【目的】单木生长受气候、林分等多种因子影响,需要利用适当的方法厘清气候以及林分中影响林木生长的主导因子。随机森林等机器学习方法提供了一种新的途径,需要检验利用随机森林算法分析气候和林分因子对林木生长影响的可靠性,为森林生长收获预估提供新的方法。【方法】以吉林省汪清林业局20块落叶松-云冷杉混交林固定样地25年(1986—2010年)间连续调查数据作为研究材料,候选气候和林分因子52个,利用随机森林算法建立了包含气候和林分的单木胸径生长模型,分析气候和林分因子对单木胸径年平均生长量的影响:基于52个超参数组合(决策树数目ntree=1 000、决策树每个结点随机选择的预测变量个数mtry={1, 2,···, 52})构建了52个随机森林模型,利用10折交叉验证法分别训练和评估52个随机森林模型;基于完整数据集,利用最优随机森林模型分析自变量对单木胸径年平均生长量影响的相对重要性以及偏依赖关系。【结果】ntree=1 000、mtry=12所对应的模型是52个模型中具有最佳泛化能力的模型,该模型具有最大的交叉验证决定系数R2cv(R2cv=0.54),以及最小的交叉验证均方根误差RMSEcv、交叉验证平均绝对偏差MAEcv和交叉验证相对均方根误差rRMSEcv(RMSEcv=0.14 cm、MAEcv=0.10 cm、rRMSEcv=50%)。单木胸径年平均生长量受林分因子的影响极大,相对重要性超过80.00%。8个林分因子中,大于对象木的林木断面积之和BAL对单木胸径年平均生长量影响最大,林分每公顷株数N对单木胸径年平均生长量影响最小,其他因子对单木胸径年平均生长量影响介于两者之间;单木胸径年平均生长量随BAL、林分每公顷断面积BA、N以及林分断面积平均胸径Dg的增加而下降,随对象木胸径与林分断面积平均胸径之比RD、林木期初胸径D0以及对象木胸径与林分中最大林木胸径之比DDM的增加而增加。单木胸径年平均生长量受气候因子的影响较小,相对重要性低于20.00%。44个气候因子对单木胸径年平均生长量的影响均较小(相对重要性均<1%),其中,生长季平均降水量(4—9月)与年均降水量之比Pratio、年总太阳辐射时长Asr、生长季平均降水量(4—9月)与生长季相对湿度(4—9月)之比Gspgsrh以及生长季太阳辐射时长(4—9月)Gssr是前4个相对重要的变量。【结论】随机森林模型能够较好地解析各变量与单木胸径年平均生长量之间复杂的关系,单木胸径年平均生长量受林分因子的影响极大,而受气候因子的影响较小。总体而言,在局部尺度上,林分因子是影响单木胸径生长的主导因子,而气候因子对单木胸径生长的解释能力有限。随机森林模型具有一定的泛化能力和统计可靠性,产生的变量重要性和偏依赖图具有合理的林学意义。

林木间普遍存在着空间自相关，这直接关联着林木间的竞争与相互作用。单木胸径树高模型是森林生长、收获与预测的基础，忽略林木间的空间自相关将会导致胸径树高模型的普通最小二乘（ＯＬＳ）回归违背残差独立分布假设，导致犯第一类错误的可能性变大，以及模型参数标准差的有偏估计和回归模型估计的有效性降低。因此，本文选择我国东北地区主要森林类型即天然云冷杉针阔混交林为研究对象，考虑林木间的空间自相关，选用合适的线性化单木胸径树高ＯＬＳ模型为基准模型，利用３个同步自回归（ＳＡＲ）模型即空间滞后模型（ＳＬＭ）、空间误差模型（ＳＥＭ）和空间ＤｕＲｂｉｎ模型（ＳＤＭ），构建该混交林的单木胸径树高模型。与此同时，每个ＳＡＲ．．．

以15块人工落叶松纯林演化后形成的落叶松云冷杉混交林为对象,间伐后12年观测结果,研究间伐对林分和树木生长、树种组成、物种多样性及土壤等因子的影响。间伐强度分为2级:中度(平均为20%)和强度(平均为30%)。结果表明:间伐促进了保留木生长的显著增加,但不同间伐强度间无显著差异。林分及单木的直径、断面积和蓄积生长率均表现相同的趋势即随间伐强度的增加而增加。但间伐没有显著地增加12年间的总收获量。伐后对照样地表现为较高的枯损,枯死木主要是落叶松和阔叶树。林分进界株数严重不足,进界的主要树种是云冷杉、阔叶树和红松,以耐荫树种为主。从枯损和进界看,如果能对红松和阔叶树进行保护,这种林分很可能逐渐演化...

【目的】混交林的稳定性、发展的可能性与空间结构密切相关，探究空间结构对林分生长量的影响对促进林分良性发展有着重要作用。本研究以天然云冷杉针阔混交林为对象，分析混交度（M）和大小比数（U）对单木生长量的影响，以期为该地区天然林林分结构调整提供科学依据和指导。【方法】选用2块云杉蓄积占总蓄积比例分别为0.1～0.2(1成云，1P)和0.4(4成云，4P)固定样地的5期监测数据，采用4株相邻木法计算空间结构三参数，绘制多元分布图，分析了1P和4P内各径级云杉、臭冷杉和红松在不同混交度和大小比数的胸径生长量变化规律。【结果】1P和4P均介于中度和强度混交（M分别为0.625和0.657）且呈随机分布；臭冷杉和红松的生长介于亚优势至中庸状态间（U=0.25～0.50），云杉在4P内介于亚优势至中庸状态间（U=0.48），在1P内介于中庸至劣势状态间（U=0.70）。云杉和臭冷杉的年胸径生长量随径级的增大而增大（P <0.05）。云杉在1P内的年胸径生长量低于4P，红松相反。【结论】不同径级下林木的生长具有显著差异，降低大小比数的同时适当提高混交度有利于林木的胸径生长。不同生长阶段的竞争不同导致了不同径级林木对混交度和大小比数响应的差异，故针对不同生长阶段的林木应采取不同的经营措施调整优化林分结构，促进林分长期的稳定发展。

用角尺度、混交度和大小比数3个林分空间结构参数对长白山过伐林区特有的长白落叶松Larix olgensis-云杉Picea jezoensis-冷杉Abies nephrolepis混交林进行了分析,目的是为长白落叶松-云杉-冷杉混交林林分结构的优化调整提供依据。结果表明:该林分的平均角尺度为0.520,林木分布格局为团状分布;林分的平均混交度为0.64,说明它是一个由不同树种组成的呈现中度混交结构状态的较复杂森林群落;从直径大小比数来看,林分中针叶树种具有胸径优势,尤其是云杉的直径优势最突出,红松Pinus koraiensis则分化严重,生长处于劣势。在实际应用中,可以根据林分平均角尺度以...

[目的]以吉林省汪清林业局金沟岭林场12块天然云冷杉针阔混交林样地为对象,基于12 953对实测树高-胸径数据,结合林分优势高分树种(组)建立基于BP神经网络的标准树高模型。[方法]在确定隐层节点数后经过反复训练得到各树种(组)的适宜模型结构,使用相同的建模数据(8块样地)求解两个传统的树高方程,再利用未参与建模的4块样地分别验证模型。[结果]表明:落叶松、云杉的适宜模型结构(输入层节点数:隐藏层节点数:输出层节点数)为2:5:1;红松、中阔(白桦、大青杨、榆树和杂木)的适宜模型结构为2:4:1;冷杉的适

[目的]探讨目标树经营对针阔混交林单木生长的影响，为针阔混交林群落生态恢复演替和森林质量精准提升提供技术支撑。[方法]以吉林省汪清林业局的云冷杉针阔混交林为研究对象，区分不同径级和不同树种，使用方差分析判断目标树经营与对照间、不同自由生长空间（FTG）之间目标树的胸径、材积生长量差异。[结果]1）与对照相比，除径级Ⅲ的材积生长量差异不显著外，目标树经营下的各径级目标树的胸径和材积生长量均差异显著，随着径级的增大，目标树的生长提升效果下降明显；2）目标树经营对先锋树种目标树生长的提升或抑制作用不显著，但能显著促进顶级树种和伴生树种目标树生长，且顶级树种更优；3）随着自由生长空间的增加，不同径级目标树的生长量均增大，但径级Ⅲ的材积生长量差异同样不显著；各径级胸径生长量在自由生长空间为4时（FTG4）最大，材积生长量在自由生长空间为3时（FTG3）最大；与经营前相比，最少需要多释放出2个方向的自由生长空间才会显著促进目标树生长；4）紫椴适合疏开2～3个生长方向，臭冷杉适合疏开2～4个生长方向，红松和鱼鳞云杉适合疏开3～4个生长方向。[结论]目标树经营可以显著促进目标树的生长，且有利于群落的恢复演替；云冷杉针阔混交林的目标树经营应重点关注中小径级，其次是大径级；目标树应按照不同树种的适宜性，释放2～4个方向的自由生长空间。

采用长白山林区２０１３年调查的１２块１ ｈｍ２固定样地中５个树种的幼树树高－胸径数据，用３５个树高曲线经验模型进行模拟、筛选。结果表明，Ｃｕｒｔｉｓ于１９６７年提出的三次多项式ｈ＝ａ０＋ａ１ｄ＋ａ２ｄ２＋ａ３ｄ３能够很好地拟合５个树种幼树的树高－胸径模型，决定系数（ｒ２）最高可达０．７８６ ５。用独立样本数据对该模型进行检验，结果表明，模型的表现能力良好，能够适用于本地区的云冷杉针阔混交林的幼树树高－胸径模拟。以空间代替时间的方法分析５个树种的幼树树高生长规律，发现色木幼树树高较大；红松和冷杉幼树树高生长类似；云杉幼树树高初期较小，而后期生长很快。本文提出的幼树树高模型可为抚育经营提供参考。

[目的]将生存分析方法和混合效应模型方法相结合,构建林木枯损模型,提高模型的模拟精度。[方法]以吉林省汪清林业局20块落叶松云冷杉林样地数据为材料,基于生存分析方法中的Cox比例风险函数模型方法,把林分因子和立地因子作为协变量加入到模型中去,构建林木的枯损及生存模型,并在此基础上考虑样地水平的随机效应,最后与不考虑样地水平随机效应的模拟效果进行比较分析。[结果]表明,Cox比例风险函数模型在描述林木枯损时,具有很好的适应性。单木初始胸径与林木的风险函数呈反比,与生存率呈正比;大于对象木断面积与风险函数呈正比,与生存率呈反比;初始林分公顷株数与风险函数呈正比,与生存率呈反比;立地因子对林木的枯损及生存没有显著影响。与固定效应模型相比,Cox比例风险函数模型在考虑了样地水平的随机效应后,模型的模拟精度获得明显的提高,并且达到极显著程度。由于大于对象木断面积和初始林分公顷株数两个变量在考虑了样地水平的随机效应后影响不显著,最后只考虑了单木初始胸径一个变量对枯损的影响,与不考虑随机效应相比,差异也达到显著水平。[结论]林木本身的大小对自身的枯损具有明显的影响,胸径小的林木较胸径大的林木更易枯损。在森林经营中,Cox比例风险函数模型的使用,可为森林经营者在确定合理的经营密度上提供很好的科学依据。

本研究以20块近天然落叶松云冷杉林为对象,基于4 309对实测树高-胸径数据,分树种(组)对31种常见的树高曲线进行了拟合。模型评价指标除考虑决定系数、均方误、平均误差、残差图外,还重点考虑模型的预测能力,即模型的预测区间和容许区间。结果表明:选出的树高曲线除落叶松和冷杉为线性模型外,其它均为三参数的Gompertzt和Logistic模型。研究给出了所选模型95%的预测区间及表示90%误差分布的容许区间,他们从统计上提供了模型将来用于预测的可靠性。

为了预测近天然落叶松云冷杉林的生长和发展,该文建立了近天然落叶松云冷杉林中长白落叶松、红松、云冷杉、中阔和慢阔5个树种(组)的单木枯损模型。数据来自于20个长期固定观测样地,共得到12853个观测数据,其中80%的数据用于建模,20%的数据用于模型验证。采用Logistic回归方法,考虑多重共线性逐步筛选出对枯损有显著影响的自变量;根据预测结果敏感度和特异度的最大和原则(MST原则)确定模型的概率阈值。结果表明:①起初胸径、竞争指数、林分密度、多样性指数、立地因子都是显著影响树木枯损的因子,但不同树种的影响因子各异。②起初胸径在所有模型中均极显著;竞争指数除在红松和慢阔模型中未进入模型外,在其...

【目的】基于与距离有关的Hegyi种内和种间竞争指数，构建以期初胸径及Hegyi竞争指数为预测变量的云冷杉天然林单木胸径生长预测模型。【方法】使用2013年金沟岭云冷杉林3块1 hm~2固定样地内实测数据，以非线性Logistic模型为基础模型，逐步引入期初胸径、种内和种间竞争指数，以探究竞争和生长对于单木胸径变化的影响，并利用非线性混合效应模型进行模型精度的提升。【结果】模型拟合结果显示：以期初胸径、种内Hegyi竞争指数、种间Hegyi竞争指数为预测变量，树种水平下随机效应作用在参数a_0、 a_2、a_3上时，模型具有最优的拟合效果，且未出现异方差现象。建模数据的调整决定系数（R~2_(adj)）、均方根误差（RMSE）、总相对误差（TRE）分别为0.512 6、0.607 1、3.651 9%，利用检验数据对模型进行独立样本检验，检验数据的R~2_(adj)为0.509 8，检验RMSE均为0.624 2，检验TRE均为3.883 1%，检验数据的残差分布未出现明显的异方差现象。【结论】云冷杉天然林中影响对象木胸径生长的因素包括单木大小因子与竞争因子。期初胸径对胸径生长的影响较大，为正向作用。竞争因子中，种内竞争和种间竞争均对单木胸径的生长具有明显的调控作用，为负向抑制作用。本文所构建的基于树种水平的非线性混合效应模型能够为研究区天然云冷杉林中对象木的胸径生长预测提供一定的理论基础以及技术参考。

【目的】混交林择伐技术对实现林分可持续经营至关重要。本文对择伐后的落叶松云冷杉林林分直径结构和生长动态变化进行研究,为科学进行择伐活动和合理调整林木径级株数结构提供参考。【方法】以落叶松云冷杉近天然混交林为研究对象,设置对照样地(0%)和轻度(20%)、中度(30%)、强度(40%)择伐样地各4块,利用伐后5~11年的观测结果,比较分析了不同强度择伐对落叶松云冷杉混交林林分结构及生长的影响。【结果】研究发现中度、强度择伐后落叶松云冷杉混交林断面积和蓄积生长率明显增大,表明择伐为林分中保留木创造养分空间,加速了林分胸径和蓄积的生长进程。伐后5~11年,对照样地和中度择伐样地Weibull分布曲线呈右偏,样地内中小径材居多,且中度择伐样地径级分布宽广;轻度择伐和强度择伐样地呈左偏分布,林分内中大径材较多。对照样地Weibull分布的c值变化不大,择伐样地c值随时间增加而增大,说明择伐去除劣势木,增加林分空间,林分结构得到优化。一定强度的择伐还能降低林分中林木的枯损率,而高强度择伐会增加林木风倒的风险。【结论】从可持续经营角度看,可根据不同经营目的选择适当的择伐策略。中度择伐后落叶松云冷杉林的林木生长速率明显增大,林分中林木径级较完整,林分结构稳定,林木枯损率减少,有利于林分生长的可持续发展。

【目的】准确预测林木的生存和枯损是森林生长收获模型系统中十分重要的组成部分。构建基于混合效应模型和生存分析方法相结合的林木生存模型,能够提高林木枯损模型的精度。【方法】以吉林省汪清林业局20块落叶松云冷杉林样地数据为例,基于生存分析方法中常用的6个时间参数分布回归模型(指数分布、Weibull分布、对数正态分布、对数Logistic分布、Gompertz分布及Gamma分布),把林分因子和立地因子作为协变量加入到模型中去,构建林木生存模型。并在此基础上考虑样地的随机效应,并与传统模型的模拟效果进行比较。【结果】研究结果表明,随着单木初始胸径的增加,其枯损的风险降低,生存率提高;随着单木大于对象木断面积值的增加,其枯损的风险增加,生存率降低;随着林分密度的增加,林木枯损的概率增加,生存率降低;立地因子对林木的生存没有显著影响;6个参数分布回归模型中,Weibull分布的模拟精度最高。与固定效应模型相比,Weibull分布模型在考虑样地水平随机效应后,模型的模拟精度获得明显的提高,并且达到极显著程度。【结论】在森林经营中,要提高林木的生存率,需采取科学合理的经营方法和经营时间,避免使林分的密度过大。

【目的】选择能够正确拟合经过采伐后的长白山云冷杉针阔混交林直径结构分布的模型。【方法】以长白山12块经过2~3次采伐的云冷杉过伐林固定样地数据为依据,分别运用负指数、三参数Weibull、限定混合Weibull模型拟合云冷杉混交林的直径分布。【结果】12块样地密度为535~1 035株/hm2,平均胸径变化不大,在20.1~23.9cm;所有样地直径分布偏度为正。除1号、7号样地的直径结构用负指数模型效果较好,2号、4号样地用三参数Weibull模型拟合效果较好外,其余样地均适合用限定混合Weibull模型拟合。【结论】3种分布模型中,负指数模型拟合近似"反J"型曲线时效果较好,而限定混合We...