长白落叶松-水曲柳混交林不同混交方式单木冠长预测模型

【目的】为了准确预估长白落叶松-水曲柳4种不同行间混交方式(行间混交比例分别为1∶1、2∶2、3∶3、5∶5)的单木冠长,采用联立方程组模型分别构建了长白落叶松和水曲柳的冠长模型。【方法】基于黑龙江省尚志国有林场管理局的长白落叶松-水曲柳混交林54块标准地的样木数据,从3种非线性的基础冠长模型中选取最优冠长模型,以单分子式模型为树高曲线的基础模型,并将混交比例(Z_i)和树木在混交带内位置(K)作为哑变量,加入其他树木变量、林分变量和竞争因子,分别构建长白落叶松和水曲柳的冠长模型;基于最优冠长模型和树高曲线模型建立联立方程组模型,采用非线性似乎不相关回归(NSUR)的方法进行参数估计,并对所构建的模型进行评价。【结果】长白落叶松冠长与高径比呈负相关,与林木树高和林分优势高之比呈正相关;水曲柳冠长与高径比呈负相关,与林木胸径和林分优势木胸径之比呈正相关;长白落叶松树高与长白落叶松优势木平均高呈正相关,水曲柳树高与水曲柳优势木平均高呈正相关。联立方程组预估长白落叶松冠长和树高的调整后决定系数 ( R_{\mathrm{a}}^2 )分别为0.478 1和0.821 6,联立方程组预估水曲柳冠长和树高的 R_{\mathrm{a}}^2 分别为0.395 8和0.752 9。【结论】构建冠长和树高联立方程组模型不仅具有较好的拟合效果及预测精度,还解决了冠长与树高之间内在相关性的问题。因此,本研究所构建的冠长模型可以很好地预测东北地区混交林内长白落叶松和水曲柳的冠长,为进一步研究混交林树木树冠结构提供依据。     

盐胁迫下氮素形态对海滨木槿幼苗生长及生理特性的影响

【目的】通过研究盐胁迫下氮素形态对海滨木槿(Hibiscus hamabo)生长特性和生理指标的影响,探讨不同氮素形态营养供应下海滨木槿耐盐性差异及其机理,为提升盐碱地海滨木槿绿化应用技术提供依据。【方法】采集滨海盐土,设置对照、低、中和高4个盐胁迫处理水平,利用盆栽试验方法研究了不同氮素形态[铵态氮( {\mathrm{NH}}_4^{+}-N)、硝态氮( {\mathrm{NO}}_3^{-}-N)]和盐分胁迫耦合作用下海滨木槿幼苗的生长特性、光合作用、氮和钾离子(K⁺)含量变化。【结果】经过90 d的胁迫处理,在高盐处理下海滨木槿全部死亡,中盐处理显著降低了其株高、地径,以及茎、叶和总生物量,而低盐处理对其生长没有显著影响。两种形态氮素均有助于提高海滨木槿生长、净光合速率和氮素含量,其中施 {\mathrm{NH}}_4^{+}-N在对照土壤中有助于提高植物生物量,但降低了K⁺含量。在低盐和中盐胁迫处理下,施 {\mathrm{NO}}_3^{-}-N显著增加了植物根系和总生物量以及K⁺含量。【结论】盐胁迫条件下,增施两种形态氮肥均有利于海滨木槿生物量的增加,且能够在一定程度上提高海滨木槿的耐盐性,不同的是 {\mathrm{NO}}_3^{-}-N能够有效促进根系的生长, {\mathrm{NH}}_4^{+}-N则对地上部分的生长作用明显。在同一盐浓度水平处理下,与 {\mathrm{NH}}_4^{+}-N相比, {\mathrm{NO}}_3^{-}-N更有利于缓解盐胁迫对海滨木槿的抑制作用。总体来说,盐胁迫下施 {\mathrm{NO}}_3^{-}-N有利于维持海滨木槿体内养分及离子含量平衡并改善光合功能,从而增强海滨木槿耐盐性。     

长三角区域酸雨类型转变趋势研究

【目的】酸雨是人类面临的重要环境问题,而我国长三角区域已成为全球重要酸雨影响地区之一。目前,我国已对SO₂排放进行了有效控制,但随着氮氧化物排放量显著增多,氮沉降问题逐渐加剧。为此,探究长三角区域的酸雨类型转变趋势,为现在及将来酸雨危害严重地区森林生态系统恢复和可持续经营发展提供理论依据。【方法】将长三角区域作为研究对象,以上海、南京、苏州和宁波4个城市为代表,通过分析4个城市降水及大气排放物特征,了解区域酸雨类型的特点。【结果】长三角区域多年平均降水pH和酸雨频率分别为4.87±0.28和(57.12±18.67)%,大气中SO₂含量逐年显著下降,但是4个代表城市大气NO₂含量变化趋势存在差异。其中,上海和南京地区NO₂含量缓慢下降,而苏州和宁波地区NO₂含量则仍然呈显著上升趋势。降水pH仍然受SO₂含量变化的显著影响,降水中硫氮比( {\mathrm{SO}}_4^{2-} 与 {\mathrm{NO}}_3^{-} 含量比)从20世纪90年代的7.5左右下降到当前的2.0左右,区域酸雨类型已经转变为硫酸-硝酸混合型。【结论】长三角区域仍然受到酸雨影响,且酸雨中硫氮比正逐渐降低,酸雨类型发生了转变,这将对长三角区域生态系统提出更加严峻的考验。     

基于光学-ALS变量组合和非参数模型的天然次生林地上生物量估算

【目的】通过组合机载激光雷达(airborne laser scanning, ALS)数据和Sentinel-2A数据提取特征变量,探讨估算天然次生林地上生物量(aboveground biomass, AGB)最佳的变量组合方式和估算方法。【方法】以2015年ALS数据、2016年Sentinel-2A数据和黑龙江帽儿山林场森林资源连续清查固定样地数据为数据源,通过ALS数据提取高度特征变量(all the LiDAR variables, 记为A_L),Sentinel-2A数据提取若干植被指数变量(all the optical variables, 记为A_O),然后将光学-ALS结合变量(combined optical and LiDAR index, COLI,记为I_COL)结合成为新的变量 I_{\mathrm{CO}{\mathrm{L}}_1} 和 I_{\mathrm{CO}{\mathrm{L}}_2} ,以6组特征变量组合方式(A_O+A_L、 I_{\mathrm{CO}{\mathrm{L}}_1} 、 I_{\mathrm{CO}{\mathrm{L}}_2} 、 I_{\mathrm{CO}{\mathrm{L}}_1} +A_O+A_L、 I_{\mathrm{CO}{\mathrm{L}}_2} +A_O+A_L、 I_{\mathrm{CO}{\mathrm{L}}_1} + I_{\mathrm{CO}{\mathrm{L}}_2} +A_O+A_L)作为输入变量,分别使用多元线性逐步回归(stepwise multiple linear regression,SMLR)、K-最近邻法(K-nearest neighbor,K-NN)、支持向量回归(support vector regression,SVR)、随机森林(random forest, RF)和堆叠稀疏自编码器(stack sparse auto-encoder,SSAE)共5种方法构建了天然次生林AGB估算模型,探讨I_COLs变量以及不同模型对生物量估测精度的影响。【结果】结合变量I_COLs对于森林AGB的估算十分有效,加入I_COLs变量能够很大提高森林AGB模型的估算精度;与其他4种模型相比,无论使用哪些变量作为输入数据,SSAE模型的精度最高;当使用SSAE模型,以光学和ALS变量组合 ( I_{\mathrm{CO}{\mathrm{L}}_1} + I_{\mathrm{CO}{\mathrm{L}}_2} +A_O+A_L)作为输入特征变量时,模型的准确性最高:R²=0.83,均方根误差为11.06 t/hm²,相对均方根误差为8.23%。【结论】结合变量COLIs能够有效地提高天然次生林AGB的估算精度,而且深度学习模型(SSAE)在估算天然次生林AGB方面优于其他预测模型。总体而言,利用ALS和Sentinel-2A数据组合变量的SSAE模型可以较准确地估算森林AGB,为天然次生林地上生物量的估算和碳储量评估提供技术支持。     

模拟酸雨对小黑杨幼苗生长和光合特性的影响

目的 研究小黑杨(Populus simonii × P. nigra)幼苗生长、生理特性和叶片光系统Ⅱ(PSⅡ)活性对酸雨胁迫的响应情况,为其在酸雨沉降日趋频发的北方地区栽植提供参考。方法 以小黑杨为研究材料,对其连续喷施不同酸度[pH为2.5、4.5和7.0(CK)]的模拟酸雨,待小黑杨叶片出现明显病症时,测定其生长、叶片超微结构、抗氧化酶和光系统Ⅱ活性指标。结果 与对照相比,pH 4.5的模拟酸雨处理下小黑杨株高、茎粗、叶片数和叶面积显著增加;叶片颜色变浅绿色,但叶绿体结构紧凑,类囊体排列规则,未见淀粉粒,嗜锇滴数量略增多。而pH 2.5模拟酸雨处理的小黑杨幼苗茎粗和叶面积显著降低;叶片颜色变黄、叶尖和叶脉出现明显斑点,且细胞膜局部破损,叶绿体体积增大,类囊体间隙增大,可见少量淀粉粒,嗜锇滴数量和体积明显增加。模拟酸雨处理的小黑杨叶片中超氧阴离子 {\mathrm{O}}_2^{\stackrel{-}{\underset{·}{\mathrm{}}}}产生速率、过氧化氢(H₂O₂)含量和过氧化氢酶活性较CK显著增加,且酸度越大,增幅越大;而过氧化物酶活性和超氧化物歧化酶活性随酸度的增大表现为先升后降。其中,pH 2.5模拟酸雨处理杨树叶片的可变荧光强度(V_L、V_K、V_J、V_I)和诱导曲线初始斜率(M_O)显著高于CK,但叶绿素荧光曲线面积(Fix Area)和质体醌库的大小(S_m)显著低于CK。pH 4.5模拟酸雨处理中,仅V_L和V_K显著高于CK,而其他荧光参数与CK差异不显著。结论 酸雨对小黑杨生长的影响主要取决于其pH,pH 2.5模拟酸雨处理抑制小黑杨生长,并且叶片出现坏死斑点症状时,叶绿体结构异常,类囊体排列不规整,光系统Ⅱ电子传递受到抑制;而pH 4.5模拟酸雨处理促进小黑杨生长、叶片超微结构表现正常,小黑杨幼苗对pH 4.5酸雨沉降具有一定抗性。     

基于ICESat-GLAS数据和模糊模式识别算法识别森林类型

【目的】利用冰、云和陆地高程卫星-地球科学激光测高系统(ICESat-GLAS)回波波形数据,通过模糊模式识别算法,提出波形特征参数组合,对森林类型进行识别研究,以期提高森林类型分类精度。【方法】利用不同森林类型冠层在GLAS回波波形上表现出的差异性,提取波形特征参数 R_{\mathrm{fi}{\mathrm{t}}_1} 、K₁'和 \overline{K_1} ;将本研究提取的波形特征参数与其他波形特征参数相结合,建立波形特征参数组合;对样本数据波形特征参数进行指标归一化和奇异点检测处理,剔除样本数据中的奇异点样本;结合模糊模式识别算法,计算不同森林类型分类精度。【结果】针叶林和阔叶林森林类型分类总精度为96.30%,其中,针叶林和阔叶林森林类型分类精度分别为92.86%和97.50%;针叶林、阔叶林和混交林森林类型分类总精度为84.51%,其中,针叶林、阔叶林和混交林森林类型分类精度分别为85.71%、97.50%和52.94%。【结论】模糊模式识别算法在森林类型分类方面具有一定优势,尤其在针叶林和阔叶林森林类型识别方面,识别精度较高。     

有机-无机肥配施对板栗园土壤肥力及根系功能性状的影响

【目的】 板栗是我国大力发展的木本粮食树种,结合无机肥速效性与有机肥持久性的有机-无机肥配合施用,对培肥土壤、促进根系生长能起到重要作用。探讨有机-无机肥配施对板栗园土壤肥力及其根系功能性状的影响,以期为板栗的科学合理施肥提供依据。【方法】 以河北迁西县8 年生板栗 ‘燕山早丰’(Castanea mollissima ‘Yanshanzaofeng’)为对象,采用单因素随机区组试验设计,按质量占比设置6个处理: ①100%无机肥(C₁),②75%无机肥+25%有机肥(C_0.75O_0.25),③50%无机肥+50%有机肥(C_0.5O_0.5),④25%无机肥+75%有机肥(C_0.25O_0.75),⑤100%有机肥(O₁),⑥不施肥(CK),采用连续根钻法采集0~20、≥20~40 cm土层土样和根样,测定分析土壤理化性状及根系功能性状等指标。【结果】 ①各处理不同程度地影响土壤理化性状。O₁处理0~40 cm土层平均有机碳含量最高(5.97 g/kg),0~20 cm土层C₁处理全氮含量最大(1.33 g/kg),但以有机-无机肥配施C_0.25O_0.75处理对土壤理化性状改善具有显著促进作用(P<0.05)。 {{\mathrm{C}}_{0\mathrm{.}}}_{25} {{\mathrm{O}}_{0\mathrm{.}}}_{75}处理0~40 cm土层平均土壤C/N值较C₁和CK处理的分别提高38.81%、11.41%;与CK相比,平均碱解氮含量、有效磷含量、速效钾含量分别增加57.48%、47.49%、32.19%;土壤总孔隙度、土壤含水率分别增加11.23%、13.85%;土壤容重降低11.23%。②有机-无机肥配施显著促进0~40 cm土层中平均细根根长密度、细根表面积密度、细根体积密度、比根长(P<0.05),且0~1 mm细根增多,各处理大小总体表现为C_0.25O_0.75>C_0.5O_0.5>C_0.75O_0.25,以C_0.25O_0.75处理0~40 cm土层中平均细根生物量密度最高(511.24 g/m³),较CK处理增加35.42%,较C₁处理增加6.00%。高比例有机肥配施明显提高了细根根长、根表面积、根体积的占比。③主成分分析表明,土壤理化及根系性状指标在3个主成分上均有较高的荷载值,不同处理下土壤肥力与根系指标优劣综合排序为C_0.25O_0.75>C_0.5O_0.5>C_0.75O_0.25>O₁>C₁>CK。【结论】 有机-无机肥配施中的C_0.25O_0.75处理有效提高了土壤C/N、速效养分含量,0~1 mm细根增多,提高吸收根比例,是河北迁西县板栗园的较佳施肥模式。     

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。     

基于抚育间伐效应的长白落叶松人工林单木直径生长模型

【目的】分析抚育间伐对长白落叶松人工林单木胸径(D)生长的影响规律并对其进行模拟。【方法】基于黑龙江省孟家岗林场与江山娇林场10块固定样地复测数据,建立了基于抚育间伐效应的与树木距离无关的长白落叶松单木胸径5年生长量预估模型,量化了抚育间伐对林木直径生长的影响。长白落叶松单木直径生长模型为基于样地效应的单水平线性混合效应模型,根据赤池信息准则(AIC)和贝叶斯信息准则(BIC)等统计指标和似然比检验对模型进行比较和筛选,并采用独立样本数据对模型进行检验。【结果】当地位指数一定且林分年龄较小时,抚育间伐强度越大,林木直径生长量越大; 当林分年龄较大时,抚育间伐对林木直径生长影响不明显。同一林分中,林木直径生长量随林木径阶增大呈增大趋势。长白落叶松单木直径生长模型中显著自变量为:林木前期胸径的二次方(D²)、胸径的自然对数(ln D)、林分中大于对象木的所有林木断面积之和(B)、地位指数(I)、抚育间伐年龄(T_i)和间伐强度(P_i)。落叶松单木直径生长最优混合效应模型的AIC、BIC和均方根误差均小于一般线性模型。独立样本数据检验最优线性混合效应模型和一般线性模型的拟合效率分别为0.678 和0.624。【结论】基于抚育间伐效应的落叶松直径生长的最优线性混合效应模型优于一般线性模型。模型能够较好地量化抚育间伐对落叶松人工林单木直径生长的影响。     

基于非参数方法的落叶松树干削度方程

【目的】基于非参数理论,研究构建大兴安岭兴安落叶松(Larix gmelinii)非参数可加性树干削度方程,并与传统的Max and Burkhart 参数削度方程进行对比。【方法】利用树高、胸径、不同高度处直径、不同部位高度等变量及其变形构建非参数可加性削度方程。采用 7种光滑样条函数:薄板回归样条函数(TP)、 Duchon 样条函数(DS)、三次回归样条函数(CR)、P-样条函数(PS)、高斯过程平滑样条函数(GP)、B-样条函数(BS)和局部回归光滑函数(LO),基于R软件mgcv包的Gamm函数对非参数模型进行拟合。【结果】使用相对直径(d/D)作为因变量,胸径的平方(D²)、树高(H)、相对树高的算术平方根($\sqrt{h/H}$)作为自变量, 构建兴安落叶松最佳非参数可加性树干削度方程。拟合结果表明:基于CR和LO样条函数的可加性削度方程具有较小的R²(决定系数)和较大的赤池信息量准则(AIC)值,且CR和LO的残差图重心线略呈中间高、两头低的趋势。其他基于5种光滑样条函数的可加性削度方程表现出相似的拟合结果。可加性模型除了使用LO样条函数外,其他样条函数都优于Max and Burkhart参数削度方程的拟合结果。总体检验结果表明,除了CR样条函数模型外,其他各非参数模型(TP、 DS、 PS、GP 和BS)与拟合结果基本一致,即都优于Max and Burkhart参数削度模型的预测精度。基于树干不同高度直径预测的误差对比表明,除了CR模型外,非参数模型(TP、 DS、 PS、GP 和BS)在大多数树干高度处直径预测的平均误差和绝对平均误差都小于Max and Burkhart参数模型预测值。【结论】非参数模型(TP、 DS、PS、 GP和BS)在拟合统计量、残差分布图、总体和树干不同高度处直径的预测精度都表现出一致性,并优于林业上通常使用的Max and Burkhart参数削度方程。当模型以预测为目的时,所构建的非参数可加性削度方程可用于大兴安岭兴安落叶松干形和材积预测。     

不同森林经营模式对土壤氮含量及酶活性的影响

【目的】探讨不同森林经营模式对土壤氮含量及相关酶活性的影响,为太湖沿岸防护林模式构建提供依据。【方法】在江苏省宜兴市周铁镇选取林龄相同的杨树纯林、杨树石楠混交林以及杨树女贞混交林3种森林经营模式,挖取1 m深的土壤剖面采集土壤样品,测定各模式下春季土壤的氮含量及相关酶活性,并分析其与土壤理化性质之间的关系。【结果】①试验地土壤全氮含量为0.17~1.35 g/kg,各森林经营模式之间土壤全氮含量存在显著差异(df=2,F=102.820,P<0.05),与杨树纯林相比,杨树女贞混交林和杨树石楠混交林土壤全氮含量分别增加了21.8%、69.7%;随着土层深度增加,2种混交林土壤全氮含量逐渐降低,各土层之间差异显著(df=3,F=108.289,P<0.05);土壤硝态氮、铵态氮含量分别为5.67~9.79、3.22~12.43 mg/kg,各森林经营模式之间差异显著(df=2,F=18.764,P<0.05;df=2,F=9.655,P<0.05),杨树女贞混交林和杨树石楠混交林土壤硝态氮含量相比杨树纯林分别降低了11.8%、27.3%,而杨树女贞混交林和杨树石楠混交林的土壤铵态氮含量在≥20~40、≥40~60和≥60~80 cm土层显著增加(df=3,F=106.230,P<0.05;df=3,F=119.794,P<0.05);随着土层深度的增加,3种经营模式土壤硝态氮和铵态氮含量逐渐降低;土壤微生物生物量氮含量为6.04~9.52 mg/kg,与杨树纯林相比,杨树女贞混交林土壤微生物生物量氮含量增加了7.5%;②土壤脲酶活性、硝酸还原酶活性和亚硝酸还原酶活性分别为3.43~9.16、0.16~1.04、0.15~0.25 mg/(g·d),与杨树纯林相比,杨树女贞混交林土壤脲酶活性在各土层均显著增加(df=2,F=19.600,P<0.05),而土壤硝酸还原酶活性在土壤表层则显著降低(df=3,F=43.637,P<0.05);杨树石楠混交林土壤脲酶活性在各土层均显著降低(df=3,F=17.825,P<0.05),而土壤硝酸还原酶活性则相反;3种森林经营模式下土壤亚硝酸还原酶活性无显著差异。表明脲酶和硝酸还原酶对经营模式的响应更敏感,可作为土壤氮变化的指标。此外,不同森林经营模式下土壤氮含量及酶活性与含水量、pH密切相关。【结论】与杨树纯林相比,杨树女贞混交林和杨树石楠混交林提高了土壤速效养分,有效吸收并削减土壤中的硝态氮含量,降低硝酸盐向土壤深层淋溶导致污染浅层地下水的风险。同时,土壤微生物量氮和酶活性变化加速了土壤氮转化和养分循环。建议在太湖沿岸防护林构建过程中,推广乔灌复层混交林。     

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...     

基于线性分位数组合的兴安落叶松冠幅预测

【目的】 使用线性分位数回归和分位数组合对兴安落叶松(Larix gmelinii)冠幅进行建模和预测,为准确模拟和预测冠幅生长提供技术支持。【方法】 利用大兴安岭兴安落叶松天然林实测数据,采用线性回归和分位数回归构建基础和多元冠幅模型。比较7种分位数组合:三分位数组合(τ=0.1, 0.5, 0.9和τ=0.3, 0.5, 0.7)、五分位数组合(τ=0.1,0.3,0.5,0.7,0.9和τ=0.3,0.4,0.5,0.6,0.7)、七分位数组合(τ=0.1,0.2,0.3,0.5,0.7,0.8,0.9和τ=0.1,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.9)和九分位数组合(τ=0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9)的预测效果。分析4种抽取方案(随机抽样、选择最大树、平均木、最小树)和9种抽样数量(1~9株)对预测精度的影响。同时使用K折交叉验证对线性回归、最优分位数回归和最优分位数组合进行比较。【结果】 线性和分位数回归都能对冠幅模型进行拟合,中位数回归的拟合结果与线性回归相似,且在所有分位数中拟合能力最好。多元冠幅模型和分位数回归的拟合及检验效果都优于基础模型,冠幅与胸径和样地平均高(立地质量)呈正相关,与枝下高(树木大小)和样地内落叶松断面积(竞争)呈负相关。使用分位数组合可以提高模型的预测能力,7种分位数组合的差异很小,三分位数组合(τ=0.3, 0.5, 0.7)的预测能力最好。对于基础和多元分位数组合在实际应用时,最优抽取方案都为选取最大树,每个样地建议选取6株样木。【结论】 基于线性分位数组合的冠幅模型可以提高预测精度,建议使用三分位数组合和选取最大树及抽取数量为6株的方案对冠幅进行预测。     

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。