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A site index model for Larix principisrupprechtii plantation in Saihanba, north China.

塞罕坝华北落叶松人工林地位指数模型


运用传统地位指数模型来估计不同立地类型人工林立地指数是非常困难的,本文主要目的是建立适用于不同立地条件的地位指数模型,并对其立地质量进行评价.以两类调查数据和173块临时样地数据为基础,构建基于数量化理论方法I的非线性混合地位指数生长模型.结果表明: 海拔、坡向、土层厚度及土壤类型是影响华北落叶松人工林优势高生长的主要限制性因子;建立了主要限制性立地因子与林分优势高的线性回归方程,确定系数为0.912;确定华北落叶松人工林基准年龄为20年,对主要立地类型非线性地位指数混合模型参数进行了估计,模型确定系数R2均大于0.85,预测值与真实值绝对误差(e)在-0.43~0.45范围内,平均均方根误差(RMSE)在0.907~1.148范围内,模型拟合精度较高;主要立地类型优势高预测值与实际值估计误差在\[-0.95,0.95\]置信区间内,其中高海拔阴坡砂壤中土层类型立地质量最高,其次为高海拔-阳坡-砂壤-中土层、低海拔-阴坡-砂壤-中土层,低海拔-阳坡-砂壤-中土层类型立地质量最差.

It is often difficult to estimate site indices for different types of plantation by using an ordinary site index model. The objective of this paper was to establish a site index model for plantations in varied site conditions, and assess the site qualities. In this study, a nonlinear mixed site index model was constructed based on data from the second class forest resources inventory and 173 temporary sample plots. The results showed that the main limiting factors for height growth of Larix principisrupprechtii were elevation, slope, soil thickness and soil type. A linear regression model was constructed for the main constraining site factors and dominant tree height, with the coefficient of determination being 0.912, and  the baseline age of  Larix principisrupprechtii determined as 20 years. The nonlinear mixed site index model parameters for the main site types were estimated (R2 >0.85, the error between the predicted value and the actual value was in the range of -0.43 to 0.45, with an average root mean squared error (RMSE) in the range of 0.907 to 1.148). The estimation error between the predicted value and the actual value of dominant tree height for the main site types was in the confidence interval of \[-0.95, 0.95\]. The site quality of the high altitude-shady-sandy loam-medium soil layer was the highest and that of low altitude-sunny-sandy loammedium soil layer was the lowest, while the other two sites were moderate.


全 文 :塞罕坝华北落叶松人工林地位指数模型∗
王冬至1  张冬燕1,2  蒋凤玲3  柏  叶4  张志东1  黄选瑞1∗∗
( 1河北农业大学林学院, 河北保定 071000; 2河北农业大学商学院, 河北保定 071000; 3河北农业大学生命科学学院, 河北保
定 071000; 4承德市环境保护局, 河北承德 067000)
摘  要  运用传统地位指数模型来估计不同立地类型人工林立地指数是非常困难的,本文主
要目的是建立适用于不同立地条件的地位指数模型,并对其立地质量进行评价.以两类调查
数据和 173块临时样地数据为基础,构建基于数量化理论方法 I 的非线性混合地位指数生长
模型.结果表明: 海拔、坡向、土层厚度及土壤类型是影响华北落叶松人工林优势高生长的主
要限制性因子;建立了主要限制性立地因子与林分优势高的线性回归方程,确定系数为0.912;
确定华北落叶松人工林基准年龄为 20 年,对主要立地类型非线性地位指数混合模型参数进
行了估计,模型确定系数 R2均大于 0.85,预测值与真实值绝对误差(􀭰e)在-0.43~0.45 范围内,
平均均方根误差(RMSE)在 0.907~1.148范围内,模型拟合精度较高;主要立地类型优势高预
测值与实际值估计误差在[-0.95,0.95]置信区间内,其中高海拔⁃阴坡⁃砂壤⁃中土层类型立地
质量最高,其次为高海拔⁃阳坡⁃砂壤⁃中土层、低海拔⁃阴坡⁃砂壤⁃中土层,低海拔⁃阳坡⁃砂壤⁃中
土层类型立地质量最差.
关键词  立地类型; 地位指数; 数量化理论 I; 非线性混合模型; 人工林
文章编号  1001-9332(2015)11-3413-08  中图分类号  S758.1  文献标识码  A
A site index model for Larix principis⁃rupprechtii plantation in Saihanba, north China.
WANG Dong⁃zhi1, ZHANG Dong⁃yan1,2, JIANG Feng⁃ling3, BAI Ye4, ZHANG Zhi⁃dong1,
HUANG Xuan⁃rui1 ( 1College of Forestry, Agricultural University of Hebei, Baoding 071000, Hebei,
China; 2College of Business, Agricultural University of Hebei, Baoding 071000, Hebei, China;
3College of Life Sciences, Agricultural University of Hebei, Baoding 071000, Hebei, China; 4Cheng⁃
de Bureau of Environmental Protection of Hebei, Chengde 067000, Hebei, China) . ⁃Chin. J. Appl.
Ecol., 2015, 26(11): 3413-3420.
Abstract: It is often difficult to estimate site indices for different types of plantation by using an or⁃
dinary site index model. The objective of this paper was to establish a site index model for planta⁃
tions in varied site conditions, and assess the site qualities. In this study, a nonlinear mixed site in⁃
dex model was constructed based on data from the second class forest resources inventory and 173
temporary sample plots. The results showed that the main limiting factors for height growth of Larix
principis⁃rupprechtii were elevation, slope, soil thickness and soil type. A linear regression model
was constructed for the main constraining site factors and dominant tree height, with the coefficient
of determination being 0.912, and the baseline age of Larix principis⁃rupprechtii determined as 20
years. The nonlinear mixed site index model parameters for the main site types were estimated (R2>
0.85, the error between the predicted value and the actual value was in the range of -0.43 to 0.45,
with an average root mean squared error (RMSE) in the range of 0.907 to 1.148). The estimation
error between the predicted value and the actual value of dominant tree height for the main site types
was in the confidence interval of [-0.95, 0.95]. The site quality of the high altitude⁃shady⁃sandy
loam⁃medium soil layer was the highest and that of low altitude⁃sunny⁃sandy loam⁃medium soil layer
was the lowest, while the other two sites were moderate.
Key words: site type; site index; quantification theory I; nonlinear mixed model; plantation.
∗国家“十二五”科技支撑计划项目(2012BAD22B0304 )和国家自然科学基金项目(31370636)资助.
∗∗通讯作者. E⁃mail: hxr1962@ 163.com
2015⁃03⁃04收稿,2015⁃08⁃31接受.
应 用 生 态 学 报  2015年 11月  第 26卷  第 11期                                                         
Chinese Journal of Applied Ecology, Nov. 2015, 26(11): 3413-3420
    森林立地质量评价是对林地潜在生产力进行评
价,主要是以林地自然属性对林地利用能力或林地
利用适宜性的影响大小进行评价[1-2] .构成林地自然
特征的各种因素主要包括气候、地貌、海拔、土壤等,
可将这些评价因素分为稳定性因素 (气候、地形
等)、较稳定因素(土壤质地、水文等)和不稳定因素
(pH值、水分、养分含量等) [2] .森林立地质量评价是
一个认识林地的过程,选择适宜的评价方法至关重
要.立地质量评价方法主要包括地位指数法、生长量
法、树高⁃胸径指数法,其中,最常用的方法是地位指
数法[2-3] .Fonweban等[4]认为,地位指数法在评价森
林立地质量的过程中是最有效、最客观的一种方法.
目前估计林分地位指数的方法有图形法和数学
模型法两种,其中,图形法被认为是近年来在同龄纯
林中应用最流行的一种方法[5],而 Akindele[6]认为,
这种方法常用于临时样地,数学模型法则是最常用
的、最令人满意的一种评价方法.地位指数建模方法
主要有导向曲线法、基准年龄法、基准年龄不变法或
转移法[7] .在拟合数学模型时可以对参数及拟合的
曲线进行统计检验,并运用引导曲线、差分方程、参
数预估等不同的数学方法来建立地位指数模型[8-9] .
当前国内外一些最常用的地位指数模型大都基
于最小二乘法的 Schumacher 模型、Chapman⁃Rich⁃
ards模型和 Hossfeld( IV) [10-11]模型进行拟合.已有
学者基于立木生长特征建立了立地质量评价模型,
对森林立地质量及生产力进行评价与预测,如优势
高生长模型、断面积生长模型及材积生长模
型[12-14],模型主要参数为年龄和优势高.
森林作为林地资源构成中一个活的要素,其生
长和分布会受到多种因素影响[15],在建立地位指数
模型来对林地立地质量进行评价时应重点考虑这些
因素.利用包含环境因子的地位指数模型对立地质
量评价及对森林潜在生产力进行估计[16],可提高模
型适用性及精准度,而混合效应模型是一种最常用
的处理局部变异性的建模方法[17-18],同样也可以通
过多参数方法来建立地位指数模型[10] .森林立地质
量评价是为合理利用林地资源、调整林分结构和布
局服务的,不同立地条件地位指数模型的建立在森
林研究工作中显得尤为重要[19] .在对森林立地进行
适宜性评价时,要确定好对某种林分在生产经营上
有意义的评价因素或限制因素,然后选择适宜的评
价方法对立地质量进行评价,其结果才能满足生产
经营的需求.为此,本文以华北暖温带立地类型区的
华北落叶松人工林为研究对象,首先确定影响林木
生长的主要限制性立地因子;然后以数量化理论方
法 I为基础,建立不同立地条件下限制性因子与优
势高线性模型;最后基于不同立地条件下的林分年
龄和优势高数据建立地位指数模型,对不同立地条
件下的立地质量进行评价,以提高立地指数模型的
适用性和准确性.
1  研究地区与研究方法
1􀆰 1  研究区概况
塞罕坝机械林场总场 ( 41° 22′—42° 58′ N,
116°53′—118°31′ E)位于河北省最北部,与内蒙古
接壤,由内蒙古克什克腾旗和多伦县的部分地区组
成,总面积 92634.7 hm2,总蓄积 8106388 m3,属阴山
山脉与大兴安岭余脉的交接地带,地势北高南低,呈
现由北向南倾斜的独特地貌.林区属华北暖温带立
地类型区域,海拔 1010~1940 m,年均气温-1.2 ℃,
年均最高气温 33.4 ℃,年均最低气温-43.3 ℃;年均
日照时数 2548.7 h;年均降水量约 452.2 mm,降水主
要集中于 6—8月;年均积雪日数 169 d;年均蒸发量
1339.2 mm,年均相对湿度 68%;土壤类型以褐色森
林土、棕色森林土、砂壤土、壤土、风沙土、沼泽土、砾
石土、草甸土为主,成土母质主要为坡积物、残积物、
洪积物、冲积物、沉积物、风积物 6 种.研究区主要乔
木树种有华北落叶松(Larix principis⁃rupprechtii)、白
桦(Betula platyphylla)、云杉(Picea asperata)、樟子
松(Pinus sylvestris var. mongolica)、山杨(Populus da⁃
vidiana)、油松(Pinus tabuliformis)、蒙古栎(Quercus
mongolica)等,主要灌木树种有绣线菊(Spiraea salic⁃
ifolia)、沙棘(Hippophae rhamnoides)、胡枝子(Lespe⁃
deza bicolor)、山刺玫(Rosa daverica)、稠李(Prunus
padus)、华北忍冬 ( Lonicera tatarinowii)、大叶小檗
(Berberis ferdinandi⁃coburgii)、栓翅卫矛 (Euonymus
phellomanus)等,主要草本植物有蒲公英(Herba tar⁃
axaci)、野蔷薇 ( Rosa multiflora)、曼陀罗 (Datura
stramonium)、苔草 (Carex tristachya)、草地老鹳草
(Geanium daharicum var. alpinum)、藜芦 ( Veratrum
nigrum)、 地榆 ( Sanguisorba officinalis )、 唐松草
(Thalictrum aquilegifolium)等.
1􀆰 2  数据来源
数据主要来源于塞罕坝森林资源清查数据.
2012、2013年于北曼甸、大唤起、阴河、千层板、三乡
5个分林场调查了临时和固定样地共 173 块,样地
大小为 20 m×30 m.在对样地立地因子(海拔、坡度、
坡位、坡向、土层厚度、土壤质地等)和林分因子(密
4143 应  用  生  态  学  报                                      26卷
表 1  样地调查基本信息
Table 1  Basic information of the sampling site
项目
Item
年龄
Age
胸径
DBH
(cm)
优势高
Dominant height
(m)
海拔
Elevation
(m)
坡向
Slope
土层厚度
Soil thickness
(cm)
枯落物厚度
Litter thickness
(cm)
株数
Number per
hm2
平均值 Mean 32 20.11 13.71 1423 17 54 5 696
标准差 SD 9.47 6.21 7.76 262.12 8.49 17.69 2.79 672
极大值 Maximum 48 31.73 23.54 1884 37 95 11 5240
极小值 Minimum 14 4.42 6.44 952 1 14 0.53 240
度、胸径、树高、冠幅、枝下高等)的基本信息进行调
查(表 1)的基础上,在每个样地内均匀选取 5 株优
势木,并在其中选取 2 株平均优势木进行树干解析
以准确观测样木年龄及树高.
1􀆰 3  模型选择
基于功能的 Richards 地位指数模型[20]在林业
中得到了广泛应用,其基础模型的表达式为 h =
a(1-e-bt) c,式中:a 为渐近线参数;b 为生长率(尺
度)参数; c 为形状参数.为了提高模型的精度,
Martín⁃Benito 等[14] 使用自适应差分进化算法
(ADE)对 Chapman⁃Richards 地位指数模型进行推
导,建立了非线性混合模型,之后 Wang 等[21]基于
Richards模型建立了包含气候因子的非线性混合模
型,本研究中基于 Chapman⁃Richards 非线性混合立
地指数模型并结合 ADE算法进行研究,其基础模型
表达式为:
H=(c0+c1RF+c2MT+μ)
1-e-aT
1-e-aTR
é
ë
êê
ù
û
úú

+ε (1)
式中:H 为预测年龄 T 年时的优势高;RF 为降雨量
(mm);MT为 7月最高日温(℃);a、b、c0、c1、c2为模
型固定效应参数;μ 为模型随机效应参数;ε 为随机
误差.
在同龄林中通常用地位指数模型来预测林分潜
在生产力[3],在研究林分优势高生长的过程中,使
用包含基准年龄的地位指数模型来解决不同区域和
环境条件下的生长差异[22] .已有部分学者[23-24]对
Chapman⁃Richards地位指数模型中的渐近线参数进
行优化,提高了模型适用性.本文将基础模型渐近线
参数定义为能够反映不同立地条件优势高和立地指
数的线性模型,在线性模型中加入定性或定量的立
地因子,能够提高模型的适用性及精准度.数量化理
论方法 I可以对影响林分优势高生长的定性因子和
定量因子进行分析[25],假设林分优势高 H受到 x 个
不同立地因子的影响,前 p1个为定性因子,后 p2个
为定量因子,其中把定性因子的不同状态表示为
m j,假设观测了 n个样本,其中:
δ( i,j)=
1,当第 i株优势木属于第 j个立地类型时
0,否则{
X=
δ1(1,1),…,δ1(1,m1)…δ1(p1,1)…,δ1(1,m1); x(1,1),…,δ1(1,p2)
δ2(1,1),…,δ2(1,m1)…δ2(p1,1)…,δ2(1,m1); x(2,1),…,δ1(2,p2)
                            …
δk(1,1),…,δk(1,m1)…δk(p1,1)…,δk(1,m1); x(k,1),…,δ1(k,p2)
é
ë
ê
ê
ê
ê
ê
ù
û
ú
ú
ú
ú
ú
将数量化理论方法引入到地位指数模型的参数
估计中,可以得到不同立地条件下的地位指数模型,
其模型基本形式为:
Hi = A0i
1 - e -ai1Ti
1 - e -a1iTR
é
ë
êê
ù
û
úú
b2i
+ εi (2)
A0i = b0 + ∑
P1
j = 1
b[ j,δk( j)] + ∑

j = p1+1
b( j)x j (3)
式中:Hi为第 i种立地条件下 m×1优势高矩阵;Ti为
第 i种立地条件下 m×1优势木年龄矩阵;TR为基准
年龄;A0i为基准年龄时不同立地条件下优势高;b 为
定性立地因子.
1􀆰 4  基准年龄选择
基准年龄在建立地位指数模型的过程中具有重
要作用,其确定方法主要有:萌芽时年龄、种植年龄、
种植时年龄加上苗龄、胸径处年龄、树高大于 1.37 m
时的年龄.国外学者大都以树高达到 1.37 m 时的年
龄[26]或直接采用 20 年[27]作为模型建立的基准年
龄.国内学者[28-30]大都以 20年作为标准年龄或基准
年龄来研究林分生长模型,参考已有研究[28]并结合
华北落叶松人工林生长特性,确定华北落叶松人工
林基准年龄为 20年.
1􀆰 5  模型评价
基于最小二乘法对模型参数进行拟合,模型拟
合结果通过绝对误差(􀭰e)、均方根误差(RMSE)及确
定系数(R2)进行评价与检验.
􀭰e =∑

i = 1

ni
j = 1
(Hij - H^ij) / N (4)
RMSE = ∑

i = 1

ni
j = 1
(Hij - H^ij)
n-1-p
(5)
514311期                        王冬至等: 塞罕坝华北落叶松人工林地位指数模型       
R2 = 1 - ∑

i = 1

ni
j = 1
(Hij - H^ij) 2 /∑

i = 1

ni
j = 1
(Hij - 􀭺H) 2
(6)
式中:Hij为林木观测值;H^ij为林木预测值;􀭵H为平均值;
n为观测样木株数;m为样地数;p为模型参数个数.
1􀆰 6  数据处理
参照《中国森林立地》 [31]对华北暖温带森林立
地类型区域的划分结果,将影响林分优势高生长的
立地因子,运用 SPSS 21.0统计软件中 Pearson 相关
性分析来确定影响林分优势高生长的限制性因子;
其中以海拔 1500 m为临界点,将海拔划分为两个类
型(<1500 m 和≥1500 m);参考中国土壤分类与代
码将研究区主要土壤类型分为壤土、褐土、棕壤及砂
壤 4个类型;坡向分为阴坡和阳坡 2个类型;土层厚
度分为薄(≤30 cm)、中(30~60 cm)、厚(≥60 cm)
3个类型.运用 SAS 9.2统计分析软件对不同立地类
型进行聚类分析,并对模型参数值进行估计.
2  结果与分析
2􀆰 1  限制性因子筛选
林分优势高是多种立地因子综合作用的结果,
不同立地因子与华北落叶松林分优势高相关性分析
结果(表 2)表明:海拔、土壤质地、土层厚度和坡向
是与华北落叶松人工林林分优势高相关性较大的立
地因子,相关系数分别为 0.47、0.46、0.38、0.32.因
此,本文选择海拔、土壤质地、土层厚度和坡向是影
响华北落叶松人工林立地指数的主要限制因子.
2􀆰 2  不同立地因子的聚类分析
按照海拔、坡向、土壤类型和土层厚度 4个立地
因子可将塞罕坝华北落叶松人工林划分为 48 个森
林立地类型,对不同立地类型优势木地位指数进行
聚类分析 .由图1的聚类分析结果并结合研究区森
表 2  不同立地因子相关系数
Table 2  Correlation coefficients of different site factors
因子
Factor
优势高
Dominant
height (m)
海拔
Elevation
(m)
坡度
Slope
坡位
Slope
position
坡向
Aspect
母岩
Rock
土层厚度
Soil thickness
(cm)
土壤质地
Soil
texture
海拔
Elevation (m)
0.47
坡度
Slope
-0.19 -0.24
坡位
Slope position
0.11 -0.16 -0.05
坡向
Aspect
0.32 0.15 0.02 -0.09
母岩
Rock
0.00 -0.08 0.00 0.31 0.08
土层厚度
Soil thickness (cm)
0.38 0.06 0.17 0.04 -0.04 -0.16
土壤质地
Soil texture
0.46 -0.23 0.13 -0.24 0.00 -0.28 0.07
枯落物厚度
Litter thickness (cm)
0.21 0.32 0.15 -0.13 0.05 -0.34 0.23 -0.03
图 1  不同立地条件立地指数聚类分析
Fig.1  Cluster analysis of site index in different site conditions.
6143 应  用  生  态  学  报                                      26卷
表 3  模型参数估计与检验
Table 3  Parameter estimation and test
海拔
Elevation
(m)
坡向
Aspect
土壤类型
Soil type
土层厚度
Soil
thickness
(cm)
R2 a SD b SD 􀭰e 均方根
误差
RMSE
≥1500 阴坡 Shady 砂壤 Sandy loam 30~60 0.86 0.142 0.0069 3.992 0.286 0.22 1.148
阳坡 Sunny 砂壤 Sandy loam 30~60 0.89 0.106 0.0063 2.606 0.231 -0.43 0.981
<1500 阴坡 Shady 砂壤 Sandy loam 30~60 0.87 0.092 0.0061 2.244 0.213 0.34 1.042
阳坡 Sunny 砂壤 Sandy loam 30~60 0.92 0.066 0.0059 1.702 0.165 0.45 0.907
林分布现状,将塞罕坝华北落叶松人工林立地类型
主要划分为 4大类,即高海拔⁃阴坡⁃砂壤⁃中土层、高
海拔⁃阳坡⁃砂壤⁃中土层、低海拔⁃阴坡⁃砂壤⁃中土层、
低海拔⁃阳坡⁃砂壤⁃中土层.
2􀆰 3  参数估计及检验
以 Chapman⁃Richards非线性混合生长模型为基
础模型,利用不同立地条件下年龄及对应优势高数
据,基于数量化理论 I 对研究区华北落叶松人工林
主要立地条件下的地位指数模型参数进行估计.不
同立地条件下模型参数估计值如表 3 所示,采用决
定系数 R2来对模型精度进行评价,决定系数越接近
于 1,其模型拟合效果越好,不同立地条件下地位指
数模型决定系数均高于 0.85,预测值与真实值平均
绝对误差 (􀭰e)在 - 0. 43 ~ 0. 45,平均均方根误差
(RMSE)在 0.907~1.148,说明不同立地条件下地位
指数混合模型的拟合效果均较好.
2􀆰 4  模型应用
将建立的地位指数模型作为导向曲线来对不同
立地条件下华北落叶松人工林的立地指数进行预
测,其不同立地条件下的导向曲线表达式分别为:
高海拔⁃阴坡⁃砂壤⁃中土层:
H= 13.02[ 1
-e-0.142T
1-e-0.142×20
] 3.99
高海拔⁃阳坡⁃砂壤⁃中土层:
H= 11.83[ 1
-e-0.106T
1-e-0.106×20
] 2.61
低海拔⁃阴坡⁃砂壤⁃中土层:
H= 11.02[ 1
-e-0.092T
1-e-0.092×20
] 2.24
低海拔⁃阳坡⁃砂壤⁃中土层:
H= 9.33[ 1
-e-0.066T
1-e-0.066×20
] 1.71
运用建立的导向曲线方程对研究区主要立地类
型的林分优势高进行预测,建立不同立地类型华北
落叶松人工林立地指数导向曲线(图2),并对预测
图 2  不同立地条件立地指数导向曲线
Fig.2  Guide curve of site index in different site conditions.
1~4: 类型 Type.
值进行残差分析(图 3),预测结果在[ -95%,95%]
置信区间内,预测值接近于真实值.其中,高海拔⁃阴
坡⁃砂壤⁃中土层立地质量最高,其次为高海拔⁃阳坡⁃
砂壤⁃中土层、低海拔⁃阴坡⁃砂壤⁃中土层,低海拔⁃阳
坡⁃砂壤⁃中土层立地质量最差.
3  讨    论
地位指数模型是估计林分潜在生产力的重要模
型,不同模型表达式具有不同特点,本研究基于
Wang等[21]建立的非线性混合模型,利用不同立地
条件下优势高⁃年龄数据,提出了一种新的地位指数
模型,模型主要运用数量化理论方法 I 建立了包含
不同立地因子(海拔、坡向、土层厚度及土壤质地)
的地位指数模型,以适用于对研究区不同立地类型
华北落叶松人工林立地质量进行科学评价,提高了
模型精度,满足了在不同立地条件下对林分潜在生
产力的估计.
林分优势高生长是多种因子综合作用的结果
(如气候、海拔、土壤等),影响不同树种立地指数的
主要限制因子不同.本研究将不同立地因子与华北
落叶松林优势高进行相关性分析,发现海拔、坡向、
土壤质地及土层厚度是影响林分优势高生长的主要
限制性因子.海拔是影响人工林生长和地位指数模
714311期                        王冬至等: 塞罕坝华北落叶松人工林地位指数模型       
图 3  不同立地条件地位指数残差分布
Fig.3  Residuals distribution of site index in different site conditions.
型建立的关键性因子[12],在暖温带和寒温带地区的
研究表明,树种优势高与海拔呈显著相关关系[32],
Seynave等[33]将这种相关关系确定为抛物线关系,
并建立了海拔与优势高的预测模型,海拔与降雨量
存在正相关关系,促进了林分优势高生长 [34] .除了
海拔对林分优势高具有重要作用外,地形因子同样
是影响林分地位指数的关键因子[24],不同坡向对林
分温度影响差异较大,坡向对森林分布及生产力具
有重要作用[35] .Carina 等[23]认为,不同土层厚度的
含沙量及含水量具有较大差异,土层厚度和土壤质
地与尾叶桉和巨桉的立地指数关系密切.海拔、坡
向、土壤(土壤质地、土层厚度)和坡向是影响 Chap⁃
man⁃Richards模型中参数精度的重要指标[21],这些
变量可以降低随机效应参数的影响从而提高华北落
叶松地位指数模型精度.
在模型建立中除考虑立地因子对模型参数的影
响外,基准年龄的确定在估计地位指数模型参数中
对提高模型精度及适用性具有同等重要作用.对不
同立地条件下林木立地指数进行估计时,为了避免
出现较大的预测误差,大多数研究人员认为在人工
林中幼龄林立地指数可变性较大,对林分地位指数
模型参数估计时,林分年龄应大于 20 年[36-37] .研究
区华北落叶松人工林平均年龄为 30.05 年,已经进
入了近熟林阶段,生长比较稳定,在建立地位指数模
型时确定林分基准林龄 20年.
在描述立地因子与林分优势高关系时,由于缺
乏立地因子且精度较低[34],故使用多元线性回归模
型估计林分地位指数.为了提高模型的精度及适用
性,运用数量化理论方法在模型中加入虚拟变量建
立包含不同立地因子的回归方程,估计不同立地类
型华北落叶松人工林在基准年龄时的地位指数,建
立适用于塞罕坝不同立地条件的非线性地位指数混
合模型,提高了模型的精度及适用性. Bravo⁃Oviedo
等[34]认为,微环境(温度、湿度等) [38-40]会对林分优
势高产生影响,而本文在研究不同立地类型华北落
叶松人工林优势高生长过程中,由于研究区仅限于
塞罕坝林场,且获取微环境因子数据较为困难,因
此,在模型建立中忽略了微环境因子对林分优势高
生长的影响.在今后研究中将建立包含微环境因子
的地位指数模型,以减小由微环境因子影响而对林
分潜在生产力估计产生的偏差.
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作者简介  王冬至,男,1984 年生,博士研究生.主要从事森
林可持续经营与管理研究. E⁃mail: wangdz@ 126.com
责任编辑  杨  弘
0243 应  用  生  态  学  报                                      26卷