秃杉人工林树冠结构及单木生长模型研究

摘要

树冠是林木的重要组成部分，直接影响林木的生长，与林木的产量、材质、光合作用有着密切关系，如何提高人工林产量是森林可持续经营所面临的一大难题。本研究以福建省德化县葛坑国有林场的秃杉人工林为研究对象，在标准地调查、树冠解析、标准地每木定位等数据的基础上，应用相关数学模型和数理统计方法，结合多种建模方法，对秃杉人工林树冠结构及单木模型进行研究，为今后预估林木的生长、健康状况、森林的优化经营以及科学管理提供一定的参考价值，在林业生产上具有重要的意义。根据本文研究内容，主要研究结论归纳如下：　　（1）最大冠幅深度与胸径、树高、枝下高、冠幅、冠长均显著相关。通过多元线性逐步回归，以胸径、树高拟合的最大冠幅深度模型较优，相关指数高达0.945。秃杉树冠轮廓模型以3参数幂函数的异速生长方程较优，模型各项检验指标（E1、E2、E3）都小于3％，拟合效果较好。　　（2）根据秃杉人工林标准地调查数据，采用分层切割法计算秃杉树冠体积和表面积，通过分析因变量与自变量的相关性，筛选最优因子，结合异速生长方程构建秃杉树冠体积以及表面积模型。研究结果表明：秃杉树冠体积、表面积均与胸径、冠幅、冠长等林木因子呈显著相关，与胸径、树高、冠长、冠幅呈明显的幂函数关系，并随林木因子的增大而增大。树冠体积与树冠表面积关系模型以幂函数方程拟合最佳，树冠体积与树冠表面积比值随着胸径的增大而增大，以二次方程模拟树冠体积与表面积比较优。经检验，所构建的模型拟合效果较好，预估精度达86%以上，可为预估林分的生长和合理经营提供一定的参考价值。　　（3）秃杉树冠率与胸径、树高、冠幅呈显著正相关，与高径比、每公顷胸高断面积呈显著负相关，而优势树高对树冠率没有显著影响。以胸径、树高、每公顷胸高断面积、冠幅、高径比组合的Exponential模型构建秃杉树冠率模型较理想。　　（4）活枝下高与树高之间的关系最为密切，树高、胸径、每公顷胸高断面积均与活枝下高显著正相关，高径比、林分密度与其呈显著负相关。经多元线性逐步回归，当模型变量个数增加到3个以后，模型的相关指数趋于稳定，以胸径和树高为模型最优变量组合，残差上下分布比较均匀，模型不存在明显偏差，模型拟合较好，精度高。　　（5）冠幅呈正态分布，主要分布在2~6m之间，两边也有分布。秃杉冠幅与胸径之间的关系最为密切，与胸径、树高、每公顷胸高断面积、优势树高显著正相关，与高径比、林分密度显著负相关。秃杉冠幅模型的最佳变量组合为胸径、树高、优势树高、每公顷胸高断面积，残差上下分布比较均匀，模型不存在明显偏差。材积随着冠幅的增大而增大，与其呈正相关关系，以二次方程为最佳模型，模型相关指数高达0.91，精度高。　　（6）利用秃杉人工林标准地调查数据，以理查德为基本方程，采用哑变量的方法，引入立地质量因子，构建以立地质量为哑变量的秃杉人工林树高曲线模型，并将其与二元材积表相结合，测算标准地蓄积量。经交叉建模检验，建立的树高曲线模型，其估算精度接近二元材积表的估计水平。所构建的树高曲线模型在很大程度上减少了野外调查的工作量，提高了工作效率，为森林资源调查提供一定的参考应用价值。　　（7）采用多模型选优法，从多个备选模型中筛选出中岛广吉式作为秃杉的最优一元材积模型，相关指数为0.997，且残差散点图上下分布均匀，无明显偏差，并编制秃杉一元材积表；秃杉二元材积最优模型是山本式，预估精度高达98.835%，并编制秃杉二元材积表。　　（8）以德化葛坑国有林场23块标准地两期调查数据为基础，选择胸径作为与距离无关的竞争指标，采用多元线性逐步回归方法，构建秃杉与距离无关的单木胸径生长模型，模型预估精度高达92.25%，残差上下分布均匀，无明显偏差，模型适用；选择简单竞争指数为竞争指标，以 Korf理论生长方程为基础，采用生长量修正法建立秃杉人工林胸径潜在生长量模型和与距离有关的单木胸径生长量模型。

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1前言

1.1研究背景

1.2研究目的和意义

1.3国内外研究现状

1.4研究内容、方法及技术路线

2研究区概况与材料收集

2.1研究区概况

2.2材料收集

3树冠轮廓模型

3.1基本模型的选择

3.2树冠半径的计算

3.3参数求解方法

3.4模型检验

3.5结果分析

4树冠体积模型及树冠表面积模型

4.1树冠体积及表面积的计算方法

4.2模型设计

4.3参数估计

4.4预测模型的比较筛选及检验

4.5结果分析

4.6小结

5树冠率、活枝高、冠幅模型

5.1模型设计

5.2参数估计

5.3最优模型筛选及模型检验

5.4结果分析

5.5小结

6单木模型

6.1研究方法

6.2资料收集与整理

6.3竞争指标的选取

6.4对象木的确定

6.5竞争木株数的确定

6.6结果分析

6.7小结

7树高曲线研究

7.1树高曲线的建立

7.2研究方法

7.3模型检验

7.4结果分析

7.5小结

8材积表的编制

8.1研究方法

8.2一元材积表的编制

8.3二元材积表的编制

8.4小结

9结论与讨论

9.1结论

9.2讨论

参考文献

致谢