、结构稳定、具有普适性的基于机载激光雷达数据的森林蓄积量预估模型,为规范森林蓄积量建模与评价提供科学参考,为森林资源调查提供计量依据。【方法】利用东北林区落叶松林、红松林、杨树林和桦树林4种森林类型79... 详细信息

【目的】建立变量相同、结构稳定、具有普适性的基于机载激光雷达数据的森林蓄积量预估模型,为规范森林蓄积量建模与评价提供科学参考,为森林资源调查提供计量依据。【方法】利用东北林区落叶松林、红松林、杨树林和桦树林4种森林类型790块样地的激光雷达数据和地面实测蓄积量数据,首先采用多元线性回归和非线性回归方法,分别建立基于机载激光雷达数据的森林蓄积量回归模型,通过对比分析,确定具有相同变量和统一结构形成的普适性模型;然后采用哑变量建模方法,建立基于相同激光雷达变量的不同森林类型蓄积量模型。【结果】4种森林类型线性蓄积量回归模型的解释变量个数在2~6之间,确定系数(R^(2))在0.701~0.827之间;非线性蓄积量回归模型的解释变量个数在2~4之间,R^(2)在0.707~0.818之间。基于点云平均高度和平均强度的落叶松林、红松林、杨树林、桦树林非线性二元蓄积量模型,其R^(2)分别为0.679、0.814、0.698和0.703,平均预估误差分别为4.26%、2.90%、3.68%和3.83%,平均百分标准误差分别为24.44%、18.23%、21.47%和23.26%。【结论】基于机载激光雷达数据估计森林蓄积量,非线性模型优于线性模型;基于点云平均高度和平均强度的二元蓄积量模型具有普适性,可作为森林蓄积量估计的标准模型;本研究建立的4种森林类型蓄积量模型,其预估精度均达到森林资源调查相关技术规定要求,可在实践中推广应用。

关键词：机载激光雷达森林蓄积量线性模型非线性模型哑变量模型

基于两种空间估算模型的乔木林地上碳密度估算

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农业机械学报 2019年第12期50卷 213-220页

作者：王海宾郑冬梅王少杰贾筱昕许等平国家林业和草原局林产工业规划设计院北京100010 国家林业和草原局调查规划设计院北京100714

以乔木林地上碳密度为研究对象,基于调查获取的乔木林地上碳密度、Landsat 8多光谱影像及DEM数据,提取植被指数、纹理特征、主成分变换因子、缨帽变换因子和地形因子作为建模变量,采用皮尔森相关系数法、结合平均残差平方和准则法对变... 详细信息

以乔木林地上碳密度为研究对象,基于调查获取的乔木林地上碳密度、Landsat 8多光谱影像及DEM数据,提取植被指数、纹理特征、主成分变换因子、缨帽变换因子和地形因子作为建模变量,采用皮尔森相关系数法、结合平均残差平方和准则法对变量进行筛选,采用协同克里格插值和地理加权回归方法构建乔木林地上碳密度模型,分析对比两种方法的估算效果。结果表明:地理加权回归法构建的估算模型精度(R^2为0.74,RMSE为6.84 t/hm^2,MAE为5.13 t/hm^2,RE为0.74%)优于协同克里格插值法(R^2为0.47,RMSE为9.72 t/hm^2,MAE为7.41 t/hm^2,RE为0.12%),并且较好地保留了估算变量的空间异质性,变异系数分别为0.5372、0.4968,可获得较高的估算精度。本研究可为大尺度范围内的乔木林地上碳密度及其他森林参数的估算提供参考。

关键词：乔木林地上碳密度 Landsat 8影像协同克里格插值地理加权回归估算

基于logistic模型的中国自然保护区增长动态分析

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生态学报 2020年第3期40卷 1015-1020页

作者：邱胜荣国家林业和草原局调查规划设计院

中国自然保护区建设已由数量扩张型进入质量效益型的新阶段,运用自然保护区统计年鉴数据,基于logistic模型,借助R语言,对自然保护区发展上限进行了估算。同时,运用高等数据曲线曲率求导方法,对发展阶段进行划分,对持续时长和增长速度进... 详细信息

中国自然保护区建设已由数量扩张型进入质量效益型的新阶段,运用自然保护区统计年鉴数据,基于logistic模型,借助R语言,对自然保护区发展上限进行了估算。同时,运用高等数据曲线曲率求导方法,对发展阶段进行划分,对持续时长和增长速度进行了测算。结果表明:①面积理论饱和值为15470.00万hm^2;②将自然保护区发展历程分为缓慢起步期(1956-1989年)、快速发展期(1990-2008年)和稳定完善期(2009-至今);③目前则处于稳定完善期,面积已渐近饱和值,数量仍在小幅度增加。希望本研究结果能为自然保护区主管部门制定管理政策、规划以及整合组建以国家公园为主体的自然保护地体系提供参考。

关键词：自然保护区增长动态分析 logistic模型中国

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我国3种针叶林的材积源生物量模型研建

林业科学研究 2021年第4期34卷 49-57页

作者：曾伟生国家林业和草原局调查规划设计院北京100714

[目的]林分水平的生物量模型或数表,是森林资源调查监测的必备计量工具。研建3种针叶林的材积源生物量模型,既是方法学探索,也为生产实践提供参考成果。[方法]基于我国3种主要针叶林(落叶松、油松、杉木)的3000个固定样地的实测数据,分... 详细信息

[目的]林分水平的生物量模型或数表,是森林资源调查监测的必备计量工具。研建3种针叶林的材积源生物量模型,既是方法学探索,也为生产实践提供参考成果。[方法]基于我国3种主要针叶林(落叶松、油松、杉木)的3000个固定样地的实测数据,分别利用普通回归估计、加权回归估计和分段建模方法,建立了林分水平的材积源生物量模型,并与已发表的相关模型进行了比较。[结果]建立的3种针叶林的加权回归生物量模型,其确定系数R2在0.912~0.937之间,平均预估误差MPE在0.93%~1.58%之间,总体相对误差TRE在±2.0%以内,独立样本检验的TRE在±2.6%以内;分段建模生物量模型,其确定系数R2在0.915~0.953之间,平均预估误差MPE在0.81%~1.55%之间,总体相对误差TRE在±0.3%以内,独立样本检验的TRE在±1.3%以内。用本研究数据对已发表的3种针叶林的生物量模型进行适用性检验,其总体相对误差TRE分别达到11.62%、−25.19%和−6.26%,按不同生物量等级的估计误差更大,甚至出现系统偏差,严重超出了允许误差范围。[结论]林分每公顷生物量与蓄积量呈线性相关;建立林分生物量模型,应当采用加权回归方法,并保证样本数量足够且结构合理;当一个模型难以准确估计各个等级的生物量时,可以采用分段建模方法。本研究所建3种针叶林的材积源生物量模型,预估精度高,可以在实践中推广应用。

关键词：生物量加权回归分段建模落叶松油松杉木

东北林区10种主要森林类型的蓄积量、生物量和碳储量模型研建

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北京林业大学学报 2021年第3期43卷 1-8页

作者：曾伟生孙乡楠王六如王威蒲莹国家林业和草原局调查规划设计院北京100714

【目的】林分水平的蓄积量、生物量和碳储量模型或数表,是开展森林资源规划设计调查的必备计量工具。研建东北林区10种主要森林类型的蓄积量、生物量和碳储量模型,既是方法学探索,也为生产实践提供参考成果。【方法】基于东北林区云冷... 详细信息

【目的】林分水平的蓄积量、生物量和碳储量模型或数表,是开展森林资源规划设计调查的必备计量工具。研建东北林区10种主要森林类型的蓄积量、生物量和碳储量模型,既是方法学探索,也为生产实践提供参考成果。【方法】基于东北林区云冷杉林、落叶松林、红松林、樟子松林、栎树林、桦树林、杨树林、榆树林、椴树林和水胡黄林10种主要森林类型的2000个样地的实测数据,分别利用非线性独立回归估计、非线性误差变量联立方程组和含哑变量的非线性误差变量联立方程组方法,建立了林分水平的蓄积量、生物量和碳储量模型。【结果】基于全部样地通过误差变量联立方程组方法建立的蓄积量、生物量和碳储量总体平均模型,其确定系数分别为0.945、0.805和0.839,而包含森林类型参数的蓄积量、生物量和碳储量哑变量模型,其确定系数分别达到0.959、0.949和0.951。10种主要森林类型的蓄积量、生物量和碳储量模型,确定系数(R2)都在0.86以上,平均预估误差(MPE)都在3%以内,平均百分标准误差(MPSE)大多数在10%以内。蓄积量模型的R2在0.876~0.980之间,MPE在0.90%~1.95%之间,MPSE在5.14%~11.89%之间;生物量模型的R2在0.864~0.988之间,MPE在0.66%~2.07%之间,MPSE在3.61%~11.60%之间;碳储量模型的R2在0.866~0.988之间,MPE在0.67%~1.96%之间,MPSE在3.65%~11.57%之间。【结论】不同森林类型的蓄积量主要取决于林分断面积和平均高,生物量主要取决于蓄积量和林分平均高。含哑变量的非线性误差变量联立方程组方法,是建立林分水平储量模型系统的可行方法。本研究所建立的东北地区10种主要森林类型的蓄积量、生物量和碳储量模型,其预估精度达到森林资源规划设计调查技术规定要求,可以在实践中推广应用。

关键词：蓄积量生物量碳储量哑变量模型误差变量联立方程组

基于ZY-3卫星多光谱影像估算浙江省乔木林地上碳密度

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北京林业大学学报 2020年第1期42卷 65-74页

作者：郑冬梅王海宾夏朝宗陈健侯瑞萍郝月兰安天宇国家林业和草原局调查规划设计院北京100714 国家林业和草原局林产工业规划设计院北京100010

【目的】基于覆盖浙江省的ZY-3卫星影像以及LULUCF碳汇监测样地数据,以浙江省乔木林地上碳密度为研究对象,尝试构建一个自动化提取浙江省乔木林地上碳密度的技术方法。【方法】分别在矢量标志建立、光谱信息提取、解译标志提纯、ZY-3卫... 详细信息

【目的】基于覆盖浙江省的ZY-3卫星影像以及LULUCF碳汇监测样地数据,以浙江省乔木林地上碳密度为研究对象,尝试构建一个自动化提取浙江省乔木林地上碳密度的技术方法。【方法】分别在矢量标志建立、光谱信息提取、解译标志提纯、ZY-3卫星影像分类、自变量优选、建模方法优选、碳密度图制作等方面开展相关研究测试。【结果】本研究在解译标志提纯后对ZY-3影像进行分类的精度高于提纯前的影像分类精度;采用的k NN法对ZY-3影像进行分类的精度(平均总精度为80.31%,平均Kappa系数为0.69,乔木林平均用户精度为91.86%,乔木林平均生产者精度为80.85%)高于最大似然分类法(平均总精度为78.56%,平均Kappa系数为0.62,乔木林平均用户精度为89.68%,乔木林平均生产者精度为77.79%);在选用的建模方法中,k NN法构建的模型精度(平均RMSE为15.64 t/hm2,平均RRMSE为23.53%)优于稳健估计法(平均RMSE为17.63 t/hm2,平均RRMSE为25.11%)。最后,生成了浙江省乔木林地上碳密度分布图。【结论】本研究可为省域或更大尺度范围的乔木林地上或森林碳密度估算提供一个新的路径,为实现自动化估算碳密度以及其他森林参数提供参考。

关键词： ZY-3卫星影像 LULUCF碳汇监测样地乔木林地上碳密度估算

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青海湖流域草地资源评价

草业科学 2023年第9期40卷 2462-2475页

作者：王翠萍刘宝军王昊琛冯晨辰张立恒国家林业和草原局西北调查规划设计院陕西西安710048

青海湖流域内的水体、高山和草地对青海西部荒漠起到屏障作用,是维系青藏高原东北部生态安全的重要屏障。草地资源是青海湖流域社会经济发展的主体生态资源,也是生态保护的重要因子,为全面掌握青海湖流域草地资源现状和草原生态环境状况... 详细信息

青海湖流域内的水体、高山和草地对青海西部荒漠起到屏障作用,是维系青藏高原东北部生态安全的重要屏障。草地资源是青海湖流域社会经济发展的主体生态资源,也是生态保护的重要因子,为全面掌握青海湖流域草地资源现状和草原生态环境状况,以青海省第2次天然草地资源调查、草地资源清查数据和国土三调等资料为基础数据,进行叠加融合处理,结合地面调查等手段,对青海湖流域草地面积、生产力、质量、退化情况以及草畜平衡等进行调查与评价。结果表明:青海湖流域草原共7个类27个型,总面积2084096.20 hm^(2),高寒草甸类面积最大,占流域草原面积的68.95%;青海湖流域草地年鲜草总产量53.36×10^(8) kg,草地的年产草量2560 kg·hm^(-2),平均产草量呈现由东南向西北递减的趋势,高寒草甸类总产量居首位,占流域草原总产量的68.50%;青海湖流域草原资源总体质量中等偏上,以Ⅱ等以及4级和3级草原为主;退化草地面积1261515.35 hm^(2),占流域草地总面积的60.53%,以中度退化为主,占退化草地面积的68.05%,轻度、重度退化占比分别为14.87%、17.08%;青海湖流域总体超载率为5.55%,基本达到草畜平衡。

关键词：青海湖草地生产力退化草畜平衡草原等级调查与评价