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[博士论文] 陈科屹
森林经理学 中国林业科学研究院 2018(学位年度)
摘要:云冷杉过伐林是云冷杉原始林经过多次高强度的“拔大毛”式的采伐干扰后形成的一种既区别于原始林,又区别于天然次生林的森林类型,它具有较为特殊的林分形成机制和生长发育过程。目前,在我国东北林区存在大面积的过伐林,正面临着森林质量低下、生态服务功能薄弱的局面。了解过伐林的林分结构现状特征,探索合理科学的森林经营途径,实现过伐林的有效恢复与保护,提高森林质量和功能是迫切需要解决的问题。本文以吉林省汪清林业局金沟岭林场为研究区,以云冷杉过伐林为研究对象,基于12块1hm2的固定样地,运用森林经理学的相关理论和技术,并结合森林生态学原理,以地面样地调查和统计学为基础,运用定量与定性相结合的方法,研究了云冷杉过伐林的林分结构综合特征,包括林分空间结构、非空间结构,林木分布格局与空间关联性、林木属性变量的空间异质性。并实施了传统经营(TM)、目标树经营1(CTR1)、目标树经营2(CTR2)和无干扰(对照样地CT)4种处理,对比分析经营前后过伐林的动态变化。这对于指导过伐林的植被恢复、林分结构优化、加快森林正向演替、促进森林生态环境建设具有一定的理论和实践意义。主要研究结果如下:
  (1)在各径级内部,特小径级中的树种株数和蓄积分配极不均匀,臭冷杉占据绝对地位。林分直径分布分为三个部分:14~34cm的中径阶呈波动式反“J”型分布,14cm以下的小径阶多呈左偏单峰山状分布,34cm以上的大径阶呈骤降断层式分布。Weibull、Negative exponential和Gamma函数能较好的拟合直径分布情况。根据主要树种的直径分布情况,臭冷杉和鱼鳞云杉呈增长势态;红松和紫椴呈稳定势态;长白落叶松、枫桦、白桦和山杨呈衰退势态。臭冷杉、忍冬、宽叶苔草分别是乔、灌、草层的优势物种。相比之下,灌、草层的物种多样性较乔木层丰富。林下更新不良,且树种配置不理想。
  (2)各径级林木的空间隔离程度较好,随径级的增大,空间隔离程度呈逐渐上升或波动式上升。臭冷杉的空间隔离程度最低、红豆杉的空间隔离程度最高;随着径级的增大,白桦、长白落叶松和色木槭的平均混交度逐级增加,而紫椴、红松、山杨的平均混交度保持相对稳定,其余树种的平均混交度变化复杂。随着径级的增大,林木的竞争压力逐渐减小;但各树种的变化趋势差异较大,臭冷杉、鱼鳞云杉、山杨、色木槭、紫椴、枫桦在特小径级和大径级上的表现正好相反,而水曲柳和春榆则保持稳定。林分整体呈聚集分布,各树种的角尺度频率分布呈近似左偏的正态分布曲线,随机分布的频率均超过50‰其中白桦最高,紫椴最低。
  (3)云冷杉过伐林具有云冷杉原始林所具有的复层、异龄、混交特征,极容易因此忽略过伐林所隐藏的潜在问题。经分析,云冷杉过伐林在树种组成、林分蓄积量等方面与邻近区域的云冷杉原始林相比仍存在巨大差距。通过林分经营迫切性分析可进一步得知,云冷杉过伐林在天然更新、林木分布、目的树种优势度、健康林木比例、林木拥挤度和目的树种密集度这6个方面偏离健康稳定状态。研究区的林分经营迫切性指数超过0.5,表明林分经营十分迫切。
  (4)随着尺度的增大,林分由聚集趋于随机分布。大、中径级林木在所有尺度上均呈随机分布;特小径级、小径级林木在中、小尺度上呈聚集分布,其中特小径级的聚集尺度和强度更大。先锋树种的分布格局最复杂,伴生树种和顶级树种的分布格局较明显。红松和鱼鳞云杉的分布格局较为相似,臭冷杉呈现出较大的聚集尺度和强度。林分中特小径级与小、中、大径级林木之间,由以正关联和无关联为主转变为以无关联和负关联为主。小径级与中径级林木在2m以内的极小尺度上存在正关联。而小、中径级与大径级林木均以无关联和负关联为主。顶级树种与先锋树种、伴生树种均存在显著的负关联性,而伴生树种与先锋树种之间的负关联则不显著。臭冷杉与红松、鱼鳞云杉的空间关联格局相似,但后一组合在大、中尺度上的负关联性范围更广,强度更大。而红松与鱼鳞云杉主要以无关联和正关联为主。
  (5)指数模型、球状模型和高斯模型能较好地反映林木属性变量的变异特征。各林木属性变量均具有强烈的空间自相关性。其中,树高的空间自相关性程度相对最高,东西冠幅的空间自相关范围相对最大。各林木属性变量在东-西、南-北、东北-西南和西北-东南4个方向上的空间异质性和空间自相关的程度及尺度皆存在明显差异。相比之下,各林木属性在东西方向的空间依赖性较强,而西北-东南方向或东北-西南方向上则在小尺度范围内具有复杂的变异。林木属性变量之间出现的空间相关性均属于中等程度的正向相关性,但空间相关性变程范围各有不同。在积差关系上存在相关性的林木属性变量,在空间结构上不一定存在相关性。
  (6)经过CTR1和CTR2处理的样地内的林木呈现出较大的生长量和较快的生长率,尤其体现在对目标树的生长促进作用方面。CTR1对促进全林分目标树和鱼鳞云杉目标树的生长效果明显,CTR2对促进臭冷杉目标树和红松目标树的生长效果明显。TM的优势作用主要体现在全林、鱼鳞云杉非目标树的胸径生长量、生长率和材积生长率方面,以及臭冷杉非目标树的材积生长率和红松非目标树的胸径生长率方面。而对于CT而言,除臭冷杉、红松目标树的材积生长率以外,其余各项统计指标均表明CT样地的生长效率最低。
  (7)TM对促进全林分的断面积生长率以及小径级林木的断面积和蓄积生长率的作用较好,CTR2对促进特小径级蓄积生长率效果较好。CTR1和CTR2对先锋树种和伴生树种的断面积和蓄积生长量的促进作用较大,而TM对伴生树种断面积和蓄积生长率的促进作用较大。CTR1和CTR2明显增加了大径级林木的蓄积比例。CTR1进一步提升了灌木层和草本层的物种多样性,相比之下CT最不利于物种多样性的保持。TM与CTR1提高了极强度混交优势木和极强度混交随机状态林木的比例,但降低了随机状态优势木的比例。CTR2同样提高了极强度混交优势木的比例,但同时降低了随机状态优势木和极强度混交随机状态林木的比例。而CT使得3类最优组合林木的比例皆出现下降。CTR1和CTR2造成了死木与进界木在株数上的悬殊。CT样地中死木的径阶分布较为分散。各处理下林木均有向少数优势树种集中的趋势,臭冷杉在各处理下的变化率皆为正值,其中CTR1处理下的值最大。
[硕士论文] 霍东旭
计算机应用技术 东北林业大学 2018(学位年度)
摘要:原木材积测量是木材生产和加工的关键环节,随着科技的发展,对原木材积测量的准确性要求也越来越高。长期以来,原木材积测量基本都是采用人工检尺的方法,这种方法很容易受检测工作人员的工作态度和经验影响,而且效率低、周期长、准确性差、成本高,结果不够精确。为此本文分析等长成堆原木的特点,提出了基于计算机视觉的一种原木材积检测方法,并制作成软件在Android手机上实现。
  在获取原木图像时,为了得到更清晰的原木边缘细节,需要近距离拍摄原木图像,但是近距离拍摄很难把成捆堆积的原木都摄入画面,所以本文采用近景拍摄多幅图片然后利用图像拼接技术得到全景的原木图像。本文提出一种改进的Harris算法进行角点检测,首先改变原来的梯度算子,从而提高算子的检测敏感度;采用一个新的角点响应函数,不需要人为设定参数;在图像拼接过程中通过归一化互相关匹配法对图像进行配准;利用随机抽样一致的方法剔除误匹配,实现图像无缝拼接。
  针对传统Canny算法对噪声比较敏感,易于检测到伪边缘和漏掉真实边缘等缺点。本文提出基于Canny的改进边缘检测方法处理原木图像,利用自适应中值滤波进行去噪,避免了传统Canny算法高斯滤波参数和高低阈值的选择困难,以及出现缓变边缘丢失现象;引入八方向的梯度模板求边缘的幅值,可以有效的检测到更多的边缘细节;通过Otsu法确定高低阈值,避免了人为设定高低阈值的问题,最后将得到的边缘图像用形态学方法进行细化。得到原木Canny边缘检测结果后,利用改进的随机Hough变换方法识别图像中的原木,将识别出的原木利用标尺求出实际的面积,从而计算出原木的根数、尺径长和原木材积。
  本文将提出的算法在Matlab平台测试,通过与传统的Canny边缘检测结果图像对比分析,证明本文提出的原木图像边缘检测处理算法可以有效的保留图像更多的边缘细节;并且抑制了假边缘或者与目标颜色特征相近区域的干扰,能够比较完整的提取出原木的边缘,为后面的随机Hough变换识别原木、计算原木参数打下了很好的基础,通过本文算法所得实验结果与实际原木材积结果的对比发现,本文算法测量所得的原木材积理论大小与实际检尺的结果相对误差在1.5%左右。
  基于本文提出的改进Canny边缘检测算法和随机Hough变换算法在Android手机平台上实现了一个原木材积测量软件。软件的主要功能为原木图像采集、原木图像拼接、原木图像边缘检测、原木识别及原木参数测量。实现本文提出的原木材积测量方法的软件在Android手机上安装方便,操作简单。
[硕士论文] 陈孝银
森林经理学 浙江农林大学 2018(学位年度)
摘要:在“数字林业”方兴未艾蓬勃发展的大背景下,林业科学与地理信息科学之间的联系越发紧密。随着数字地形分析技术的发展,基于DEM的小班坡向提取已成为森林资源调查中小班坡向因子信息采集的主要来源。其相较于传统的实地调查,能够节省大量的人力成本和时间成本,符合林业信息化的发展趋势。然而,现有常用的小班坡向提取方法在准确度上还有很大的提升空间,如何精准、可靠地提取小班坡向是森林资源调查中亟待解决的问题。因此,本文在现有坡向提取方法的基础上,引入合理的数学模型和科学的理论依据,提出新的小班坡向提取方法,提高小班坡向提取的准确度,以适应现代林业对高精度林业调查数据的根本需求。
  本文首先介绍了本次研究区域的概况及研究所需的研究数据,并对研究数据进行了相应的预处理,使其达到实验所需的基本要求。接着,对单像元坡向提取算法进行了研究,发现三阶不带权差分算法在真实DEM数据中精确度表现最佳,因此确定其为本文单像元坡向提取的研究方法。另外,本文对现有常用的小班坡向提取方法进行了原理研究和误差分析,发现小班坡向矢量法和最大特征值法都存在上述的单像元坡向误差,除此之外,矢量法存在数据误差和权重误差,而最大特征值法存在定性引起的截断误差和众数统计误差。了解了误差来源和误差性质之后,本文分别对其进行了改进,提出了小班坡向的主方向加权矢量法和模糊模式识别法。主方向加权矢量法是将小班内单个像元的模作为权重进行矢量代数统计运算,同时迭代确定统计的定量结果为主方向并剔除阈值外的干扰数据,最终的定量结果通过定性描述得到小班坡向提取结果。模糊模式识别法首先确定单像元的坡向隶属函数,通过隶属函数构建小班模糊矩阵和模板矩阵,接着确定各像元的权重,然后通过贴近度函数计算小班模糊矩阵与八个模板矩阵的贴近度,最后根据择近原则确定小班所属坡向类别。
  在实验与分析阶段,本文采用C#编程语言实现算法的自动化。实验结果表明:主方向加权矢量法和模糊模式识别法的小班坡向提取结果在各分类组别上具有基本相似的分布情况,证明两种方法提取小班坡向结果相近。在与小班坡向实测值进行比较时,本文提出的两种小班坡向提取方法在准确度上都优于其各自改进前的方法,证明两种方法是可行、准确的。另外,实验还对两种方法的适应性进行了分析,发现主方向加权矢量法适用于类圆形图斑,模糊模式识别法适用于类长条形图斑,而在各种不同的地形因子上提取小班坡向是,两种方法无显著差异。
[硕士论文] 陈振德
林业信息技术 浙江农林大学 2018(学位年度)
摘要:随着“智慧林业”的蓬勃发展,林业科学与信息技术的结合越发紧密,然而在林业调查工作的开展过程中实现数据生产自动化的程度仍然不高,多以实地勘查为主。在实际调查过程中,受到林地内复杂地形与天气等其他外界因素的限制,部分林地小班区域其调查因子信息的获取主要依靠调查人员的目测,甚至于一部分不可达的林地小班仅能通过远处观测。坡度值作为重要的小班调查因子之一,其目测误差极大,即使借助专业仪器进行坡度测定,其测量精度也仅能在测量点上得到保证,不能考虑到小班的整体起伏倾斜程度。目前林业调查领域尚缺乏可靠的林地小班区域整体坡度求算方法,为相关工作的展开带来了诸多不便。因此,本研究提出了一种基于主坡向垂直面高程回归的小班区域坡度提取算法,以提高林地小班调查数据的质量,减少野外实地林业调查的工作量。本文首先对已有的坡度求算方法进行了实验分析,发现前人学者的研究大多着眼于单像元坡度求算,针对区域坡度求算方面的研究较少。为了深入理解坡度的数学及地理意义,本文介绍了有代表意义的三阶反距离平方权坡度提取算法,并在其基础上提出了一种基于DEM数据的高精度单像元坡度提取算法Quad。基于单像元坡度提取算法,结合坡度值的地理学定义与林地小班的地形特征,本研究针对坡度在地表上的各向异性特征提出了一种基于主坡向垂直面高程回归的区域坡度提取算法。最终,以浙江省安吉县10米分辨率数字高程模型与真实林地小班数据为样本,通过实验对比两种现有算法的坡度提取结果与精度,证明本文所提出的算法能够代替传统的实地调查方法,实现小班坡度因子的自动提取。
[硕士论文] 张媚
森林保护学 浙江农林大学 2018(学位年度)
摘要:为探究土壤微生物多样性及其功能对山核桃经营模式的指导作用,本文采用16SrRNA基因和ITS区高通量测序,分析了不同经营方式的山核桃林土壤中微生物群落结构,并分析了山核桃干腐病发病期,生态经营和过度经营山核桃林中,干腐病感病指数、土壤pH值、养分与细菌、真菌多样性的相关性。结果表明:
  1、生态经营山核桃林的感病指数为3.33,显著低于感病指数为81.93的过度经营山核桃林。
  2、生态经营山核桃林土壤pH值为6.64,接近中性,显著高于土壤呈酸性的过度经营山核桃林土壤。
  3、过度经营山核桃林土壤速效磷、速效钾和速效氮含量分别为18.10mg·kg-1、698.63mg·kg-1和227.13mg·kg-1,均显著高于生态经营山核桃林土壤。
  4、在属水平上,生态与过度经营山核桃林土壤分别有14与21个主要细菌属,8与27个主要真菌属。生态经营山核桃林土壤中鞘氨醇单胞菌属、Gaiella、溶杆菌属与棉革菌属、Xerocomellus、鹅膏菌属分别为细菌与真菌优势属,相对多度分别为2.29%、0.61%、0.57%与3.06%、0.76%、0.10%,均显著高于过度经营山核桃林土壤。过度经营山核桃林土壤中,Bryobacter、Candidatus Solibacter、慢生根菌属与丝盖伞属、蜡壳菌属、层腹菌属、锁瑚菌属、红菇属、块菌属分别为细菌与真菌优势属,相对多度分别为1.03%、1.40%、0.95%与27.12%、14.02%、6.95%、6.46%、4.51%、3.93%,均显著高于生态经营山核桃林土壤。
  5、两种经营模式下山核桃林土壤细菌、真菌均有较高的物种多度和多样性。过度经营山核桃林土壤真菌的Ace指数、Chao指数、Shannon指数和Simpson指数分别为451、441、4.11和0.905,均显著高于生态经营山核桃林土壤。
  6、pH值、速效磷、速效氮为土壤细菌优势属群落结构的显著性影响因子,而pH值、速效钾、速效氮为土壤真菌优势属群落结构的显著性影响因子。
  研究结果可为山核桃林可持续生态经营管理提供理论依据与技术支撑。
[硕士论文] 路伟
森林经理学 浙江农林大学 2018(学位年度)
摘要:经济林是以生产除木材以外的果品、食用油料、工业原料和药材为主要目的的林木,在林业中占据重要地位。近些年经济林产业得到政府部门的大力支持,经济效益快速提高,经济林随之得到了快速发展,很多地区对经济林进行了大范围的扩张,将原始生物多样性丰富的森林砍伐种植生物种类单一的经济林,一系列人为活动严重破坏了经济林的生态环境。
  本研究首先完成包括经济林的生长环境和计算机技术平台的基础研究。生长环境的研究从地上、地下两个角度开展了对经济林生长可能具有重要影响的环境因子的探索,然后收集所有相关因子的数据,包括遥感数据、地面调查等数据,并利用遥感、GIS技术,从相关数据中提取相关变量,包括归一化植被指数(NDVI)、多窗口纹理、高程、坡度、土壤类型、降雨等多种变量;然后研究学习多种计算机语言、不同开源框架、开发环境等的结构和特色,完成计算机环境的搭建。基于以上生长环境和技术的基础研究,通过大量阅读并总结土壤有机碳(SOC)空间预测、适宜性评估、水土流失等相关文献,将总结结果应用到经济林生态适宜性评估当中,完成生态适宜性相关数据的处理,为该决策系统的研发提供数据基础;同时利用计算机语言完成相关算法(包括随机森林算法、最大熵模型、RUSLE模型等)的封装。最终基于前期的研究基础和理论,结合文章的研究目的,完成系统的设计、代码的编写与功能的实现。
  本研究选择了C++、Java、R三种计算机语言作为系统开发的基础,充分发挥了不同计算机语言的优势;同时,选择GeoTools、GDAL、Armadillo等开源框架作为系统开发依赖的主要开源库,分别用于GIS数据的界面操作实现、GIS数据读取以及遥感影像数据的运算实现等。文章以临安山核桃为例,研发了以算法(以机器学习算法为主)为核心的经济林生态适宜性决策支持系统,操作简单,可跨平台。该研究成果为经济林的科学经营管理提供了智能化平台,丰富了经济林的研究内容,填补了缺少经济林决策系统的空白,对今后经济林的生态可持续发展具有重要意义。
[硕士论文] 杨来邦
农业信息化 浙江农林大学 2018(学位年度)
摘要:森林资源动态变化更新一直是林业工作的核心。研究聚焦区域森林资源动态更新方法中的关键问题,结合政府对生态指标、森林资源指标年度考核评价等工作,建立基于森林资源二类调查本底数据,经营利用各林业业务系统为突变数据源,生长模型更新为渐变数据源的动态更新方法和系统,实现森林资源动态更新模型化、系统化服务。主要研究内容:
  (1)针对森林资源消长变化分析以及前人研究成果,探讨了森林资源变化的主要因素,渐变规律和突变成因,确定了区域森林资源动态更新渐变模型、突变模型和整体模型。
  (2)研究了区域森林资源动态更新的流程、涉及内容、内在关系,进行了区域森林资源动态更新方式的系统分析与设计,包括系统架构、数据来源与获取、数据交换方式以及更新方法等设计。
  (3)基于GIS技术、网络技术、接口技术等,开发了相应的森林资源动态更新系统,实现了区域森林资源动态更新的系统化服务,并进行了应用验证。
  研究建立的基于互联网+的区域森林资源动态更新方法,将森林资源主要突变要素、类型和渐变模型有机结合,能实时跟踪地块内的森林资源变化,自动计算地块森林资源状态指标值,初步实现了基于“小班”的区域森林资源及时更新和地块评测;建立的平台将已有的业务系统数据自动抽取,基于模型化的分析,实现森林资源变化过程的全方位、可视化呈现。
[硕士论文] 王长青
森林工程 东北林业大学 2018(学位年度)
摘要:水分是植被光合作用和呼吸作用中不可或缺的要素,其在植被生命活动中起着至关重要的作用。植被含水量(Vegetation Water Content,VWC)的研究对于农作物长势监测、草原干旱和荒漠化预警以及森林火灾预警等具有重要意义。本文以Sentinel-1B数据、Landsat8OLI数据和地面实测植被冠层叶片含水量为数据源,以长春市净月潭国家森林公园的针叶林为研究对象,首先利用Landsat8OLI数据提取出多种植被指数,再将遥感影像的波段和植被指数与冠层叶片含水量等森林参数进行相关性分析,选取出相关性较大的因子作为优选因子,并对其进行主成分提取,对主成分与冠层叶片含水量构建多种模型,利用精度最高的模型反演出冠层叶片含水量。主要研究内容与结果如下:
  (1)本文通过对地面调查数据和Sentinel-1B数据、Landsat8OLI数据进行典型相关性分析,选取出与冠层叶片含水量相关性较大的波段和波段组合。其中冠层叶片含水量与Sentinel-1B的VV极化、VH/VV极化比和Landsat8OLI的短波红外1(ShortWave Infrared Red1,SWIR1)、短波红外2(Short Wave Infrared Red2,SWIR2)波段相关性较高。
  (2)本文利用Landsat8OLI数据提取出了归一化植被指数(Normal Differential Vegetation Index,NDVI)、归一化水分指数(Normalized Difference Water Index,NDWI)、比值植被指数(Ratio Vegetation Index,RVI),并与冠层叶片含水量进行了相关性分析,结果显示NDVI与冠层叶片含水量相关性较低,而NDWI和RVI与冠层叶片含水量相关性较高,且NDWI与RVI之间存在较高相关性。
  (3)本文分别对Landsat8OLI数据(SWIR1、SWIR2、NDWI、RVI)和Sentinel-1B结合Landsat8OLI数据(VV、VH/VV、SWIR1、SWIR2、NDWI、RVI)进行主成分分析,提取出第一主成分,并与冠层叶片含水量建立线性、二次多项式、三次多项式和指数函数模型,精度分析表明三次多项式模型拟合精度最高(R2=0.6299,RMSE=0.0358),其次是二次多项式(R2=0.6214,RMSE=0.0362),且结合Sentinel-1B数据(VV、VH/VV)之后模型的R2和RMSE都优于结合之前。
  (4)本文通过对Sentinel-1B结合Landsat8OLI数据(VV、VH/VV、SWIR1、SWIR2、NDWI、RVI)提取出的第一主成分与冠层叶片含水量构建BP神经网络模型,训练完成后模型的反演精度(R2=0.896,RMSE=0.0282)优于二次多项式。
  综上所述,对于净月潭国家森林公园,合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)影像结合光学影像反演冠层叶片含水量精度高于仅使用光学影像,且利用BP神经网络模型反演精度高于二次多项式。由此表明SAR结合光学影像可以提高植被冠层叶片含水量反演的精度。
[硕士论文] 张蓉鑫
森林工程 东北林业大学 2018(学位年度)
摘要:搭载于冰、云和陆地高程卫星(Ice,Cloud and land Elevation Satellite,ICESat)上的地学激光测高系统(Geoscience Laser Altimeter system,GLAS)能够实现快速、无损的森林冠层高度估测,大幅度提高了森林冠层高度估测的效率及和精度。然而由于ICESat-GLAS激光指向角的存在,且光斑尺寸较大,光斑内地形坡度起伏较大,激光指向角与地形的相互作用,往往会使激光光斑的形状发生改变,进而影响GroundExtent(光斑内坡度引起的高度距离)的变化,造成了森林冠层高度估测的偏差。因此,建立GroundExtent修正模型、减弱指向角和地形对森林冠层高度估测的影响至关重要。
  本研究以吉林省汪清县林业局经营区为研究区,对ICESat-GLAS波形数据及DEM数据进行了数据处理和参数提取。为了量化激光天顶角对ICESat-GLAS数据反演森林冠层高度的影响,在Allouis(2012)模型和Nie(2015)模型基础上,分别引入天顶角,对GroundExtent进行计算,建立森林冠层高度估测模型,并通过模型对坡度的校正能力、指向角引起的GroundExtent理论误差以及大气延迟增量三个方面讨论分析天顶角在反演森林冠层高度中的影响。然后,根据指向角和地形的相互作用关系,建立GroundExtent修正模型。并在GroundExtent修正模型基础上,结合ICESat-GLAS波形长度W,分别建立反演森林冠层高度的物理模型和多元线性回归模型。主要研究结果如下:
  (1)天顶角的引入能够提高模型的估测精度,决定系数R2分别提高了6.56%、4.26%,且能更好的校正地形坡度;在外部条件相同的情况下,由天顶角(<1°)引起的GroundExtent理论误差在0.122-1.100m范围内;激光朝向(0°-360°)引起的GroundExtent理论误差的绝对值在0-1.222m范围内;在天顶延迟约为2.3m时,天顶角(<1°)对大气延迟增量的影响为0.04-3.50mm。由此可知天顶角对估测森林冠层高度存在一定的影响,引入激光天顶角的冠层估测模型能更准确地反演森林冠层高度。
  (2)利用天顶角φ、激光朝向β、坡度S、坡向α建立的GroundExtent修正模型,具有地形坡度校正能力。且基于W、FWHM和GroundExtent修正模型建立的森林冠层高度物理模型,能够更便捷、精确的估测森林冠层高度,决定系数R2为0.673,分别提高了0.101、0.021;均方根误差RMSE为2.848m,分别降低了0.411m、0.091m。实现了对ICESat-GLAS激光指向角和地形的校正,避免了由于激光指向角与地形的相互作用,造成的光斑内坡度引起的高度距离的变化,对反演森林冠层高度的影响。
  (3)利用W和GroundExtent修正模型建立反演森林冠层高度的多元回归线性模型,其估测精度最好,决定系数R2为0.709,分别提高了0.126、0.038;均方根误差RMSE为2.622m,分别降低了0.447m、0.119m,克服了物理模型参数取值的局限性,提高了模型的估测精度。
[硕士论文] 吴超
农业信息化 浙江农林大学 2018(学位年度)
摘要:随着人工智能、云计算、大数据等技术的不断发展,“互联网+”林业的应用,森林资源调查数据、古树名木管理数据、林权监管数据、野生鸟类监测数据等大量的林业行业数据沉淀在数据库中,如何实现不同管理系统、不同数据库关联,提取有用信息,简化数据的复杂性,为林业管理部门、科研人员、普通民众等提供简洁明了的可视化数据显得紧迫。
  本文以需求为导向,利用数据挖掘工具对已有的森林资源数据进行加工分析,从大量繁杂的数据中提取出不同的数据产品,开展了数据标准化、数据挖掘、产品化应用等研究。
  (1)以目前运行的浙江省古树名木管理系统、浙江省林木采伐管理系统、浙江省林权监管平台、野生动物疫源疫病监测系统的数据以及浙江省森林资源二类调查数据为对象,开展产品化服务的编码标准化研究;
  (2)借助Arcgis和Weka等工具,进行数据挖掘,包括数据的预处理、分类回归、聚类、空间信息运算等,分析各林业系统间和系统内部各环节的关系,为产品化服务打下基础;
  (3)建立产品化服务模型,通过对时域、地域、事件、动作等元素的建模研究,实现了森林资源立体式、全方位的表达,有助于揭示森林资源内在规律;
  (4)利用产品化应用模型,实现资源的可视化表达,如森林资源分布图,古树名木分布图、密度分布图、年龄分布图,林权分布图产品,野生鸟类时空分布图、多样性分布图等数据产品,结合产品数据说明、数据字典等描述,将复杂问题简单化,为林业管理部门提供管理和决策支持,也为科研人员和普通民众提供个性化数据。
[硕士论文] 王濮
森林工程 东北林业大学 2018(学位年度)
摘要:作为一种新型的对地观测技术,激光雷达(Light Detection and Ranging,LiDAR)已广泛应用于林业资源调查、数字城市、电力巡线、基础测绘等领域。相比于传统光学遥感手段,激光雷达能够克服信号饱和及易受云雨影响等局限性,且对森林冠层具有很强的穿透性,能直接获取森林冠层的三维结构信息,因而在表达森林冠层空间结构及参数反演方面具有独特优势。其中机载激光雷达数据由于其光斑直径较小、且多回波或全波形记录方式,可以直接、高效的获取高精度、高密度的森林植被三维结构信息,适于单木位置的精准探测与树冠的精确分割,定量、精细描述森林三维结构(如树高、冠幅、叶面积指数等),是当前森林资源调查最有效的手段之一。
  针对现有机载LiDAR数据单木分割算法在密集林区应用精度较低的问题,本研究开展了密集林区单木分割算法的研究,主要包括以下研究内容:
  (1)利用Kd树(K-dimension tree)组织离散激光点云数据以提升点云数据的搜索查找效率;开展了点云去除噪声算法研究,并分别应用数学形态学滤波 算法、移动曲面滤波算法和布料模拟滤波算法进行研究区激光点云的地面点和非地面点分离。
  (2)分别对地面点云和非地面点云采用反距离加权法插值生成数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)和数字表面模型(Digital Surface Model,DSM),并基于DSM和DEM生成冠层高度模型(Canopy Height Model,CHM)以及基于DEM对林区冠层点云高程归一化处理。
  (3)基于林区冠层分层结构特点提出了一种从机载点云数据直接分离单木的方法。首先,基于CHM计算局部最大值以确定冠层表面的明显树顶,并以此作为单木位置的先验知识,继而采用归一化割(Normalized cut,Ncut)方法实现冠层的初始分割;然后,以全局最大值代替局部最大值,并将冠层形状、冠层最小点数作为约束条件,再次利用Ncut方法完成漏检单木的探测,进而实现单木的精确探测。实验结果表明,本文方法有效地减少了漏识单木,整体精度可达90%以上。
  (4)分别对漏检单木处理前后的分割结果进行定量评价,并与其他方法结果做比较,验证本研究所提方法的可靠性和优势。实验表明,本文方法具有优势与潜力,将有助于单木三维结构定量、精细描述及参数反演。
[硕士论文] 李培琳
森林经理学 浙江农林大学 2018(学位年度)
摘要:森林立地是林木生长的基础。开展森林立地类型体系构建和适地适树的研究,可以为科学育林、营林、造林、合理高效用地等提供依据,对推动森林质量精准提升工程建设具有重要的现实意义。
  本研究基于2009年浙江省森林资源连续清查样地数据及同期获取的浙江省数字高程模型数据,采用综合多因子与主导因子相结合、数量化理论、机器学习等方法,将有林地与无林地进行统一分析,对浙江省森林立地主导因子、立地分类和树种适宜性进行了研究,主要取得了有以下几个方面的结果:
  (1)本研究建立的浙江省森林立地分类系统的前三级区划单位(立地区域、立地区、立地亚区)以《中国森林立地分类》(1995)为基础,后三级分类单位(立地类型小区、立地类型组、立地类型)是在每个立地亚区内,采用数量化方法Ⅲ,确定立地分类的主导因子,以第一主成分划分立地类型小区,以第二主成分划分立地类型组,以第三主成分划分立地类型。
  (2)根据数量化方法Ⅲ,确定每个立地亚区的立地分类主导因子。结果表明:浙北平原立地亚区的主要立地因子重要性排序依次为:坡度>土层厚度>腐殖质层厚度;浙西北低山丘陵立地亚区的主要立地因子重要性排序依次为:坡向、坡度>腐殖质层厚度>土层厚度;浙东沿海丘陵立地亚区、浙西中低山立地亚区、浙东低山丘陵立地亚区和浙中西低丘岗地立地亚区的主要立地因子重要性排序依次为:坡向、海拔>土层厚度>坡度;浙东南山地立地亚区、浙西南山地立地亚区的主要立地因子重要性排序依次为:坡向>土层厚度>坡度。
  (3)构建了浙江省森林立地分类系统,该系统划分5个立地区、8个立地亚区、54个立地类型小区、118个立地类型组、242个立地类型。
  (4)以杉木为对象进行树种适宜性研究。基于优势树种为杉木的样地数据和地形、土壤等环境变量,利用最大熵模型进行建模,预测杉木在浙江省范围内的适宜性分布。结果表明:高度适宜区主要分布在浙江省西南部地区;中度适宜区主要分布在浙江省南部和东南部地区;低度适宜区主要分布在浙江省中、西部地区;不适宜区主要分布在浙江省东北部,东部沿海地区和浙中地区。通过ROC曲线分析,训练数据集和检验数据集的AUC值均大于0.8,说明最大熵模型预测效果很准确,有效性较高。
  (5)统计杉木生长适宜性各等级分布区与浙江省森林立地类型的对应关系,可以得出:杉木生长不适宜区主要分布在浙北平原立地亚区的平缓坡厚土薄腐立地类型,浙东南沿海丘陵立地亚区的低海拔平缓阴坡薄土立地类型;杉木生长高适宜区主要分布在浙东南山地立地亚区的斜陡半阴坡中厚土立地类型、斜陡阳坡中厚土立地类型。选择合适的立地条件,进行杉木种植,不可以盲目种植。
[博士论文] 段光爽
森林经理学 中国林业科学研究院 2018(学位年度)
摘要:立地质量评价是森林经营的一项基础工作,也是林学领域的一项重要研究内容。目前大部分的立地质量评价工作集中于人工纯林,用立地指数来反映立地质量,且无法回答某一立地能够达到的最大生产能力(潜在生产力)。对于天然林,尤其是复杂林分(如天然混交林和异龄纯林)的立地质量评价研究较少。利用林分潜在生产力评价林地立地质量基于一个假设:在同一立地上同一林分类型具有相同的生长过程。但对于相同生长过程的林分类型划分目前并无统一的方法。为此,本研究从以下两个科学问题入手:如何保证相同的森林类型具有相同的生长过程?其潜在生产力如何?开展了基于生长过程的林分类型划分和潜在生产力估计研究,引入林分生长类型和生长过程组概念,以吉林省为例,提出了一套基于生长过程的林分类型划分方法,建立了各生长类型的生长模型,实现了同一生长类型下不同生长过程组的潜在生产力估计。主要内容和结果如下:
  1.本研究共整理吉林省一类清查固定样地3559个和二类调查局级固定样地14476个,共计41067条林分水平数据,开发了一套混交林林分生长类型划分方法。该方法首先利用TWINSPAN(双向指示种分类)法得到混交林的初始分类;然后采用混合效应模型和分组拟合模型方法,建立初始类的林分平均高和断面积生长模型;再对初始类的平均高和断面积生长进行模型参数聚类和生长曲线聚类,根据类内距离和类间距离确定分类方案;最后结合林学知识和专家经验,形成混交林林分生长类型。
  2.林分生长类型划分结果表明:(1)从林分因子的生长过程角度看,综合高生长和断面积生长的聚类表现最佳,其次是仅考虑断面积生长的聚类,仅考虑高生长的聚类效果最不理想;(2)从聚类对象角度看,生长曲线聚类结果明显优于模型参数聚类;(3)从聚类模型角度看,分组拟合模型表现略优于混合效应模型,但两者所揭示的混交林林分生长类型林分特征基本一致;(4)从聚类方法角度看,平均值法表现最佳,其次Ward法和k均值法,基于中心点划分法效果最差;(5)从混交林树种组成划分标准角度看,树种组成达到65%的标准(大于65%为纯林)其分类结果略优于85%的标准。
  3.按1中的聚类方法,采用树种组成达到65%的标准,基于吉林省28975个混交林样地数据,将混交林(针叶混交林、针阔混交林和阔叶混交林)划分成8个林分生长类型。其中针叶混交林2类,其林分特征为:第1类为云冷杉红松针混林,以云杉、冷杉和红松为主,占6成以上,伴随阔叶树种枫桦和椴树;第2类为落叶松樟子松针混林,以落叶松、樟子松和黑松为主,占5-7成,混生阔叶树种白桦和栎类。针阔混交林3类,其林分特征为:第3类为红松阔叶林,以红松为主体,占3-5成,伴随阔叶树种椴树、栎类等;第4类为落叶松阔叶林,以落叶松为主体,占4-6成,混生着樟子松、白桦、栎类等;第5类为云冷杉阔叶林,以冷杉和云杉为主体,占5-8成,伴随着枫桦、椴树。阔叶混交林3类,林分特征为:第6类为栎类阔叶混交林,以栎类和椴树为主,占7-9成;第7类为水胡黄硬阔混交林,以胡桃楸、水曲柳、黄菠萝、榆树和枫桦为主,占7-9成;第8类为杨桦林,以白桦、杨树和柳树为主,占6-8成。
  4.量化了混交林8个林分生长类型的生长过程差异。以第10-150年间平均值来看,针叶混交林的2个林分生长类型的高年生长量平均差距为1.7(0-2.1)m,断面积年生长量平均差距为1.23(0-1.36) m2ha-1;针阔混交林的3个林分生长类型的高年生长量平均差距为1.1(0.1-1.6)m,断面积年生长量平均差距为1.17(0.17-1.61) m2ha-1;阔叶混交林的3个林分生长类型的高年生长量平均差距为0.7(0.6-0.9)m,断面积年生长量平均差距为1.12(0.36-1.24) m2ha-1。
  5.采用基于林分潜在生长量的立地质量评价方法,建立了以上8类林分生长类型的断面积和蓄积生长模型,得到了各类型5(10)个立地等级的潜在生产力,发现基准年龄的混交林潜在生产力能有效评价林地立地质量。这8个林分生长类型最高和最低立地等级的基准年龄蓄积潜在生长量分别为(单位:m3ha-1year-1):第1类,4.70和3.01;第2类,4.64和2.93;第3类,5.31和3.15;第4类,5.90和2.96;第5类,6.24和3.02;第6类,7.91和4.92;第7类,8.03和4.91;第8类,8.25和4.63。这进一步验证了林分生长类型分类方法的可靠性和合理性。
[硕士论文] 谢雨
林业 四川农业大学 2018(学位年度)
摘要:近十年多来,我国核桃产业得到快速发展,核桃栽培面积迅速扩大。林下生草栽培是一种生态经济的果园经营模式,其不仅对生态友好,而且能有效地抑制杂草滋生,达到整洁园地和减少除草成本的作用。生草栽培的关键是找到适宜的草种。核桃具有强烈的化感作用,并且林下光照明显偏低,因此,适宜核桃林生草栽培的草种筛选更为困难。本研究就8个草坪草种对核桃林下生境适应性,对核桃调落叶化感效应,以及对摭阴的适应性进行评价。研究结果表明:
  (1)大田条件下,8个草种对林下生境适应性好的有马蹄金、剪股颖;较好的有猎狗v号;其他草种的生长表现不适应核桃林下环境。播种一年后,8个草种的盖度由高到低分别为:马蹄金、剪股颖、猎狗v号、白三叶、紫花苜蓿、高羊茅、狗牙根、早熟禾。在控制杂草方面,马蹄金的效果最好,其次是剪股颖。8个草种在2016年6月到2016年11月期间,入侵杂草生物量由低到高分别为:马蹄金、白三叶、紫花苜蓿、剪股颖、猎狗V号、早熟禾、高羊茅、狗牙根。
  (2)马蹄金能适应核桃林下生境的其中一个重要原因是,核桃凋落叶对其化感作用不显著。具体表现为:凋落物盆栽中,马蹄金草种在25g·pot-1-100g·pot-1处理时的过氧化物酶、丙二醛、可溶性糖、叶绿素等指标,与CK组没有显著差异。核桃叶凋落物盆栽中,剪股颖草种在25g·pot-1-100g·pot-1处理时的过氧化物酶(POD)、丙二醛(MDA)、可溶性糖、叶绿素等指标,表现出受到一定的抑制效应。
  (3)遮阴试验表明,马蹄金、剪股颖草种具有较好的耐阴性,其中马蹄金耐阴性更好。马蹄金在35%-70%遮阴处理时的过氧化物酶(POD)、丙二醛(MDA)、可溶性糖、叶绿素等指标,与CK组无显著差异;POD、叶绿素、可溶性糖等指标随着遮阴度的升高而有增加趋势。剪股颖在35%时各处理指标与CK组无显著差异,但在70%处理时,POD、可溶性糖、叶绿素含量降低。
  (4)马蹄金是试验草种中最适宜核桃林下生草栽培的草种。马蹄金对核桃叶的化感效应不显著,耐阴性好,其植株低矮,耐践踏,方便果园作业,利于核桃园的管理经营。剪股颖也有较好的耐阴性,对核桃叶有一定的化感效应,但也能较好的适应核桃林下环境,是一种可以在核桃林下栽培的草种。试验的其他几个草种如狗牙根、早熟禾等不适宜在核桃林下栽培。
[硕士论文] 李国辉
车辆工程 东北林业大学 2018(学位年度)
摘要:中国森林资源丰富,而森林资源体系中最重要的就是树木,树木最重要的特征是树高,因此树高测量至关重要。目前中国对树高的测量大部分都是测量人员携带测量仪器穿梭于林间进行的,不仅测量效率低,而且测量过程存在许多危险性。随着科技的不断发展树高测树仪也得到不断的完善,但是还是需要人穿梭于复杂森林环境中,工作环境并没有实质性的改善,考虑到履带式行走机构可以复杂的路面上行驶,越野性能优越,因此本文考虑把履带式行走机构与先进的测量仪器相结合,同时将数控技术应用到测量激光器的位置调整上,引入履带式激光树测车。
  本文通过对履带式激光树测车的整体结构设计,确定其总体布置形式,并从跨越壕沟和台阶两个方面,对履带式激光树测车的履带底盘的越野通过性进行分析,并在国内外对履带机构和测量仪器研究的基础上对激光测量机构以及履带式行走机构进行机构设计。激光测量机构设计主要对机架、测量激光器、电控柜、调整测量激光器位置的机构的设计;履带式行走机构主要对以下几个方面进行结构设计:驱动轮的设计、支重轮设计、导向轮设计以及悬架的设计。
  本文采用的测树方法是基于三角高程法的测量原理,由此建立两种树高测量方法,一种在平面上,另一种在斜坡上,并对其进行精度分析,最终确定其测量精度是否符合森林调查精度。同时,还应用Solidworks软件对激光树测车进行树高测量模拟,确定履带式激光树测车的树高测量范围,并通过模拟数据实验验证树测车采用三角高程法的激光测距符合森林资源调查的精度要求。
  本文将数控系统引入到履带式激光树测车上,实现对测量激光器位置的自动调整,从而增大履带式激光树测车的测量范围,使树木测量工作变得方便快捷。数控系统主要对控制系统方案进行确定;对控制系统的需求分析进行分析,并对电路图进行绘制以及相关硬件进行选择;对人机交互界面触摸屏进行分析和设计,并对整个控制系统的PLC程序进行编写。
[硕士论文] 崔璨
森林经理学 东北林业大学 2018(学位年度)
摘要:人工整枝在控制林分生长上扮演着重要的角色,在一定程度上影响着林分生长收获预估体系,因此通过枝条生长及树冠高度的变化合理的预测出整枝的时间和强度对林分的生长发育十分重要。
  本文利用黑龙江省孟家岗林场60株人工红松1534个节子数据,利用SAS软件中的NLMIXED和GLIMMIX模块构建人工红松节子属性因子(基径、健全节长度、死亡年龄、角度)的混合效应预估模型。采用赤池信息准则(AIC)、贝叶斯信息准则(BIC)、对数似然值(-2LL)和似然比检验(LRT)评价指标对所构建模型的精度进行比较。结果表明:考虑树木效应的混合模型模拟精度均高于传统回归模型。含有b1、b2随机参数组合的节子基径模型是最优混合效应模型;含有b1、b3随机参数组合的节子健全节长度模型是最优混合效应模型;含有节子基径随机参数的广义线性混合模型为节子死亡年龄最优模型;含有截距、节子基径、健全节长度3种随机效应参数组合的广义线性混合模型为节子角度最优模型。混合效应模型比传统回归模型更能有效地描述节子属性。
  通过树干生长获得的相应年龄的树高数据和筛选出的349个节子数据作为建立树高、有效冠高及枝下高动态生长模型。基础模型选择Richards方程,在其基础上构建树高、有效高和枝下高的非线性混合模型。考虑林木个体之间的差异将树木效应加入到混合模型中,采用SAS NLMIXED模块进行模拟,并利用赤池信息准则(AIC)、贝叶斯信息准则(BIC)、对数似然值(-2LL)及确定系数(R2)、均方根误差(RMSE)、偏差(Bias)进行最优模型的选取及拟合效果的评价。采用独立样本数据对模型进行检验,拟合精度证明效果很好。结果表明:考虑树木效应的混合模型模拟精度高于传统回归模型。通过建立的模型计算出人工红松林整枝的时间和强度,根据计算结果并结合模拟图得出第一次整枝时间为第15年,整枝强度为1.01m;在整个幼龄林时期共需要整枝5次,平均整枝强度为1.46m;进入中龄林后,整枝间隔与幼龄林时期相差不大,整枝强度明显下降,最后一次整枝强度仅为0.34m。
  红松是东北主要的用材树种,利用节子属性预测模型和树高、有效冠、枝下高模型计算出的整枝方案,可以为提高木材质量提供有效依据。
[硕士论文] 马岩岩
森林经理学 东北林业大学 2018(学位年度)
摘要:立木材积方程在林业工作中应用广泛。建立立木材积方程,不但在森林资源研究中具有重要意义,而且可以为提高木材的商业价值提供良好的建议。
  本文基于大兴安岭地区落叶松及樟子松数据,构建三种立木材积模型,分析比较了各材积模型的误差结构,并在各模型中加入误差函数来消除异方差。利用Ballantyne(2013)提出的似然分析法来判断落叶松和樟子松立木材积模型的误差结构。为了对比,利用S-PLUS软件的广义非线性GNLS模块拟合非线性模型。针对模型拟合产生的异方差现象,采用误差方差函数(固定方差、指数函数、幂函数和常数加幂函数)消除异方差。采用确定系数(R2)、均方根误差(RMSE)、绝对误差(Bias)和平均相对误差(MRE)对立木材积方程精度进行综合比较分析。
  结果表明,经似然分析法判断,各模型计算出的落叶松和樟子松立木材积方程的误差结构均是相乘的。为了描述立木材积模型构建过程中产生的异方差现象,将固定方差、指数函数、幂函数和常数加幂函数加入到立木材积模型中,所有方差函数都能降低材积模型的异方差。基于落叶松数据,在模型(1)中加入幂函数消除模型的异方差效果最好,模型(2)、(3)中加入常数加幂函数消除模型的异方差效果最好。基于樟子松数据,模型(1)中加入常数加幂函数消除模型的异方差效果最好,模型(2)、(3)中加入幂函数消除模型的异方差效果最好。非线性(相加误差结构)和线性(相乘误差结构)拟合和检验统计量的比较表明,落叶松相加误差结构和相乘误差结构立木材积模型的拟合和检验评价指标非常接近,模型(1)的相加误差结构拟合和检验精度略高于相乘误差结构,模型(2)、(3)相乘误差结构的拟合和检验精度略高于相加误差结构;樟子松相加和相乘立木材积模型拟合和检验评价指标同样非常接近,模型(1)的相加误差结构拟合和检验精度略高于相乘误差结构,模型(2)的相乘误差结构拟合和检验精度略高于相加误差结构,而模型(3)的相乘误差结构拟合精度略高于相加误差结构,而相加误差结构的检验精度略高。在分径阶检验中,大径阶树木的误差结构直接影响了整体结果,相对来说中小径阶树木的影响较小。文章并没有给出绝对和一致的结论,如果模型的预测是最重要的,建议对比非线性和对数转换的线性模型,选择精度较高的误差结构。
[硕士论文] 高平珍
森林生态学 中国林业科学研究院 2018(学位年度)
摘要:针对毛竹(Phyllostachys edulis)林竹材和竹笋价格下滑,经济效益严重下降,毛竹林土地利用率和产出率低的现状,开展了毛竹林下固氮植物资源调查,并基于生活型、生态型、经济价值、药用部位进行了毛竹林下复合经营药用固氮植物筛选,进一步探讨了筛选出的药用固氮植物生长和生理生态特征的立竹密度、坡位效应等,旨在为毛竹林下药用固氮植物复合经营提供理论基础。主要研究结果如下:
  1.毛竹林下固氮植物资源及其经济价值分析
  在浙江、福建等毛竹主要分布区采用踏查法调查了毛竹林下固氮植物资源。结果表明:毛竹林下固氮植物共有4科23属41种,其中,豆科Leguminosae植物占绝大多数,占比达85.37%,其中,以蝶形花亚科Papilionoideae种类为主,占比为75.61%,胡颓子科Elaeagnaceae、大戟科Euphorbiaceae、杨梅科Myricaceae非豆科植物分布较少;毛竹林下固氮植物有乔木、灌木、草本和藤本类型,其中,灌木20种,乔木7种,草本5种,藤本9种;有旱生、中生、湿生3种生态型,以中生为主;毛竹林下所调查的41种固氮植物均有药用价值,23种还有食用价值,10种可用作饲料,7种可用作肥料。毛竹林下固氮植物按入药部位分,其种类数量总体上为根>茎>全株>叶>花>果实>种子。从毛竹林下固氮植物的生活型、生态型、经济价值、药用部位等方面分析,筛选出苦参(Sophotora flavescens)、决明(Catsia tora)二种药用固氮植物可在毛竹林下进行复合经营。
  2.毛竹林下苦参和决明幼苗生长和生物量分配的立竹密度效应
  以立地条件和经营水平一致的3种立竹密度D1(1600±200株·hm-2)、D2(2400±200株·hm-2)和D3(3200±200株·hm-2)毛竹林下种植的固氮植物苦参和决明为试验对象,调查分析了不同立竹密度下苦参和决明的生长指标和生物量积累以及分配规律。结果表明:毛竹林下苦参和决明的株高、地径及叶生物量、茎生物量、豆荚生物量、根生物量、地上生物量、全株生物量均随立竹密度的增大而降低,且D1立竹密度显著高于D2、D3立竹密度;苦参叶重比、豆重比随立竹密度的增大呈“八”型变化,根重比、根冠比呈“∨”型变化,茎重比呈持续下降趋势,且D1立竹密度显著高于D2、D3立竹密度(P<0.05),除茎重比外,其它生物量比在不同立竹密度毛竹林间均无显著差异(P>0.05)。随立竹密度的增大,决明茎重比、根重比、根冠比的变化趋势与苦参相同,而叶重比和豆重比呈持续增大趋势,且D1、D2与D3立竹密度间差异显著(P<0.05);主成分和R型因子综合评定法分析表明3种立竹密度毛竹林下苦参和决明生长及生物量分配的综合得分大小顺序为D1>D2>D3立竹密度。研究表明立竹密度对毛竹林下苦参和决明的生长和生物量分配有重要影响,从试验毛竹林立竹密度分析,毛竹林下苦参和决明复合经营适宜的立竹密度均为D1(1600±200株·hm-2)。
  3.毛竹林下苦参和决明光合特性的立竹密度效应及其环境解释
  以立地条件和经营水平一致的3种立竹密度D1(1600±200株·hm-2)、D2(2400±200株·hm-2)和D3(3200±200株·hm-2)毛竹林下种植的固氮植物苦参和决明为试验对象,在苦参和决明生长旺盛期测定分析其主要光合特性指标等的变化规律及其与主要环境因子间的关系。结果表明:试验毛竹林下光合有效辐射(PAR)和气温(Ta)的日变化呈先上升后下降的趋势,大气CO2浓度(Ca)和空气湿度(RH)呈相反变化趋势。D1立竹密度毛竹林PAR显著大于D2、D3立竹密度毛竹林,而Ca和RH均显著小于D2、D3立竹密度毛竹林。Ta在不同立竹密度毛竹林之间无显著差异;苦参在D1、D2立竹密度下净光合速率(Pn)日变化均呈双峰型,D3立竹密度下呈单峰型,而决明在D1立竹密度下呈双峰型,D2、D3立竹密度下呈单峰型。苦参和决明分别在D1和D2立竹密度下Pnmax显著大于D3立竹密度,苦参光饱和点(LSP)D1>D2>D3立竹密度,决明D2>D3>D1立竹密度,D1立竹密度下苦参和决明光补偿点(LCP)和暗呼吸速率(Rd)均显著大于D2、D3立竹密度,并分别在D2和D1立竹密度下表观量子效率(AQY)显著大于其他两个立竹密度。苦参Pn、蒸腾速率(Tr)、水分利用效率(WUE)和气孔导度(gs)均为D2>D1>D3立竹密度。决明Pn、Tr、gs和WUE值均为D1>D2>D3立竹密度。苦参和决明胞间CO2浓度(Ci)均在D3立竹密度下最高;苦参Pn与gs正相关系数最大,而决明Pn与PAR正相关性系数最大,其次为Ta。苦参和决明Pn与Ca负相关系数绝对值最大。研究表明,gs和PAR分别是影响苦参和决明Pn的主要因子。从毛竹林下二种固氮植物的光合特性分析,在试验区毛竹林下种植苦参和决明的适宜立竹密度分别是D2、D1。
  4.毛竹林下苦参和决明氮磷养分化学计量特征的立竹密度效应
  以立地条件和经营水平一致的3种立竹密度D1(1600±200株·hm-2)、D2(2400±200株·hm-2)和D3(3200±200株·hm-2)毛竹林下种植的固氮植物苦参和决明为试验对象,分析了不同立竹密度毛竹林下苦参和决明N、P养分化学计量特征的变化规律。结果表明:随着立竹密度的增大,毛竹林下苦参和决明植株N、P积累量和总生物量均呈显著下降趋势,苦参和决明植株N、P总含量以及各器官N、P含量也呈下降趋势,且均为D1立竹密度显著大于D3立竹密度,除叶片、荚果N含量及叶片、茎、根P含量外,其余器官N、P含量D2立竹密度与D1、D3立竹密度之间差异不显著。立竹密度对毛竹林下苦参植株和根的N∶P影响不大,对叶片和茎的N∶P有一定程度的影响,但对荚果的N∶P有明显影响,随立竹密度的增大而显著下降。决明植株和叶片的N∶P随立竹密度的增大呈倒“V”型变化,茎和荚果的N∶P呈下降趋势,根的N∶P呈上升趋势。主成分分析和R型因子综合评定法综合表明,毛竹林下苦参和决明各组织器官N、P含量及N∶P在3种立竹密度条件下的综合得分为D1>D2>D3立竹密度。研究表明立竹密度明显影响毛竹林下苦参和决明的N、P养分化学计量特征,在试验毛竹林立地条件和经营水平条件下,毛竹林下苦参、决明复合经营适宜的立竹密度均为D1(1600±200株·hm-2)。综合分析毛竹林下苦参和决明生长和生物量分配、光合特性和主要养分化学计量特征的立竹密度效应,毛竹林下苦参、决明复合经营适宜的立竹密度为D1(1600±200株·hm-2)。
  5.毛竹林下苦参和决明幼苗生长和生物量分配的坡位效应
  以经营水平一致的下坡、中坡、上坡(S1、S2、S3)3种坡位的毛竹林下种植的固氮植物苦参和决明为试验对象,调查并分析不同坡位毛竹林条件下苦参和决明的株高、地径和各器官生物量积累以及分配规律。结果表明:随着坡位的增高,毛竹林下苦参和决明株高和地径呈降低趋势,苦参各器官生物量及全株生物量也呈降低趋势,而决明各器官生物量与苦参呈相反趋势。苦参叶重比、茎重比呈“八”型变化,根重比、豆重比呈持续下降趋势,而根冠比呈持续上升趋势。决明叶重比、根重比、豆重比呈持续下降趋势,而茎重比和根冠比随坡位的增高而持续升高。主成分和R型因子综合评定法表明,毛竹林下苦参生长和生物量分配在3种坡位综合得分为S1>S2>S3坡位,决明为S3>S2>S1坡位。研究表明坡位对毛竹林下苦参和决明的生长和生物量分配有重要影响,从试验毛竹林条件分析,毛竹-苦参、毛竹-决明复合经营适宜的坡位分别为下坡位(S1)和上坡位(S3)。
  6.不同坡位毛竹林下苦参和决明光合日变化及其主要环境气象影响因子分析
  以经营水平一致的下坡、中坡、上坡(S1、S2、S3)3种坡位的毛竹林下种植的固氮植物苦参和决明为试验对象,测定其光合特性及主要环境气象因子日变化,采用通径分析法探讨环境气象因子对苦参和决明净光合速率(Pn)的直接和间接影响,揭示毛竹林下苦参和决明光合特性对坡位的适应机制。结果表明:不同坡位毛竹林下环境气象因子间关系密切,其中,光有效辐射(PAR)是驱动因子,能触发空气温度(Ta)的变化,进而引起空气湿度(RH)和CO2浓度(Ca)的明显变化。3个坡位毛竹林下苦参Pn日变化均为单峰曲线,无光合“午休”现象,中坡位Pn日均值最大(0.13 mmol·m-2),显著高于上、下坡位;决明Pn日变化在中、上坡位呈双峰曲线,有明显的光合“午休”现象,下坡位呈单峰曲线,无光合“午休”现象,上坡位Pn日均值最大(2.18μmol·m-2·s-1),显著高于下坡位。苦参在12:00之前各坡位水分利用效率(WUE)均较大,但之间差异不明显,日均值也无明显差异;决明在10:00之前上坡位WUE显著大于其它两个坡位,但上、中坡位WUE日均值显著高于下坡位。上坡位影响苦参和决明Pn变化的主要环境气象因子分别为PAR、RH和PAR、Ca;中坡位均为PAR,主要限制因素为RH与Ta之间的相互作用;下坡位主要受到PAR的影响。苦参和决明分别在中坡位和上坡位由于PAR和RH较高而Ta较低,Pn和WUE可维持较高水平。因此,从毛竹林下苦参和决明的光合特性和环境气象因子分析表明,试验毛竹林苦参和决明适宜种植的坡位分别是中坡位(S2)和上坡位(S3),其他坡位种植时需对毛竹林立竹密度进行调整。
  7.坡位对毛竹林下苦参和决明叶片光合色素及波动性不对称的影响
  以经营水平一致的下坡、中坡、上坡(S1、S2、S3)3种坡位的毛竹林下种植的固氮植物苦参和决明为试验对象,调查并分析3个不同坡位毛竹林下苦参和决明叶片光合色素含量、净光合速率、叶片波动性不对称以及三者之间的相关关系。结果表明:苦参叶片Chla、Chlb、Car含量及Pn均为S2>S1>S3,决明均为S1>S2>S3。苦参和决明叶片面积、周长、宽具有波动性不对称的特征。随坡位的增高,苦参叶片FAA、FAP、FAW均呈现“V”型变化,且S2坡位显著大于S3坡位,S1坡位与其它两个坡位差异均不显著。决明叶片FAA、FAP、FAW随坡位的增高均呈下降趋势,且S3坡位显著大于S1坡位,S2坡位与其它两个坡位之间差异不显著。苦参叶片FAA和FAW与Chlb、Car含量相关性不显著,与Chla、Pn之间显著相关,且随毛竹林坡位的增高相关系数降低,FAP与3种光合色素含量均无显著性相关。决明叶片FAA与Chla含量、Pn之间显著相关,且随坡位的增高相关系数降低,FAP和FAW与3种光合色素含量相关性小。研究表明坡位对毛竹林下苦参和决明叶片光合色素含量、净光合速率及叶片波动性不对称有重要影响,从试验毛竹林坡位条件分析,毛竹-苦参、毛竹-决明复合经营适宜的坡位分别为中坡位(S2)和上坡位(S3)。从毛竹林下苦参和决明生长和生物量分配、光合日变化及其主要环境气象影响因子和叶片光合色素及波动性不对称的坡位效应等综合分析,毛竹林下苦参、决明复合经营适宜的坡位分别为中坡位(S2)、上坡位(S3)坡位。
[硕士论文] 李想
森林经理学 东北林业大学 2018(学位年度)
摘要:本文以生长在不同林分条件下的人工樟子松为对象,采用间接法和直接法预测枝下高动态的。基于黑龙江省帽儿山实验林场、横头山林场、孟家岗林场的22块固定样地的两期调查数据,以联立方程组为理论基础,通过再参数化法和最优子集回归法引入适当的林分因子,构建了人工樟子松枝下高动态预测模型。借助模型参数及绘制相应曲线,分析林分变量对树高、枝下高、树高增长量和枝下高增长量的影响规律,同时比较了间接法和直接法预测枝下高动态的优缺点。间接法是根据树高生长量和枝下高静态角度建立的模型间接求得枝下高动态发育的过程,直接法是直接建立枝下高动态测模型。研究结果表明:
  1、对比不含林分条件的模型,树高生长模型的调整后的相关系数(Ra2)提升了5.56%,预估精度(P%)提升了1.01%,枝下高生长模型的调整后的相关系数(Ra2)提升了8%,预估精度(P%)提升了0.5%,并且两模型的均方根误差(RMSE)、平均误差(正)和平均误差绝对值(MAE)也都有一定程度的降低,说明加入林分因子后,模型的拟合效果提升,能够很好的预测不同林分条件下的树高和枝下高生长。
  2、根据原型为Logistic形式的差分方程所建立树高生长模型,与含有胸径、林分断面积、林分优势高的枝下高生长模型联立,所构建的联立方程组为最优的树高生长模型与枝下高模型的联立方程组,即使用间接法建立的枝下高动态预测模型。其中,树高生长模型的调整后的相关系数(Ra2)为0.9543,均方根误差(RMSE)为1.08m,预估精度(P%)为99.14%,枝下高生长模型调整后的相关系数(Ra2)为0.9302,均方根误差(RMSE)为1.12m,预估精度(P%)为98.53%。
  3、根据Logistic形式的差分方程所建立的树高增长量模型,与含有冠长率、高径比、林分优势高的枝下高增长量模型联立,所构建的联立方程组为最优的树高增长量模型与枝下高增长量模型的联立方程组,即使用直接法建立的枝下高动态预测模型。其中,树高增长量模型调整后的相关系数(Ra2)为0.2846,均方根误差(RMSE)为1.32m,预估精度(P%)为71.80%,枝下高增长量模型调整后的相关系数(Ra2)为0.3598,均方根误差(RMSE)为1.24m,预估精度(P%)为73.73%。
  4、从模型的预测结果来看,间接法的预测效果要好于直接法,原因是间接法用到的模型具有较好的理论基础;而从模型计算过程来看,直接法的计算过程要比间接法的简单,原因是直接法可以直接得到枝下高增长量的计算结果。两种方法的具体应用还要根据实际需要进行选择。
[硕士论文] 潘婷
森林培育 广西大学 2018(学位年度)
摘要:森林结构影响着森林的健康与稳定,森林中的大部分林木由其主要树种组成,因此,研究林分中主要树种的结构特征能阐明林分的稳定性以及其结构多样性。细叶云南松天然林由于人为破坏和环境影响等原因,数量不断减少,稳定性逐渐降低,其次生林是目前细叶云南松天然林的主要组成形式。本研究以南盘江流域内典型细叶云南松天然次生林为研究对象,经过全面踏查,在广西雅长兰科国家级自然保护区设置了一块100m×100m典型固定大样地。主要采用林分空间结构参数(W、U、M)和点格局方法的双变量统计O-ring函数等方法,对样地中胸径≥5cm和重要值>5%的6个活立木树种的非空间结构特征、种间的空间关联性以及其不同大小级林木的空间结构特征进行分析,以期为流域内细叶云南松天然林的管理、保护和可持续发展提供参考。结果表明:
  (1)在细叶云南松次生林中,起测胸径≥5cm的树种共18种,分别属于15科18属。主要树种(重要值>5%)重要值的大小排序为细叶云南松(27.37%)>小果珍珠花(20.78%)>栓皮栎(16.84%)>青冈栎(7.54%)>铁坚油杉(7.27%)>杨梅(5.32%),其中细叶云南松为林分优势种。各个主要树种的直径呈连续分布,细叶云南松直径分布具有正态分布的特点,而其他主要树种直径分布呈倒“J”形,整个林分表现出典型异龄林特点。
  (2)主要树种各径阶林木角尺度保持在0.5左右,林木的分布格局多为聚集偏随机和随机分布状态。随着径阶的增加,林木的优势地位不断凸显,且除小果珍珠花随径阶的增加混交程度略有减弱外,细叶云南松、栓皮栎、杨梅的混交程度不断加强,而青冈栎和铁坚油杉不同径阶的混交度差异较大。由主要树种不同大小级林木空间结构参数均值可知,除细叶云南松整体、小径木以及青冈栎和杨梅的大径木(W)在0.475-0.517之间外,分布格局呈随机分布。其它树种的不同大小径木的(W)在0.52-0.61之间。各树种的优劣地位从高到低依次为细叶云南松((U)=0.22)、铁坚油杉((U)=0.4)、青冈栎((U)=0.43)、栓皮栎((U)=0.52)、小果珍珠花((U)=0.56)、杨梅((U)=0.78),大径木所处优劣地位顺序与树种整体一致,其中细叶云南松、铁坚油杉和青冈栎的大小比数均值分别为0.05、0.06、0.15,处于绝对优势地位,栓皮栎和小果珍珠花的(U)分别为0.25、0.34,处于亚优势地位,杨梅则处于劣势的地位((U)=0.6)。而小径木中细叶云南松处于偏中庸地位((U)=0.4),栓皮栎、青冈栎和铁坚油杉小径木的(U)在0.6-0.69之间,略占劣势,小果珍珠花和杨梅平均大小比数分别为0.74、0.86,多为劣势木。细叶云南松与栓皮栎大径木呈高度混交,小径木呈中度混交状态,其整体为中强度混交状态。无论是何大小级,小果珍珠花在林分中混交较差((M)=0.36-0.37),青冈栎均处于中度混交((M)=0.52-0.56),铁坚油杉、杨梅的混交程度均较高。
  (3)由主要树种的结构参数二元分布特征可知,无论林木处于何种优劣地位或混交状态,大部分林木都随机分布在林分中,不同的是,细叶云南松和铁坚油杉整体同时处于高混交状态和优势地位,青冈栎优势地位稍弱,呈中度混交。小果珍珠花和栓皮栎整体均处于中庸地位,但小果珍珠花呈低混交,栓皮栎呈中度混交。虽然杨梅拥有高混交度,但大部分林木为劣势木。大径木和小径木的大多数林木亦为随机分布,对于大径木来说,细叶云南松、铁坚油杉、栓皮栎呈高度混交且大多数为优势木或亚优势木,杨梅多数为混交度较高的中庸木或劣势木,青冈栎和小果珍珠花分别为中度混交和低度混交的亚优势木。小径木的优势地位较低,细叶云南松的大部分小径木为中度混交状态的优势木或中庸木,小果珍珠花小径木处于劣势地位的同时,呈低度混交,栓皮栎和青冈栎小径木在中、高混交度和中庸、劣势地位或被压状态较多;铁坚油杉多数小径木呈高度混交,但这些林木也大多为劣势木,甚至是被压木;杨梅小径木大多数都为混交度较高的被压木。
  (4)细叶云南松作为林分的优势树种,与青冈栎、杨梅种间的空间关联性主要呈负相关。在小尺度上,与铁坚油杉种间呈负相关,在大尺度上,两树种间相互独立。与小果珍珠花和栓皮栎种间随着空间尺度的增加,呈负相关到无相关再到正相关的变化。小果珍珠花与栓皮栎、青冈栎、铁坚油二杉和杨梅种间在较大尺度上空间关联多呈正相关。栓皮栎与青冈栎、杨梅、铁坚油杉以及铁坚油杉与杨梅种间在空间尺度上多表现出无相关关系。青冈栎与杨梅随着尺度的增加,两者的种间的关系表现出从正相关到无相关到负相关变化,而其与铁坚油杉种间关系以负相关为主。
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