雜種落葉松樹高-胸徑模型的研究

李曉晶

(黑龍江省林業(yè)和草原第一調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)院，黑龍江 牡丹江 157009)

雜種落葉松的研究開始于20世紀(jì)70年代，以生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)性和適應(yīng)優(yōu)勢(shì)性為主進(jìn)行大量的不同雜種落葉松優(yōu)勢(shì)選育試驗(yàn)，選出的雜種落葉松生長(zhǎng)迅速，產(chǎn)量較高，因而在黑龍江省內(nèi)進(jìn)行推廣，目前對(duì)于雜種落葉松人工林的經(jīng)營(yíng)管理方面研究還較少，因此科學(xué)經(jīng)營(yíng)和管理雜種落葉松人工林是亟待解決的問題[1]。森林經(jīng)營(yíng)與管理方案的制定和實(shí)施離不開林業(yè)常用數(shù)據(jù)的支持，因此如何獲取林業(yè)常用數(shù)據(jù)一直是林業(yè)學(xué)者研究的方向之一[2]。胸徑和樹高是森林調(diào)查中最基本的因素，是計(jì)算林分生長(zhǎng)量和估算林分產(chǎn)量的重要依據(jù)。在林業(yè)調(diào)查中胸徑較好獲取，相較而言樹高的獲取則更費(fèi)時(shí)費(fèi)力且精度還有待商榷，因此，如何獲取林木高度也一直是學(xué)者們的研究方向之一[3]。

目前常用的估算樹高的方法是模型法，即通過準(zhǔn)確測(cè)定樹木胸徑, 根據(jù)建立的樹高-胸徑模型來估計(jì)樹高，樹高-胸徑關(guān)系為異速增長(zhǎng)關(guān)系，體現(xiàn)為一條曲線，因此常稱為樹高曲線[4]。樹高曲線不僅可以作為計(jì)算材積、生物量、碳儲(chǔ)量、立地指數(shù)、林分生長(zhǎng)和收獲的重要手段, 還為森林監(jiān)測(cè)提供重要依據(jù)[5]。本研究根據(jù)黑龍江省內(nèi)江山嬌林場(chǎng)實(shí)測(cè)48塊雜種落葉松標(biāo)準(zhǔn)樣地?cái)?shù)據(jù)，采用非線性最小二乘的方法建立該樹種的樹高曲線模型，隨后利用獨(dú)立檢驗(yàn)樣本驗(yàn)證所建立模型的預(yù)測(cè)能力。

1 研究區(qū)域與研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

研究區(qū)域?yàn)楹邶埥幇彩芯硟?nèi)的黑龍江省林業(yè)科學(xué)研究院江山嬌實(shí)驗(yàn)林場(chǎng)，地理坐標(biāo)為43°44′～43°54′N，128°53′～129°12′E。林場(chǎng)處于長(zhǎng)白山脈張廣才嶺南部，因?yàn)榈匦谓允堑蜕角鹆?，海拔最低?56m，最高890m，平均約400m。夏季涼爽濕潤(rùn)，冬季寒冷干燥，氣候分明，屬于寒溫帶大陸季風(fēng)性氣候，年平均氣溫為3.5℃，年平均降水量越500mm。土壤類型主要分為三類：暗棕壤、沼澤土和草甸土，其中暗棕壤分布最廣。主要喬木樹木有落葉松屬(Larixspp.)，樟子松(Pinussylvestrisvar. mongolica Litv.),白樺(BetulaplatyphyllaSuk.) ,山楊(PopulusdavidianaDode)等。

1.2 數(shù)據(jù)來源

該雜種落葉松人工林栽植于1998年，在2015年夏季對(duì)已經(jīng)建立的48塊雜種落葉松標(biāo)準(zhǔn)樣地(2003年設(shè)定，樣地大小為0.03～0.06 hm2)進(jìn)行測(cè)量，所測(cè)因子有樹木胸高處直徑(D，cm，測(cè)徑尺測(cè)量，精確到0.1cm)、樹木高度(H，m，超聲波測(cè)高器測(cè)量，精確到0.1m)和冠幅(CW，m，鋼卷尺測(cè)量，精確到0.1m)等樹木因子。

1.3 數(shù)據(jù)處理

建模之前需要整理數(shù)據(jù)，即剔除包括枯立木、傾斜木等異常狀態(tài)的樹木的數(shù)據(jù)。之后，將整理好的數(shù)據(jù)按4:1的比例隨機(jī)分成兩部分，80%的數(shù)據(jù)用作模型建立，剩余數(shù)據(jù)作為獨(dú)立樣本檢驗(yàn)?zāi)Ｐ?。建模和檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的基本統(tǒng)計(jì)信息見表1。

表1 數(shù)據(jù)基本信息統(tǒng)計(jì)

1.4 研究方法

(1)

(2)

AIC=-2LL+2p

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

表2 樹高-胸徑模型的備選模型形式

2 結(jié)果分析

2.1 樹高模型的建立

2.2 模型檢驗(yàn)

圖1為模型的殘差圖，可以發(fā)現(xiàn)殘差均勻的分布在直線y=0兩側(cè)，說明該模型不存在異方差現(xiàn)象。將檢驗(yàn)樣本帶入所建立的樹高模型中，得到樹高預(yù)測(cè)值，計(jì)算檢驗(yàn)指標(biāo)評(píng)價(jià)模型預(yù)測(cè)效果。MPE，MPE%，MAE和MAE%大小分別為0.1210m，1.2029m，0.9605%和10.0271%，表明模型估計(jì)雖然存在一定的偏差，但還在可接受的范圍之內(nèi)。

表3 不同備選模型的擬合效果對(duì)比

圖1 樹高模型殘差圖與預(yù)測(cè)值的散點(diǎn)圖

3 結(jié)論