樟子松人工林树冠表面积及体积预估模型的研究

基于樟子松(Pinus sylvestris var. mongolica)人工林6块固定标准地30株枝解析数据,在分析树冠表面积和树冠体积与林分变量和林木变量的基础上,利用幂函数建立了树冠表面积（CSA）和树冠体积(CV)的预估模型,同时还对林木材积生长量与CSA和CV进行了相关分析。研究结果表明：樟子松人工林树冠表面积和树冠体积随着林木胸径、树高和冠长的增大而增大,林木材积生长量与树冠表面积和树冠体积均明显呈线性关系。不同林分条件的樟子松人工林CSA和CV随林分年龄和胸径的增大而增大,CSA随林分密度的增大而减小,而CV与林分密度相关不紧密。林分树冠表面积和树冠体积预估模型的检验结果表明,两个模型的平均相对误差都在±8%之内,预估精度均大于91%,说明所建模型可以很好地预估樟子松人工林不同林分条件下的林木树冠表面积和树冠体积。     

红松杈干类型与林分密度、个体生长指标及丰年株均结实量的关系

选取4种密度的红松人工林,设置15块25 m×40 m的临时样地,采用单因素Logistic回归分析和Meta分析方法定量分析了不同杈干类型与红松林分密度、树高、胸径、冠幅及丰年结实量的关系。结果表明:杈干率随着密度的增大呈现降低趋势,与密度600株·hm~(-2)相比,密度750、900和1200株·hm-2的杈干发生概率分别降低了24%、51%和59%;3种杈干类型中以双杈为主,样地内双杈类型株数占杈干总株数的60%以上;杈干对红松各项生长指标和丰年结实量均有显著影响(P≤0.05),杈干木的平均树高、胸径、冠幅和丰年单株球果产量与未杈干木相比分别增加了2.12%、4.69%、4.89%和29.57%;不同杈干类型对红松树高、胸径和结实的影响规律不同,单杈类型对红松生长和结实指标影响不显著(P0.05),其平均树高、胸径、冠幅、丰年单株结实量分别比未杈干类型增加了1.49%、1.99%、1.47%和20.64%;双杈和多杈干类型的各指标与未杈干类型相比有显著差异(P≤0.05),其平均树高、胸径、冠幅及丰年单株球果产量比未杈干木分别增加了2.07%和2.90%,6.00%和6.09%,6.29%和5.99%,及34.61%和26.22%。Logistic回归模型和Meta分析结果证明,红松杈干木对生长结实的促进效应明显,其中双杈和多杈干类型的促进效应表现明显,单杈木的杈干效应不明显,40 a左右的红松人工林杈干效应在林分密度600~750株·hm~(-2)是最佳的。     

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。     

红松人工林林木果实产量预估模型

以黑龙江省佳木斯市孟家岗林场红松人工林为研究对象,基于在12块固定样地中测定的579株红松单株结实量数据,采用Logistic回归模型及非线性回归模型构建了红松单木果实产量预测模型。首先,根据各样木的结实情况,采用SAS9.22统计软件建立了人工红松单株木结实与否的Logistic概率模型,并作为判断林木是否结实的基础模型。然后,通过分析红松人工林单木结实量与林木各调查因子的关系,构建了单株木果实产量的非线性预测模型。结果表明,文中建立的Logistic模型判断红松结实的正确率在65%以上。通过分析拟合效果,选择y=a(D2CW)b作为红松人工林果实产量预估的最优模型,其预估精度为77%,残差分布均匀,模型的拟合效果较好。最后采用2号样地实测的果实产量数据对两个模型同时进行了检验,结果表明该样地结实量的预估精度为92.78%。本研究为人工红松果实产量的预测提供了可行的方法。     

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。     

人工红松树干内部节子体积预测模型

基于黑龙江省林口林业局林场和东京城林业局林场29块标准地中49株人工红松1207个节子数据,使用图片处理软件Digimizer对节子纵剖面图片数据进行提取,将节子形状用一个二维散点图表示。根据节子二维形状散点图,把人工红松节子分为3种类型: 活节(整个节子为健全节)、未包藏死节(节子由健全节和疏松节组成)和包藏死节(节子的健全节和疏松节部分被树干包藏)。3个类型节子的健全节体积通过对健全节形状参数方程求积得到;疏松节体积利用圆柱体的体积计算得到;节子总体积等于健全节体积与疏松节体积之和。最后,基于节子变量(节子直径、节子相对高、节子总长度)和树木变量(胸径),采用样地和树木水平的线性混合模型建立了红松人工林健全节体积、疏松节体积和节子总体积的预测模型。与基础模型相比,考虑样地和树木水平的混合效应所建立的健全节体积、疏松节体积和节子总体积预测模型,其参数估计更精准,残差分布更均匀,拟合精度明显提高。检验结果表明,基础模型预估精度均在90%以上,引入样地和树木效应的混合模型的预估精度均在93%以上,说明所建模型可以很好地预测红松人工林节子体积大小。     

樟子松人工林树冠结构的分形分析

基于樟子松人工林7块固定标准地中的31株解析木的树冠体积和叶量,以幂函数关系(F=Av^(D/3))建立了预估树冠表面积的分形维数。同时根据生物量实测数据,建立预估叶量的生物模型Lw=0.180397D^3045903H^-1.67348。基于枝解析、树干解析数据,动态地预估了一年、二年、三年前的树冠体积,并结合树冠体积、叶量的这种幂函数关系可以动态地预估一年、二年、三年前树冠表面积的分形维数,从而反映出树冠结构的动态变化规律。为了了解不同分级样木的分维数变化情况,利用2003年调查的4块生物量标准地数据,根据单株树木各个枝条占据的空间体积与该枝条的带叶枝干重的关系,计算了各标准地不同分级样木树冠的分维数。为探讨单株样木树冠的分维数的计算提供了一种可行方法。树冠的分维数作为表征树冠的动态生长变化是一有用和可靠的指标。     

红松人工林优势木竞争指数影响因子

在温带湿润气候区东段不同立地条件下的红松人工林内设置面积为600 m~2(20 m×30 m)的70块矩形固定样地。在每个样地内,选取5颗最高且长势较好的优势木作为研究的对象木,用Voronoi图确定优势木相应的竞争木,测定每一块样地内优势木与竞争木之间的距离。采用Hegyi单木竞争指数模型,分析优势木在不同样地水平上的种内竞争强度,探讨林分生长因子、地形因子、土壤养分因子对优势木竞争指数的影响,并对这3类因子与优势木竞争指数进行相应的拟合和相关性分析。结果表明：红松人工林优势木竞争强度随着优势木胸径的增大而变小,并且两者之间的关系服从幂函数;红松优势木的竞争指数与其树高、胸径、冠幅呈极显著的相关关系(P<0.01);坡向、坡位、海拔对竞争指数影响极显著(P<0.01);红松人工林优势木竞争指数的大小与土壤氮磷钾含量均呈极显著的相关关系(P<0.01);pH值对优势木竞争指数的影响不显著。当红松人工林优势木平均胸径达到45cm,优势木平均树高和冠幅大于周围竞争木时,其对周围资源的利用程度增大,林木会发生自然稀疏现象,其所受的竞争压力减小。红松喜光性强,对水分的要求高,...     

落叶松人工林单木模型的研究

根据吉林省松江河林业局所实测的落叶松人工林(Larix olgensis)临时标准地66块、固定标准地18块以及8块团状枝解析样地资料,通过对林分中优势木生长及树冠结构与动态的分析,提出适于树木生长的Korf方程并用来构造林木的潜在生长函数。选择林分密度指数(SDI)作为反映林分中林木之间平均拥挤指标。在单木竞争指标的选择上,通过引进树冠因子,并在与传统的竞争指标相比较的基础上,淡化距离因子的作用,应用优势木相对树冠表面积构造了与距离无关的单木竞争指标,以此建立了落叶松人工林单木生长模型。     

黑龙江省东部地区红松人工中幼龄林生物量研究

运用非线性联立方程组建模理论建立红松立木相容性生物量模型,然后利用模型计算出人工红松各个样地林木各器官和样地总生物量。以林分年龄、林分平均胸径、林分密度等因素为制约条件,讨论分析林分生物量在林木各器官之间的分配规律,并且探究林分年龄、林木大小和林分密度的变化对林分生物量的影响。结果表明:幼龄红松人工林林分生物量与平均胸径成正相关关系;林分密度对林分生物量影响较大,并且随着密度的增大而增大,且最适合的林分密度范围是1 000~1 400株·ha-1;红松人工幼、中龄林林分生物量各器官分配规律相同,表现为树干树根树枝树叶,地上生物量占林分生物量79%左右;林分地上和地下生物量大概呈3.8∶1的比例。     

天然红松球果产量与林分和环境因子的关系

为了分析林分因子和气候因子与天然红松球果产量之间的关系,在凉水自然保护区原始阔叶红松林中分别设置3块面积为50 m×50 m的标准地和3块林缘标准地,调查了标准样地内每株红松的结实量并测定林木因子(胸径、树高、树龄等)与气候因子(温度、相对湿度、降水量等),采用相关分析法确定显著影响因子。结果表明:相同林分条件下,单株球果产量随胸径、树高的减小而增加,胸径与球果产量的拟合度更好;不同林分条件下,单株球果产量与林龄的变化趋势有一定关系,但是不显著;不同年度间平均单株球果产量与球果成熟当年5月份月均温度、当年6月份月均温度、前一年6月份降水量等气候因子相关关系显著。     

基于树冠竞争因子的落叶松人工林单木生长模型

基于黑龙江省佳木斯市孟家岗林场落叶松人工林14块固定标准地的两期调查数据(2007、2009年),通过分析树冠变量与林木生长的关系,构建了2个树冠竞争指数(CIa、CIb),并将其作为单木竞争指标构建了落叶松人工林与距离有关的单木生长模型。研究结果表明:文中提出的二个树冠竞争指数优于Hegyi竞争指数(CI),落叶松各个竞争指数与林木断面积生长量相关性大小顺序为CIbCIaCI。随着对象木影响圈的扩大,竞争指数趋于稳定,对模型的拟合效果有所提高。林木大小是影响落叶松单木生长的主要因子,胸径越大,单木生长量越大。通过引入与距离有关的树冠竞争指数将单木模型的拟合优度提高了5.6%。本文构建的与距离有关的单木生长模型可以很好地预估人工落叶松单木的断面积生长量。     

杉木风景游憩林冠径与胸径关系研究

为研究杉木风景游憩林标准林分密度（立木株数）,确定合理抚育间伐强度提供科学依据。本文在福建将乐国有林场通过设置杉木人工林39块标准地和2 906株每木检尺实测数据,建立了福建将乐杉木人工林树冠径与胸径以及冠径与胸径比值(cd/D)关系,并分析了冠径与胸径比值在风景游憩林树木空间、林分密度和间伐强度中的应用。研究表明:胸径在2~43 cm之间时,相关系数(R²)达0.919 5,呈显著线性相关,其中2~35 cm模型精度较高,35~43 cm误差较大。通过对不同大小的杉木(cd/D)比值进行分析,得出随着胸径增大比值是逐渐减小的,并且减小的趋势随着胸径的增大趋于平稳,最后趋于一个常数。     

北京地区侧柏人工林密度效应

密度是影响森林尤其是人工林生长的重要因素,林冠层是森林生态系统与其他系统进行能量和物质交换的重要场所,树木及树冠生长对林分密度的响应关系可以看作是生物对环境变化产生的适应性现象。林分密度效应是生态学和森林培育学的重要研究内容之一。以23块8种不同密度梯度的北京山区侧柏人工幼龄林林分为研究对象分析其树木生长及树冠生长对密度的响应关系,其中树冠指标使用了参照了美国林务局(USDA)的树冠调查指标。研究结果表明:(1)林分平均胸径、平均树高和平均冠幅生长均随密度增大而减小,林分密度大于3000株/hm2时各指标减小的趋势变缓,使用异速生长模型可以很好地拟合这种变化关系;(2)随密度增加,树冠水平方向和垂直方向生长均到显著地抑制作用,树冠外形表现出由饱满冠型向狭长冠型变化的适应性现象;(3)使用树冠二维、三维指标与密度进行相关性分析可知树冠长度、树冠率等指标与林分密度呈负相关关系,树冠圆满度及树冠生产效率与密度表现出极显著正相关关系;(4)采用枝解析的方法研究了树枝长度、材积的平均生长量、连年生长量与密度的关系,结果表明幼龄期各生长量差异不大;(5)在建立冠幅模型时考虑了自变量间的多重共线性问题,所建的胸径单自变量二次方模型能够很好地预测侧柏人工幼龄林冠幅生长过程,模型相关系数R2为0.961。     

小兴安岭红松针阔混交林立木掘根特征

测定了小兴安岭红松针阔混交林76个样方(20 m×20 m)内127株掘根倒木的形态指标、根系指标和立地条件,分析掘根差异的影响因子以及掘根木外形参数与根部土壤的关系.结果表明：不同树种的掘根数量差异显著,以冷杉受掘根危害最重,红松次之,榆树最轻.阔叶树种的抗掘根性能优于针叶树种.树木对掘根的抗性随胸径和树高的增加先快速降低后逐渐升高,分别在20 cm径级和14 m高度级处达到最低;树木尖削度和树冠投影面积越小,抗掘根性能越好;掘根率与林分密度呈显著负相关.处于湿地、缓坡、中低海拔处或迎风坡的树木掘根风险更大.掘根时受扰动土壤的深度、面积及体积与倒木胸径、树高及材积之间呈显著相关.     

基于树种分类的帽儿山阔叶混交林树高-胸径模型

天然林的林分结构复杂、物种多样性丰富,为分析林分生长与制定合理的森林经营决策方案带来了巨大的挑战。树高-胸径关系对于预测林分生长、制定森林管理经营措施具有重要意义。本文基于48块帽儿山阔叶混交林样地的调查数据,根据树种结构、生长特征及生态学特性将23个树种分为4个树种组,通过再参数化方法建立包含林分、林木竞争、树种混交情况及物种多样性变量的广义模型,并建立样地、树种组两水平混合效应模型,利用留一交叉验证法检验模型的预测能力。结果表明：Ratkowsky(1990)模型为最优基础模型,引入优势木平均高、大于对象木断面积之和、树种占比和Shannon指数能更好地解释帽儿山阔叶混交林树高-胸径关系;引入样地、树种组混合效应模型可显著提高模型的预测精度,R_a²为0.83。此外,在相同梯度的环境因素下,喜光树种比耐荫树种表现出更高的树高。本研究利用所构建的树高-胸径模型分析了树种混交及树木功能性状对树高生长的影响,为精准预测阔叶混交林不同树种的树高以及进一步分析阔叶混交林分生长关系提供理论基础。     

坡面单木圆锥形树冠投影边界的模型理论

遮荫作为树冠对辐射截留的集中表现,与林下环境,特别是光环境特征具有密切关系.为满足坡地人工林下作物、中药栽培环境模拟、预测和控制的理论需要,以圆锥形树冠为研究对象,借助几何光学中光的直线传播原理,根据水平投影与坡面投影的亲似对应关系,在坡平面直角坐标系内讨论树冠的坡面投影形状、确定投影关键点坐标,在测树因子、经纬度、坡度、坡向、时间（包括时刻和日期）等变化要素基础上建立坡面投影理论边界模型Z（x′,y′）=0.经模拟验证,各时刻实测与计算阴影边界曲线相关系数大于等于0.928、显著水平（P）均达到0.01,表明该模型可较精确地描述正圆锥的坡面投影.在此基础上,进行模型的实用检验和分析,选择北半球中纬度单株樟子松,计算得到5月12日8：00～14：00树木遮荫影响最远到达东0.69倍树高、西1.18倍树高、南0.2倍树高、北0.4倍树高,绝大多数阴影位于近似扇环的区域内,计算结果符合北半球太阳视运动规律且实际观测结果与计算值之间相关系数为0.983（P=0.008）,证明该模型适用于树冠的遮荫分析,并可能在邻体遮光干扰的进一步研究中发挥作用.最后讨论该模型的优点及局限性,明确模型在实际研究中合理运用的条件.     

臭冷杉生物量分配格局及异速生长模型

摘 要：臭冷杉是长白山阔叶红松林中重要针叶树种,采用整株收获法分析21株臭冷杉地上地下生物量分配格局。在枝条水平上采用样枝直径（BD）、样枝长度（BL）、样枝所在轮生枝位置（WP）建立活枝、针叶生物量异速生长模型,在植株水平上采用胸径（DBH）、树高（H）、年龄（Age）、树冠长度（CL）、树冠比率（CR）、南北向冠幅（CW1）、东西向冠幅（CW2）等变量建立树干木质、树皮、活枝、针叶、粗根及整株生物量模型。并利用逐步线性回归法获得不同器官生物量最优模型。结果表明：（1）活枝生物量主要集中在树冠中下层,针叶生物量集中在树冠中层。树冠中层和下层枝叶生物量无显著差异（p>0.05）;（2）21株臭冷杉地上生物量和地下生物量变动范围分别为1.026–506.047 kg/株和0.241–112.000 kg/株。粗根、活枝、针叶、树干木质、树皮及枯枝生物量占整株生物量的相对比例分别为18.68%、18.39%、12.02%、39.29%、8.70%和2.92%;（3）地上生物量与地下生物量呈显著线性相关（p<0.001）,拟合线性方程斜率为0.23;（4）枝条水平上,活枝生物量模型解释量超过95%,平均预测误差小于30%。与单变量（BD）活枝生物量模型相比,2变量（BD、BL）和3变量（BD、BL、WP）模型解释量分别提高1.2%和2.0%,平均预测误差分别下降6.26%和9.27%。针叶生物量相对较难预测,模型解释量仅为82.7%,平均预测误差接近50%,模型中增加BL 和WP变量并未提高针叶生物量的预测精度。活枝生物量与BD、BL、WP正相关,针叶生物量与BD正相关,与BL、WP负相关;（5）植株水平上,基于胸径的单变量模型可解释量大于90%,增加树高变量未能显著提高生物量模型的预测精度。年龄决定了臭冷杉的树干生物量,忽视年龄变量将会产生生物量预测误差。树冠特征是影响枝叶生物量预测精度的重要变量。综合考虑模型的可解释量及回归系数显著性可知,胸径是预测臭冷杉不同器官生物量的可靠变量。     

树冠结构对典型阔叶红松林生产力的影响

阔叶红松(Pinus koraiensis)林是东北东部山区的地带性森林植被, 阐明其生产力的影响因素, 对于理解温带森林生产力维持机制具有重要意义。该研究依托小兴安岭典型阔叶红松林9 hm²动态监测样地, 基于2005和2015年的30 m × 30 m样方内所有胸径>6.5 cm的木本植物的调查数据, 计算各样方的树冠结构复杂性、物种多样性和林分胸高断面积, 结合各样方的地形和土壤理化性质数据, 拟合结构方程模型, 定量分析影响典型阔叶红松林生产力的直接和间接因素。研究结果显示: 树冠结构复杂性和物种多样性与生产力显著正相关, 且树冠结构复杂性对生产力的影响显著高于物种多样性; 树冠结构复杂性对生产力的作用分为树冠垂直分层和树冠可塑性, 其中树冠垂直分层是树冠结构复杂性影响阔叶红松林生产力的主要因素, 而树冠可塑性无显著影响; 林分胸高断面积与生产力显著正相关, 其解释权重仅次于树冠结构复杂性, 树冠结构复杂性与物种多样性均通过影响林分胸高断面积对阔叶红松林生产力产生间接影响; 考虑不同树冠结构复杂性时, 坡度和土壤全磷含量代表的环境因素在调节生产力上发挥的作用存在差异, 移除树冠垂直分层的作用后两者与生产力呈显著的负相关关系。综上可知, 在典型阔叶红松林中, 树冠结构复杂性比物种多样性更有效地解释了生产力的变化, 同时不可忽视其他生物和非生物因素对生产力的作用。     

基于边际回归的沈阳市绿化树种人工油松冠形模拟

构建城市典型绿化树种树冠外部轮廓预估模型,可以为城市绿化树种的空间配置优化奠定基础。本研究以辽宁省沈阳市典型绿化树种人工油松为对象,基于Crown Window装置获取60株样木树冠形状,利用幂函数、分段抛物线方程和修正Kozak方程选取基础模型,通过再参数化引入树冠结构因子(最大树冠半径)和相邻木竞争变量(相邻木平均树高、平均胸径、平均冠幅、相邻木株数,以及样木与其相邻木平均树冠接触高),构建耦合相邻木竞争及树冠结构因子的油松树冠外部轮廓预估模型。结果表明: 修正Kozak方程R_a²最大、均方根误差(RMSE)最小,模型稳定性良好,选取其为构建油松冠形模型的基础模型。通过再参数化在基础模型中引入最大树冠半径和相邻木平均胸径后,模型的R_a²提高0.0693,MSER为14.4%。分析最大树冠半径和相邻木竞争对油松树冠形状的影响发现,最大树冠半径对树冠形状影响较大,树冠半径随最大树冠半径增大而增大;相邻木平均胸径对树冠形状影响相比最大树冠半径较弱,树冠上半部分随相邻木竞争增强而增大,树冠下半部分随相邻木竞争增强而变小。本研究构建的耦合相邻木竞争及最大树冠半径的油松树冠外部轮廓边际回归模型具有良好的拟合优度,能够合理地模拟及预测沈阳市典型绿化树种人工油松的树冠形状。