Generalized Height-Diameter Models for Three Main Coniferous Trees Species in Changbai Mountain-文献传递-植物通论文库

The study of height-diameter model is a basic research in forest growth and yield modeling. 1 139 individual trees in Wangqing Forest Bureau, Jilin Province were used in this study to develop the generalized height-diameter models. PROC NLIN in SAS was used to develop ten generalized height-diameter models, and PROC GLM was used to estimate the error of each models. The function with the highest R², lowest RMSE, and relatively fewer parameters was chosen as the optimal generalized height-diameter model. We found that the function (9)H=1.3+a₁H^{^}₀a₂(1-exp(-a₃SPH^{^}a₄D))^{^}a₅（where H is height, D is diameter, H₀ is dominant height, SPH is number of individuals in the stand, a₁, a₂, a₃, a₄ and a₅ are parameters specific to species）, which was based on Richards function, could calibrate the relationship between height and diameter best for the main coniferous tree species fir, spruce, and korean pine. In addition, we compared the accuracy between the optimal generalized height-diameter model and the optimal local height-diameter model. Results indicated that, with including stand variables, the optimal generalized height-diameter model is more accurate.

全文：第 !" 卷第 #$ 期
% $ # $ 年 #$ 月
林业科学
&’()*+(, &(-.,) &(*(’,)
./01!"!*/1#$
2345!% $ # $
长白山 8 个主要针叶树种的标准树高曲线!
赵俊卉#6亢新刚#6张慧东%6胡云云#
"#1北京林业大学省部共建森林培育与保护教育部重点实验室6北京 #$$$@8&
%1辽宁省林业科学研究院6沈阳 ##$$8%#
关键词%6 天然林& 标准树高曲线& 云杉& 冷杉& 红松
中图分类号! &?A@666文献标识码! ,666文章编号! #$$# =?!@@"%$#$##$ =$#7# =$!
收稿日期% %$$@ =#% =##& 修回日期% %$$7 =$" =$!$
基金项目% 林业公益性行业项目"%$$@$!$%?# !十一五国家科技支撑重点项目"%$$"F,D$8,$@ =$!# $
!亢新刚为通讯作者$
X(/(5&*-.(3:(-9"’LY-&6(’(5M#3(*$4#5B"5((M&-/I#/-4(5#+$
B5(($)%(<-($-/I"&/9,&-M#+/’&-/
lL9/GJNLJH#6E9N"#1D"0E$8-%$*-%0.-%F+6G+&,6*,%"$)? 1-)#"%G$*+-) -.H+)+#*%0-.%1E+$-)+)5 J%-G+)&+$62&$?"90-./-%"#*%0F&+")&"6F’")0$)5 ##$$8%#
;,$’5&<’%6+LMP4JUV/>LMH/SMP44SMMPHN i9N<]HN;/UM0P5:I2’*-(*HN &,& Z9PJPMU 4/UM[M0/R 4MN MP4H;94M4LMMSS/S/>M93L ;/UM0P5+LM>JN34H/N ZH4L 4LMLHMZMSR9S9;M4MSPZ9P
3L/PMN 9P4LM/R4H;90/JNU 4L944LM>JN34H/N "7#Vf#18 C$#V
}
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$% ! $8 ! $! 9NU $A 9SMR9S9;M4MSPPRM3H>H34/PRM3HMP#! ZLH3L Z9PT9PMU /N IH3L9SUP>JN34H/N! 3/J0U 390HTS94M4LM
SM094H/NPLHR TM4ZMMN LMH/S4LM;9HN 3/NH>MS/JP4SMMPRM3HMP>HS! PRSJ3M! 9NU ^/SM9N RHNM5(N
9UUH4H/N! ZM3/;R9SMU 4LM933JS93VTM4ZMMN 4LM/R4H;90UH9;M4MS;/UM05IMPJ04PHNUH394MU 4L94! ZH4L HN30JUHN;/SM933JS94M5
=(0 >#53$%6N94JS90>/SMP4& HS& PRSJ3M& ^/SM9N RHNM
66树高和胸径是森林调查中重要的测量因子!常
用来计算材积(立地指数和其他与森林生长和收获(
演替和碳汇相关的重要变量 "D/S9U/"*$6M!%$$"#$
树木胸径可以快速(方便且准确的测量!而树高的测
量费时费力$ 在森林调查时!常常只测量部分树木
的树高!缺失的树高则通过不同树种的树高曲线来
预测"&xN3LMKYW/NKx0MK"*$6M!%$$?#$ 在一些知名的
生长模拟系统如 :S/树高曲线来计算的$ 树高曲线可用来预测树木材
积!确定林分中树木的位置!计算优势木高和立地指
数!最终用于描述林分生长动态和演替"+M;MP$6M!%$$!#$
普通的树高曲线!仅以胸径为自变量!不适用于
各种不同类型的林分!因此需要为每个林分建立不
同的模型& 而标准树高曲线!以胸径和树木及林分
因子为自变量!可以用于更广的区域",U9;M"*$6M!
%$$@#$ 国内已经有许多关于杨树"J-:,6,#)+5%$#(
杉木 " 1,))+)5’$9+$ 6$)&"-6$*$ #( 思茅松 " J+),#
B"#+0$ [9S5 6$)58+$)")#+##( 马尾松 " J+),#
9$##-)+$)$#等标准树高曲线的研究"孙圆等!%$$A&
王明亮等!#77?& 丁贵杰!#77?& 胥辉等!%$$$#!但
尚未见有长白山主要针叶树种云杉 " J+&"$
B-%$+")#+##(冷杉 "28+"#’-6-:’06$ # 和红松 "J+),#
B-%$+")#+##标准树高曲线的研究报道$ 本文以吉林
省汪清林业局的主要树种冷杉(云杉和红松标准木
为对象!通过对以往研究中精度较高的非线性标准
树高曲线的拟合和求解!建立合适的冷杉(云杉和红
松的树高预测模型$
林业科学 !" 卷6
?A研究区概况
吉林省汪清林业局的金沟岭林场! #8$n#$o)!
!8n%%o*$ 森林是以云冷杉(红松为主的天然针阔叶
混交过伐林$ 主要树种有% 云杉(冷杉(红松(枫桦
"3"*,6$ &-#*$*$#(椴树"U+6+$ $9,%")#+##等!其他树种
有% 色木槭 " 2&"%9-)-#( 水曲柳 " /%$=+),#
9$)?#&’,%+&$#(胡桃楸 "e,56$)#9$)?#’,%+&$#(黄菠
萝 " J’"6-?")?%-) $9,%")#"#( 白桦 " 3"*,6$
:6$*0:’06$#( 青楷槭 "2&"%*"59")*-#,9#( 花楷槭
"2&"%,B,%,)?,")#"#等$
DA数据与方法
%1#6数据6数据来源于吉林省汪清林业局金沟岭
林场的 @ 个 $1%A L;% 的皆伐标准地$ @ 个皆伐样地
林型基本一致!外业测量记录了每棵树木的树种(胸
径和树高$ 计算各样地的平方平均直径!同时选取
各样地中最高的 A 株树求树高平均值!得出各样地
的林分优势高$ 本文所用的冷杉(云杉和红松数据
分别有 !"A!!%8 和 %A# 组!树木年龄平均 "$ ‘?A
年$ 主要针叶树种冷杉(云杉和红松的树高分布范
围分别为 A1$ ‘%A1#!!1! ‘%"1A 和 !1@ ‘%"1% ;!标
准偏差分别为 !1"!!A18! 和 !18% ;$ 冷杉(云杉和
红松的胸径分布范围分别为 "1$ ‘!A17!A17 ‘!A1A
和 A1@ ‘!71% 3;!标准偏差分别为 71A?!71@% 和
#$1?@ 3;$
%1%6方法6本文所选标准树高曲线模型如下$
VO#18 S$#V
}
$$%MQR"P$8Z@#"王明亮等!#77?#&
"##
VO#18 S"$# S$%V$#@Z"$8 S@#"胥辉等!%$$$#
"%#
VO#18 S [MQR "$# S$% QF,-# S
$8 S$! QF,-S$A Q&:\S$" QF,
@S ]#
"+M;MPVO#18 S"$# S$% QF,-S$8 Q&:\S$! Q32#
1# PMQR,$A@
}"$A S$" QF,-#-2
"+M;MPVO#18 S [MQR "$# S$% QF,-# S
$8 S$! QF,-S$A Q&:\S$" QF,
@S$ ]?
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@
@( )] Q@}$[ ]!
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}
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",U9;M"*$6M! %$$@#& "@#
VO#18 S$#V
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VO #18 $# S"V$
$# P#18 $## # PM
P$%@
# PMP$%@[ ]$
}
"#Z$##
"D/S9U/"*$6M! %$$"#$ "#$#
式中% V为树高!@为胸径!V$ 为优势高!@$ 为优势
胸径!@] 为平均胸径!&:\为林分中树木株数!F,
为林分断面积!F,-为大树断面积,F,-为大于对
象木胸径的所有竞争木的断面积之和!更多内容参
考赵俊卉等"%$$79& %$$7T#-!$#!$%!$8!$!!$A!$"!
$? 是与树种有关的参数$
本文选取各样地中树高和胸径最大的 A 株树求
其平均值!计算优势高和优势胸径$ 使用 &,& 中的
:I2’*-(*计算各标准树高曲线模型的参数和预
测值!然后用 :I2’W-X计算决定系数 !% 和均方
根差 IX&)$ !% 较高!IX&)较小!且模型参数相对
较少的模型作为最优的标准树高曲线模型$
!% 和 IX&)的计算公式如下%
!% O# P
3
)
+O#
"V+PV}+#
%
3
)
+O#
"V+PV#
%
& "###
IX&)O
3
)
+O#
"V+PV}+#
%
槡 ) P: $ "#%#
式中% V+为树高实测值!V}+为树高预测值!V为树
高平均值!) 为建模所用树木的株数!:为模型的参
数个数$
EA结果与讨论
使用 :I2’*-(*对冷杉(云杉和红松 8 个树种
分别用上述 #$ 种模型进行求解!并用 :I2’W-X
计算得到各模型的误差检验值!见表 #$
从表 # 可以看出% 上述标准树高曲线中!除模
型"!#!""#和"#$#以外!其余均有较高的精度$ 冷
杉精度最高的模型为方程"8#!!% 和 IX&)分别为
$17#? ? 和 #188? @;& 方程"7#的 !% 较方程"8#的
低 $1$$$ #!IX&)较方程"8#高 $1$$$ ! ;$ 由于方
程"8#的输入变量除胸径以外! 还需要大树断面积
%7#
6第 #$ 期赵俊卉% 长白山 8 个主要针叶树种的标准树高曲线
666 表 ?AE 个树种 ?b 种标准树高曲线模型误差分析
B&,C?AQ55#5($’-6&’-#/#4’(/9(/(5&*-.(3"(-9"’L3-&6(’(56#3(*$4#5’"5(($%(<-($
"## "%# "8# "!# "A# ""# "?# "@# "7# "#$#
!%
冷杉 28+"#’-6-:’06$ $17#$ $ $17$@ $ $17#? ? $1?7! 8 $17#? ! $1@@@ % $17#8 A $1@7@ 7 $17#? " $1?7$ @
云杉 J+&"$ B-%$+")#+# $17$# # $17$$ % $17$@ @ $1!7@ $ $17$7 A $1@A7 ? $17$% @ $1@?" # $17#8 # $1##? 7
红松 J+),#B-%$+")#+# $1@"% 8 $1@?8 8 $1@"8 ? $1?!7 ! $1@"8 % $1??% ? $1@"A @ $1@87 % $1@?8 ! $1?"# !
IX&)h;
冷杉 28+"#’-6-:’06$ #1877 $ #1!#! % #188? @ %1##A $ #18!$ # #1AA@ @ #18?# " #1!@% " #188@ % %1#8% 7
云杉 J+&"$ B-%$+")#+# #1?$$ " #1?$@ 7 #1"88 # 81@8# 7 #1"%? A %1$%A ? #1"@" A #17$8 @ #1A7! A A1$?7 @
红松 J+),#B-%$+")#+# #1"$? @ #1A!% A #1"$$ $ %1#"7 ! #1"$% @ %1$"A @ #1A@? " #1?8? 7 #1A!# 7 %1##" ?
F,-(林分株数 +:\和断面积 F,8 个变量!此外方
程中有 " 个待求参数!而方程"7#的输入变量除胸
径以外!同样需 8 个变量!分别为优势高 &\+(林分
株数 &:\和断面积 F,!但方程中的待求参数为 A
个!较方程"8#少一个$ 因此!根据精度较高且模型
参数相对少的原则!本文将方程"7#作为冷杉的最
优标准树高曲线$ 而云杉和红松精度最高的模型也
为方程"7#!云杉的 !% 和 IX&)分别为 $17#8 # 和
#1A7! A ;!冷杉的 !% 和 IX&)分别为 $1@?8 !和
#1A!# 7 ;$由此可见!方程"7#对上述 8 个树种均有
较好的拟合精度!可以看作是这 8 个树种的最优标
准树高曲线$ 使用方程"7#拟合冷杉(云杉和红松
的参数见表 %!残差图见图 #$
由图 # 可以看出% 冷杉( 云杉和红松的残差在
表 DAE 个树种最优标准树高曲线的参数
B&,CDAB"(%&5&6(’(5$#4#%’-6&*9(/(5&*-.(3"(-9"’L3-&6(’(56#3(*4#5’"5(($%(<-($
$# $% $8 $! $A
冷杉 28+"#’-6-:’06$ #1$A$ 7 #1$#? A $1$8! 7 =$1#!@ " $1@@@ A
云杉 J+&"$ B-%$+")#+# @1"$7 @ $188? A $1$"7 7 =$1%"# @ #1%7! !
红松 J+),#B-%$+")#+# #1$A$ 7 #1$#? A $1$8! 7 =$1#!@ " $1@@@ $
图 #68 个树种最优标准树高曲线残差分布
aH<5#6+LMSMPHUJ90MSS/S/>4LM/R4H;90/S4LSMMPRM3HMP
各径阶范围内基本一致!表明本文所建立的最优标
准树高曲线合理!适合用于拟合这 8 个树种的树高$
普通树高曲线的最优研究表明% 冷杉(云杉和
红松的普通最优树高曲线的 !% 分别为 $1@@7!
$1@?" 和 $1@%@! IX&)分别为 #1!?%! #1??! 和
#1""A ;"赵俊卉!%$$79#!最优标准树高曲线的 !%
较之增加了 $1$%7 ‘$1$!A!而 IX&)较之减小了
$1#%8 ‘$1#@$ ;$ 显然!林分变量的增加在一定程
度上提高了模型的精度$ 理论上讲!本文所建立的
标准树高曲线与普通的树高曲线相比!有更广泛的
使用范围!但由于数据的限制!还有待于进一步
研究$
FA结论
树高曲线是林分生长与收获预估的基本模型!
是反映立地条件(反演复杂模型的基础!获得高精度
的树高曲线有重要的研究意义$ 标准树高曲线!以
胸径和树木及林分因子为自变量!可以用于更广的
区域$ 本文使用吉林省汪清林业局金沟岭林场的
!"A 株冷杉(!%8 株云杉和 %A# 株红松标准木数据!
分别选用 #$ 种标准树高曲线!对模型参数进行求
解!并用决定系数 !% 和均方根差 IX&)进行误差分
析$ 结果表明!以 IH3L9SUP模型为基础的方程 "7#
Vf#18 C$#V
}
$$ [% # =MQR" =$8 &:\}$!@ ]# }$A能较
好地模拟当地主要针叶树种的树高与胸径的关系$
此外!本文对比了最优标准树高曲线与普通最优树
高曲线的精度!研究发现!增加了林分变量的最优标
准树高曲线在一定程度上提高了模型的精度$
87#
林业科学 !" 卷6
参考文献
丁贵杰5#77?5马尾松人工林标准树高曲线模型的研究5浙江林学
院学报! #!"8# % %%A =%8$5
孙6圆!王万江5%$$A5江苏省杨树树高曲线模型的研制5林业科技
开发! #7"A# % 8# =8!5
王明亮!唐守正5#77?5标准树高曲线的研制5林业科学研究!
#$"8# % %A7 =%"!5
胥6辉!全宏波!王6斌5%$$$5思茅松标准树高曲线的研究5西南
林学院学报! %$"%# % ?! =??5
赵俊卉!亢新刚!刘6燕5%$$795长白山主要针叶树种最优树高曲线
研究5北京林业大学学报! 8#"!# % #8 =#@5
赵俊卉!亢新刚!张慧东!等5%$$7T5天然林林木胸径和树高变动系
数与竞争因子的相关关系初探5应用生态学报! %$"@# % #@8% =
#@8?5
,U9;M:! IH/X ! ’9NM09P(5%$$@5, ;HQMU N/N0HNM9SLMHUH9;M4MS;/UM0>/S:VSMNM9N /9^"L,"%&,#:0%")$+&$ iH0U5#5a/SMP4
)3/0/D/S9U/a’! DHwLMH/SS9UH949RHNM
R09N494H/NPHN N/S4LZMP4MSN &R9HN5a/SMP4)3/0/%%7"# =8# % %$% =%#85
&xN3LMKYW/NKx0MKX! ’98NM09P(! X/N4MS/W5%$$?5WMNMS90HKMU LMHUH9;M4MS9NU 3S/ZN UH9;M4MSRSMUH34H/N ;/UM0P>/S3/S^ /9^ >/SMP4P
HN &R9HN5&HP4M;9PVIM3JSP/Pa/SMP490MP! #""## % ?" =@@5
&L9S;9X! :9S4/N G5%$$?5\MH/ST/SM904SMM
PRM3HMPHN 2N49SH/JPHN<9;HQMUYM>M34P;/UM0HN<9RRS/93L5a/SMP4
)3/0/+M;MP9RR0H394H/N >/S;9e/S4SMMPRM3HMPHN 3/;R0MQP49NUP/>HN4MSH/SFSH4HPL
’/0J;TH95)JSGa/SMP4IMP! #%8"## % !A =A#5
!责任编辑6石红青"
!7#

Generalized Height-Diameter Models for Three Main Coniferous Trees Species in Changbai Mountain

长白山3个主要针叶树种的标准树高曲线

相关文献