华北落叶松天然次生林树高曲线的混合效应模型

【目的】建立华北落叶松天然次生林树高曲线,为森林可持续经营提供技术支撑。【方法】基于116块华北落叶松天然次生林样地单木数据,从11个具有生物学意义的备选模型中选出一个最优基础模型。考虑地域和样地对树高曲线的干扰,基于94块样地利用带哑变量的非线性混合效应模型构建了树高曲线,并对22块样地数据进行验证。【结果】利用全部数据拟合11个备选模型,其中最优模型是Logistic方程,决定系数为0.765 3,均方根误差为3.279 4。引入哑变量和随机效应后,所建模型决定系数为0.915 2,均方根误差为1.892 2,与基础模型相比拟合精度显著提高。验证数据结果表明,带哑变量的非线性混合模型对树高的预测效果良好。【结论】样地随机效应对华北落叶松树高曲线干扰较大,当模型考虑这些随机效应对树高曲线的影响时能显著提高模型预测精度。该模型可用于华北落叶松天然次生林其他样地树高的预测。     

广义非线性混合效应模型的变离差检验

应用混合效应方法研究了广义族非线性模型的变离差检验问题。对离散和连续两类指数族分布，提出了若干个有效的检验统计量，所有统计量都可用简单、便于计算的矩阵公式来表示，这些结果和方法可应用于广泛的实际问题与实际模型并利用务浆渗透数据来说明方法的有效性。     

基于两水平非线性混合效应模型的长白落叶松削度方程构建

【目的】以长白落叶松(Larix olgensis)人工林干形指标为主要数据,利用非线性混合效应模型构建长白落叶松削度方程,研究不同的二次抽样方案对混合效应模型预估精度的影响。【方法】在不同类型的削度方程中选择拟合效果最好的Kozak方程作为基础模型,通过再参数化的方法引入树冠特征变量,分析树冠大小对干形的影响;在包含树冠变量的模型基础上,结合混合效应模型考虑样地、样木效应对于干形的影响,建立长白落叶松削度方程;采用2种抽样方案(方案Ⅰ,不限定抽样位置;方案Ⅱ,抽样位置限定在相对高0.1以下)对混合效应模型进行精度检验。【结果】树冠变量中冠长率与干形关系最为密切,将冠长率引入模型后,提升了模型的拟合精度,且模型参数在5%显著性水平上均显著。通过似然比检验,样地效应和样木效应极显著提升了模型拟合效果(P<0.01),并使用指数函数和一阶连续自回归结构[CAR(1)]来解决削度方程中普遍存在的异方差和自相关问题,最终的混合效应模型调整后决定系数( R_{\mathrm{a}}^2)为0.994 1,均方根误差(RMSE)为0.623 1,拟合效果优于基础模型( R_{\mathrm{a}}^2提高了0.4%,RMSE减小了24.6%)。当使用不同的抽样方案进行预测时,方案Ⅰ表现出最高的预测精度,抽样数量为5时,平均绝对误差(MAE)为0.470 0,平均绝对误差百分比(MAPE)为4.62%;而方案Ⅱ不同抽样数量之间的预测效果差别不大(MAE的变化范围为0.520 3~0.536 6,MAPE的变化范围为5.14%~5.22%),但仍优于基础模型。【结论】将冠长率引入模型后,模型对干形的模拟更贴合实际中的林木生长情况;包含样地效应、样木效应的两水平混合效应模型可以很好地模拟长白落叶松的干形变化,为精准估计长白落叶松各材种和立木材积提供了依据。     

间伐强度对大兴安岭落叶松天然次生林水文性能的影响

【目的】为使大兴安岭落叶松天然次生林更好地恢复和生长,在林区内对落叶松次生林进行抚育间伐,探讨最有利于林地水土保持的间伐强度,优化次生林的经营效果。【方法】2007年3月设置实验样地,间伐强度分别为9.43%、29.00%、40.01%和67.25%,同时设置未间伐的对照样地。2008—2017年实地测量,选取土壤层和枯落物层的水文效应指标,对2017年不同样地间的差异进行描述性统计,同时运用灰色关联法,对各样地的水源涵养能力进行综合评价。【结果】2008—2017年10年间各样地水文性能发生一定的变化,在间伐后第8年各指标呈现一定的稳定性。间伐后第10年,间伐强度为40.01%的落叶松次生林土壤容重最小,土壤毛管孔隙度、总孔隙度、最大持水量均为最大; 间伐强度为67.25%的落叶松次生林土壤非毛管孔隙度最大,除土壤非毛管孔隙度外不同样地间各指标存在显著性差异(P<0.05); 间伐强度为29.00%的落叶松次生林枯落物总蓄积量、总最大持水量为最大,样地内枯落物总自然持水率均为100.52%～144.37%,总最大持水率为494.79%～673.97%; 间伐强度为40.01%落叶松次生林枯落物总有效拦蓄率、总有效拦蓄量最大。通过熵权法确定土壤和枯落物的各项指标权重,运用灰色关联综合评判林地内的水文性能,关联度按照大小排序依次为间伐强度40.01%>间伐强度29.00%>间伐强度67.25%>间伐强度9.43%>未间伐(对照)。【结论】间伐10 a后,改造效果已经比较明显。综合分析土壤层和枯落物层的水文性能,间伐强度为40.01%的落叶松天然次生林林地的水文性能为最佳,4种间伐强度下的林地水文性能均优于对照样地,说明间伐对林地水文性能的提高具有积极作用。     

基于时间效应的广义信度模型

考虑保费的目标估计,利用信度定价原理对具有时间效应的风险保费进行了研究,得到了平衡损失函数下的信度估计.结果表明,信度因子依赖于时间变化效应.     

基于非线性混合效应模型的针阔混交林地位指数研究

基于非线性混合效应模型和树种间地位指数转换方程,建立混交林中不同树种地位指数混合效应模型,为多树种混交林立地生产力评价提供科学依据。     

广义非线性模型的Bayes估计

针对广义非线性模型的参数估计问题,提出了从参数的条件后验分布中抽取观测值来估计参数值的Bayes估计法.利用贝叶斯统计分析中蒙特卡洛抽样方法中的M-H算法和Gibbs抽样算法相结合的混合算法进行分析,通过参数的条件后验分布抽取出每次迭代时的参数值,并利用参数的样本路径图和均值遍历图验证迭代时马尔科夫链的收敛性;计算马尔科夫链达到收敛后参数的后验均值得到参数的Bayes估计;通过对产品销售数据的实证分析,比较Bayes估计和极大似然估计的偏差,验证M-H算法和Gibbs抽样算法在对广义非线性模型的参数进行Bayes估计时的简洁性、有效性以及可行性.     

机场复合道面性能预估的非线性混合效应模型

针对中国机场复合道面使用性能数据少、刚性道面数据较多的实际情况,采用非线性混合效应模型,并且联合2个数据源进行参数估计,建立了机场复合道面使用性能预测模型;通过对中国60多个机场的数据计算分析,估计了该模型参数,并分析了拟合效果。研究结果表明:非线性混合效应模型能够有效分解道面使用性能面板观测数据间存在的异方差,使残差满足正态假设并获得满意的拟合效果;非线性混合效应模型和联合估计方法一方面能解决部分个体观测数据不足的问题,另一方面提高了参数估计的稳定性和精度;非线性混合效应模型既可获得数据样本的总体趋势,也可得到个体的性能曲线,而且比传统方法的预估精度更高,为分析道面使用性能面板数据提供了新的技术手段。     

基于Hammerstein模型和GA的非线性广义预测控制

针对Hammerstein型的非线性系统,给出了一种基于GPC的预测控制方法.分析了使用近似法求解控制量的缺点,据此提出了基于遗传算法的控制量优化求解策略.以一个热交换器作为仿真实例,分别使用遗传算法和两种近似法求取控制量,并比较了3种情况下的控制效果.仿真结果表明基于遗传算法的预测控制器具有良好的性能.     

基于广义Hammerstein模型的多变量非线性预测控制

将单输入单输出的Ｈａｍｍｅｒｓｔｅｉｎ模型推广至多输入多输出系统,提出了广义Ｈａｍｍｅｒｓｔｅｉｎ模型,并给出了其辨识建模方法．进一步以此模型为基础,提出了一种多变量非线性预测控制算法．该算法利用了线性预测控制的成果,避免了通常非线性模型预测控制所需的在线数值寻优计算,大大节约了在线计算时间、提高了算法的可靠性和稳定性．     

华北落叶松人工林直径分布预测模型构建

【目的】基于不同直径分布预测模型(Weibull分布模型、Gamma分布模型、Lognormal分布模型),构建包含华北落叶松林分因子的直径分布线性混合效应模型,有助于分析直径分布对林分因子动态变化的响应。【方法】利用塞罕坝华北落叶松人工林标准地调查数据,应用最大似然估计法(Maximum Likelihood Estimation, MLE)估计模型参数,通过K-S(Kolmogorov-Smirnov)检验、C-V(Cramer-von Mises)检验、A-D(Anderson-Darling)检验对模型适用性进行检验,基于最优模型构建华北落叶松人工林直径分布线性混合效应模型。【结果】塞罕坝华北落叶松人工林直径分布最优模型为Weibull分布;基于最优模型,构建了包含优势高、断面积、对数密度的线性混合效应模型,当3个参数随机效应方差-协方差结构和误差项结构均为对角矩阵结构[UN(1)]时,模型的拟合效果最好。包含位置、尺度、形状3参数随机效应项模型的决定系数R²分别为0.895、0.888、0.801,均方误差(MSE)分别为5.365、1.724、1.151,均方根误差(RMSE)分别为2.316、1.313、1.073,拟合结果均较好。【结论】线性混合效应模型具有较好的预测直径分布能力,可为精准预测华北落叶松人工林直径分布提供理论依据和技术参数。     

兴安落叶松天然林单木高生长模型

根据31株解析木数据,利用Logistic方程和4参数的Richards方程拟合了兴安落叶松天然林优势木、平均木和被压木高生长模型,经检验,模型均在0.01水平上显著。对林木年龄(A)、胸径(D)、树高(H)、活枝下高(h1)、死枝下高(h2)进行相关性分析后,发现D、H、h1、h2等在0.01水平上有显著正相关,所拟合的活枝下高和死枝下高的模型在0.01水平上显著。研究表明:Logistic方程较4参数的Richards方程对兴安落叶松高生长的拟合效果好,它们对优势木、平均木和被压木高生长拟合所得模型的R2分别为0.829、0.758、0.807和0.771、0.668、0.824。以Logistic方程对优势木和被压木的拟合效果较对平均木的好。对优势木高生长模型精度检验发现,实测值与理论值无显著差异(p>0.05)。     

基于ULS、 TLS和超声测高仪的天然次生林中不同林冠层树高估测

【目的】应用不同数据源分析不同林冠层中探测提取树高的异同,探索适用于中国北方天然次生林树高估测的方法。【方法】以东北林业大学帽儿山实验林场中林施业区0.25 hm²样地为研究区域,基于无人机激光雷达(unmanned aerial vehicle laser scanning, ULS)、地基激光雷达(terrestrial laser scanning,TLS)和Vertex IV超声测高仪实测单木树高,根据冠层高度分布(canopy height distribution, CHD)对林冠层进行分层,对不同林冠层(上层和下层)、不同树木类型(针叶树和阔叶树)探测提取的树高进行对比与分析。【结果】由CHD计算得到的冠层分层阈值为8.5 m。树高的离群值大多产生在林冠上层,阔叶树比针叶树更容易产生离群值,ULS比TLS更容易产生离群值。在林冠上层,ULS比TLS估测树高的相对均方根误差(rRMSE)低2.56%,ULS提取针叶树树高的rRMSE比阔叶树低2.68%;在林冠下层,ULS仅能探测到少量树木,ULS比TLS探测提取树高的 rRMSE高6.31%,TLS提取针叶树树高的rRMSE比阔叶树低1.16%。【结论】针叶树的树高估测精度普遍高于阔叶树;当TLS和ULS均能对单木进行完全扫描时,具有准确提取树高的潜力;树高离群值多由冠型不规则或相互交叉的阔叶树产生,而大部分针叶树,由于具有规则的冠型,所以产生的离群值较少;基于CHD对林冠层进行划分能够较好地反映不同数据源估测树高的适用范围,具有一定的推广意义。     

两种不同起源华北落叶松林空间点格局及植物多样性

【目的】分析山西省黑茶山国家级自然保护区两种不同起源类型落叶松人工林和天然林径级和林层特征,并对落叶松种群空间分布点格局特征和种群对邻域物种多样性的影响效应进行研究。【方法】 采用g(r)函数点格局方法对优势种群落叶松不同生长阶段个体(小树、中树和大树)的空间分布点格局进行研究; 用单物种-面积关系模型(mISAR模型)分析样地中乔木树种对局域群落多样性的影响。【结果】两种不同起源的落叶松林内落叶松种群呈正态分布,根据林木胸径(DBH)将落叶松分为小(5 cm≤DBH<10 cm)、中(10 cm≤DBH<30 cm)、大(DBH≥30 cm)3个阶段。人工林和天然林小、中、大3个不同阶段的株数比分别为10:3:4和10:3:6,树种多样性分别为0.96、0.54、0.52和1.27、0.94、0.63。两种起源落叶松林空间点格局分布总体均表现为小尺度上的聚集分布和中大尺度上的随机分布。此外,两种起源的落叶松林内物种在调查尺度范围内均表现为单物种所有个体对邻域全部树种的丰富度起到促进作用。【结论】研究区长期的干扰使两种起源类型的落叶松林具有较为相似的水平结构和垂直结构,中径级林木个体多但小径级和大径级较少,种群难以实现世代交替。     

华北落叶松多酚氧化酶动力学特性及其同工酶的研究

文中对华北落叶松根系多酚氧化酶动力学特性及其同工酶进行分析。结果表明：该酶对邻苯二酚（二元酚）和焦性没食子酸（三元酚）都能氧化,但对前者亲和力较强;ｐＨ７．０时酶活性最强;Ｃｕ２＋提高多酚氧化酶活性;ＥＤＴＡ,Ｈ３ＢＯ３及半胱氨酸可抑制该酶活性;聚丙烯酰胺凝胶电泳将根系多酚氧化酶分出７条同工酶带。     

华北落叶松冠层光合生理特性的空间异质性

【目的】森林生产力取决于树冠的整体光合能力,而树冠不同部位的光合作用具有差异性。深入了解华北落叶松冠层内光合作用的差异,为冠层水平模拟和准确估算森林生产力提供依据。【方法】采用Li-6400便携式光合仪对山西省太岳山20年生和40年生华北落叶松不同层次和不同方位的光合生理特性进行研究。【结果】20年生华北落叶松树冠中上层与下层的净光合速率(P_n)差异显著(P<0.05),而不同方位上的P_n差异不显著; 40年生华北落叶松树冠上、中、下3个层次的P_n差异显著(P<0.05),不同方位上的P_n差异也不显著。影响20年生华北落叶松树冠P_n的主要因子是羧化效率(V_c)、胞间CO₂浓度(C_i)、蒸腾速率(T_r); 影响40年生华北落叶松树冠P_n的主要因子是V_c、气孔导度(G_s)、水汽压亏缺(p_VPD)。20年生和40年生华北落叶松树冠不同层次、不同方位叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量差异不显著。【结论】冠层光合空间异质性是冠层水平模拟和估算森林生产力时必须考虑的因素,这对于从单木到林分的尺度推演和模型拟合具有重要的意义。     

华北落叶松人工林生物量的估算方法

生物量估算参数以比值的形式描述林分蓄积量、树干生物量、地上生物量和地下生物量间的相对生长关系.为降低区域森林生物量估算及其变化的不准确性,以华北落叶松(Larix principis-rupprechtii Mayr.)人工林为例,利用89块样地的实测数据,分析了关帝山林区、五台山中山区、五台山盆地区和塞罕坝林区等4个典型区域地上生物量(MA)与蓄积量(V)、地上生物量(MA)与树干生物量(MS)以及地下生物量(MR)与地上生物量(MA)间的回归方程及其区域差异.结果表明,区域MA与V方程间和MA与MS方程间存在显著差异(p<0.05),建议按区域构建MA与V以及MA与MS的方程;不同区域的MR与MA方程间无显著差异(p>0.05);整个区域的方程也有良好的回归效果(R2>0.90).此外,利用V、MS、MA和MR间的函数关系将提高生物量估算的准确性,整体优于利用生物量估算参数和林分指标的函数关系.     

六盘山华北落叶松人工林多样性、生产力研究

根据对宁夏西部六盘山林区人工营造的华北落叶松林典型样地的抽样调查,分析了3种不同类型的华北落叶松林群落中的植物多样性、生产力及其相互关系.结果表明:华北落叶松纯林多样性最小.而落叶松阔叶混交林多样性较大.华北落叶松纯林内的植物种数仅为混交林的53%～60%,植物总数量也只有混交林的16%～38%.落叶松-阔叶混交林总生物量为华北落叶松纯林的152.71%;落叶松-油松-阔叶混交林总生物量为华北落叶松纯林的72.14%.落叶松-油松-阔叶混交林乔木层生物量占其总生物量的比例最大,而华北落叶松纯林最小.3种林型中,草本层生物量所占比例最小.伴生树种是阔叶树,其林地生产力比伴生种有油松等针叶树种的生产力高.在3种不同的落叶松林中,多样性与生产力均表现为正的幂指数函数关系,物种多样性和生产力之间的相关关系达到了显著水平.本文所研究的多样性和生产力之间的关系与许多学者的研究结论所认可的单峰关系不一致,也许只是在单峰关系的左半边,即处于上升阶段.