南京林业大学学报(自然科学版) ›› 2024, Vol. 48 ›› Issue (5): 235-245.doi: 10.12302/j.issn.1000-2006.202311012
收稿日期:
2023-11-13
修回日期:
2024-01-17
出版日期:
2024-09-30
发布日期:
2024-10-03
通讯作者:
* 董利虎(lihudong@nefu.edu.cn),教授。作者简介:
王越(1109364622@qq.com)。
基金资助:
WANG Yue(), MIAO Zheng, HAO Yuanshuo, LIU Xin, DONG Lihu*()
Received:
2023-11-13
Revised:
2024-01-17
Online:
2024-09-30
Published:
2024-10-03
摘要:
【目的】构建长白落叶松-水曲柳单木叶面积模型,以提升长白落叶松-水曲柳人工混交林单木叶面积的预测精度,了解模型变量与叶面积关系,为进一步研究林分生产力和树冠结构提供理论基础。【方法】选取黑龙江省尚志市不同混交比例长白落叶松-水曲柳混交林中111株落叶松以及113株水曲柳,测量其叶面积。采用全子集回归法建立两树种的非线性单木叶面积预估模型。通过相对权重法分析各变量对模型的贡献,同时考虑样地对叶面积的随机影响,构建混合效应模型,并对模型进行评价。【结果】相对权重计算结果显示,在最优模型中,胸径(DBH)对长白落叶松和水曲柳单木叶面积的影响最大。考虑样地层次随机效应的最优长白落叶松单木叶面积混合效应模型包括冠长率(PCR)、DBH、林木树高与林分优势木平均高之比(PHDH),模型调整后的决定系数(
中图分类号:
王越,苗铮,郝元朔,等. 长白落叶松-水曲柳混交林单木叶面积预估模型[J]. 南京林业大学学报(自然科学版), 2024, 48(5): 235-245.
WANG Yue, MIAO Zheng, HAO Yuanshuo, LIU Xin, DONG Lihu. A single tree leaf area prediction model in the Larix olgensis and Fraxinus mandshurica mixed forest[J].Journal of Nanjing Forestry University (Natural Science Edition), 2024, 48(5): 235-245.DOI: 10.12302/j.issn.1000-2006.202311012.
表1
长白落叶松-水曲柳混交林样地信息基本统计量"
变量 variable | 平均值 mean | 标准差 SD | 最小值 min | 最大值 max |
---|---|---|---|---|
林龄/a stand age | 18.20 | 3.41 | 11.00 | 25.00 |
林分密度/(株·hm-2) stand density | 2 150.00 | 492.00 | 1 580.00 | 3 600.00 |
平均胸径/cm mean DBH | 11.39 | 2.10 | 7.35 | 15.73 |
平均树高/m mean HT | 12.29 | 2.15 | 7.96 | 15.80 |
优势木平均树高/m mean HT of dominant tree | 14.34 | 2.79 | 8.19 | 20.42 |
优势木平均胸径/cm mean DBH of dominant tree | 14.12 | 3.00 | 8.48 | 17.81 |
表2
长白落叶松与水曲柳解析木样木因子统计"
变量 variable | 长白落叶松 Larix olgensis | 水曲柳Fraxinus mandshuria | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
平均值 mean | 标准差 SD | 最小值 min | 最大值 max | 平均值 mean | 标准差 SD | 最小值 min | 最大值 max | ||
胸径/cm DBH | 12.67 | 5.09 | 2.00 | 23.60 | 10.73 | 4.36 | 1.80 | 20.70 | |
树高/m HT | 12.88 | 3.88 | 3.60 | 20.15 | 12.31 | 3.33 | 3.64 | 17.95 | |
冠长/m CL | 6.87 | 2.08 | 2.25 | 12.26 | 5.94 | 2.35 | 1.35 | 13.55 | |
冠幅/m CW | 1.22 | 0.33 | 0.57 | 2.03 | 1.30 | 0.48 | 0.23 | 2.80 | |
冠长率CR | 0.56 | 0.16 | 0.24 | 0.93 | 0.48 | 0.14 | 0.15 | 0.84 | |
高径比HDR | 1.09 | 0.25 | 0.71 | 2.20 | 1.25 | 0.31 | 0.70 | 2.24 | |
相对树高RH | 1.04 | 0.19 | 0.44 | 1.46 | 1.00 | 0.16 | 0.45 | 1.28 | |
相对胸径RDBH | 1.17 | 0.40 | 0.27 | 1.90 | 1.00 | 0.34 | 0.24 | 1.63 | |
林木胸径与林分优势木胸径之比DDH | 0.88 | 0.31 | 0.17 | 1.50 | 0.75 | 0.27 | 0.15 | 1.35 | |
林木树高与林分优势木树高之比HDH | 0.88 | 0.18 | 0.36 | 1.28 | 0.85 | 0.15 | 0.37 | 1.11 | |
树冠叶面积/m2 CLA | 44.84 | 34.45 | 0.42 | 139.86 | 45.20 | 38.01 | 0.76 | 171.53 |
表3
长白落叶松与水曲柳单木叶面积备选模型表达式"
树种 species | 模型编号 model No. | 模型 model | 调整后决定系数 | 均方根误差/m2 RMSE |
---|---|---|---|---|
长白落叶松 larch | 1 | SCLA=1.4953 | 0.89 | 11.56 |
2 | SCLA=14.655 7 | 0.88 | 12.06 | |
3 | SCLA=0.716 3 | 0.88 | 12.07 | |
4 | SCLA=0.702 2 | 0.88 | 12.01 | |
5 | SCLA=57.322 2 | 0.86 | 12.62 | |
水曲柳ash | 6 | SCLA=2.372 8 | 0.87 | 13.61 |
7 | SCLA=1.593 4 | 0.87 | 13.94 | |
8 | SCLA=1.894 4 | 0.87 | 13.97 | |
9 | SCLA=0.662 8 | 0.85 | 14.36 | |
10 | SCLA=8.976 4 | 0.86 | 14.44 |
表5
长白落叶松与水曲柳单木叶面积在不同随机效应参数下的拟合结果"
树种 species | 模型 model | 随机效应参数 random-effects parameters | 参数个数 parameters numbers | 赤池信息 准则 AIC | 贝叶斯 信息准则 BIC | 对数似然值 LogLik | 似然比值 LRT | P |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
长白落叶松 larch | (12) | 4 | 864.277 1 | 877.824 7 | -427.138 5 | |||
(12-1) | b2 | 5 | 848.207 4 | 864.464 6 | -418.103 7 | 18.069 7 | <0.000 1 | |
(12-2) | b2、b3 | 6 | 850.931 0 | 872.607 2 | -417.465 5 | 1.276 5 | 0.528 2 | |
(12-3) | b1、b2、b3 | 7 | 852.534 5 | 882.339 4 | -415.267 3 | 4.396 4 | 0.221 7 | |
(13) | 5 | 917.574 5 | 933.938 9 | -452.787 3 | ||||
水曲柳ash | (13-1) | b8 | 6 | 892.456 4 | 911.548 1 | -439.228 2 | 27.118 1 | <0.000 1 |
(13-2) | b5、b6 | 7 | 894.092 9 | 918.639 4 | -438.046 5 | 2.363 4 | 0.306 8 |
表6
长白落叶松与水曲柳单木叶面积模型评价"
项目 item | 参数 parameter | 模型(12) model(12) | 模型(14) model(14) | 模型(13) model(13) | 模型(15) model(15) |
---|---|---|---|---|---|
β0 | 1.495 3 | 1.701 1 | — | — | |
β1 | 0.917 3 | 0.989 9 | — | — | |
β2 | 1.553 4 | 1.522 2 | — | — | |
β3 | 0.808 0 | 1.088 8 | — | — | |
固定参数 | β4 | — | — | 2.372 8 | 2.372 8 |
fixted parameter | β5 | — | — | 0.633 0 | 0.633 0 |
β6 | — | — | 1.388 6 | 1.388 6 | |
β7 | — | — | 0.737 1 | 0.737 1 | |
β8 | — | — | 0.314 4 | 0.314 4 | |
随机效应的方差-协方差矩阵 variance-covariance matrix for random effects | — | 0.001 6 | — | — | |
误差方差 variance of error | — | — | — | 0.051 3 | |
σ2 | 131.395 1 | 131.395 1 | 179.659 7 | 184.299 4 | |
拟合优度 goodness of fit | RMSE/m2 | 11.68 | 11.68 | 13.71 | 13.61 |
0.88 | 0.89 | 0.87 | 0.87 |
表7
长白落叶松与水曲柳单木叶面积模型的检验结果"
模型 model | 平均误差/ m2 ME | 平均绝对 误差/m2 MAE | 预估 精度/% Pa |
---|---|---|---|
长白落叶松模型(12) CLA model of larch(12) | -0.587 3 | 8.325 9 | 98 |
长白落叶松最优混合效应模型(14) optimal mixed-effect model of larch(14) | -0.202 7 | 7.943 0 | 99 |
水曲柳单木叶面积模型(13) CLA model of ash(13) | 0.134 6 | 9.918 7 | 99 |
水曲柳最优混合效应模型(15) optimal mixed-effect model of ash(15) | -0.281 7 | 9.397 6 | 99 |
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