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日本落叶松人工林林分结构与生长量预测研究

马友平  
【摘要】: 日本落叶松作为一个外来树种,在湖北省建始县长岭岗林场栽种已有五十余年,现生长良好;为当地的经济建设和产业结构调整,起来到了巨大的作用,丰富了当地的物种多样性,改善了生态环境。为了更好的经营利用好日本落叶松人工林,本研究从构建数字林业经营的理念出发,构建了数字高程模型(DEM),提取地形特征值坡度和坡向。这为我们进一步进行生境质量评价提供了原始数据源。在生境质量评价时,对主要因子的筛选采用逐步回归法,最终得出坡度、坡向、海拔、土层厚度对日本落叶松生长影响显著,选定作为生境质量评价的主要因子。生境质量的量化评价选用灰色定权聚类法,各因子的权重采用层次分析法确定,求得海拔的权重为0.0616,土层厚度的权重为0.1737,坡度的权重为0.2910,坡向的权重为0.4737,阴坡排第一位。 土层厚度分布图通过地统计学中的普通克立格法(OK法)获得,变异函数选用了误差相对较小的指数模型,偏基台值为17.35,块金值为90.814,基台值为108.164,空间变异性质指数为83.9%,空间相关性较弱,土层厚度的变异更多的是由随机因素引起的。 树高、胸径、材积是研究林分结构和生长量的三主要测树因子,在设置的43块临时标准地中随机的抽取了20块标准地,经分析有65%的标准地服从正态分布,100%服从Weibull分布。进一步按灰色定权聚类法对20块标准地的生境质量进行评定,然后按生境质量相似性,分径阶统计林木株数,分析发现,全部都不服从正态分布;而生境质量为好、差类型的均服从Weibull分布,中等生境质量的不服从Weibull分布。应用全部43块临时标准地,采用平均标准木的方法获取了不同龄阶的平均胸径、平均树高、平均材积值,通过分析平均树高(H)与平均直径(D)之间存在H=0.4365D1.3292关系,相关指数为0.9957,则由D-Weibull分布可以导出H-Weibull分布,写出了树高理论概率分布表。在分析其结构规律后,对林木的总生长量采用了七种方法进行研究;连年生长量的分析采用的是对人工神经网络、经验生长方程莱瓦科威克式,理论生长方程理查兹式求一阶导数而得。若以对三测树因子总生长量拟合的残差平方和最小为标准,则胸径的最佳预估法为人工神经网络,残差平方和为0.29,树高为理论方程理查兹式,残差平方和为0.4900,材积为灰色-马尔柯夫,残差平方和为0.0002。若以三测树因子残差平方和之和,从小到大的排序结果看,理论方程理查兹经验方程莱瓦科威克式灰色-马尔柯夫灰色人工神经网络人工神经网络灰色遗传算法GM(1,1),),且理论方程理查兹式各测树因子的残差平方和均小于1,因此认为在研究三测树因子生长量的几种研究方法中以理论方程理查兹式为优。 该研究的主要创新点有以下3个方面。 1应用DEM模型提取特征因子和基于地统计学的土壤厚度研究,具体量化的对日本落叶松人工林的生境质量进行评价,来对日本落叶松的林分结构规律进行研究。 2在对三测树因子的生长量研究时,其中采用了人工神经网络法,为了得到连年生量,采取了对神经网络函数求一阶导数的方法。 3在确定四主要因子的白化权函数时,坡度、海拔、土厚度均可找到典型的白化权表达函数,而坡向找不到。原因有二:其一、因坡向值的提取是在ArcView软件中进行,无坡向被赋值-1,其它值则在00-360°之间。其二、据已有的大量研究资料表明,日本落叶松虽是阳性树种,但不耐上方庇荫,在阴坡、半阴坡的生长比阳坡、半阳坡要好,考虑到坡向值取值的连续性和人们的习惯,找不到现有的典型白化权函数和以前相似的研究。


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