基于混合效应和分位数回归的温带针阔混交林树高与胸径关系研究.pdf
《基于混合效应和分位数回归的温带针阔混交林树高与胸径关系研究.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于混合效应和分位数回归的温带针阔混交林树高与胸径关系研究.pdf(12页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、DOI:10.12171/j.10001522.20220428基于混合效应和分位数回归的温带针阔混交林树高与胸径关系研究程雯1武晓昱2叶尔江拜克吐尔汉3王娟4赵秀海1张春雨1(1.北京林业大学国家林业和草原局森林经营工程技术研究中心,北京100083;2.北京林业大学理学院,北京100083;3.新疆农业大学林学与风景园林学院,新疆干旱区林业生态与产业技术重点实验室,新疆乌鲁木齐830052;4.北京林业大学生态与自然保护学院,北京100083)摘要:【目的】基于非线性回归和广义模型构建不同分位数回归和混合效应的树高预测方程,并对比分析非线性模型、不同分位点(=0.1,0.2,0.3,0.4
2、,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9)模型、广义模型及非线性混合效应模型的拟合效果和预测精度,为研究林分生长和收获提供理论依据。【方法】本研究以吉林蛟河地区针阔混交林的主要树种(红松、色木槭、紫椴和水曲柳)为研究对象,基于 21.12hm2样地数据,首先在 11 个广泛使用的树高方程基础模型中选定基础模型;其次探究林分变量对树高的影响并构建含林分变量的广义模型;最后在基础模型和广义模型的基础上,构建分位数模型,同时考虑样方效应对树高的影响,构建混合效应模型。【结果】(1)各树种均以 Richards 模型拟合精度更高,且具有生物学意义,选定为基础模型;考虑林分变量与树高的相关性以及模型收敛
3、性,加入优势木高建立的广义模型能显著提高拟合效果。(2)各树种均为中位数=0.5 时模型拟合效果最佳,且与非线性回归预测精度相近,红松、色木槭、紫椴和水曲柳最高 R2值分别为 0.811、0.809、0.724 和 0.617,广义中位数回归预测能力得到进一步提高,R2值分别为 0.891、0.874、0.858 和 0.627。(3)混合效应模型相对其他模型能显著提高预测精度,其中基础混合模型略优于广义混合模型,4 个树种 R2值达到0.937、0.919、0.906 和 0.643,表明包含样方效应的混合模型能得到更准确更稳定的预测结果。【结论】与传统方法建立的基础模型和广义模型以及两者的
4、中位数回归模型相较,基于非线性混合效应构建的树高胸径模型预测精度更高,其中基于基础混合效应构建的吉林蛟河地区混交林树高胸径模型更具优越性和稳定性。关键词:分位数回归;树高胸径模型;混合效应模型;广义模型;针阔混交林中图分类号:S757文献标志码:A文章编号:10001522(2024)02002812引文格式:程雯,武晓昱,叶尔江拜克吐尔汉,等.基于混合效应和分位数回归的温带针阔混交林树高与胸径关系研究J.北京林业大学学报,2024,46(2):2839.ChengWen,WuXiaoyu,YeerjiangBaiketuerhan,etal.Researchontherelationship
5、betweentreeheightandDBHoftemperateconiferousandbroadleavedmixedforestsbasedonmixedeffectsandquantileregressionJ.JournalofBeijingForestryUniversity,2024,46(2):2839.Research on the relationship between tree height and DBH of temperate coniferousand broadleaved mixed forests based on mixed effects and
6、quantile regressionChengWen1WuXiaoyu2YeerjiangBaiketuerhan3WangJuan4ZhaoXiuhai1ZhangChunyu1(1.ResearchCenterofForestManagementEngineeringofNationalForestryandGrasslandAdministration,BeijingForestryUniversity,Beijing100083,China;2.SchoolofScience,BeijingForestryUniversity,Beijing100083,China;3.Colleg
7、eofForestryandLandscapeArchitecture,XinjiangAgriculturalUniversity,KeyLaboratoryofXinjiangUygurAutonomousRegionforForestEcologyandIndustrialTechnologyinAridZone,Urumqi830052,Xinjiang,China;4.SchoolofEcologyandNatureConservation,BeijingForestryUniversity,Beijing100083,China)Abstract:ObjectiveTheaimof
8、thisstudywastoconstructtreeheightequationforquantileregression收稿日期:20221027修回日期:20221205基金项目:国家重点研发计划重点专项(2022YFD2201004-4)。第一作者:程雯。主要研究方向:森林生态学。Email:C地址:100083北京市海淀区清华东路35号。责任作者:王娟,副教授。主要研究方向:森林生态学、繁殖生态学。Email:地址:同上。本刊网址:http:/;http:/第46卷第2期北京林业大学学报Vol.46,No.22024年2月JOURNALOFBEIJINGFORESTRYUNIVERS
9、ITYFeb.,2024andmixed-effectsbasedonnonlinearregressionandgeneralizedmodels.Andfittingeffectandpredictionaccuracy of nonlinear models,different quntile models(=0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9),generalized models and nonlinear mixed-effects models were compared and analyzed,so as to providetheoret
10、icalbasisforfurtherstudyofstandgrowthandharvest.MethodBasedon21.12hasampleplotdata,takingthemaintreespecies(Pinus koraiensis,Acer mono,Tilia amurensisandFraxinus mandshurica)fromconiferousandbroadleavedmixedforestofJiaohe,JilinProvinceofnortheasternChinaastheresearchobject.Andthebasemodelwasfirstsel
11、ectedfrom11widely-usedtreeheightequations,thenweexploredtheinfluenceofstandvariablesontreeheightandconstructedgeneralizedmodelcontainingstandvariables.Finally,onthebasisofbasicmodelandthegeneralizedmodel,thequantilemodelwasconstructed,andthemixed-effectmodelwasestablishedconsideringtheimpactofsample
12、effectontreeheight.Result(1)Richardswasselectedasbasemodelforalltreespeciesbecauseofitshigherfittingaccuracyandbiologicalsignificance.Andconsideringthecorrelationbetweenstandvariablesandtreeheightandtheconvergenceofmodels,thegeneralizedmodelestablishedbyaddingdominanttreeheightcansignificantlyimprov
13、ethefittingeffect.(2)Allmodelsbasedonthemedian(=0.5)performedbest,andthepredictionaccuracywasclosetothenonlinearregression.ThehighestR2valuesofPinus koraiensis,Acer mono,TiliaamurensisandFraxinus mandshuricawere0.811,0.809,0.724and0.617,respectively.Thegeneralizedmedianregressionpredictionabilitywas
14、furtherimproved,andR2valueswere0.891,0.874,0.858and0.627,respectively.(3)Mixed-effectmodelscansignificantlyimprovethepredictionaccuracycomparedwithothermodels,amongwhichbasemixedmodelwasslightlybetterthangeneralizedmixedmodel,andtheR2valuesoffourtreespeciesreached0.937,0.919,0.906and0.643,respective
15、ly,indicatingthatmixedmodelsincludingsampleeffectcanimprovethemoreaccurateandstablepredictionresults.ConclusionComparedwithbasemodel,generalizedmodelandmedianregressionmodelestablishedbytraditionalmethods,theheight-diametermodelbasedonnonlinearmixed-effectshashigherpredictionaccuracy,andbasemixed-ef
16、fectsmodelhassuperiorityandstabilityforheight-DBHmodelconstructionofmixedforestsinJiaohe,JilinProvinceofnortheasternChina.Key words:quantileregression;treeheight-DBHmodel;mixed-effectmodel;generalizedmodel;broadleaf-conifermixedforest树高和胸径是森林资源调查和经营效果评价的主要林分调查因子,也是林木生长发育和林分材积数量研究的重要变量。树高与胸径关系一直是林学研究
17、的热点。通过量化特定树种的树高与胸径关系拟合树高胸径预测模型,在计算树干材积、出材率表编制、生长和收获模型、森林资源调查、立地质量评价以及森林碳储量估算方面具有广泛应用。分位数回归方法具有较长的统计学历史和理论基础,最早于 1978 年由 Koenker 等1根据中位数回归推导提出。由于对调查数据模型方差没有严格要求,利用自变量的多个分位数求得因变量条件分布的相应分位数方程,能够描述任意发散点处变量的变化趋势。对具有尖峰、厚尾、异方差显著的数据拟合效果更加稳健2,相对最小二乘回归具有更大优势。已广泛应用于林分自疏边界线、直径分布规律、林分密度指数、林木干形、树冠轮廓以及森林病虫害等领域。国外学
18、者利用分位数回归建立了树高胸径关系模型3。国内学者利用分位数回归拟合了树冠轮廓4、树冠表面积及树冠体积5,结合哑变量方法构建了大兴安岭落叶松(Larix gmelinii)的树高与胸径关系最优模型6。Cao 等7提出利用组合分位数法预测火炬松(Pinus taeda)干形曲线,并通过插值系数修正削度方程以提高预测精度。树木生长受气候、立地条件和经营措施等多种因素的影响和制约,不同样地间的树高胸径关系存在较大差异,仅含胸径一个变量的树高模型不能描述不同林况下树高胸径关系的差异,因此很多引入林分变量或者单木变量构建的广义模型也被用于描述不同林分的模型差异。除此之外,近年来混合效应模型在树高模型中也
19、得到了一定的应用,可以反映总体平均变化趋势及个体之间的变异,不需要假设观测值相互独立8,显著提高了模型的预测精度。Zhang 等9在以样地为随机效应的混合模型中引入林分密度和立地指数,结果表明该模型可以显著提高长白落叶松(Larix olgensis)树高胸径模型的预测精度。燕云飞等10基于广义混合效应构建了拟合效第2期程雯等:基于混合效应和分位数回归的温带针阔混交林树高与胸径关系研究29果最优的红松(Pinus koraiensis)人工林枝下高模型。以往树高胸径关系研究均选定某种方程进行非线性回归,且对多层次、多树种的混交林树高胸径关系的描述相比纯林要困难和复杂很多11。同时随着方程通用程
20、度的提高,用于局部地区的误差也会增大12。因此,本研究以吉林蛟河针阔混交林典型树种为研究对象,构建含有林分变量的广义树高胸径模型,并基于基础模型和广义模型分布拟合不同树种的分位数回归和以样方效应作为分类变量的混合模型,对比分析各树种不同树高胸径模型的预测效果和拟合差异,为温带针阔混交林资源调查、收获、经营与管理提供依据。1研究区概况与研究方法1.1 研究区概况吉林省林业实验区国有林保护中心位于吉林省东部、长白山西麓,隶属于长白山系张广才岭山脉。行政区域处于吉林省蛟河市前进乡境内,属温带大陆性季风气候,年平均气温 3.4,降水量 708.8mm,无霜期为 120130d。地貌类型以低山丘陵区为主
21、,海拔 459517m。森林资源和植物种类丰富,植被类型为次生针阔混交林,主要乔木树种包括红松、水 曲 柳(Fraxinus mandshurica)、蒙 古 栎(Quercusmongolica)、紫 椴(Tilia amurensis)、色 木 槭(Acermono)、白 牛 槭(Acer mandshuricum)和 胡 桃 楸(Juglans mandshurica)等。1.2 数据来源与统计在研究区设置总面积大小为 21.12hm2监测样地,经纬度为 435735435754N,12743371274409E。2009 年对植被开展初次调查,2014年、2019 年对样地进行复测。调
22、查时将样地划分为528 个 20m20m 的连续调查样方,记录所有样方中胸径大于 1cm 的木本植物种类,测量胸径、树高、冠幅、坐标、林分郁闭程度等。基于样地内树种组成(表 1)和各树种树高胸径模型的初步拟合结果,选择重要值最高的乔木树种作为研究样本,其中筛选出 1531 株红松、3066 株色木槭、1822 株紫椴和 1856 株水曲柳。建模时将各组数据随机分成两部分,其中 80%作为训练数据,20%作为测试数据(表 2)。根据调查数据,计算各样方的林分密度、胸高断面积和优势木高(表 3)。在每个 20m20m 样方内,分别选择 13 株最高的林木计算平均值,表1优势树种主要指标统计Tab.
23、1Mainindicatorstatisticsofdominanttreespecies树种Treespecies重要值Importantvalue多度Abundance频度Frequency胸高断面积/(m2hm2)Basalarea/(m2ha1)色木槭Acer mono11.42307150587.58水曲柳Fraxinus mandshurica11.131861420119.81紫椴Tilia amurensis9.46182547284.91红松Pinus koraiensis8.21153541174.72暴马丁香Syringa reticulata7.2834834664.6
24、6春榆Ulmus davidiana6.79227944626.94拧筋槭Acer triflorum6.51147444441.76蒙古栎Quercus mongolica5.6264633755.80白牛槭Acer mandshuricum4.67149235815.56白桦Betula platyphylla4.4487624936.81表2单木树高胸径模型拟合及检验数据Tab.2Fittingandtestingdataofindividualtreeheight-DBHmodel数据分类Datasetclassification树种Treespecies样本数Numberofsamp
25、le胸径DBH/cm树高Treeheight/m平均值Mean最小值Min.value最大值Max.value标准差SD平均值Mean最小值Min.value最大值Max.value标准差SD拟合数据Fittingdata红松Pinus koraiensis122619.141.6075.8015.9012.251.0033.406.75色木槭Acer mono245214.131.2088.8012.6211.222.0037.206.10紫椴Tilia amurensis145819.861.2070.4013.7614.421.6032.706.36水曲柳Fraxinus mandshu
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 混合 效应 位数 回归 温带 混交林 胸径 关系 研究
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。