Health assessment of Robinia pseudoacacia plantations in the Henan Old Yellow River Course area using PLS-SEM Model

doi:10.13466/j.cnki.lczyyj.2025.03.015

Abstract

Abstract:

The Robinia pseudoacacia plantations in the sandy areas of the Yellow River floodplain in Henan Province exhibit a widespread degradation trend,significantly impacting the regional ecological environment.Accurately and scientifically evaluating their health status is critical for the restoration of degraded forests.This study focused on the R.pseudoacacia plantations in Zhongmu Forest Farm,located in the Yellow River floodplain of Henan Province.With field investigationsconductedin 44 representative plots,22 indicators across four dimensions involving stand productivity,stand site,stand resistance and stand structure were selected.Using Partial Least Squares Structural Equation Modeling(PLS-SEM),K-means clustering analysis,and Fisher discriminant analysis,a health assessment system and a health index model suitable for this region were established,followed by a comprehensive evaluation of stand health status.The results showed that the constructed PLS-SEM passed tests of validity,model fit,and significance.By using the PLS-SEMmodel,the weights of the four latent variable layersof stand productivity,stand site,stand resistance,and stand structure,were determined as 0.257,0.233,0.256,and 0.254,respectively.The health evaluation index of the studied R.pseudoacacia plantations ranged from 2.266 to 3.272.Among them,11.4% were in a healthy state,25.0% in a sub-healthy state,45.4% in a moderately healthy state,and 18.2% in an unhealthy state.The comprehensive findings indicate that stand productivity and stand resistance are the key dimensions determining the health of R.pseudoacacia plantations in the Henan Yellow River Old Course area.Specifically,mean tree height was identified as the most critical indicator of stand productivity,while external disturbance emerged as the primary constraining factor for stand resistance.

Key words: Robinia pseudoacacia plantations, forest health assessment, PLS-SEM, Yellow River floodplain sandy areas

CLC Number:

S750

YE Peixia, LUO Kai, SHEN Zhenhai, JIN Shanshan, ZHOU Mengli, YAN Dongfeng. Health assessment of Robinia pseudoacacia plantations in the Henan Old Yellow River Course area using PLS-SEM Model[J]. Forest and Grassland Resources Research, 2025, (3): 127-138.

Figures/Tables 8

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References 38

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变量	均值±标准差	最小值	最大值	变异系数/%	偏度	峰度
郁闭度	0.68± 0.20	0.26	0.92	28.9	-0.712	-0.702
林分密度/(株/hm²)	769.00±207.00	350.00	1 283.33	26.9	0.087	-0.189
单位面积蓄积量/(m³/hm²)	57.05± 33.97	12.99	122.44	59.5	0.613	-1.002
平均胸径/cm	14.36± 2.98	10.12	20.74	20.7	0.138	-1.237
平均树高/m	8.56± 2.30	5.17	12.63	26.8	0.191	-1.506

目标变量	潜变量	观测变量	等级分值
目标变量	潜变量	观测变量	5	4	3	2	1
刺槐人工林健康评价	林分生产力	平均胸径/cm	≥17	[15,17)	[12,15)	(11,12)	(0,11]
		平均树高/m	≥11.1	[8.8,11.1)	[7.3,8.8)	(6.3,7.3)	(0,6.3]
		平均冠幅/m	≥12.2	[11.0,12.2)	[9.5,11.0)	(8.2,9.5)	(0,8.2]
		单位面积蓄积量/(m³/hm²)	≥102	[55,102)	[36,55)	(27,36)	(0,27]
		地上部分总生物量/(g/m²)	≥200	[160,200)	[120,160)	(120,90)	(0,90]
	林分立地条件	郁闭度	≥0.85	[0.79,0.85)	[0.73,0.79)	(0.47,0.73)	(0,0.47]
		物种丰富度	≥7	[6,5)	[5,4)	[4,3)	(0,3]
		土壤容重/(g/cm³)	(0,1.41]	(1.41,1.45)	[1.45,1.47)	[1.47,1.49)	≥1.49
		土壤有机质/(g/kg)	≥4.3	[3.3,4.3)	[1.7,3.3)	(0.99,1.7)	(0,0.99]
		土壤含水量/%	≥22	[19,22)	[14,19)	(12,14)	(0,12]
	林分抵抗力	枯死枝比例/%	(0,0.15]	(0.15,0.18)	[0.18,0.20)	[0.20,0.24)	≥0.24
		断头比例/%	(0,0.06]	(0.06,0.13)	[0.13,0.23)	[0.23,0.38)	≥0.38
		感染病虫害比例/%	(0,0.16]	(0.16,0.42)	[0.42,0.67)	[0.61,0.91)	≥0.91
		火险等级	(0,0.18]	[0.19,0.23)	[0.23,0.28)	[0.29,0.33)	≥0.33
		干扰等级	极轻	轻度	中度	重度	严重
		更新苗多样性	≥0.69	[0.61,0.69)	[0.56,0.61)	(0.45,0.56)	(0,0.45]
		更新苗数量	≥45	[32,45)	[26,32)	(26,18)	(0,18]
	林分结构	竞争指数	≥0.26	[0.24,0.26)	[0.23,0.24)	(0.22,0.23)	(0,0.219]
		角尺度	(0,0.45]	(0.45,0.49)	[0.49,0.52)	[0.52,0.54)	≥0.54
		大小比数	≥0.53	[0.51,0.53)	[0.50,0.51)	(0.49,0.50)	(0,0.49]
		平均叶面积指数	≥1.43	[1.27,1.43)	[1.18,1.27)	(1.07,1.18)	(0,1.07]
		冠层开度	(0,14.6]	(14.6,21.9)	[21.9,35.0)	[35.0,53.6)	≥53.8

潜变量	可测变量个数/个	测量模型			结构模型
		信度检验		效度检验	路径系数	拟合效度检验
		克朗巴赫系数	组合信度	平均方差提取量	路径系数	拟合系数	P值
林分生产力	5	0.937	0.954	0.806	0.947	0.895	<0.01
林分立地条件	5	0.836	0.883	0.602	0.86	0.733	<0.01
林分抵抗力	7	0.895	0.919	0.622	0.942	0.885	<0.01
林分结构	5	0.877	0.91	0.671	0.936	0.873	<0.01

潜变量	路径系数	潜变量权重	观测变量	因子载荷	外部权重	观测变量权重
林分生产力	0.947	0.257	平均胸径	0.938	0.226	0.204
			平均树高	0.950	0.243	0.219
			平均冠幅	0.709	0.179	0.162
			单位面积蓄积量	0.924	0.233	0.210
			地上部分总生物量	0.943	0.227	0.205
林分立地条件	0.860	0.233	郁闭度	0.851	0.325	0.253
			物种丰富度	0.740	0.282	0.220
			土壤容重	0.814	0.250	0.196
			土壤有机质	0.722	0.211	0.165
			土壤含水量	0.745	0.213	0.166
林分抵抗力	0.942	0.256	枯死枝比例	0.875	0.201	0.161
			断头比例	0.789	0.169	0.135
			感染病虫害比例	0.884	0.229	0.182
			火险等级	0.669	0.135	0.108
			干扰等级	0.943	0.234	0.186
			更新苗多样性	0.651	0.150	0.187
			更新苗数量	0.651	0.123	0.153
林分结构	0.936	0.254	竞争指数	0.823	0.272	0.224
			角尺度	0.823	0.248	0.204
			大小比数	0.838	0.248	0.204
			平均叶面积指数	0.739	0.193	0.159
			冠层开度	0.865	0.256	0.210

样地编号	潜变量贡献值				健康评价指数	样地编号	潜变量贡献值				健康评价指数
样地编号	林分生产力	林分立地条件	林分抵抗力	林分结构	健康评价指数	样地编号	林分生产力	林分立地条件	林分抵抗力	林分结构	健康评价指数
1	1.191	0.762	0.375	0.744	3.072	12	1.176	0.810	0.343	0.597	2.926
2	1.054	0.782	0.416	0.799	3.051	13	0.998	0.751	0.315	0.557	2.621
3	1.093	0.661	0.382	0.761	2.896	14	1.054	0.718	0.389	0.516	2.678
4	0.986	0.679	0.328	0.707	2.701	15	0.934	0.782	0.343	0.516	2.575
5	1.202	0.842	0.397	0.654	3.094	16	0.599	0.763	0.627	1.005	2.994
6	1.243	0.843	0.388	0.797	3.272	17	0.859	0.517	0.524	0.953	2.853
7	1.146	0.674	0.376	0.694	2.890	18	0.854	0.679	0.619	0.712	2.863
8	1.202	0.753	0.329	0.717	3.000	19	0.801	0.719	0.558	0.473	2.552
9	1.232	0.888	0.465	0.655	3.241	20	0.652	0.692	0.646	0.787	2.777
10	0.934	0.880	0.424	0.557	2.794	21	0.309	0.524	0.655	0.777	2.266
11	1.081	0.668	0.418	0.518	2.685	22	0.919	0.835	0.422	0.647	2.823
23	0.932	0.640	0.605	0.801	2.978	34	0.460	0.698	0.778	0.862	2.797
24	0.599	0.484	0.605	0.762	2.451	35	0.682	0.672	0.724	0.887	2.965
25	0.756	0.633	0.491	0.789	2.670	36	0.257	0.524	0.839	0.778	2.398
26	0.632	0.867	0.531	0.697	2.726	37	0.257	0.517	0.859	0.869	2.501
27	0.641	0.706	0.681	0.757	2.785	38	0.355	0.685	0.845	0.882	2.767
28	0.652	0.539	0.621	0.901	2.712	39	0.585	0.577	0.706	0.765	2.633
29	0.460	0.615	0.593	0.681	2.349	40	0.633	0.576	0.878	0.752	2.839
30	0.471	0.751	0.579	0.705	2.507	41	0.449	0.705	0.810	0.828	2.792
31	0.257	0.768	0.933	0.939	2.896	42	0.351	0.795	0.816	0.870	2.833
32	0.351	0.614	0.830	0.835	2.630	43	0.299	0.628	0.763	0.815	2.505
33	0.257	0.524	0.864	0.887	2.532	44	0.690	0.628	0.933	0.713	2.964