华北落叶松人工林差分地位指数模型构建

doi:10.13466/j.cnki.lyzygl.2021.01.020

林业资源管理 ›› 2021, Vol. 0 ›› Issue (1): 156-163.doi: 10.13466/j.cnki.lyzygl.2021.01.020

华北落叶松人工林差分地位指数模型构建

王志波¹(), 季蒙¹(), 李永乐², 李银祥¹, 马世明³, 张海东¹

1.内蒙古自治区林业科学研究院,呼和浩特 010010
2.兴和县苏木山林场,内蒙古兴和 013650
3.内蒙古乌兰察布市林业科学研究所,内蒙古集宁 012000

收稿日期:2020-11-05 修回日期:2020-12-09 出版日期:2021-02-28 发布日期:2021-03-30
通讯作者: 季蒙
作者简介:王志波(1984-),男,内蒙古赤峰人,副研究员,主要从事森林培育理论与技术研究。Email: wang_zb123@163.com
基金资助:
“十三五”国家重点研发计划项目子课题(2017YFD060040303);内蒙古自治区自然科学基金(2018MS03037)

Construction of Difference Site Index Model for Larix Principis-rupprechtii Plantation

WANG Zhibo¹(), JI Meng¹(), LI Yongle², LI Yinxiang¹, MA Shiming³, ZHANG Haidong¹

1. Inner Mongolia Academy of Forestry Science,Hohhot,Inner Mongolia 010010
2. Sumu Mountain forest farm of Xinghe County,Xinghe,Inner Mongolia 013650
3. Forestry Science Research Institute of Ulanqab,Jining,Inner Mongolia 012000

Received:2020-11-05 Revised:2020-12-09 Online:2021-02-28 Published:2021-03-30
Contact: JI Meng

摘要/Abstract

摘要：

以阴山山地苏木山林场华北落叶松人工林为研究对象,利用43株解析木数据,基于Richards方程构建差分地位指数模型。结果表明:差分模型拟合结果明显优于基础模型,R²均在0.96以上,RMSE在0.86~0.96之间,MAE在0.42以下。ADA法推导的模型,以b或c为自由参数拟合结果要好于以a为自由参数;GADA法推导的模型,假设自由参数c与变量$X_{0}$成线性关系更合理。通过统计分析、残差分析和地位指数曲线簇比较,采用GADA法,假设自由参数$a=e^{X_{0}}$,$c=c_{1}+c_{2} X_{0}$所推导的差分模型为最佳模型,满足生物学和统计学两方面的要求。地位指数越大,优势木树高及其连年生长量的极值也越大,到达拐点的时间也越早。研究结果可为华北落叶松人工林立地质量科学评价提供依据。

关键词: 地位指数模型, Richards方程, 代数差分法, 广义代数差分法, 华北落叶松人工林

Abstract:

In the paper,the Larix principis-rupprechtii plantation in Sumu Mountain forest farm of Yin Mountain was taken as the research object.Based on the data of 43 analytic trees,the difference site index models were constructed based on Richards equation.The results showed that the difference model fitting results were significantly better than the basic model,with R² above 0.96,RMSE between 0.86 and 0.96,and MAE below 0.42.The model derived by ADA method,the fitting result with b or c as free parameter is better than that with a as free parameter.In the model derived by GADA method,it is more reasonable to assume a linear relationship between the free a parameter and the variable X₀.Through such methods as statistical analysis,residual analysis and site index curve cluster comparison,by applying GADA method,the difference model derived by free parameters $a=e^{X_{0}}$,$c=c_{1}+c_{2} X_{0}$ is the best model,which meets the requirements of biology and statistics.Higher site index has the greater extreme value of tree height and annual growth of dominant trees,and the earlier the curve reaches the inflection point.The results can provide basis for the scientific evaluation of site quality of Larix principis-rupprechtii plantation.

Key words: site index model, Richards equation, algebraic difference approach, generalized algebraic difference approach, Larix principis-rupprechtii plantation

中图分类号:

S758.5

王志波, 季蒙, 李永乐, 李银祥, 马世明, 张海东. 华北落叶松人工林差分地位指数模型构建[J]. 林业资源管理, 2021, 0(1): 156-163.

WANG Zhibo, JI Meng, LI Yongle, LI Yinxiang, MA Shiming, ZHANG Haidong. Construction of Difference Site Index Model for Larix Principis-rupprechtii Plantation[J]. FOREST RESOURCES WANAGEMENT, 2021, 0(1): 156-163.

图/表 7

表1

表2

一般代数差分方程

自由参数	X的解	差分方程	编号
$a$	$X = h 1 (1 - e - b t 1) c$	$h 2 = h 1 (1 - e - b t 2 1 - e - b t 1) c$	E1
$b$	$X = ln (1 - (h 1 a) 1 c) t 1$	$h 2 = a (1 - (1 - (h 1 a) 1 c) t 2 t 1) c$	E2
$c$	$X = ln (h 1 a) ln (1 - e - b t 1)$	$h 2 = a (h 1 a) ln (1 - e - b t 2) ln (1 - e - b t 1)$	E3

表2

表3

广义代数差分方程

自由参数	$X 0$ 的解	差分方程	编号
$a = e X 0$	$X 0 = ln h 1 - c 1 ln (1 - e - b t 1) 1 + c 2 ln (1 - e - b t 1)$	$h 2 = e X 0 (1 - e - b t 2) (c 1 + c 2 X 0)$	E4
$c = c 1 + c 2 X 0$		$h 2 = e X 0 (1 - e - b t 2) (c 1 + c 2 X 0)$	E4
$a = e X 0$	$X 0 = 12 (F + F 2 - 4 c 2 ln (1 - e - b t 1))$	$h 2 = e X 0 (1 - e - b t 2) (c 1 + c 2 X 0)$	E5
$c = c 1 + c 2 / X 0$	$F = ln h 1 - c 1 ln (1 - e - b t 1)$	$h 2 = e X 0 (1 - e - b t 2) (c 1 + c 2 X 0)$	E5

表3

表4

华北落叶松人工林差分地位指数模型的参数估计值及相关统计指标

模型	参数	估计值	标准误	P值	R²	RMSE	MAE
E0	$a$	38.9943	12.5491	0.0021	0.8915	1.7353	0.7726
	$b$	0.0161	0.0080	0.0440
	$c$	1.1550	0.1261	<0.0001
E1	$b$	0.0330	0.0037	<0.0001	0.9671	0.9530	0.4011
E1	$c$	1.3670	0.0777	<0.0001	0.9671	0.9530	0.4011
E2	$a$	27.2526	1.1755	<0.0001	0.9728	0.8669	0.3569
E2	$c$	1.3217	0.0535	<0.0001	0.9728	0.8669	0.3569
E3	$a$	40.3098	4.3032	<0.0001	0.9678	0.9436	0.4127
E3	$b$	0.0145	0.0025	<0.0001	0.9678	0.9436	0.4127
E4	$b$	0.0313	0.0034	<0.0001	0.9719	0.8832	0.3828
	$c 1$	4.6150	0.9143	<0.0001
	$c 2$	-1.002	0.2787	0.0004
E5	$b$	0.0292	0.0042	<0.0001	0.9679	0.9467	0.4041
	$c 1$	1.3024	0.0790	<0.0001
	$c 2$	0.0072	0.0034	0.0360

表4

图1

图2

图3

参考文献 27

[1]	李瑛萍, 赵玉文, 姚祺, 等. 雅鲁藏布江中游巨柏种群立地分类研究[J]. 林业资源管理, 2020(3):78-84.
[2]	郭艳荣, 吴保国, 刘洋, 等. 立地质量评价研究进展[J]. 世界林业研究, 2012,25(5):47-52.
[3]	杜雨菲. 桉树立地质量评价与适宜性研究[D]. 北京:北京林业大学, 2019.
[4]	刘东兰, 周宁, 郑小贤. 杉木人工林地位指数表简捷编制方法研究[J]. 林业资源管理, 2012(1):61-65.
[5]	Monserud R A. Height growth and site index curves for inland Douglas-fir based on stem analysis data and forest habitat type[J]. Forest Science, 1984,30(4):943-965.
[6]	王冬至, 张冬燕, 蒋凤玲, 等. 塞罕坝华北落叶松人工林地位指数模型[J]. 应用生态学报, 2015,26(11):3413-3420.
[7]	曹元帅, 孙玉军. 基于广义代数差分法的杉木人工林地位指数模型[J]. 南京林业大学学报:自然科学版, 2017,41(5):79-84.
[8]	Diéguez-Aranda U, Burkhart H E, Rodríguez-Soalleiro R. Modeling dominant height growth of radiata pine(Pinus radiata D.Don) plantations in north-western Spain[J]. Forest Ecology and Management, 2005,215(1):271-284.
[9]	相聪伟. 杉木人工林立地指数方程的研究[D]. 北京:中国林业科学研究院, 2010.
[10]	Clutter J L. Compatible growth and yield models for loblolly pine[J]. Forest Science, 1963,9(3):354-371.
[11]	倪成才, 刘春梅, 丁俊峰, 等. 差分生长模型预测误差的分析[J]. 北京林业大学学报, 2009,31(4):1-6.
[12]	倪成才, 于福平, 张玉学, 等. 差分生长模型的应用分析与研究进展[J]. 北京林业大学学报, 2010,32(4):284-292.
[13]	Bailey R L, Clutter J L. Base-age invariant polymorphic site curves[J]. Forest Science, 1974,20(2):155-159.
[14]	赵磊, 倪成才, Gordon N. 加拿大哥伦比亚省美国黄松广义代数差分型地位指数模型[J]. 林业科学, 2012,48(3):74-81.
[15]	Cieszewski C J, Bailey R L. Generalized algebraic difference approach:Theory based derivation of dynamic site equations with polymorphism and variable asymptotes[J]. Forest Science, 2000,46(1):116-126.
[16]	Cieszewski C J. Three methods of deriving advanced dynamic site equations demonstrated on inland Douglas-fir site curves[J]. Canadian Journal of Forest Research, 2001,31(1):165-173. doi: 10.1139/x00-132
[17]	Cieszewski C J. Comparing fixed-and variable-base-age site equation having single versus multiple asymptotes[J]. Forest Science, 2002,48(1):7-28.
[18]	Cieszewski C J, Mike S. Generalized algebraic difference approach derivation of dynamic site equations with polymorphism and variable asymptotes from exponential and logarithmic functions[J]. Forest Science, 2008,54(3):303-315.
[19]	牛亦龙, 董利虎, 李凤日. 基于广义代数差分法的长白落叶松人工林地位指数模型[J]. 北京林业大学学报, 2020,42(2):9-18.
[20]	Richards F J. A flexible growth function for empirical use[J]. Journal of Experimental Botany, 1959,10(2):290-300. doi: 10.1093/jxb/10.2.290
[21]	赵贝贝, 翟文元, 郝克嘉, 等. Richards生长函数在107-杨树速生丰产林生长预测上的应用[J]. 山东农业大学学报:自然科学版, 2010,41(1):23-26.
[22]	魏晓慧, 孙玉军, 马炜. 基于Richards方程的杉木树高生长模型[J]. 浙江农林大学学报, 2012,29(5):661-666.
[23]	童佳鸣, 何强, 苏小飞, 等. 金佛山方竹不同冠层枝叶生长动态模拟模型[J]. 江西农业大学学报, 2019,41(6):1130-1141.
[24]	董晨, 吴保国, 张瀚. 基于冠幅的杉木人工林胸径和树高参数化预估模型[J]. 北京林业大学学报, 2016,38(3):55-63.
[25]	范阔, 苏晓慧, 张艺超, 等. 运用改进Richards模型预测马尾松人工林立地指数—以广西高峰林场为例[J]. 东北林业大学学报, 2019,47(9):48-51.
[26]	李斌成, 杜超群, 袁慧, 等. 基于理论模型及其差分方程的湖北省杉木立地指数表研制[J]. 中南林业科技大学学报, 2019,39(7):56-64.
[27]	段爱国, 张建国. 杉木人工林优势高生长模拟及多形地位指数方程[J]. 林业科学, 2004(6):13-19. doi: 10.11707/j.1001-7488.20040603

变量	全部数据(n=43)				建模数据(n=32)				检验数据(n=11)
变量	最大值	最小值	均值	标准差	最大值	最小值	均值	标准差	最大值	最小值	均值	标准差
林龄/a	49	16	35.05	9.80	49	16	35.31	9.93	47	19	34.27	9.86
胸径/cm	29.70	10.70	20.43	4.89	29.70	10.70	20.20	5.01	28.00	14.30	21.09	4.82
树高/m	22.90	7.60	14.92	4.32	22.90	7.60	14.83	4.58	21.00	10.50	15.20	3.69

华北落叶松人工林差分地位指数模型构建

Construction of Difference Site Index Model for Larix Principis-rupprechtii Plantation

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 7

参考文献 27

相关文章 7

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	解晗, 万一峰, 崔红娜, 郑炎, 贾彦龙. 华北落叶松人工林主要草本植物N,P生态化学计量特征研究——以燕山北部山地为例[J]. 林业资源管理, 2020, 0(4): 58-65.
[2]	刘红炎, 陈东莉, 柳杰, 赵宇, 张芸香, 郭晋平. 华北落叶松人工林不同间伐水平下林下植物多样性研究——以山西关帝山龙兴林场为例[J]. 林业资源管理, 2017, 0(1): 50-56.
[3]	许晴, 蒋凤玲, 许中旗, 丁丽, 李红倩. 冀北地区华北落叶松林与樟子松人工林最大生物量及碳贮量比较[J]. 林业资源管理, 2016, 0(6): 44-49.
[4]	王清梅, 包亮, 周梅, 魏江生, 赵鹏武, 张秋颖, 吴宪. 华北落叶松人工林生物量及碳储量遥感模型研究[J]. 林业资源管理, 2014, 0(4): 52-57.
[5]	张树梓, 李梅, 张志东, 崔丽红, 黄选瑞, 王冬至. 不同林分改造措施对华北落叶松人工林群落稳定性的影响[J]. 林业资源管理, 2013, 0(6): 96-101.
[6]	杨飞, 王欣, 郭延朋, 张燕华, 马长明. 修枝对华北落叶松人工林分生长的初期影响[J]. 林业资源管理, 2012, 0(3): 85-89.
[7]	贾忠奎, 公宁宁, 姚凯, 司瑞雪, 程顺, 王立东, 游伟斌, 张田田, 刘杰, 王西洋. 整地方式对塞罕坝华北落叶松人工林生产力的影响[J]. 林业资源管理, 2011, 0(5): 71-78.