湖南栎类天然混交林优势木树高曲线哑变量模型研究

doi:10.13466/j.cnki.lyzygl.2017.04.005

摘要/Abstract

摘要：

使用13种具有代表性的树高-胸径模型对湖南栎类天然混交林优势木树高-胸径关系进行了拟合,从中筛选出拟合度较高的模型作为基础模型,以进一步构建含林分类型、立地类型哑变量的天然混交林优势木树高曲线模型。研究结果表明:平均优势木模型要优于最高优势木模型,利用哑变量模型拟合的效果要明显优于基础模型;林分类型哑变量和立地类型哑变量平均优势木模型结构相同,都是$ H=1.3+\sum_{i=1}^{n} a_{i} \times Z_{i} \times D_{g} /(D_{g}+1)+b \times D_{g}$,其确定系数分别为0.711 9和0.977 5,立地类型哑变量模型要优于林分类型哑变量模型。利用哑变量模型可提高模型精度及适用性,有助于建立区域性通用生物数学模型,并为全国栎类天然混交林立地质量评价的研究提供科学支撑和参考依据。

关键词: 栎类混交林, 优势木, 树高曲线模型, 哑变量

Abstract:

13 representative height-diameter models were used to simulate correlation of dominant height-diameter in natural Quercus mixed forests.Models with high goodness-of-fit were selected as the foundational model for building dominant height-diameter model with stand types and site types dummy variable.Results showed that mean dominant height models fitted better than maximum dominant height model,the dummy-variable-included models had higher goodness of fit than the foundational models.Stand type and site type dummy variable with mean dominant height had the same formula: $ H=1.3+\sum_{i=1}^{n} a_{i} \times Z_{i} \times D_{g} /(D_{g}+1)+b \times D_{g}$ and the site type dummy variable model (R²=0.9775) fitted better than forest type dummy variable model (R²=0.711 9).It was able to improve the applicability and accuracy of dominant height-diameter models for mixed Quercus forest based on dummy variable,which provided support and reference for establishing regional generalized bio-math models and amending site quality assessment of mixed Quercus forests in area coverage.

Key words: mixed Quercus forest, dominant tree, height-diameter models, dummy variable

中图分类号:

朱光玉, 罗小浪. 湖南栎类天然混交林优势木树高曲线哑变量模型研究[J]. 林业资源管理, 2017, 0(4): 22-29.

ZHU Guangyu, LUO Xiaolang. Dominant Height-Diameter Models for Mixed Quercus Forest Based on Dummy Variable[J]. FOREST RESOURCES WANAGEMENT, 2017, 0(4): 22-29.

图/表 11

表1

表2

表3

树高-胸径关系基础模型

模型	表达式
M1	$H = 1.3 + a D g b$
M2	$H = 1.3 + a (1 - e - b D g)$
M3	$H = 1.3 + D g 2 / (a + b D g) 2$
M4	$H = 1.3 + a e b / D g$
M5	$H = 1.3 + a D g D g + 1 + b D g$
M6	$H = 1.3 + a {D g / (D g + 1)} b$
M7	$H = 1.3 + a (1 - e - b D g) c$
M8	$H = 1.3 + D g 2 / (a + b D g + c D g 2)$
M9	$H = 1.3 + a D g e - b D g$
M10	$H = 1.3 + a D g b e - c D g$
M11	$H = 1.3 + a D g + b D g 2$
M12	$H = 1.3 + a e b D g + c$
M13	$H = 1.3 + 10 a D g b$

表3

表4

表5

表6

表7

表8

表9

图1

图2

参考文献 29

[1]	Lei X D, Peng C H, Wang H Y, et al. Individual height-diameter models for young black spruce (Picea mariana) and jack pine (Pinus banksiana) plantations in New Brunswick,Canada.[J]. Forestry Chronicle, 2009,85(1):43-56.
[2]	Sharma M, Parton J. Height-diameter equations for boreal tree species in Ontario using a mixed-effects modeling approach[J]. Forest Ecology & Management, 2007,249(3):187-198.
[3]	Colbert K C, Larsen D R, Lootens J R. Height-Diameter Equations for Thirteen Midwestern Bottomland Hardwood Species[J]. Northern Journal of Applied Forestry, 2002,19(4):171-176. doi: 10.1093/njaf/19.4.171
[4]	Temesgen H, Gadow K V. Generalized height-diameter models—an application for major tree species in complex stands of interior British Columbia[J]. European Journal of Forest Research, 2004,123(1):45-51. doi: 10.1007/s10342-004-0020-z
[5]	Curtis R O. Height-Diameter and Height-Diameter-Age Equations For Second-Growth Douglas-Fir[J]. Forest Science, 1967,13(4):365-375.
[6]	Huang S, Titus S J, Wiens D P. Comparison of nonlinear height-diameter functions for major Alberta tree species[J]. Canadian Journal of Forest Research, 1992,22(9):1297-1304. doi: 10.1139/x92-172
[7]	胥辉, 全宏波, 王斌. 思茅松标准树高曲线的研究[J]. 西南林业大学学报, 2000,20(2):74-77.
[8]	袁晓红, 李际平. 杉木人工林南北坡向树高-胸径生长曲线研究[J]. 西北林学院学报, 2012,27(2):180-183.
[9]	樊艳文, 王襄平, 曾令兵, 等. 北京栓皮栎林胸径-树高相关生长关系的分析[J]. 北京林业大学学报, 2011,33(6):146-150.
[10]	田军. 华北落叶松和樟子松树高与胸径的相关性研究[J]. 安徽农学通报, 2011,17(22):72-72.
[11]	赵俊卉, 刘燕, 张慧东, 等. 长白山天然林不同树种树高曲线对比研究[J]. 浙江农林大学学报, 2009,26(6):865-869.
[12]	赵俊卉, 亢新刚, 刘燕. 长白山主要针叶树种最优树高曲线研究[J]. 北京林业大学学报, 2009,31(4):13-18.
[13]	李海奎, 法蕾. 基于分级的全国主要树种树高-胸径曲线模型[J]. 林业科学, 2011,47(10):83-90. doi: 10.11707/j.1001-7488.20111013
[14]	Huang S, Titus S J. An age-independent individual tree height prediction model for boreal spruce-aspen stands in Alberta[J]. Canadian Journal of Forest Research, 1994,24(7):1295-1301. doi: 10.1139/x94-169
[15]	Patricia A, Miren D R, Isabel C. A mixed nonlinear height-diameter model for pyrenean oak (Quercus pyrenaica Willd.)[J]. Forest Ecology & Management, 2008,256(1):88-98.
[16]	陶用舒. 论湖南人才的地理环境[J]. 湖南城市学院学报, 2003(1):79-84.
[17]	胡芳名, 李建安, 李若婷. 湖南省主要橡子资源综合开发利用的研究[J]. 中南林学院学报, 2000(4):41-45.
[18]	祁承经, 孙希儒. 湖南壳斗科植物的研究[J]. 中南林学院学报, 1987(1):1-17.
[19]	刘振西. 栎树资源及其开发利用[J]. 湖南林业科技, 1994(3):64-66.
[20]	Huang S, Titus S J. An index of site productivity for uneven-aged or mixed-species stands[J]. Canadian Journal of Forest Research, 1993,23(3):558-562. doi: 10.1139/x93-074
[21]	盂宪宇. 测树学[M]. 北京: 中国林业出版社, 2006.
[22]	王明亮, 李希菲. 非线性树高曲线模型的研究[J]. 林业科学研究, 2000(1):78-82.
[23]	Fast A J, Ducey M J. Height-Diameter Equations for Select New Hampshire Tree Species[J]. Northern Journal of Applied Forestry, 2011,28(3):157-160. doi: 10.1093/njaf/28.3.157
[24]	王冬至, 张冬燕, 张志东, 黄选瑞. 基于非线性混合模型的针阔混交林树高与胸径关系[J]. 林业科学, 2016(1):30-36. doi: 10.11707/j.1001-7488.20160104
[25]	李希菲, 洪玲霞. 用哑变量法求算立地指数曲线族的研究[J]. 林业科学研究, 1997,10(2):215-219
[26]	唐守正, 李勇. 生物数学模型的统计学基础[M]. 北京: 科学出版社, 2002.
[27]	李丽霞, 郜艳晖, 张瑛. 哑变量在统计分析中的应用[J]. 数理医药学杂志, 2006,19(1):51-52.
[28]	唐守正, 郎奎建, 李海奎. 统计和生物数学模型计算(ForStat教程)[M]. 北京: 科学出版社, 2008.
[29]	李河, 麦劲壮, 肖敏, 等. 哑变量在Logistic回归模型中的应用[J]. 循证医学, 2008,8(1):42-45. doi: 10.3969/j.issn.1671-5144.2008.01.011

因子	海拔/m	株数	土层厚度/cm	平均优势木		最高优势木
因子	海拔/m	株数	土层厚度/cm	树高/m	胸径/cm	树高/m	胸径/cm
平均值	806	76	72	15.2	24.9	17.5	32.5
最大值	1638	261	95	22.3	50.1	26.5	70.0
最小值	80	30	43	9.6	8.9	10.6	11.5
标准差	541	57	13	3.0	9.6	3.4	12.7

样地	优势树种(组)DSC	林分类型	哑变量Z_i
芦头	锥栗、甜槠	锥栗-甜槠混交林	1
八大公山	亮叶水青冈	亮叶水青冈混交林	2
龙虎山	石栎	石栎混交林	3
五盖山	甜槠、枹栎	甜槠-枹栎混交林	4
青羊湖	青冈栎	青冈栎混交林	5

模型	平均优势木			最高优势木
模型	R²	RMSE	P/%	R²	RMSE	P/%
M1	0.332	2.57	95.21	0.229	3.03	95.07
M2	0.238	3.21	94.23	0.161	3.94	93.46
M3	0.272	2.92	94.82	0.196	3.76	93.87
M4	0.343	2.56	95.23	0.233	3.02	95.08
M5	0.376	2.50	95.31	0.238	2.98	95.14
M6	0.263	3.07	94.67	0.193	3.81	93.68
M7	0.332	2.57	95.22	0.229	3.03	95.01
M8	0.365	2.53	95.22	0.235	3.02	95.04
M9	0.172	3.85	93.67	0.032	4.05	92.37
M10	0.372	2.54	95.21	0.236	3.01	95.05
M11	0.071	4.13	91.13	0.162	3.91	93.47
M12	0.259	3.14	94.56	0.191	3.87	93.63
M13	0.332	2.57	95.21	0.229	3.03	95.07

参数	平均优势木				最高优势木
参数	R²	AIC	RMSE	MPE/%	R²	AIC	RMSE	MPE/%
a	0.7119	209.64	1.64	96.91	0.5549	240.93	2.30	96.21
b	0.6997	236.75	1.68	96.84	0.5212	271.43	2.39	96.07

立地类型编号	数量	立地类型编号	数量
1	10	5	4
2	3	6	12
3	8	7	3
4	8	8	3