一种定量适地适树的方法技术

本发明专利技术提供了一种定量适地适树的方法，包括：以天然混交林为研究对象，通过样地平均木蓄积量的年生长速率划分立地质量等级，用Mitscherlich方程描述林分平均胸径的生长，用Richards方程描述林分平均木蓄积量的生长，采用非线性联立方程组法联合建立林分生长模型，获取模型参数后，从适地和适树两个角度定量适地适树：同一立地条件下，比较不同树种在基准年龄时的蓄积量，挑选出最适宜生长的树种；对于某一特定树种，筛选出影响蓄积量生长的非生物环境因子，明确树种适宜生长的立地条件。本发明专利技术通过将立地质量分级与林分生长相结合，定量适地适树，用于天然混交林进行适地适树的定量研究，对于指导天然林恢复和森林质量精准提升具有重要意义。升具有重要意义。升具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种定量适地适树的方法


[0001]本专利技术属于林业领域，特别提出一种定量适地适树的方法。

技术介绍

[0002]第九次全国森林资源清查显示，我国森林资源在总体上呈现数量持续增加、质量稳步提升、生态功能不断增强的良好发展态势，但是从世界角度看，我国森林资源分布不均、质量不高、人均占有量少等问题仍未得到根本改变。现阶段，一方面需保护和经营好已有的森林资源，调整天然林结构、实现人工林近自然化经营；另一方面要继续加大造林工作力度，坚持扩大森林面积和提高森林质量相结合。那么，开展适地适树评价对我国的林业实践具有重要意义，因为适地适树是造林工作的基础，也是天然林恢复和人工林质量提升的关键。适地适树的基本原则就是使造林树种特性和造林地的立地条件相适应，以充分发挥立地的潜在生产力，达到该立地在当前技术经济条件下可能达到的高产水平，获得最大的生态、经济和社会效益。
[0003]适地指的是为某一立地条件选择适宜的造林树种，需要考虑地形、土壤、水文、气候等环境因素，以充分发挥该立地的潜在生产力。立地因子对不同树种的适生性影响并不相同，因此在造林时，应根据经营目的和树种的特性综合考虑各立地因子的影响程度，以使得该地段能使所选树种的生长环境尽可能处于最佳组合状态。适树指的是正确认识造林树种的生物学和生态学特性，为其选择适宜的造林地。树种的生物学特性是指树木在生长发育过程中表现出的特点，树种的生态学特性是指树种对环境的要求和适应能力，了解清楚树种特性，才能为树种选择最适宜生长的地方，这样不仅可以提高造林成活率，还能培育出抗性高、生长稳定、优质高产的林分。

技术实现思路

[0004]针对现有方法的不足，本专利技术提供了一种定量适地适树的方法，该方法通过多期连续的单木实测胸径和相应调查期的时间间隔，在划分立地质量等级的基础上，通过林龄一致构建胸径生长模型和蓄积量生长模型之间的联系，采用非线性联立方程组法拟合双模型兼容的林分生长模型，并从适树和适地两个角度，探究树种、立地条件和林分生产力之间的关系，为天然混交林进行适地适树的定量研究提供了一种新方法。本专利技术不仅建模数据易获取，而且模型的拟合优度良好，实际应用简单、适用性好，通过将立地质量分级与林分生长相结合，定量适地适树，对于指导天然林恢复和森林质量精准提升具有重要意义。
[0005]一种定量适地适树的方法，含有如下步骤：以天然混交林为研究对象，通过样地平均木蓄积量的年生长速率划分立地质量等级，用Mitscherlich方程描述林分平均胸径的生长，用Richards方程描述林分平均木蓄积量的生长，采用非线性联立方程组法联合建立林分生长模型，获取模型参数后，从两方面对适地适树定量化：
①
选树适地——同一立地条件下，比较不同树种在基准年龄时的蓄积量，挑选出最适宜生长的树种；
②
选地适树——对于某一特定树种，筛选出影响蓄积量生长的非生物环境因子，明确树种适宜生长的立地条件。
[0006]具体的，含有如下步骤：
[0007]步骤一：以林分平均木蓄积量的年生长速率为依据，划分立地质量等级：
[0008]步骤一包括以下子步骤：
[0009]步骤1
‑
1、选择天然混交林作为研究对象，筛选出多个调查期内连续复测的样木，即k个调查期内有k个实测胸径数据，样木材积按一元材积表计算，要求样地内同一树种的样木不少于(含)5株，以树种号加样地号构成唯一编号重组样地，样地胸径D
g
采用林分平均胸径，样地蓄积量V采用多期均存在样木的材积的算数平均值，即林分平均木的蓄积量，计算公式如下：
[0010][0011][0012]式(1)～(2)中：n为样木株数，d
i
为样木胸径，v
i
为样木材积。
[0013]步骤1
‑
2、根据首末两次调查期时样地平均木的蓄积量计算年生长速率S，降序排列后采用有序样本聚类进行初始分级，获得分类等级数M；
[0014][0015]式中：V1为样地初期的平均木蓄积量，V
k
为样地第k期(最后一期)的平均木蓄积量，ad
k
为首末两次调查期的时间间隔。
[0016]步骤1
‑
3、以初始分类等级为基础，拟合蓄积量生长模型，通过双重迭代算法确定最终的立地质量等级。
[0017]步骤1
‑3‑①
、以样地平均木的蓄积量为因变量，相应调查时间间隔为自变量，采用Richards生长方程为基础建立二者的统计模型；
[0018][0019]式中：V
ij
为第i个样地第j期的平均木蓄积量，age1
i
为第i个样地的初期林龄(未知)，ad
j
为第j期与调查初期的时间间隔，a是反映林地生产潜力的参数，b为与树种的生长速度有关的参数，c为与同化作用幂指数r有关的参数，
[0020]步骤1
‑3‑②
、约束模型通过起始点，转换模型形式；
[0021]当采用起始点(age1
i
，Vi1)约束式(4)时，
[0022][0023]式中：V
i1
为第i个样地第1期的平均木蓄积量。
[0024]式(5)结合式(4)，消除未知的年龄参数age1
i
后，可获得由起始点约束的蓄积量生长方程，模型形式如下：
[0025][0026]步骤1
‑3‑③
、基于初始分级的立地质量等级，采用等间距构造哑变量法对模型参
数a和c再参数化，以参数b区分树种，获得最终的蓄积量生长模型，见式(7)，拟合后可得各等级下各样地平均木的蓄积量估计值，以离差平方和最小为原则，反复进行迭代，直到最后每个样地所属的立地质量等级不再发生变化，即为各样地的最终立地质量等级。
[0027][0028]其中，
[0029][0030][0031][0032]式(8)～(10)中：F
m
为初始分级时所得的立地质量等级的哑变量(即当立地等级属于第m级时，其值为1，否则为0)，d为相邻立地质量等级间参数a的差值，g为相邻立地质量等级间参数c的差值，S
z
为树种的哑变量(即当树种为z时，其值为1，否则为0)。
[0033]步骤二：用Mitscherlich方程描述林分平均胸径的生长，用Richards方程描述林分平均木蓄积量的生长，采用非线性联立方程组法，建立双模型兼容的林分生长模型：
[0034]步骤二包括以下子步骤：
[0035]步骤2
‑
1、结合立地质量分级结果，以Mitschelich生长方程描述林分平均胸径的生长，并采用起始点约束；
[0036]步骤2
‑1‑①
、以多期的林分平均胸径为因变量，相应调查时间间隔为自变量，基于Mitschelich生长方程，建立二者间的关系模型：
[0037][0038]步骤2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种定量适地适树的方法，其特征在于，含有如下步骤：步骤一：以林分平均木蓄积量的年生长速率为依据，划分立地质量等级：步骤二：用Mitscherlich方程描述林分平均胸径的生长，用Richards方程描述林分平均木蓄积量的生长，采用非线性联立方程组法，建立双模型兼容的林分生长模型：步骤三：以样地平均木的蓄积量来量化森林生产力，从选树适地和选地适树两个角度，定量适地适树。2.根据权利要求1所述的一种定量适地适树的方法，其特征在于，步骤一包括以下子步骤：步骤1
‑
1、选择天然混交林作为研究对象，筛选出多个调查期内连续复测的样木，即k个调查期内有k个实测胸径数据，样木材积按一元材积表计算，要求样地内同一树种的样木不少于5株，以树种号加样地号构成唯一编号重组样地，样地胸径D
g
采用林分平均胸径，样地蓄积量V采用多期均存在样木的材积的算数平均值，即林分平均木的蓄积量，计算公式如下：下：式(1)～(2)中：n为样木株数，d
i
为样木胸径，v
i
为样木材积；步骤1
‑
2、根据首末两次调查期时样地平均木的蓄积量计算年生长速率S，降序排列后采用有序样本聚类进行初始分级，获得分类等级数M；式中：V1为样地初期的平均木蓄积量，V
k
为样地第k期即最后一期的平均木蓄积量，ad
k
为首末两次调查期的时间间隔；步骤1
‑
3、以初始分类等级为基础，拟合蓄积量生长模型，通过双重迭代算法确定最终的立地质量等级；步骤1
‑3‑①
、以样地平均木的蓄积量为因变量，相应调查时间间隔为自变量，采用Richards生长方程为基础建立二者的统计模型；式中：V
ij
为第i个样地第j期的平均木蓄积量，age1
i
为第i个样地的初期林龄(未知)，ad
j
为第j期与调查初期的时间间隔，a是反映林地生产潜力的参数，b为与树种的生长速度有关的参数，c为与同化作用幂指数r有关的参数，步骤1
‑3‑②
、约束模型通过起始点，转换模型形式；当采用起始点(age1
i
，V
i1
)约束式(4)时，式中：V
i1
为第i个样地第1期的平均木蓄积量；式(5)结合式(4)，消除未知的年龄参数age1
i
后，获得由起始点约束的蓄积量生长方程，
模型形式如下：步骤1
‑3‑③
、基于初始分级的立地质量等级，采用等间距构造哑变量法对模型参数a和c再参数化，以参数b区分树种，获得最终的蓄积量生长模型，见式(7)，拟合后得各等级下各样地平均木的蓄积量估计值，以离差平方和最小为原则，反复进行迭代，直到最后每个样地所属的立地质量等级不再发生变化，即为各样地的最终立地质量等级；其中，其中，其中，式(8)～(10)中：F
m
为初始分级时所得的立地质量等级的哑变量，即当立地等级属于第m级时，其值为1，否则为0；d为相邻立地质量等级间参数a的差值，g为相邻立地质量等级间参数c的差值；S
z
为树种的哑变量，即当树种为z时，其值为1，否则为0。3.根据权利要求2所述的一种定量适地适树的方法，其特征在于，步骤二包括以下子步骤：步骤2
‑
1、结合立地质量分级结果，以Mitschelich生长方程描述林分平均胸径的生长，并采用起始点约束；步骤2
‑1‑①
、以多期的林分平均胸径为因变量，相应调查时间间隔为自变量，基于Mitschelich生长方程，建立二者间的关系模型：步骤2
‑2‑②

【专利技术属性】
技术研发人员：李海奎，黄金金，秦江环，张聪，刘琪，
申请(专利权)人：中国林业科学研究院资源信息研究所，
类型：发明
国别省市：