基于线性混合模型的红松人工林一级枝条大小预测模拟

基于黑龙江省孟家岗林场60株人工红松955个标准枝数据,采用线性混合效应模型理论和方法,考虑树木效应,利用SAS软件中的MIXED模块拟合红松人工林一级枝条各因子(基径、枝长、着枝角度)的预测模型.结果表明： 通过选择合适的随机参数和方差协方差结构能够提高模型的拟合精度;把相关性结构包括复合对称结构CS、一阶自回归结构AR(1)及一阶自回归与滑动平均结构ARMA(1,1)加入到一级枝条大小最优混合模型中,AR(1)可显著提高枝条基径和角度混合模型的拟合精度,但3种结构均不能提高枝条角度混合模型的精度.为了描述混合模型构建过程中产生的异方差现象,把CF₁和CF₂函数加入到枝条混合模型中,CF₁函数显著提高了枝条角度混合模型的拟合效果,CF₂函数显著提高了枝条基径和长度混合模型拟合效果.模型检验结果表明：对于红松人工林一级枝条大小预测模型,混合效应模型的估计精度比传统回归模型估计精度明显提高.
     

基于非线性混合模型的红松人工林枝条生长

基于黑龙江省孟家岗林场36株红松人工林的枝解析数据,以单分子式和理查德方程作为枝条基径(BD)和枝长(BL)生长模型,分别考虑样地效应和样木效应,利用SAS软件的PROC NLMIXED模块构建了枝条基径和枝长生长的非线性混合模型.采用Akaike信息准则(AIC)、贝叶斯信息准则(BIC)、对数似然值(-2Log likelihood)和似然比检验(LRT)等评价指标对所构建模型的精度进行比较.结果表明:当考虑样地效应时,α1、α3和β1、β3分别作为随机参数时基径和枝长生长模型拟合效果最好;当考虑样木效应影响时,α2、α3和β1、β3分别作为随机参数时基径和枝长生长模型拟合效果最好.非线性混合模型不但可反映枝生长总体平均变化趋势,还能反映个体之间的差异.无论考虑样地效应还是样木效应,非线性混合模型的拟合精度都比传统回归模型的拟合精度高,并且考虑样木效应的拟合精度高于考虑样地效应的拟合精度.     

基于随机效应的兴安落叶松材积生长模拟

基于黑龙江省带岭林业局大青川林场80株人工兴安落叶松解析木数据和Logistic生长模型,分别考虑单木效应和样地效应,利用S-PLUS软件中的NLME过程拟合非线性材积生长模型,采用赤池信息准则(AIC)、贝叶斯信息准则(BIC)、对数似然值和似然比检验等模型评价指标对不同模型的精度进行比较.结果表明：当考虑单木效应影响时,b₁、b₂、b₃（分别代表Logistic模型中的渐进、尺度和形状的随机参数）同时作为随机参数时模型拟合效果最好; 当考虑样地效应影响时,b₁作为随机参数时模型拟合效果最好.基于单木效应和样地效应的混合模型的拟合精度高于基本模型（Logistic生长模型）,考虑单木效应影响的混合模型的精度高于考虑样地效应影响的模型.模型检验结果表明,随机效应模型不但能反映单木材积的总体平均变化趋势,还能反映个体之间的差异;随机效应模型通过校正随机参数值能提高模型的预测精度.     

黑龙江省红松人工林枝条分布数量模拟

基于黑龙江省佳木斯市孟家岗林场的12块样地65株人工红松解析木的955个枝解析数据,以Poisson回归模型和负二项回归模型作为备选模型,构建了人工红松二级枝条数量分布模型,并采用AIC、Pseudo-R²、均方根误差(RMSE)和Vuong检验对模型的拟合优度进行比较.结果表明: 每轮一级枝条分布数量集中在3~5个,均值为4个,一级枝条分布数量与人工红松自身的枝条属性相关.一级标准枝上二级枝条分布的离散程度较大,利用全部子回归技术构建二级枝条分布数量模型,最终选择以负二项回归模型为基础的E(Y)=exp(β₀+β₁lnRDINC+β₂RDINC²+β₃HT/DBH+β₄CL+β₅DBH)作为二级枝条分布数量最优预测模型(β为参数;RDINC为相对着枝深度;HT为树高;DBH为胸径;CL为冠长).最优模型的Pseudo-R²为0.79,平均偏差接近于0,平均绝对偏差<7.对于所建立的模型,lnRDINC、CL和DBH的参数为正值,RDINC²和HT/DBH的为负值,随着RDINC增大,在树冠内二级枝条分布数量存在最大值.总的来说,所建立的人工红松二级枝条分布数量模型的预测精度为96.4%,可以很好地预估该研究区域人工红松二级枝条分布数量,为以后枝条的光合作用和生物量的研究提供了理论基础.     

人工长白落叶松立木叶面积预估模型

叶面积影响着树木干物质的生产,进而影响树木乃至整个林分的生长,而叶面积准确估计对分析树木和林分生长具有重要作用.本研究基于黑龙江省长白落叶松人工林中76株解析木数据,分别建立枝条层面和单木层面的叶面积预估模型.结果表明: 考虑样木层次随机效应的最优枝条叶面积混合效应模型包含lnBD(BD为枝条基径)、lnRDINC(RDINC为相对着枝深度)和lnCR(CR为冠长率)3个随机效应参数,具体形式为:lnBLA=β₁+(β₂+b₂)lnBD+(β₃+b₃)lnRDINC+β₄lnDBH+β₅lnHT/DBH+(β₆+b₆)lnCR,其中:β_i和b_i分别是模型的固定效应参数和随机效应参数;DBH为树木胸高处直径;HT/DBH为树高与胸径的比值.模型的修正决定系数(R_a²)为0.90,均方根误差(RMSE)为0.5477,平均偏差(ME)为-0.03,平均绝对偏差(MAE)为0.24,预测精度(P)为91%,枝条叶面积预估模型的预估效果较好.以枝条叶面积预估模型为基础,计算树冠叶面积并建立树冠叶面积预估模型,最终形式为:lnCLA=γ₀+γ₁lnDBH+γ₂CR,其中,γ_i为模型参数.似然比检验结果(P>0.05)说明该模型不用考虑样地层次的随机效应.本研究所建立的立木树冠叶面积预估模型的决定系数(R²)为0.87,RMSE为0.3847,拟合效果好,可以很好地预测人工长白落叶松立木树冠叶面积,为以后叶面积分布和光合作用的研究提供了理论基础.     

利用线性混合效应模型模拟杉木人工林枝条生物量

基于福建省将乐林场45株人工杉木解析木的572组枝条生物量数据,采用线性混合效应模型方法,建立杉木人工林枝条总生物量和枝、叶生物量的预测模型,并利用独立样本数据对模型进行检验.结果表明： 线性混合效应模型比传统多元线性回归模型的拟合精度高.不同随机效应参数的组合,其混合模型的精度不同.考虑异方差结构的混合模型能够消除数据间的异方差性,其精度更高,其中,对于枝条总生物量和叶生物量模型,以指数函数作为异方差结构时的模型精度最高;对于枝生物量模型,以常数加幂函数作为异方差结构时的模型精度最高.模型检验结果表明：对于杉木人工林枝条生物量预测模型,考虑随机效应和异方差结构的线性混合模型的检验精度比传统多元线性回归模型的精度有明显提高.     

基于混合模型的红松人工林枝条动态研究

采用孟家岗林场79株人工红松4 987个枝条的枝解析数据,分别构建了人工红松枝条基径、枝长线性混合效应模型和枝条基径、枝长生长混合效应模型。利用SAS9.22统计软件对模型参数进行求解,并通过AIC、BIC及LRT对收敛的非线性模型之间的差异性进行显著性检验。结果表明:对于基径和枝长的线性混合效应模型,模型中所有参数的t检验均显著,参数的标准误差比较小,模型的稳定性很好。对于基径生长的非线性混合效应模型,在不考虑样地效应的条件下,对于模型参数b1和b3的组合,无论是AIC还是BIC都比较小。当考虑到样地效应的过程中,同样是参数b1和b3的组合形式取得最小的AIC和BIC,因此在考虑到样地效应时,这种参数的随机效应组合形式是最优模型。对于人工红松枝条枝长生长的非线性混合效应模型,当没有考虑样地效应时,通过比较不同参数的随机组合的随机效应,可以得知,当参数b1和b3组合的过程中,无论是AIC还是BIC都比较小。当考虑到样地效应的过程中,参数b3和b4的组合形式取得最小的AIC和BIC,因此在考虑到样地效应时,这种参数的随机效应组合形式是最优模型。     

长白落叶松人工林心材变化规律

依据黑龙江省孟家岗林场49株人工落叶松1179个圆盘和轮盘数据,分析了心材半径的纵向变化规律.结果表明: 心材半径随树高增高而逐渐减小,与树干外形基本一致,其中去皮半径(XR)、胸径(DBH)及形成层年龄(CA)与心材半径之间关系较显著,利用逐步回归分析建立落叶松心材半径(HR)和面积(HA)模型:HR=b₁+b₂XR²+b₃CA+b₄XR, HA=b₁+b₂DBH·XR+b₃CA+b₄DBH·XR².应用AIC、BIC、对数似然值以及似然比检验等模型评价指标,对利用样地、样木效应拟合的心材半径和面积模型进行比较.当考虑样木效应拟合心材半径和面积模型时,将b₁、b₂、b₃作为混合参数得出的模型最好.混合模型的预测精度高于基本模型.在应用上,总体心材半径和面积可以通过混合模型来预测.采用Beta回归模型模拟了心材比例,模型中各参数均显著,决定系数较高,模型模拟效果较好.     

基于混合效应的兴安落叶松树高与胸径关系模拟

以黑龙江省带岭林业局大青川林场和永翠林场的兴安落叶松人工林为研究对象,基于41块样地调查数据和Richards模型,构建了含有林分变量的树高与胸径关系模型。利用混合效应模型方法拟合常规Richards模型yij=(β1+bi1)(1-e-(β2+bi2)xij)(β3+bi3)+εij和含有林分变量的模型yij=(β1+bi1)(Dq)(β2+bi2)(1-e-(β3+bi3)(N(β4+bi4))xij)+εij。结果表明:当对Richards混合效应模型拟合时,引入随机参数b1、b2时模型拟合最好;当对含有林分变量的Richards混合效应模型拟合时,引入随机参数b2、b4时模型拟合最好。模型检验表明:当随机抽取独立样本时,混合模型误差小于固定效应模型。如果随机抽取4个样本校正时,混合模型的误差和均方根误差降低71.8%和42.1%。     

黄土高原北部典型灌丛枝条生物量估算模型

于2015年8月末在陕西神木县六道沟小流域采集200个柠条和210个沙柳枝条,测定枝条的基径(D)、长度(H)、含水量(W₀)、鲜质量(W_F)和干质量(W),选用指数函数和异速生长方程建立了4种由枝条形态指标估算枝条生物量的简易模型,并对模型的拟合效果进行验证. 结果表明: 对于柠条和沙柳灌丛,基于D、H二者组合变量(D²H)的异速生长方程是估算枝条生物量的最优模型,该模型经线性转化后可以消除生物量数据的异方差性,且拟合效果最优,决定系数(R²)最大,平均误差(ME)、平均绝对误差(MAE)、总相对误差(TRE)、平均系统误差(MSE)和平均绝对百分误差(MPSE)整体上最小,基本满足生态学研究的精度要求.     

南岭小坑小红栲-荷木群落的地上生物量

采用皆伐法对南岭小坑800 m²小红栲 荷木次生群落(24 a)的生物量进行实测,并建立了生物量回归模型,分析群落地上部总生物量(AGB)在森林各层次、各树种及乔木层各器官中的分配规律.结果表明: 在亚热带次生常绿阔叶林,构建混合树种生物量模型的标准木数量最好在12株以上.基于伐倒实测265株阔叶乔木树木的群落混合阔叶树种地上生物量模型为:AGB=0.128D^2.372和AGB=242.331(D²H)^0.947,并且获得小红栲、荷木和萌条杉木单个树种的生物量模型.群落地上部总生物量为115.20 t·hm^-2,其中,乔木层和下木层分别为111.25和1.01 t·hm^-2,层间植物0.36 t·hm^-2,凋落物层2.58 t·hm^-2.小红栲和荷木分别占乔木层地上部总生物量的39.1%和28.7%.树干和枝叶生物量分别占乔木层地上部总生物量的81.0%和19.0%.     

东北林区4个天然针叶树种单木生物量模型误差结构及可加性模型

基于276株实测生物量数据,构建了东北林区红松、臭冷杉、红皮云杉和兴安落叶松4个天然针叶树种总量及各分项生物量一元、二元可加性生物量模型.采用似然分析法判断总量及各分项生物量异速生长模型的误差结构(可加型或相乘型),而模型参数估计采用非线性似乎不相关回归模型方法.结果表明: 经似然分析法判断,4个天然树种总量及各分项生物量异速生长模型的误差结构都是相乘型的,对数转换的可加性生物量可以被选用.各树种可加性生物量模型的调整后确定系数R_a²为0.85～0.99,平均相对误差为-7.7%～5.5%,平均相对误差绝对值<30.5%.增加树高可以显著提高各树种可加性生物量模型的拟合效果和预测能力,而且总量、地上和树干生物量模型效果较好,树根、树枝、树叶和树冠生物量模型效果较差.所建立的可加性生物量模型的预测精度为77.0%～99.7%(平均92.3%),可以很好地预估东北林区天然红松、臭冷杉、红皮云杉和兴安落叶松的生物量.
     

Hg2+浓度和藻类食物密度对多刺裸腹溞生命表统计学参数的影响

为了比较不同食物密度下污染物浓度对受试生物的慢性毒性,以多刺裸腹溞作为受试生物,研究了斜生栅藻密度较低(0.5×106 cells·mL^-1)、中等(1.0×10⁶ cells·mL^-1)和较高(2.0×10⁶ cells·mL^-1)条件下,不同Hg²⁺浓度(0、0.4、1.1、1.8、2.5、3.2和3.9 μg·L^-1)对多刺裸腹溞生命表统计学参数的影响.结果表明: 在较低和较高的食物密度下,一定浓度的Hg²⁺对多刺裸腹溞的存活、生殖乃至种群增长具有不利的影响;但中等食物密度下其不利影响消失.与对照相比,较低食物密度下,0.4~2.5和3.9 μg·L^-1的Hg²⁺显著缩短了多刺裸腹溞的生命期望,0.4、1.1、2.5和3.9 μg·L^-1的Hg²⁺显著缩短了世代时间,1.1、2.5和3.9 μg·L^-1的Hg²⁺显著降低了净生殖率,3.9 μg·L^-1的Hg²⁺显著降低了总生殖率.在较高的食物密度下,1.1 μg·L^-1的Hg²⁺显著降低了多刺裸腹溞的种群内禀增长率;3.9 μg·L^-1的Hg²⁺显著降低了多刺裸腹溞的生命期望和净生殖率.但在中等食物密度下,3.2 μg·L^-1的Hg²⁺显著延长了多刺裸腹溞的生命期望.在较低的食物密度下,Hg²⁺浓度与多刺裸腹溞的生命期望、世代时间和总生殖率之间均具有显著的剂量-效应关系;但在中等和较高的食物密度下,Hg²⁺浓度与多刺裸腹溞的生命表统计学参数间均无显著的剂量-效应关系.     

中国东北羊草草原生长季内产量生态模拟及信息参数应用

通过对中国北方羊草草原生物量动态、生物量垂直空间格局及其与环境因子相互关系等主要产量生态数量特征的模拟与内在相关性的研究 ,结果表明 ,草地地上生物量的生长规律呈“单峰”型 ,最大地上生物量出现在 8月 5日 ,其值为1 97.3g· m- 2 干物质 ,而后下降 ;在达到峰值前 ,符合 logistic模型 ,进一步分析模型有关特征值获得了草地有效管理期为返青后的第 73天到第 1 1 9天等十分重要的产量生态信息参数。生长季内地上生物量动态与前一个月的平均气温 ( R=0 .82 87)和积累降雨量 ( R=0 .8932 )均呈极显著正相关 ,这是实施科学水肥管理的重要参数 ;而地上部生物量最大绝对增长速率 ( AGR)出现在 6月 2 0日至 7月 5日 ,平均为 3.35 33g· m- 2 · d- 1干物质 ;而地上部生物量最大相对增长速率( RGR)出现在 5月 2 0日至 6月 5日 ,平均为 0 .0 6 6 2 g· g- 1· d- 1干物质 ;在生长后期绝对增长速率和相对增长速率均出现负值 ,这表明地上部生物量的生长效率在生长初期最高。地上生物量垂直空间格局由下向上呈幂函数变化 ,其模型为 :Bn=a Xb,其中 93%的产量集中在 4 0 cm以下 ,这对不同的家畜的选择利用与刈割利用提供了依据 ;不同种群对草原牧草产量形成的作用是不同的 ,羊草种群对草原牧草产量形成的正向     

陇中黄土高原主要造林树种细根生物量分布

以2 mm为粗、细根的划分界限,采用根钻法对黄土高原安家沟流域油松、白杨、山杏、刺槐、沙棘和柠条6个主要造林树种细根分布进行研究,并测定不同林地下土壤含水率和土壤理化性质.结果表明： 在水平方向上,油松细根生物量呈先增大后减小的二次多项式分布,其他5个树种细根生物量均呈对数分布,水平根系发达,细根主要分布在冠幅半径2~3倍的范围内,表明各植被通过水平扩展来获取更多的土壤水分.在垂直方向上,随着土层深度的增加,细根生物量均呈减小趋势.6种植被细根生物量与土壤水分、容重呈显著负相关,与有机质、全N含量呈显著正相关.     

Hg2+浓度和藻类食物密度对多刺裸腹溞生命表统计学参数的影响

为了比较不同食物密度下污染物浓度对受试生物的慢性毒性,以多刺裸腹溞作为受试生物,研究了斜生栅藻密度较低(0.5×106 cells·mL^-1)、中等(1.0×10⁶ cells·mL^-1)和较高(2.0×10⁶ cells·mL^-1)条件下,不同Hg²⁺浓度(0、0.4、1.1、1.8、2.5、3.2和3.9 μg·L^-1)对多刺裸腹溞生命表统计学参数的影响.结果表明: 在较低和较高的食物密度下,一定浓度的Hg²⁺对多刺裸腹溞的存活、生殖乃至种群增长具有不利的影响;但中等食物密度下其不利影响消失.与对照相比,较低食物密度下,0.4~2.5和3.9 μg·L^-1的Hg²⁺显著缩短了多刺裸腹溞的生命期望,0.4、1.1、2.5和3.9 μg·L^-1的Hg²⁺显著缩短了世代时间,1.1、2.5和3.9 μg·L^-1的Hg²⁺显著降低了净生殖率,3.9 μg·L^-1的Hg²⁺显著降低了总生殖率.在较高的食物密度下,1.1 μg·L^-1的Hg²⁺显著降低了多刺裸腹溞的种群内禀增长率;3.9 μg·L^-1的Hg²⁺显著降低了多刺裸腹溞的生命期望和净生殖率.但在中等食物密度下,3.2 μg·L^-1的Hg²⁺显著延长了多刺裸腹溞的生命期望.在较低的食物密度下,Hg²⁺浓度与多刺裸腹溞的生命期望、世代时间和总生殖率之间均具有显著的剂量-效应关系;但在中等和较高的食物密度下,Hg²⁺浓度与多刺裸腹溞的生命表统计学参数间均无显著的剂量-效应关系.     

不同饵料对魁蚶稚贝生长和存活的影响

在温度23.5～24.0 ℃和盐度29.5～30.0条件下,研究了球等鞭金藻、小球藻、牟氏角毛藻和新月菱形藻4种单细胞藻类单独及组合投喂24 d后对魁蚶稚贝生长与存活的影响.结果表明: 不同饵料投喂条件下,稚贝存活率均在95%以上,不同处理组间差异不显著.单一饵料投喂组中,球等鞭金藻组的稚贝生长最快,小球藻组的稚贝生长最慢.组合投喂组中,球等鞭金藻与其他3种单胞藻混合(1∶1)投喂组稚贝壳长及特定生长率均优于其他组,其中与小球藻混合投喂的效果最好,稚贝壳长和壳高的特定生长率分别为5.6%·d^-1和6.4 %·d^-1.研究结果可为魁蚶人工苗种培育技术的优化提供参考依据.
     

基于PLS分析石斛品质与生态因子的相关性

基于中药材产地适宜性分析地理信息系统(TCM-GIS)平台,获得了采样区域11个生态因子值.应用偏最小二乘回归法(PLS)分析了石斛中的化学成分及其与生态因子的相关性.结果表明: 同种石斛不同产地的化学成分含量差异显著.土壤类型与铁皮石斛中多糖含量呈极显著正相关;年降水量与金钗石斛中石斛碱积累呈极显著正相关;温度是影响鼓槌石斛中毛兰素含量的主要因素.主成分分析表明,浙江是铁皮石斛的最佳产地,贵州是金钗石斛的最佳产地,而云南是鼓槌石斛的最佳产地.