基于气候效应的湖南杉木人工林断面积生长模型研究

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中文摘要：传统人工林断面积生长模型的研究目前虽已趋于成熟，但随着气候变化速率的加剧，研究更全面的模型为气候变化下的人工林经营提供决策逐渐变得重要起来。本研究以湖南杉木人工林为研究对象，采用混合效应模型方法，构建了基于气候效应的地位指数模型以及基于气候效应的林分株数——林分平均胸径模型，以解决林分断面积生长模型构建中立地质量、林分密度的量化表达问题，并以此为驱动进一步构建了基于气候效应的林分断面积生长模型。 (1)构建了基于气候效应的地位指数模型，并基于该模型计算了各样地的地位指数（基准年龄为20年）。相比于不含气候效应的基础模型，其Ra2从0.2876提升至0.8503，RMSE从1.9309降低至0.8852，MARE从12.8340降低至5.3161;最冷月平均温度(MCMT)、夏季平均最高温(Tmax)以及夏季平均降水量(PPT)为显著影响优势高生长的气候因子，坡度(PD）、坡位(PW)、土壤厚度（TH)为显著影响杉木优势高生长的地形地貌因子。 (2)构建了基于气候效应的林分株数——林分平均胸径模型，得到含气候效应的自然稀疏率β=-1.1178，并取20cm为标准平均胸径，结合林分密度指数表达式中相关变量算得了各样地基于气候效应的林分密度指数;夏季平均最高温(Tmax)、水汽亏损(CMD)、夏季平均降水量(PPT)、最冷月平均温度(MCMT)为显著影响林分平均胸径Dg且无严重共线性的气候因子。相比基础模型，基于气候效应的混合模型Ra2从0.7090提升至0.9196，RMSE从0.1215降低至0.0635，MARE从1.1860降低至0.5871。 (3)以(1)、(2)中算得的地位指数与林分密度指数为驱动，结合k均值聚类方法构建了基于气候效应的杉木人工林林分断面积生长模型，并得出杉木人工林林分断面积在水汽亏缺(CMD)为0到19、最冷月平均温度(MCMT)为4.0℃到4.9℃、夏季最高平均温度(Tmax)为22.0℃到22.9℃、夏季平均降水量(PPT)为450mm到499mm的范围内生长会更适宜的结论。相比基础模型，基于气候效应的混合模型Ra2从0.8830提升至0.9520，增幅约为7.81％，RMSE从3.2006降低至2.0622，降幅约为35.6％，MARE从9.6978降低至6.1996，降幅约为36.1％。研究提升了林分断面积模型的模拟精度，支撑了气候对林分断面积生长影响显著的结论，得到了具体适宜杉木人工林林分断面积生长的气候环境。不仅为森林经营者在气候影响下采取的杉木经营措施提供了相应的理论依据，还具有一定的实际应用价值。

作者：

齐战涛

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关键词：

气候效应林分断面积生长模型随机效应杉木人工林

授予学位：

硕士

学科专业：

林学

导师：

吕勇

学位年度：

2021

学位授予单位：

中南林业科技大学

语种：

中文

中图分类号：