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。     

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。     

闽楠容器苗各器官生物量的分配格局及水分特征研究

以1.5年生闽楠(Phoebe bournei)容器苗为研究对象,揭示其在不同高度阶段各器官的含水率及生物量的分配格局,为闽楠的培育及利用提供理论依据。研究表明：①随着高度的增加,闽楠容器苗的生物量及各器官生物量也随之增加,各器官生物量分配大小表现为根生物量＞叶生物量＞茎生物量＞枝生物量;其中茎生物量分配随着高度的增加而增加,叶生物量分配则是随着高度的增加呈现先增加后减少的变化曲线,根生物量分配随着高度增加而先减少后增加。苗高与基径,树高、基径与叶、干、根、茎（干+枝）生物量以及地上、地下和单株生物量都具有极显著相关关系;树高、基径与枝生物量相关关系不显著;②高度为20~25 cm的闽楠幼苗其茎、叶的含水率达到最大峰值50%,其变化曲线相对比较平稳,而幼苗高度处于35~45 cm时根部含水率的最大峰值是61%,变化曲线振幅相对较大;③植株根含水率与茎、叶、地上生物量积累呈显著正相关,而叶含水率则与植物各器官生物量呈显著负相关。     

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.
     

杉木半同胞子代林的遗传测定和综合指数选择

本研究对四年生杉木半同胞子代林49个家系的遗传测定结果表明：树高、胸径、冠幅等性状呈高度遗传;枝粗、枝数等性状呈弱度遗传;枝数与大多性状间呈不显著遗传负相关;树高、胸径之间遗传相关显著;冠幅、年轮盘数、枝粗及枝长四者之间遗传相关极显著;该四性状与高、径之间呈极显著遗传相关．采用综合指数选择摸式得指数方程为I=1.647P1 2.993P2 1.522P3 0.086P4-0.ll7P5-1.779P6-1.995P7,据此选出遗传型最佳家系,并分析了综合指数选择法的合理性和有效性．     

科尔沁沙地黄柳再生枝与现存枝形态和光合特征的比较

对黄柳经平茬后形成的再生枝和未平茬的现存枝的光合作用、株高、基径、叶片大小等形态特征进行了比较研究,结果表明再生枝比现存枝具明显的生长优势;再生枝高度及高度频度分布均与现存枝十分接近;再生枝基径显著大于现存枝,前者过细和过粗枝条的比例均较低,基径频度分布趋于正态分布,后者细枝条比例较高,基径频度分布符合对数正态分布;同时再生枝叶片更长、更宽,叶长和叶宽接近于平均值的叶子所占比例更大。在上午时段内叶片温度和光合有效辐射随气温同步上升,黄柳叶片的净光合速率总体上都比较高,再生枝和现存枝之间的表现差异明显。     

坝下地区防护林不同树种生长特征

采用标准样地调查法对防护林林分结构指标进行调查,研究河北坝下地区丰宁县小坝子乡不同防护林树种榆树、杨树及油松的动态变化规律.结果表明: 该区域榆树、杨树和油松纯林的平均年龄均为10年,杨树纯林的平均胸径和树高分别是榆树纯林的2.3和3.8倍,是油松纯林的2.3和3.0倍.杨树纯林的平均胸径、树高、叶面积指数(LAI)、活枝下高等指标显著大于榆树纯林和油松纯林.与杨树混交林相比,杨树纯林的林分密度高10.8%,纯林平均胸径则低5.2%,平均树高低11.3%;与榆树混交林相比,榆树纯林的林分密度高6.6%,纯林平均胸径、树高分别低7.8%和14.2%;与油松混交林相比,油松纯林的林分密度大4.9%,纯林平均胸径和树高分别低29.3%和31.8%.各林分类型的平均胸径、树高与密度呈显著负相关;平均LAI与密度和活枝下高呈显著正相关,与胸径、树高呈显著负相关;平均活枝下高与密度呈显著正相关.针阔混交林的胸径和树高生长显著优于针叶纯林.该区域防护林综合生长潜力呈上升趋势,而横向生长潜力总体上呈下降趋势.     

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.     

福建柏地理种源遗传变异及早期选择研究

福建柏17个地理种源4～5年幼林期树高、胸径生长均有极显著差异,其中胸径差异大于树高.种源×地点交互作用显著,树高和胸径生长量山区＞半山区＞丘陵区.种源生长性状存在以纬向渐变为主的地理变异趋势.根据胸径遗传增益大于种源平均值15%以上的选择标准,初步选出适宜不同生态环境造林地的3个优良种源,其遗传增益为17.38%～21.05%.树高、胸径最大生长率均出现在4～5年幼林期,表明早期选择一定的可靠性.     

思茅松天然林树冠结构模型

以云南省普洱市思茅区思茅松天然林为研究对象,采用枝解析调查了34株思茅松样木的树冠数据,分析了一级枝枝长、枝径、着枝角度、弦长和树冠半径5个树冠形状变量的变化规律,分别构建其预估模型;分析了树冠结构变化,分别构建了一级枝轮枝高度预估模型、一级枝枝条数量预估模型和一级枝枝条数量累积预估模型,并采用独立样本进行模型统计精度检验。结果表明:8个预估模型的预测效果良好,精度达到91%以上,尤其是一级枝着枝角度模型和一级枝轮枝高度模型预测精度达到97%以上。研究结果合理准确描述思茅松树冠结构的变化,为思茅松天然林的经营管理提供科学依据。     

Development of biomass proportions in Norway spruce (Picea abies [L.] Karst.)

This study tests the hypotheses that (1) the above-ground structure of Norway spruce (Picea abies [L] Karst.) is derivable from the functional balance theory, and that (2) crown ratio is a key source of structural variation in trees of different age and social position. Twenty-nine trees were measured in three stands (young, middle-aged, and mature), with three thinning treatments (unthinned, normal, and intensive) in the two older stands. There was a strong linear relationship between the total cross-sectional area of branches and that of stem at crown base. Foliage mass was linearly related with stem basal area at crown base. Also an allometric relationship was found between foliage mass and crown length. The mean length (weighted by basal area) of branches obeyed an exponential function of crown length. The parameters of most of these relationships were independent of slenderness (tree height/breast height diameter) and tree age However, total branch cross-sectional area per stem cross-sectional area in the young trees was greater than in the older trees. The young trees also had slightly shorter branches than predicted by the mean branch length equation. This was probably caused by branch senescence which had not yet started in the young stand. The older trees had a relatively long lower crown segment which was growing slowly and senescing. It was proposed that a segmented crown structure is characteristic of shade tolerant tree species, and that the structural model could be further developed by making the two segments explicit.     

Nonlinear mixed-effects branch diameter and length models for natural Dahurian larch (<Emphasis Type="Italic">Larix gmelini</Emphasis>) forest in northeast China

Key message

We developed the generalized branch diameter and length models using the multi-level nonlinear mixed-effects techniques for the natural Dahurian larch ( Larix gmelini ) forest in northeast China.

Abstract

Dahurian larch (Larix gmelini) is the most commercially cultivated timber species in northeastern China due to its ecological prevalence and its superior wood attribute. However, its timber quality was largely driven by the crown architecture, i.e., the number, size and distribution of branches. The majority of branch-level models in the literature are focused on planted forests, which have substantially different crown architecture than that grown in natural mixed forests. Therefore, the goal of this investigation was to develop branch diameter and length models for Dahurian larch that are grown in natural mixed forests. A multi-level nonlinear mixed-effects model technique, including the fixed-effects, random-effects, variance functions and correlation structures, was employed to develop the branch growth models. The results suggested that the cumulative branch diameter and length were both increased with the increases of branch depth into the crown. Diameter at breast height (DBH) had significant positive influences on the branch size; however, tree height (HT) produced negative influences on the branch size, i.e., larger DBH and smaller HT could lead to larger branch size. Model fitting and validation results confirmed that we should avoid developing over-complex models from the perspective of application. As for the branch diameter and length models in our study, addressing the stand and tree level effects as random component were quite reliable and accurate for predicting the branch growth process of Dahurian larch in northeastern China.

     

不同林分起源的相容性生物量模型构建

目前为止已有不同方法构建生物量相容性模型,但不同林分起源的生物量相容性模型很少报道。针对此问题,以150株南方马尾松(Pinus masson iana)地上生物量数据为例,利用比例平差法和非线性联立方程组法建立不同起源地上生物量以及干材、干皮、树枝和树叶各分项生物量相容的通用性模型。根据分配层次不同,两种方法又各自考虑总量直接控制和分级联合控制两种方案。从直径、树高、地径、枝下高和冠幅5个林分变量中选取不同的变量构建一元、二元和三元生物量模型,并利用加权最小二乘回归法消除生物量模型中存在的异方差性。结果为:比例平差法和非线性联立方程组法都能有效保证各分项生物量总和等于总生物量,模型预测精度满足要求。总体而言,非线性联立方程组方法比比例平差方法精度高,同时两种方法中总量直接控制法比分级联合控制法预测效果好;各分项生物量模型本身作为权函数能有效消除异方差;各分项对应的三元生物量模型预测精度最高,其次是二元生物量模型,最低是一元生物量模型,但这些差异不是很大。总之,为权衡考虑模型预测精度和调查成本,建议把直径和树高作为协变量利用总量直接控制非线性联立方程组法对不同起源生物量建模。     

尾叶桉人工林种群密度的研究

探讨了5.6年生尾叶桉种群密度与冠幅、胸径、树高、立木单株材积、林分蓄积量、木材性质及保存率等的作用规律和相关模型.结果表明,密度对胸径、立木单株材积、冠幅及枝下高的影响达到极显著水平;对蓄积量、木材纤维宽度的影响达显著水平;对树高、木材气干密度和木材纤维长度虽有一定的影响,但不显著.其中,密度与蓄积量、枝下高、木材纤维宽度呈正相关关系;而与胸径、立木单株材积、冠幅呈负相关关系.此外,尾叶桉具有较宽的合理密度范围;作为短周期浆纸林,其最佳密度应确定为2000株·hm_-2.     

尾叶桉人工林种群密度的研究

探讨了５．６年生尾叶桉种群密度与冠幅、胸径、树高、立木单株材积、林分蓄积量、木材性质及保存率等的作用规律和相关模型。结果表明,密度对胸径、立木单株材积、冠幅及枝下高的影响达到极显著水平;对蓄积量、木材纤维宽度的影响达显著水平;对树高、木材气干密度和木材纤维长度虽有一定的影响,但不显著。其中,密度与蓄积量、枝下高、木材纤维宽度呈正相关关系;而与胸径、立林单株材积、冠幅呈负相关关系。此外,尾叶桉具有较     

A new method to estimate branch biomass from terrestrial laser scanning data by bridging tree structure models

Background and AimsBranch biomass and other attributes are important for estimating the carbon budget of forest stands and characterizing crown structure. As destructive measuring is time-consuming and labour-intensive, terrestrial laser scanning (TLS) as a solution has been used to estimate branch biomass quickly and non-destructively. However, branch information extraction from TLS data alone is challenging due to occlusion and other defects, especially for estimating individual branch attributes in coniferous trees.MethodsThis study presents a method, entitled TSM_tls, to estimate individual branch biomass non-destructively and accurately by combining tree structure models and TLS data. The TSM_tls method constructs the stem-taper curve from TLS data, then uses tree structure models to determine the number, basal area and biomass of individual branches at whorl level. We estimated the tree structural model parameters from 122 destructively measured Scots pine (Pinus sylvestris) trees and tested the method on six Scots pine trees that were first TLS-scanned and later destructively measured. Additionally, we estimated the branch biomass using other TLS-based approaches for comparison.Key ResultsTree-level branch biomass estimates derived from TSM_tls showed the best agreement with the destructive measurements [coefficient of variation of root mean square error (CV-RMSE) = 9.66 % and concordance correlation coefficient (CCC) = 0.99], outperforming the other TLS-based approaches (CV-RMSE 12.97–57.45 % and CCC 0.43–0.98 ). Whorl-level individual branch attributes estimates produced from TSM_tls showed more accurate results than those produced from TLS data directly.ConclusionsThe results showed that the TSM_tls method proposed in this study holds promise for extension to more species and larger areas.     

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。     

综合面向对象与决策树的毛竹林调查因子及碳储量遥感估算

综合面向对象和CART决策树方法,对浙江省安吉县山川乡毛竹林分布信息及胸径、树高、郁闭度等调查因子和地上部分碳储量进行遥感定量估算.结果表明: 综合基于多尺度分割的对象特征及决策树,能够充分利用不同尺度层次信息关联的优势,实现毛竹林专题信息高精度提取,其用户精度达到89.1%;基于对象特征构建的毛竹林调查因子回归树估算模型,其估算结果均能达到正常或较好水平,其中,郁闭度回归树模型的精度最高为67.9%,估算效果较好;而平均胸径和树高估算的总精度相对较低,这与采用光学遥感数据进行森林树高、胸径估算达不到理想结果的结论一致;毛竹林地上部分碳储量回归树模型的估算结果较好,高值区域估算精度达到80%以上.     

长白落叶松半同胞家系生长和木材性状遗传变异与联合选择

长白落叶松（Larix olgensis）是我国东北重要的用材树种,根据生长和木材性状对其进行综合选择至关重要。本研究以吉林省延边自治区汪清林业局32年生的49个长白落叶松半同胞家系为材料,对其9个生长性状（树高、地径、胸径、3 m径、材积、尖削度、冠幅、分枝角和通直度）和4个木材性状（木材基本密度、管胞长度、管胞宽度和管胞长宽比）进行测定与分析。结果表明：不同变异来源间所有性状差异均达极显著水平（P<0.01）;各性状家系遗传力均较高（0.51~0.96）;表型变异系数为3.04%（分枝角）~23.15%（冠幅）;各性状相关系数为-0.367（管胞宽度与管胞长宽比）~0.994（胸径与材积）;主成分分析结果表明,4个主成分的累计贡献率达到78.46%,包含了家系生长性状和木材性状的大部分信息;分别以生长和木材性状对家系进行综合评价,初步筛选出5个生长性状优良家系（S78、S81、S80、S84和S83）和5个木材性状优良家系（S37、S51、S6、S30和S19）,结合生长和木材性状初步筛选出5个优良家系（S89、S74、S76、S82和S83）。本研究初选的材料可以为良种选育提供基础,亲本可以为改良种子园营建提供材料。