防护林体系垂直配置方法

摘要

本发明公开了一种防护林体系垂直配置方法，涉及林业垂直配置技术领域。该方法包括步骤：S1.根据待配置区域的植被分布情况，对候选建群物种进行聚类分析；S2.根据步骤S1的聚类分析结果，确定所述区域的防护林体系垂直配置。本发明的防护林体系垂直配置方法，由于根据该区域的植被分布情况对候选建群物种进行k-均值聚类分析，在任一环境因子梯度上，候选物种被分为3-5个簇，并根据每个组群的分布特点，选定最佳分布物种，进而确定出该区域防护林体系垂直配置，能够合理的确定出该区域防护林体系垂直配置。

说明书

技术领域

本发明涉及林业垂直配置技术领域，尤其涉及一种防护林体系垂 直配置方法。

背景技术

防护林体系垂直配置是防护林体系营造的关键。它不仅关系到防 护林的形成、生产力、经济效益，更影响防护林体系的结构、稳定性 和防护效益。要想充分发挥防护林涵养水源、保持水土效应的作用， 必须营造乔、灌、草相结合的多树种、多层次的异龄混交林结构。在 人为活动频繁、水土流失严重的山区，要实行封山育林、育灌、育草， 以改善林分使其形成多层次结构，从而提高其蓄水保土功能。在相同 土壤、地形、气候条件下，森林防护机能的大小是由林分结构特征决 定的。树种组成、林分密度和层次是水源涵养林、水土保持林结构中 起主导作用的因素。现有的防护林体系垂直配置方法通常是通过经验 和专家知识确定，或根据现状来定性的确定。这种方法经验型较强， 难以合理进行防护林体系的垂直配置。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何提供一种合理的防护林体系垂 直配置方法。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明提供了一种防护林体系垂直配置方法， 该方法包括步骤：

S1.根据待配置区域的植被分布情况，对候选建群物种进行聚类 分析；

S2.根据步骤S1的聚类分析结果，进行所述区域的防护林体系 垂直配置。

其中，步骤S1进一步包括步骤：

S1.1确定所述候选建群物种；

S1.2确定分类的综合变量；

S1.3采用k-均值聚类分析算法，确定簇数。

其中，步骤S1.2中分别以海拔、全氮、坡度、水分作为环境因 子进行分类。

其中，步骤S1.2还包括设置对综合变量分类的环境阈值的步骤， 根据候选建群物种分布的样方环境值，且各环境值的并集，所得环境 值的极大和极小值为综合变量的各环境阈值。

其中，步骤S1.3进一步包括步骤：

S1.31随即指定k个簇(c₁，c₂，...，c_k)；

S1.32对每一个样本X_i，找到离它最近的簇c_i，并将该样本分配 到c_i，标明类S_i；

S1.33将每一个簇移动到其标明的类的中心；

S1.34根据下式计算偏差：

$D=\underset{i=1}{\overset{k}{\Sigma }}\underset{X_i-C_i}{\Sigma }|X_i-c_i|$

其中，1≤i，j≤n，1≤k≤n，簇

c_i为每个簇中数据点的均值，m为第k簇包含的样本数，k为簇的个 数；

S1.35若D值收敛，则输出(c₁，c₂，...，c_k)并结束，否则，返 回步骤S1.32。

(三)有益效果

本发明的防护林体系垂直配置方法，由于根据该区域的植被分布 情况对候选建群物种进行k-均值聚类分析，在任一环境因子梯度上， 候选物种被分为3-5个簇，并根据每个组群的分布特点，选定最佳分 布物种，进而确定出该区域防护林体系垂直配置，能够合理的确定出 该区域防护林体系垂直配置。

附图说明

图1为依照本发明一种实施方式的防护林体系垂直配置方法流程 图。

具体实施方式

本发明提出的防护林体系垂直配置方法，结合附图及实施例详细 说明如下。

聚类分析是将数据分类到不同的类或簇的一个过程，所以同一个 簇中的对象有很大的相似性，而不同簇间的对象有很大的相异性，聚 类分析的目标就是在相似的基础上收集数据来分类。

如图1所示，依照本发明一种实施方式的防护林体系垂直配置方 法包括步骤：

S1.根据待配置区域的植被分布情况，对候选建群物种进行聚类 分析；

S2.根据步骤S1的聚类分析结果，进行所述区域的防护林体系 垂直配置。

本实施方式中，根据待配置区域的植被分布情况对候选建群物种 进行k-均值聚类分析，由于在被分为3-5个簇时，相异性和分散度都 相对较好，因此，在任一环境因子梯度上，优选地，候选物种被分为 3-5个簇，并根据每个组群的分布特点，选定最佳分布物种，利用 以下公式合理的确定该区域防护林体系垂直配置方案，进行垂直配 置：

$c_i=\frac{1}{m}\underset{i=1}{\overset{m_i}{\Sigma }}{X}_i,k=\mathrm{1,2,3}....k,$式中：

c_i为每个簇中数据点的均值；

m为第k簇包含的样本数(即候选物种数)；

k为簇的个数。

具体地，步骤S1进一步包括步骤：

S1.1对该区域防护林优势树种样地进行调查，确认候选建群物种 的科、属、种等数据(可通过现有的资料获得)；

S1.2分别以海拔、全氮(N)、坡度、以及水分作为环境因子进 行分类；

S1.3采用k-均值聚类分析算法，确定簇数。

步骤S1.3进一步包括：

S1.31随即指定k个簇(c₁，c₂，...，c_k)；

S1.32对每一个样本X_i，找到离它最近的簇c_i，并将该样本分配 到c_i，标明类S_i；

S1.33将每一个簇移动到其标明的类的中心；

S1.34根据下式计算偏差：

$D=\underset{i=1}{\overset{k}{\Sigma }}\underset{X_i-C_i}{\Sigma }|X_i-c_i|$

其中，1≤i，j≤m，1≤k＜m，簇

S1.35若D值收敛，则输出(c₁，c₂，...，c_k)并结束，否则，返 回步骤S1.32。

实施例

本事实例以防护林体系中乔木层为例，尝试对乔木树种进行2、 3、4、5、6个组群的划分。在分为2、3、4个组群的时候，聚类结 果相异性不大；在分为6个组群的时候，又太过分散；而在分为5个 组群的时候，相异性和分散度都比较好，所以最终在综合变量(可由 各环境因子加和得到)上将乔木树种分为5个组群。

如表1所示，在综合变量上，物种被划分为5个组群。但是对于 综合变量分类的环境阈值，需要将各个组群的树种分布的样方环境值 列出，求各环境值的并集。最后所得环境值的极大和极小值为综合变 量各个环境阀值。

表1综合变量上的乔木分组

在综合变量上，第一组群的物种有臭椿、杜梨、栾树、山杏；第 二个组群的物种有鹅耳枥、辽东栎、蒙古栎；第三个组群的物种有侧 柏、刺槐、油松；第四个组群的物种有白蜡、北京丁香、臭檀、椴树、 蒙椴、黑桦、平榛、胡桃楸、山榆；第五个组群的物种有：糠椴、元 宝槭。

根据各个组群物种分布样方的环境数据，列出5个组群的环境分 布阈值。

第一个组群：海拔320.5-395.3、全N1.830-2.923、坡度5-43、 土壤水分0.095-0.180；

第二个组群：海拔580-762.4、全N1.642-2.945、坡度35-47、土 壤水分0.096-0.345；

第三个组群：海拔572.2-634.1、全N1.642-2.923、坡度35-50、 土壤水分0.096-0.345；

第四个组群：海拔226.2-395.3、全N0.858-1.830、坡度5-43、土 壤水分0.079-0.197；

第五个组群：海拔386.8-662、全N1.642-2.423、坡度35-50、土 壤水分0.124-0.274。

可知在研究区乔木层建群种中，臭椿、杜梨、栾树、山杏分布在 低海拔、土壤水分偏低区域；鹅耳枥、辽东栎、蒙古栎分布在海拔偏 高、坡度较陡区域；侧柏、刺槐、油松适合分布在海拔偏高区域；白 蜡、北京丁香、臭檀、椴树、小叶椴、黑桦、平榛、胡桃楸、山榆适 合分布在低海拔、土壤水分含量不特别高的区域；糠椴、元宝槭适合 分布在全N含量偏高的陡坡区，在海拔梯度上分布比较广。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关 技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下， 还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明 的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。