【摘要】：为了量化抚育间伐对长白落叶松人工林生长的影响,优化林分结构、制定合理的抚育间伐体制及科学地经营管理森林,利用基于抚育间伐效应的孟家岗林场5块固定样地35期复测数据、江山娇林场5块固定样地18期复测数据,分别分析了抚育间伐对林木直径分布的影响、抚育间伐对样地和林木枯损概率的影响和抚育间伐对单木直径生长的影响,分析了抚育间伐对林分每公顷断面积和蓄积活立木现存量、毛生长量、净生长量及其连年生长量和平均生长量的影响。在分析结果的基础上,分别建立了基于抚育间伐效应的的直径分布参数预估模型、林分和单木枯损预估模型、单木直径生长预估模型、断面积和蓄积量预估模型及林分平均胸径预估模型。利用基于抚育间伐效应的这一系列模型,通过非线性优化,提出最优化的抚育间伐方案,为更加科学合理森林经营管理提供依据。主要研究内容及结果如下:(1)基于孟家岗林场、江山娇林场和松江河林业局收集到的578块长白落叶松人工林临时样地数据,建立了林分优势木平均高与林分平均高对偶回归模型。为林分平均高与优势木平均之间相互转换提供基础。(2)分析了抚育间伐对林分直径分布曲线及Weibull分布三参数的动态影响。构建了基于抚育间伐效应的Weibull分布参数预测的联立方程组模型,分别采用三阶段最小二乘法及度量误差方法估计模型的参数。结果表明:未间伐林分(对照)直径分布曲线随林龄增加由“高峰狭窄”(林木直径分布集中)状态逐渐向“低峰宽广”(林木直径分布分散)状态过渡;抚育间伐后,林木直径分布曲线均较抚育间伐前右偏加剧,峰度变高,径阶变窄,对称性下降;间伐强度越大,伐除的中小径阶树木越多,直径分布曲线较间伐前左侧截尾明显,峰度增高,径阶分布范围变小。低强度抚育间伐使得参数a值变大,b值变小,对参数c的影响不明显;高强度抚育间伐使得参数a的增量变大,b值变小,参数c值变小。参数预测联立方程组模型的拟合结果表明,参数b的预测模型拟合效果最好,R20.99;参数a预测模型拟合效果稍差,但R2也大于0.93;三阶段最小二乘法拟合结果与度量误差方法区别不大。两种方法检验结果均较好,模型精度均大于97%,拟合效率均在0.92以上。所建立的模型能够较好地模拟抚育间伐效应下长白落叶松人工林直径分布动态变化。(3)分析抚育间伐对人工长白落叶松样地枯损与单木枯损的影响,构建样地和单木水平的枯损概率模型,为模拟林木枯损提供基础。基于二分类变量Logistic回归模型,采用二步法(Ⅰ.抚育间伐后样地水平枯损概率模型;Ⅱ.枯损样地中单木水平枯损概率模型),建立了以“logit,”为链接方程的样地枯损及样地内单木枯损概率的两阶段模型。本研究所收集数据属于纵向相关数据及重复测量数据,为消除自相关性采用广义估计方程(GEE)方法对模型参数进行估计。样地水平按照抚育间伐次数将数据分成4组进行建模(模型1~模型4),模型1中,地位指数、林分年龄的自然对数、抚育间伐年龄及强度为显著自变量。模型2~模型4中,显著自变量之间存在严重的多重共线性问题,故采用主成分分析法,利用主成分代替原始自变量进行建模。原始自变量为林龄年龄、每公顷株数、平均胸径及抚育间伐因子。单木水平以枯损样地中林木为研究对象建立枯损概率模型,显著性自变量为林分初值密度、年龄、林木胸径的倒数及林分中大于对象木的所有林木断面积之和。根据敏感度和特异度曲线相交点确定枯损概率最优临界点。抚育间伐因子对样地枯损概率有着显著影响,但对枯损样地中单木枯损概率无显著影响。样地枯损概率模型及单木枯损概率模型Hosmer和Lemeshow拟合优度检验均不显著(P0.05),模型AUC均在0.91以上,估计正确率均超过80%,模型拟合效果较好。(4)分析抚育间伐对间伐后5年时林木直径生长量的影响规律,并建立了与距离无关的基于抚育间伐效应的长白落叶松单木直径5年定期生长量预估模型,量化抚育间伐对林木直径生长的影响。长白落叶松单木直径生长模型为基于样地效应的单水平线性混合效应模型,根据AIC和BIC等统计指标和似然比检验对模型进行比较和筛选,并采用独立样本数据对模型进行检验。结果表明:当地位指数一定且林分年龄较小时,抚育间伐强度越大,林木直径生长量越大;当林分年龄较大时,抚育间伐对林木直径生长影响不明显。同一林分中,林木直径生长量先随林木径阶增大呈增大趋势,当径阶超过一定值后,呈减小趋势。长白落叶松单木直径生长模型的显著自变量为林木胸径的二次方及胸径的自然对数、林分中大于对象木的所有林木断面积之和、地位指数、抚育间伐年龄和强度。长白落叶松单木直径生长最优混合模型的AIC、BIC和均方根误差均小于一般线性模型。独立样本数据检验最优线性混合模型和一般线性模型的拟合效率分别为0.678和0.624。拟合结果和检验结果均表明基于抚育间伐效应的长白落叶松直径生长的最优线性混合模型优于一般线性模型。(5)分析了抚育间伐对林分每公顷断面积和蓄积活立木现存量、毛生长量、净生长量及其连年生长量和平均生长量的影响。在分析结果的基础上,分别建立了基于抚育间伐效应的每公顷断面积和蓄积净生长量预估模型及活立木断面积和蓄积预估模型。模型拟合确定系数均大于0.97,独立数据检验精度均在99%以上。并利用已经建立的基于抚育间伐效应的一系列模型,以样地1和样地10为例,以最大净生长量为目标,抚育间伐年龄和强度为决策变量,通过非线性优化方法,提出最佳抚育间伐方案。在林分年龄为40和51年收获森林时,均以2次抚育间伐最优,分别比对照样地高出4.16%和15.74%。40收获时,抚育间伐年龄分别为21年和30年,抚育间伐强度分别为20.79%和19.61%;51年收获时,抚育间伐年龄分别为21年和34年,抚育间伐强度分别为27.72%和 27.19%。
【学位授予单位】：东北林业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S791.22
【图文】：
图４－３样地２￣５初次间伐后林木直径Ｗｅｉｂｕｌｌ分布曲线变化逡逑
图４－４样地６初次间伐后林木直径Ｗｅｉｂｕｌｌ分布曲线变化逡逑
【参考文献】
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2716338
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