基于凉水地区航空相片的主要针叶树种材积表编制

以2008年黑龙江省凉水国家级自然保护区航空相片及2009年森林资源连续清查数据为数据源,通过内定向、相对定向、绝对定向生成立体像对,并利用VirtuoZo NT软件中IGS数字化测图,对35个固定样地的3个针叶树种(红松、冷杉、云杉)提取树高与冠幅,并将提取数据与实测数据进行精度分析。结果表明:提取的树高和冠幅值具有一定的精度,其中树高平均精度为76%,冠幅的平均精度80%。基于以上提取结果,根据树高、冠幅和材积三者之间的关系,分别建立了3个树种的航空相片一元材积表和二元材积表。经检测,树高和冠幅因子与材积具有很好的相关关系。     

冀北山地白桦树种生长预测模型研究

树高、胸径和冠幅等林分参数不但可以预测森林蓄积量、生物量、林分结构等,还是森林资源调查及经营效果评价的重要因子。建立树高、胸径和冠幅预测模型可以为森林资源质量和林木生长状况的评价提供支撑。本文以冀北崇礼山地白桦树高、胸径及冠幅的实地测量数据为基础,采用林木生长常用的4种基础回归模型和2种经验模型进行生长关系预测研究。在所选取的基础回归模型和经验模型中,确定Richards经验模型为预测该地区白桦树高-冠幅、胸径-冠幅及树高-胸径关系的最佳模型,R~2为0.8以上。同时模型简单的幂函数和线性函数的拟合度也较好,对冀北崇礼山地的白桦生长研究也具有较强的适用性,模型精度评价指标决定系数R~2与经典Richards模型相差在8%以内。基于Richards经验模型构建的冀北崇礼山地白桦树高、胸径和冠幅生长关系,模型的精度评价指标较高具有一定的统计学意义,对冀北崇礼山地白桦的林分参数预测有重要的参考价值。     

凹叶厚朴二元立木材积方程的研究

通过实测239株凹叶厚朴样木的胸径、树高和材积,采用遗传算法,三次设计法,改进单纯形法拟合材积方程并与对数线性化最小二乘法进行比较.结果表明:采用遗传算法、三次设计法和改进单纯形法建立二元材积方程优于对数线性化最小二乘法;对数线性化最小二乘法的适用性检验统计量F不能服从F分布,说明不能用对数线性化最小二乘法拟合凹叶厚朴的材积方程;同时用模外25株凹叶厚朴样木进行检验,遗传算法、三次设计法和改进单纯形法建立的二元材积方程的理论材积与实测材积相吻合.采用遗传算法建立的立木材积方程编制了凹叶厚朴的胸径、树高二元材积表.     

闽楠优树子代生长性状与形质性状综合选择

测定、分析福建省永安国有林场闽楠8个种源41个家系的生长性状与形质性状及其遗传变异规律.结果表明:闽楠家系在树高、胸径、单株材积生长性状上差异均达到极显著水平,通直度形质性状差异达到显著水平;冠幅、分枝度差异未达到显著水平.以11 a林龄单株材积和树高、胸径、通直度作为选择依据,综合选出7个优良家系,平均树高、胸径、单株材积分别为8.68 m,11.48 cm,0.047 743 m3,家系遗传力分别为0.872 5,0.791 7,0.855 7,平均遗传增益分别为12.96%,16.84%,48.51%.这些优良家系可用于闽楠造林绿化和无性繁殖.     

主伐龄期马尾松半同胞子代测定林的变异分析及选择

为了评价和筛选优良马尾松种质资源,对3块已达主伐年龄(27、28、29 a)的马尾松半同胞子代测定林生长及形质性状进行分析和遗传评估。结果表明:各子代测定林生长和形质性状在家系间差异均达显著或极显著水平,家系的树高、胸径、材积、冠幅、枝下高受中度或中度以上遗传控制,具有很强的家系及家系内单株选择潜力; 遗传和表型变异系数以材积最大,胸径居中,树高较小。性状间表型和遗传相关分析表明,树高、胸径、材积之间呈强度遗传和表型正相关关系,冠幅、枝下高与各生长性状间呈中等偏上的正相关。利用多性状综合选择指数法评选出21个马尾松优良家系,其平均树高、胸径和材积分别为14.05 m、17.07 cm和0.157 6 m³,平均遗传增益分别为7.65%、12.33%和39.21%。利用家系-单株联合选择法评选出54个优良单株,其平均树高、胸径和材积分别达到15.53 m、24.98 cm和0.341 4 m³,平均遗传增益为13.61%、44.95%和164.98%。试验结果可为西南地区马尾松种子园定向培育供应良种,也可用于选择高世代种子园的建园材料。     

基于人工神经网络的日本落叶松生长量研究

通过对在长岭岗林场设置的43块标准地的调查,获得了不同龄阶单株木的胸径、树高、材积总生长量,以龄阶为输入矢量,胸径、树高、材积为目标矢量,建立拓扑结构为1-3-1的二层BP网络,隐层传输函数为logsig,输出层为线性函数Purelin.采用Matlab中人工神经网络包中的trainlm函数进行训练,学习函数选择动量梯度下降学习函数Learngdm,可得胸径、树高、材积的数学模型表达式,对表达式求一阶导数即为连年生长量,平均生长量为拟合值除以生长年龄.经检验三模型没有系统偏差可用,仿真效果较理想.用预留的两组数据进行模型检验,其平均预估精度分别为98.57%、98.56%、81.45%;由材积的连年生长量与平均生长量可以发现,数量成熟龄为32年.     

思茅松人工林不同空间配置模式下不同密度生长试验与分析

以12年生思茅松人工林为研究对象,采用标准地每木检尺方法,研究3种不同空间配置模式(组合式配置、正方形配置、长方形配置)下不同造林密度对其保存率、树高、胸径、冠幅、单株材积和活立木蓄积量的影响。结果表明:1组合式配置不同密度的树高、胸径、冠幅和单株材积在各处理间均存在极显著差异;区组间胸径和单株材积的分析说明,组合式配置不同密度和立地对其胸径和单株材积有较大的影响,但密度的影响更明显;组合式配置的保存率、树高、胸径、冠幅、单株材积均与密度成反比,活立木蓄积量与密度不成比例。2正方形配置和长方形配置不同密度的树高、胸径、冠幅和单株材积在各处理间均存在极显著差异,区组间差异不显著;不同密度对正方形配置和长方形配置的树高、胸径和单株材积有明显影响,正方形配置的保存率、树高和胸径均与密度成反比,活立木蓄积量与密度成正比,冠幅和单株材积与密度不成比例。3组合式配置培育思茅松大径材最适宜的密度是2 m×2 m×5 m,培育原料林最适宜的密度是1 m×2 m×4 m;正方形配置培育大径材最适宜的密度是2 m×2 m,培育原料林最适宜的密度是1 m×1 m;长方形配置培育大径材最适宜的密度是2 m×3 m,培育原料林最适宜的密度是1 m×2 m。     

基于近景摄影测量技术的关键林分参数的获取研究

为了研究利用摄影测量技术来获取和反演关键林分参数的准确性,从而为推算其他林分因子提供相关思路,以实现快捷高效的森林资源调查。选取了一片亚热带人工混交林作为实验样地,并利用样地中6个优势树种的实测数据分别构建了多个胸径-树高、冠幅回归模型,并得到了对应的最优模型;在此基础上,利用从点云数据中获取的树高和冠幅,反演出单株树木的胸径;最后通过分析实测胸径与基于点云计算得到的胸径之间的相关性来判断算法的准确度。结果表明:(1)6个树种的实测树高与基于点云获取的树高相关性较高,R~2均在0.7以上;(2)多数树种的实测冠幅与获取的冠幅相关性偏低,其中仅喜树的冠幅R~2高达0.88,其余树种的冠幅R~2最高只有0.61;(3)最优回归模型拟合胸径与实测胸径的回归分析中,发现高大落叶乔木比如马褂木、喜树的R~2均在0.7以上,而落叶小乔木比如樱花树以及柏类树木比如圆柏、龙柏等R~2最高仅0.25,雪松的R~2则为0.54。     

马尾松子代测定及优良家系选择

以15 a生马尾松子代林为研究对象,通过调查51个家系及1个对照的树高、胸径、地径等生长性状,计算其家系遗传力、单株遗传力、变异系数等遗传参数.结果表明:不同家系间树高、胸径、材积等性状存在极显著差异;树高、胸径、材积变异系数分别为12.37%,27.55%和57.85%,优树子代性状生长表现较好,具有较大的遗传变异潜力;树高、胸径和材积的家系遗传力分别高达79.87%,65.23%和66.6%.以各性状平均值+1/4标准差为临界值,按材积、胸径、树高4∶3∶3进行综合评价,选择7个生长表现好的家系,其树高、胸径、材积平均值为11.08 m,14.45 cm和0.095 9 m3,分别比对照高6.6%,21.3%和37.8%,平均遗传增益分别为4.22%,7.84%和18.29%.     

抗病湿地松、火炬松家系评价及优良家系选择

为了选择适合福建省南部地区生产推广的国外松优良家系,评价了福建华安西陂林场自美国引种的 抗病湿地松、火炬松基因库中各家系的生长性状。结果表明：引种的抗病湿地松、火炬松在福建省生长良 好,参试家系8年生时湿地松平均树高、胸径、冠幅分别为5.95 m、11.1 cm和3.30 m,火炬松平均树高、 胸径、冠幅分别为5.97 m、10.7 cm和3.66 m。抗病湿地松、火炬松的树高、胸径、冠幅生长性状在家系间 存在真正的遗传差异,这种差异受到中度或者中偏强度遗传控制。以树高和胸径遗传增益为主要指标,按 10 %入选率,选择出M39×8等5个湿地松优良家系,树高、胸径、冠幅平均值分别为8.69 m、13.9 cm、 4.48 m,分别比群体平均值高46.05 %、25.23 %和35.76 %,3性状平均遗传增益分别为16.63 %、11.90 % 和17.22 %;选择出(5-142)×(5-148)等5个优良火炬松家系,树高、胸径、冠幅平均值分别为7.69 m、 13.8 cm、4.95 m,分别比群体平均值高28.81 %、28.97 %和35.25 %,3个性状平均遗传增益分别为1717 %、17.02 %和20.17 %。依据此选择效果,这些国外松优良家系可在福建南部地区推广应用。     

培育措施对华山松果材兼用林生长和果实产量的影响

分析了不同培育措施(土壤类型、整地方式、造林方式、造林密度、林分结构、营林措施)对华山松果材兼用林生长和果实产量的影响.结果表明:不同土壤类型、造林密度、林分结构和营林措施对华山松的树高、胸径、冠幅和果实产量的差异都达到极显著水平;不同整地方式和造林方式对华山松的树高、胸径、冠幅、枝下高及果实产量的差异都不显著.在此基础上,初步总结出营建华山松果材兼用林的关键技术措施.     

崂山林场不同密度赤松林的生长差异研究

研究了崂山林场不同密度下赤松人工林的生长差异性以及胸径与冠幅的相关性。不同密度下赤松人工林径阶分布呈现先增后减的趋势,随着林分密度的增大,胸径生长量显著减少,径阶比例减少;赤松人工林的平均树高、枝下高以及冠幅均呈上升趋势。在不同密度的赤松林分之间,树高生长差异不显著,枝下高差异显著,胸径差异极显著。赤松人工林的冠幅随着林分密度的增加而逐渐减少,但冠幅的椭球体积与之相反;通过分析得到二次多项式方程作为赤松人工林胸径与冠幅的最优关系模型,并求出方程关系式,为林业生产提供依据。     

基于TLS数据的杨树削度方程建立及材积估算

【目的】削度方程可以很好地描述树干直径随树高变化的情况,基于地基激光雷达(terrestrial laser scanner, TLS)的高精度三维点云数据建立准确的削度方程并进行立木材积估算,对活立木尺度的材积估计具有重要意义。【方法】以江苏省黄海海滨国家森林公园杨树人工林为研究对象,获取4块样地的TLS点云数据,通过MATLAB 2020a软件计算点云平坦度和法向量以提取单木主干,采用圆拟合方法进行不同高度处的直径拟合,利用32株样木的数据,选取6种削度模型进行建模,得到杨树树干削度方程最优拟合模型,并进行材积估算。【结果】利用TLS数据提取的胸径能替代实测胸径,其平均误差小于0.90 cm。通过对6种模型的拟合优度检验,Schumacher and Hall模型为该地区杨树削度方程最优拟合模型,模型的决定系数R²=0.984,均方根误差为1.00 cm,相对百分误差为2.79%,平均预估误差为0.271%。利用Schumacher and Hall 削度方程最优拟合模型进行活立木材积的估算,经与二元材积方程估计结果进行对比,其相对差异为3.34%,二者在统计上无显著差异。【结论】该方法可以减少地面调查对树木造成的永久性破坏,为人工林的蓄积量调查提供有效的技术支持。     

杈干现象对南方红豆杉树冠形态、生长和形质的影响

【目的】探明杈干对南方红豆杉树冠形态、生长和形质的影响,揭示杈干作用于树木生长、树冠形态的分级机制,分析树冠形态与生长和形质间关系的杈干效应,明确杈干木和未杈干木类型的树冠形态调控措施。【方法】在福建省明溪县南方红豆杉15年生人工林分中设置标准地,调查分析杈干木、未杈干木的树冠形态及生长、形质间差异,统计不同杈干木类型红豆杉胸径、树高、冠幅、冠形率、树冠率的分级分布,通径分析不同杈干木类型红豆杉树冠形态特征与生长形质间的关系。【结果】杈干显著抑制南方红豆杉的冠长、冠形率、树冠率,但对冠幅无显著性影响;杈干显著促进南方红豆杉地径、胸径、树高、单株材积、枝下高以及生长形质总体表现,但对树干尖削度、圆满度无显著性影响。不同杈干木类型间胸径、树高、冠形率、树冠率的分级分布明显不同,胸径、树高、单株材积、总体表现与树冠形态特征间关系也明显不同。【结论】杈干明显改变南方红豆杉胸径、树高、冠形率、树冠率的分级分布,杈干对胸径、树高、冠形率、树冠率的影响是通过改变高、低分级区间的分布比例来实现。杈干改变南方红豆杉胸径、单株材积、总体表现与树冠形态特征间关系,其相应的树冠形态调控措施不同。促进总体表现时...     

黑龙江省红松和长白落叶松人工林树冠外部轮廓模拟

【目的】红松和长白落叶松是黑龙江省主要的造林树种,构建两个针叶树树冠外部轮廓预估模型,为进一步科学合理地经营人工林提供参考。【方法】采用黑龙江省红松和长白落叶松人工林中各50株解析木的枝条解析数据,以分段抛物线方程、修正Kozak和Weibull方程为基础模型,构建以样木为单一水平树冠外部轮廓的非线性混合效应模型,并对两树种的树冠轮廓进行比较。【结果】两树种树冠外部轮廓的分段抛物线预估模型包含的变量均为D_BH(胸径)、C_L(冠长)、C_R(冠长率)、H_D(高径比),修正Kozak和Weibull预估模型包含的变量为D_BH、C_R、H_D。加入混合效应后,各模型的拟合效果较基础模型均有所提高。修正Weibull方程对红松和长白落叶松的拟合效果最好,但与分段抛物线和Kozak方程之间的差别不是很大。对于红松,分段抛物线方程预估的树冠半径在靠近树冠基部要低于修正的Kozak方程和修正的Weibull方程; 对于长白落叶松,各模型之间的拟合效果差别较小。【结论】分段抛物线方程、修正Kozak和Weibull方程均能够对黑龙江省红松和长白落叶松人工林树冠外部轮廓进行比较准确的模拟。修正Kozak方程和Weibull方程包含的树木变量较少,参数估计相对简单,容易通过积分计算树冠体积及表面积。     

特大冰冻干扰对大明山常绿阔叶林树冠及林冠层状况的影响

【目的】通过对大明山南亚热带山地常绿阔叶林72个400m^2样地的调查,了解特大冰冻干扰对南亚热带山地常绿阔叶林树冠和林冠状况的影响。【方法】2009年,在大明山海拔934~1223m的范围内,按上、中、下坡设立3组调查样地,每一组样地包括24个20m×20m样方,对胸径≥5cm的林木进行调查,记录种名、胸径、树高、冠长、冠幅、座标及受损类型等。【结果】经统计,在调查的胸径≥5cm的2538株林木中,有1714株受到不同程度损伤,占总数的67.53%,其中轻度损伤占47.75%、重度损伤占19.78%。总体上,不同坡位的冠损状况相似,均以轻度损伤为主,但表现有所不同,上坡轻度损伤比例最小（40.94%）,严重损伤的比例最高（26.49%）;中坡与之相反,轻度损伤比例最大（52.38%）,严重损伤比例最小（16.52%）;下坡损伤比例最低。胸径影响树木的受损类型和程度,呈现出随着胸径的增加,树冠受损的比例逐渐增大,并在30~40cm径级（上坡）和40~81cm径级（中坡和下坡）达到最大值。断枝比例（包括断枝少和断枝多）随胸径增大而增大,而断梢和失冠则随胸径增大而减小。落叶树种比常绿树种受损更重。冰冻灾害后,林冠叶面积指数显著下降,散射透光系数和直射透光系数显著增加。【结论】特大冰冻干扰对大明山常绿阔叶林已造成严重影响,受冰冻灾害的长期影响,大明山常绿阔叶林的树冠和林冠状况发生了显著的变化,由半圆球形树冠演变为狭窄的圆柱形树冠,以适应冰冻干扰和气候变化的影响。     

基于无人机LiDAR的单木生物量估测

单木生物量是遥感反演大尺度森林生物量的基础,为提高森林单木生物量估测精度和效率,利用无人机LiDAR点云精确估算桉树、马尾松的单木生物量。首先通过优化算法,提取树高和冠幅,然后采用改进的凸包算法计算树冠面积与体积,把单木结构参数引入CAR模型,构建单木生物量估测模型,并与线性模型进行比较。结果表明：（1）桉树样地树高、冠幅相关性系数R2分别为0.92、0.72;马尾松样地相关性系数R2分别为0.94、0.78,算法提取的树木参数与实测数据相关性较好。（2）改进的CAR模型的精度优于线性模型,桉树和马尾松样地R2分别为0.821、0.830,RMSE分别为17.731、19.149 kg/株。（3）CAR模型引入冠幅面积、体积等树冠因子的生物量模型拟合度更好、精度更高,其中桉树、马尾松样地R2提高了0.102、0.115,RMSE下降了4.484、5.683 kg/株。利用无人机LiDAR数据提取单木结构参数进行生物量估测可取得很好拟合优度和精度。     

初植密度对4个落叶松无性系生长与干形的影响

目的 探究落叶松优良无性系生长、干形与初植密度的关系,为落叶松无性系人工林的合理经营提供科学依据,促进落叶松良种的推广与应用。方法 以辽宁清原大孤家林场2006年营造的4个落叶松优良无性系3种初植密度(A.2.0 m×3.0 m;B.2.0 m×2.0 m;C.2.0 m×1.5 m)的试验林为研究对象,基于连年测定的树高、胸径、冠幅、树干通直度和圆满度等数据,分析遗传和密度效应对生长和干形特征的影响。结果 4个无性系的胸径、冠幅和单株材积生长量受初植密度影响显著,随密度的减小而增大,13年生时各无性系在低密度A林分比高密度C林分的胸径、单株材积和冠幅分别提高16.4%、28.8%和19.0%;而蓄积量和高径比则表现出相反的规律,蓄积量降低了29.3%。树高、树干通直度和圆满度受初植密度的影响较小。生长特征受遗传效应影响显著,在不同密度下从大到小均为无性系2>无性系1>无性系3>无性系4,在密度A林分中无性系2的胸径、冠幅、单株材积生长量和蓄积量分别比无性系4高出24.5%、21.2%、47.8%和42.8%。无性系间的生长和干形特征受密度影响不同,胸径、单株材积和高径比的分化均随着初植密度增大而加剧,而树高生长、树干通直度和圆满度在无性系间的差异较弱,无性系2在生长和干形变异上综合表现较为稳定。4个无性系在3种密度下抚育间伐起始期均不同,在密度A下无性系1、2、3、4的起始间伐期分别为7、9、11、11 a,在密度B下分别为7、9、9、11 a,在密度C下均为7 a。结论 遗传和密度效应对树木生长和干形均有显著影响,但交互作用不显著。生长比干形特征更易受到遗传和密度效应的影响,在树木生长前期遗传效应大于密度效应。遗传改良林分提早了抚育间伐期,需针对该林分制订相应的经营措施。4个无性系中无性系1和2属于速生型无性系,无性系3和4属于匀速型无性系,若培育大径材,无性系1和2适宜匹配A密度(2.0 m×3.0 m)营造人工林;若培育纸浆材,无性系2和4适宜匹配C密度(2.0 m×1.5 m)营造人工林,无性系3受造林密度影响较小,适宜匹配B密度(2.0 m×2.0 m)营造人工林。综合生长和干形特征来看,无性系2(日永8×长混4-14)由于其速生性和稳定性较好可在辽东山区大力推广造林,将能收获最大的林分蓄积量。