基于分位数回归的长白落叶松人工林最大密度线

基于东北地区378块固定样地和415块临时样地的调查数据和Reineke方程,利用线性分位数回归技术建立了不同分位点(τ=0.90、0.95、0.99)下的长白落叶松人工林最大林分密度与林木平均胸径的关系模型,选出拟合长白落叶松人工林最大密度线的最优模型. 利用人为选取最大的拟合数据,采用最小二乘(OLS)和最大似然(ML)回归同时建立最大密度线模型. 采用极值统计理论的广义Pareto模型推算现实林分特定径阶的极限最大株数,进一步建立极限密度线模型. 将线性分位数回归模型与其他方法进行对比.结果表明: 在全部径阶范围内选取5个最大数据点拟合的方法能够得到现实林分的最大密度线,选取的样点过多会使模拟结果偏离最大密度线,且ML法要优于OLS法. 分位点为0.99的线性分位数回归模型能够取得与ML接近的拟合结果,但分位数回归模型参数的估计结果更稳定. 人为选取拟合数据具有一定的人为性,最终选取分位点为0.99的分位数回归模型为拟合最大密度线的最优模型,参数估计结果为k=11.790、β=-1.586,极限密度线模型的参数估计结果为k=11.820、β=-1.594. 所确定的极限密度线位置略高于最大密度线,但二者差异不明显. 由固定样地数据的验证结果可知,所建立的最大林分密度线及极限密度线能够对现实林分的最大密度及极限密度进行预测,为长白落叶松人工林的合理经营提供依据.     

黑龙江省黑河地区森林地上生物量和NPP估测及时空格局

根据黑龙江省黑河地区2005和2010年1390块固定样地数据和东北地区树种生物量异速模型,估算各样地单位面积森林地上生物量(AGB)和净初级生产力(NPP).结合该地区2005和2010年两期ETM⁺遥感图像,运用地统计克里格与协同克里格法对AGB和NPP进行插值,比较多种方差函数的拟合效果,并用最佳插值方法得出该地区AGB和NPP的分布图;通过两期分布图的对比,分析该区域AGB和NPP随时间和空间的动态变化趋势,及其与地形因子(坡向、坡度、海拔)和不同林分类型的时空变化规律.结果表明: 2005—2010年,黑河地区AGB呈现增加趋势,高于40 t·hm^-2的生物量面积明显增加;NPP有所下降,出现高NPP地区向低NPP地区转变的现象.AGB和NPP与各地形因子均有一定的相关性,其中,与海拔的相关性明显,说明AGB和NPP的分布受海拔影响显著.研究期间,AGB在各个坡向均有所提高,NPP则降低;AGB和NPP随着坡度增大、海拔增高有增加趋势;常绿针叶林AGB和NPP增长最多,针阔混交林AGB增长最少,落叶阔叶林NPP增长最少.     

帽儿山阔叶混交林天然更新幼苗幼树地径-树高模型

基于黑龙江省东北林业大学帽儿山实验林场48块天然阔叶林幼苗幼树调查数据,在8个备选模型中为主要更新树种选择最佳地径(D₀)-树高(H)模型作为基本模型,通过再参数化在基础模型中引入林分因子,并建立样地水平混合效应模型,最后分别对基础模型和混合效应模型进行独立样本检验.结果表明:各树种幼苗幼树的地径-树高关系存在明显的正相关,幂函数或包含幂函数的模型能较好地拟合幼苗幼树地径和树高的关系;基础模型中引入林分因子[林分优势高(H_T)、林分平均胸径(D_g)、林分胸高断面积(BA)]能提高模型的拟合效果,各树种剩余均方根误差(RMSE)下降1.3%～7.4%(平均3.8%),但调整后的决定系数(R_a²)仅仅提高0.1%～1.1%(平均0.6%),赤池信息准则(AIC)下降3.2%～35.2%(平均下降11.4%).对春榆、椴树、水曲柳等10个树种建立混合效应模型,混合效应模型的R_a²比基础模型有所提高,增幅为0.5%～3.5%(平均增加2.2%);RMSE和AIC比基础模型的小,RMSE下降的幅度很大,为3.9%～20.3%,平均下降13.9%,AIC减少4.0%～44.4%(平均减少22.3%).模型检验结果显示,相对于基础模型,混合效应模型的平均绝对误差(MAE)减小0.0001～0.46 m,平均减小0.08 m;平均预测误差百分比(MPSE)降幅较大,为0.1%～6.2%,平均降幅2.0%.说明混合效应模型既能提高模型的拟合效果,又能提高模型的预测能力.本研究构建的阔叶混交林主要更新树种幼苗幼树地径-树高模型为天然阔叶林结构分析和林分生长预测提供了参考.     

樟子松人工林一级枝条基径和枝长模型的研究

以东北林业大学帽儿山实验林场樟子松人工林为研究对象,采用枝解析的方法,于2002年、2003年测定了53株林木（年龄17～38a,直径8．61～21．5cm,树高7．48～18．24m）的树冠变量,建立了基于总着枝深度（DINC）和树冠内一级枝条基径（BD）、枝长（BL）的预估模型。对于大小相同树木的一级枝条,这些树冠变量随着DINC的增加而增大,而林木的胸径（DBH）、树高（HT）变量又很好地反映了不同大小树木的基径和枝长的变化。采用独立检验样本对构建的树冠内一级枝条基径和枝长模型进行了拟合统计量和精度检验,结果表明：模型预测效果良好,精度均达到95％以上。构建的一级枝条基径和枝长模型为进一步合理地描述樟子松人工林树冠的形状及其变化以及三维可视化经营提供依据。     

落叶松人工林空间结构优化的探讨

基于落叶松(Larix olgensis Henry)人工林固定标准地ML707的每木检尺数据,针对人工林普遍具有混交度低,分布均匀的特点。主要从林分竞争机制和树冠营养空间利用情况等方面提出了利用Hegyi竞争指数、生长空间指数、生长空间竞争指数分析优化林分空间结构,进一步比较了不同择伐强度下林分空间结构变化的大小。研究结果表明：14%左右为林分最优的择伐强度,空间优化达到最佳,优化后林分竞争态势减小,营养空间利用程度增大,林分空间结构得到改善。     

樟子松人工林一级枝条基径和枝长模型的研究

以东北林业大学帽儿山实验林场樟子松人工林为研究对象,采用枝解析的方法,于2002年、2003年测定了53株林木（年龄17~38 a,直径8.61~21.5 cm,树高7.48~18.24 m）的树冠变量,建立了基于总着枝深度（DINC）和树冠内一级枝条基径（BD）、枝长（BL）的预估模型。对于大小相同树木的一级枝条, 这些树冠变量随着DINC的增加而增大,而林木的胸径（DBH）、树高（HT）变量又很好地反映了不同大小树木的基径和枝长的变化。采用独立检验样本对构建的树冠内一级枝条基径和枝长模型进行了拟合统计量和精度检验,结果表明：模型预测效果良好,精度均达到95%以上。构建的一级枝条基径和枝长模型为进一步合理地描述樟子松人工林树冠的形状及其变化以及三维可视化经营提供依据。     

大兴安岭地区天然落叶松林乔木碳增量的研究

基于1990~2010年黑龙江省大兴安岭地区4期森林资源连续清查的602块固定样地数据,分析了大兴安岭地区天然落叶松林年均枯损木碳释放量、进界木碳储量、碳净增量的动态变化以及随立地质量、林分密度的变化规律。结果表明：该地区各龄组碳释放量在0.133 7~0.484 1 t·hm^-2·a,碳释放量随着龄组的增大而增大;进界木碳储量在幼龄林时较大,为0.128 2 t·hm^-2·a,近熟林最小,为0.040 0 t·hm^-2·a,其他龄组差异不大;碳净增量随着龄组的增大而减小,幼龄林、中龄林、近、成、过熟林分别为1.374 9、0.982 1、0.649 9、0.538 1、0.240 7 t·hm^-2·a;相同立地质量条件下,各龄组碳释放量与林分密度成正比。幼龄林、中龄林、成熟林随林分密度的增大进界木碳储量减小,近熟林和过熟林规律不明显。除幼龄林之外,各龄组在林分密度为中时,林分碳净增量最大;相同林分密度条件下,各龄组（近熟林、成熟林无明显规律）碳释放量与立地质量成负相关关系。各龄组（过熟林除外）立地质量越好,进界木碳储量越小;相同林分密度条件下,立地质量越好,碳净增量越大。     

基于不同预测变量的天然椴树可加性地上生物量模型构建

森林生物量是森林生态系统的最基本数量特征,生物量数据是研究许多林业问题和生态问题的基础,因此,准确测定生物量对于计算碳储量以及研究气候变化、森林健康、森林生产力、养分循环等十分重要.目前,测算森林生物量常用的方法为生物量模型估算法.本研究基于小兴安岭地区和张广才岭地区97株实测生物量数据,建立了3个天然椴树立木可加性生物量模型系统(基于胸径的一元可加性生物量模型系统、基于胸径和树高的二元可加性生物量模型系统、基于最优变量的最优可加性生物量模型系统),采用非线性似乎不相关回归法进行参数估计,用加权方法解决模型的异方差问题,并采用“刀切法”进行模型检验.结果表明: 3种可加性生物量模型系统均能较好地对椴树各部分生物量进行拟合和预测(调整后确定系数R_a²>0.84,平均预测误差百分比MPE<8.5%,平均绝对误差MAE<16.3 kg,平均百分标准误差MPSE<28.5%),其中,树干和地上生物量的拟合效果优于树叶、树枝和树冠;在引入树高和树冠因子后,提高了模型的拟合效果和预测能力(R_a²提高0.01～0.04,MAE降低0.01～4.55 kg),缩小了预测值置信区间的范围,树干、树叶和地上生物量提高较多,树枝和树冠提高较少.总体来看,最优生物量模型系统效果最好,其次为二元生物量模型系统,再次是一元生物量模型系统,添加树高和树冠因子进行生物量模型的构建十分必要.     

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.     

黑龙江省不同地区红松人工林碳密度及其分配

森林碳密度及其分配格局是探究森林碳循环和全球碳循环的重要内容。本研究采用样地清查和异速生长方程的方法测定黑龙江省不同地区(小兴安岭南坡、张广才岭东坡、张广才岭西坡和完达山)红松人工幼龄林碳密度及其分配特征。结果表明:(1)不同地区红松人工林植被碳库、碎屑碳库差异显著,土壤碳库和总碳库碳密度差异不显著,分别在35.95~76.36、3.52~11.34、101.96~173.37和154.54~256.78 tC·hm-2波动;各组分分配比例差异显著,分别为18.78%~30.34%、1.79%~5.24%和65.58%~79.43%。(2)不同地区红松人工林乔木层各器官(除树叶)碳密度及其分配均差异显著,干、枝、叶和根的碳密度分别在22.47~47.11、2.30~12.31、2.90~5.80和7.02~17.16 tC·hm-2波动,各器官分配比例在51.98%~64.80%、6.68%~17.19%、6.55%~8.34%和20.23%~22.55%。(3)不同地区红松人工林根冠比(R/S)、土壤碳密度(含碎屑层碳密度)与植被碳密度比(SC/VC)均差异显著,各地区比值范围分别为0.26~0.29和2.31~4.69。(4)胸高断面积与乔木层碳密度、植被碳库和森林生态系统总碳库皆呈极显著正相关关系(P0.01),能够很好地反映其碳密度的动态变化。