一种定量适地适树的方法与流程

1.本发明属于林业领域，特别提出一种定量适地适树的方法。


背景技术：

2.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。
3.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。


技术实现要素：

4.针对现有方法的不足，本发明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。本发明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。
5.一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。
6.具体的，含有如下步骤：
7.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：
8.步骤一包括以下子步骤：
9.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dg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，di为样木胸径，vi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，vk为样地第k期(最后一期)的平均木蓄积量，adk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，age1i为第i个样地的初期林龄(未知)，adj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(age1i，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age1i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：fm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，sz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2-2
‑②
、基于最终确定的立地质量等级，采用等间距构造哑变量的方法，对参数a1再参数化，并以参数b1区别树种，模型构造如下：
[0039][0040]
步骤2-3
‑③
、为增强模型稳定性，以起始点约束式(12)，转换模型形式：
[0041]
当模型通过起始点(age1i，d
gi1
)时，
[0042][0043]
式(13)结合式(12)，消除ageli，获得由起始点约束的胸径生长模型：
[0044]
[0045]
式(11)～(14)中：d
gij
为第i个样地第j期的林分平均胸径，d
gi1
为第i个样地第1期的林分平均胸径，a1、d1、和b1为模型参数，sm为最终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)，d1为胸径生长模型中相邻立地质量等级间参数a的差值。
[0046]
步骤2-2、根据胸径生长模型式(13)推算出初期林龄age1i的代数式，公式如下：
[0047][0048]
步骤2-3、以richards方程描述林分平均木蓄积量的生长，代入age1i的代数式，并构造立地质量等级哑变量引入模型中；
[0049]
步骤2-3
‑①
、以林分平均木的蓄积量为因变量，相应调查时间间隔为自变量，基于richards生长方程，建立二者间的关系模型：
[0050][0051]
步骤2-3
‑②
、为提高模型适用性，基于最终确定的立地质量等级，采用等间距构造哑变量的方法，对参数a2和c2再参数化，并以参数b2区别树种，模型构造如下：
[0052][0053]
式(16)～(17)中：a2、d2、b2、c2和g2为模型参数，d2为蓄积量生长模型中相邻立地质量等级间参数a的差值，g2为蓄积量生长模型中相邻立地质量等级间参数c的差值。
[0054]
步骤2-3
‑③
、由于胸径生长模型和蓄积量生长模型中的林龄一致，为构建模型之间的联系，将由胸径生长模型推算的age1i代数式，替换蓄积量生长模型中的age1i。
[0055]
步骤2-4、采用非线性联立方程组法，构建胸径生长模型和蓄积量生长模型相互兼容的林分生长模型，拟合后可获得模型参数；
[0056]
双模型兼容的林分生长模型：
[0057][0058]
其中，
[0059]
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：
[0060]
步骤三包括以下子步骤：
[0061]
步骤3-1、选树适地——同一立地条件下，探究不同树种之间的生产力差异，挑选出该立地上最适宜生长的树种；
[0062]
步骤3-2、选地适树——当树种相同时，探究立地差异对林分生产力的影响，并筛选出对蓄积量生长有显著影响的非生物环境因子，明确树种适宜生长的立地条件。
[0063]
进一步的，步骤3-1，具体方案如下：
[0064]
由于样地面积较小，认为同一样地内的立地条件变化不大，即同一样地内的各树种所处的立地相同，但相同的立地因子对不同树种的适生性影响并不相同。林业上，林分蓄积量是生产经营中常用的评价指标，因同一样地内的各树种株数不同，则换算到每公顷林分蓄积量时会存在较大的差异，故本发明采用林分平均木的蓄积量来探究不同树种之间的生产力差异。在比较不同林分类型的生产力时，需以同一年龄时的蓄积量作为比较的依据。确定基准年龄后，代入式(18)中的蓄积量生长模型，并根据各样地的立地质量等级和树种类型确定哑变量参数，可计算得到基准年龄下的林分平均木的蓄积量，将此作为评价立地生产力的特定统计量。同一样地内蓄积量最高的树种，则为该立地上最适宜生长的树种。
[0065]
步骤3-2具体方案如下：
[0066]
林分生产力不仅受到立地条件的影响，还与生长在该立地上的植物群落有所关联，不同的植物群落相适应的最佳立地条件不完全等同，因此对于同一立地条件，不同的林分类型所能利用的程度也不一致，即所能达到的蓄积量及其生长量存在差异。那么，若要探究立地差异对林分生产力的影响，就需控制生长在其上的植物群落类型相同。因此，在建模样本中，筛选出同一树种，根据该树种出现的立地质量等级，确定对应的哑变量参数，绘制蓄积量连年生长量曲线和平均生长量曲线。另外，对于某一特定树种，以基准年龄时样地平均木的蓄积量为因变量，以气候因子、土壤因子和地形因子等非生物环境因子为自变量，基于一般线性模型，采用向后剔除法，根据模型修正确定系数最大原则，筛选对蓄积量有显著影响的因子，结合实际情况明确该树种适宜生长的立地条件。
[0067]
由式(18)中蓄积量生长模型所推导的连年生长量函数z(t)和平均生长量函数θ(t)如下：
[0068][0069][0070]
其中，
[0071][0072][0073][0074]
式(19)～(20)中：t为样地的林分年龄。
附图说明
[0075]
图1为本发明的流程图；
[0076]
图2a为本发明实施例中，同一立地条件下，各树种在同一年龄时蓄积量的比较图之一；
[0077]
图2b为本发明实施例中，同一立地条件下，各树种在同一年龄时蓄积量的比较图之二；
[0078]
图2c为本发明实施例中，同一立地条件下，各树种在同一年龄时蓄积量的比较图之三；
[0079]
图3a为本发明实施例中，马尾松在不同立地条件下的蓄积量连年生长量函数曲线图；
[0080]
图3b为本发明实施例中，杉木在不同立地条件下的蓄积量连年生长量函数曲线图；
[0081]
图3c为本发明实施例中，栎类在不同立地条件下的蓄积量连年生长量函数曲线图；
[0082]
图3d为本发明实施例中，楠木在不同立地条件下的蓄积量连年生长量函数曲线图；
[0083]
图3e为本发明实施例中，木荷在不同立地条件下的蓄积量连年生长量函数曲线图；
[0084]
图3f为本发明实施例中，其他硬阔类在不同立地条件下的蓄积量连年生长量函数曲线图；
[0085]
图3g为本发明实施例中，其他软阔类在不同立地条件下的蓄积量连年生长量函数曲线图；
[0086]
图4a为本发明实施例中，马尾松在不同立地条件下的蓄积量平均生长量函数曲线图；
[0087]
图4b为本发明实施例中，杉木在不同立地条件下的蓄积量平均生长量函数曲线图；
[0088]
图4c为本发明实施例中，栎类在不同立地条件下的蓄积量平均生长量函数曲线图；
[0089]
图4d为本发明实施例中，楠木在不同立地条件下的蓄积量平均生长量函数曲线图；
[0090]
图4e为本发明实施例中，木荷在不同立地条件下的蓄积量平均生长量函数曲线图；
[0091]
图4f为本发明实施例中，其他硬阔类在不同立地条件下的蓄积量平均生长量函数曲线图；
[0092]
图4g为本发明实施例中，其他软阔类在不同立地条件下的蓄积量平均生长量函数曲线图；
[0093]
图5a为本发明实施例中，立地质量等级1下，杉木蓄积量的连年生长量和平均生长量的关系曲线图；
[0094]
图5b为本发明实施例中，中等立地条件(等级5)下，马尾松蓄积量的连年生长量和平均生长量的关系曲线图；
[0095]
图5c为本发明实施例中，中等立地条件(等级5)下，栎类蓄积量的连年生长量和平均生长量的关系曲线图；
[0096]
图5d为本发明实施例中，中等立地条件(等级5)下，楠木蓄积量的连年生长量和平
均生长量的关系曲线图；
[0097]
图5e为本发明实施例中，中等立地条件(等级5)下，木荷蓄积量的连年生长量和平均生长量的关系曲线图；
[0098]
图5f为本发明实施例中，中等立地条件(等级5)下，其他硬阔类蓄积量的连年生长量和平均生长量的关系曲线图；
[0099]
图5g为本发明实施例中，中等立地条件(等级5)下，其他软阔类蓄积量的连年生长量和平均生长量的关系曲线图。
具体实施方式
[0100]
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下根据附图并列举实施例，对本发明做进一步详细说明。
[0101]
需要注意的是，权利要求书和实施例1中的公式编号皆自成体系，不存在共用编号。
[0102]
基础数据为广东省1997-2017年共5期森林资源清查数据，相邻调查期的时间间隔为5年，固定样地面积为0.0667hm2，林分起源为天然林，单个样地内的树种组成至少2个，每个固定样地匹配的非生物环境因子如下：有机质、成土母岩和含水量等25个土壤因子，经度、纬度和流域代码共3个地理因子，坡位、坡度和海拔级等5个地形因子，年平均气温、年降水量和气温年变化范围等19个气候因子，其中定量因子共43项，定性因子共9项，一种定量适地适树的方法，具体步骤如下：
[0103]
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：
[0104]
步骤1-1、选择天然混交林作为研究对象，筛选出5次清查内连续复测的样木，即5个调查期内有5个实测胸径数据，样木材积按广东省地方一元材积表计算，要求样地内同一树种的样木不少于(含)5株，共筛选出66块天然混交林，以树种号加样地号构成唯一编号重组样地，重组后的样地共155块，其中马尾松23块，杉木7块，栎类44块，楠木22块，木荷17块，其他硬阔类26块，其他软阔类16块。样地胸径dg采用林分平均胸径，样地蓄积量v采用5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：
[0105][0106][0107]
式(1)～(2)中：n为样木株数，di为样木胸径，vi为样木材积。
[0108]
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，将立地质量等级划分成9类；
[0109][0110]
式中：v1为样地初期(1997年)的平均木蓄积量，v5为样地最后一期(2017年)的平均木蓄积量，ad5为首末两次调查期的时间间隔(实施例中，ad5＝20)。
[0111]
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。
[0112]
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；
[0113][0114]
式中：v
ij
为第i个样地第j期的平均木蓄积量，age1i为第i个样地的初期林龄(未知)，adj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，
[0115]
步骤1-3
‑②
、约束模型通过起始点，转换模型形式；
[0116]
当采用起始点(age1i，v
i1
)约束式(4)时，
[0117][0118]
式中：v
i1
为第i个样地第1期的平均木蓄积量。
[0119]
式(5)结合式(4)，消除未知的年龄参数age1i后，可获得由起始点约束的蓄积量生长方程，模型形式如下：
[0120][0121]
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。
[0122][0123]
其中，
[0124][0125][0126][0127]
式(8)～(10)中：fm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，sz为树种的哑变量(即当树种为z时，其值为1，否则为0)。
[0128]
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：
[0129]
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；
[0130]
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：
[0131][0132]
步骤2-1
‑②
、为提高模型适用性，基于最终确定的立地质量等级，采用等间距构造哑变量的方法，对参数a1再参数化，并以参数b1区别树种，模型构造如下
[0133][0134]
步骤2-1
‑③
、为增强模型稳定性，以起始点约束式(12)，转换模型形式：
[0135]
当模型通过起始点(age1i，d
gil
)时，
[0136][0137]
式(13)结合式(12)，消除age1i，可获得由起始点约束的胸径生长模型：
[0138][0139]
式(11)～(14)中：d
gij
为第i个样地第j期的林分平均胸径，d
gi1
为第i个样地第1期的林分平均胸径，a1、d1、和b1为模型参数，sm为最终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)，d1为胸径生长模型中相邻立地质量等级间参数a的差值。
[0140]
步骤2-2、根据胸径生长模型式(13)推算出初期林龄age1i的代数式，公式如下：
[0141][0142]
步骤2-3、以richards方程描述林分平均木蓄积量的生长，代入age1i的代数式，并构造立地质量等级哑变量引入模型中；
[0143]
步骤2-3
‑①
、以林分平均木的蓄积量为因变量，相应调查时间间隔为自变量，基于richards生长方程，建立二者间的关系模型：
[0144][0145]
步骤2-3
‑②
、为提高模型适用性，基于最终确定的立地质量等级，采用等间距构造哑变量的方法，对参数a2和c2再参数化，并以参数b2区别树种，模型构造如下：
[0146][0147]
式(16)～(17)中：a2、d2、b2、c2和g2为模型参数，d2为蓄积量生长模型中相邻立地质量等级间参数a的差值，g2为蓄积量生长模型中相邻立地质量等级间参数c的差值。
[0148]
步骤2-3
‑③
、由于胸径生长模型和蓄积量生长模型中的林龄一致，为构建模型之间的联系，将由胸径生长模型推算的age1i代数式，替换蓄积量生长模型中的age1i。
[0149]
步骤2-4、采用非线性联立方程组法，构建胸径生长模型和蓄积量生长模型相互兼
容的林分生长模型，根据建模样本数据中最大值的1.5倍取整，赋予立地质量等级1的哑变量参数一个固定值，拟合后可获得模型参数。
[0150]
双模型兼容的林分生长模型：
[0151][0152]
其中，a1＝50，a2＝1000，c2＝1.5。
[0153]
如表1所示，采用非线性联立方程组法来拟合双模型兼容的林分生长模型时，胸径生长模型和蓄积量生长模型的拟合评价指标皆较优，确定系数r2皆达0.970以上，胸径生长估计值的标准差see小于1.0cm，蓄积量生长估计值的标准差see小于17.0dm3，平均预估误差mpe皆小于1.0％，总相对误差tre在
±
1.1％内，平均百分标准误差mpse皆小于9.5％，表明各模型的拟合效果良好。表2和表3分别列出了双模型兼容的林分生长模型中各模型的立地质量等级哑变量参数和树种哑变量参数，参数a是与生长潜力有关的参数，由表2可知，无论是胸径还是蓄积量，当立地质量等级越低，即立地质量越好，参数值越大，即生长潜力越大；参数b是与生长速度有关的参数，由表3可知，胸径和蓄积量皆呈现出相同的规律，各树种的生长速度由快到慢为：楠木》杉木》栎类》其他软阔类》马尾松》其他硬阔类》木荷。
[0154]
表1双模型兼容的林分生长模型中各模型的拟合效果
[0155][0156]
表2双模型兼容的林分生长模型中各模型的立地质量等级哑变量参数
[0157][0158]
注：等级越高代表样地的立地质量越差，即等级1的立地质量最好，等级9的立地质量最差。由于采用等间距构造立地质量等级的哑变量，表中数据为计算后的数据，原参数如下：a1＝50.00，d1＝-4.34，a2＝1000.00，d2＝-110.34，c2＝1.50，g2＝0.19。
[0159]
表3双模型兼容的林分生长模型中各模型的树种哑变量参数
[0160]
[0161]
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：
[0162]
步骤3-1、选树适地——同一立地条件下，探究不同树种之间的生产力差异，挑选出该立地上最适宜生长的树种；
[0163]
由于样地面积较小，认为同一样地内的立地条件变化不大，即同一样地内的各树种所处的立地相同，但相同的立地因子对不同树种的适生性影响并不相同。林业上，林分蓄积量是生产经营中常用的评价指标，因同一样地内的各树种株数不同，则换算到每公顷林分蓄积量时会存在较大的差异，故本发明采用林分平均木的蓄积量来探究不同树种之间的生产力差异。在比较不同林分类型的生产力时，需以同一年龄时的蓄积量作为比较的依据。确定基准年龄后，代入式(18)中的蓄积量生长模型，并根据各样地的立地质量等级和树种类型确定哑变量参数，可计算得到基准年龄下的林分平均木的蓄积量，将此作为评价立地生产力的特定统计量。同一样地内蓄积量最高的树种，则为该立地上最适宜生长的树种。
[0164]
图2a至图2c为同一立地条件下，即同一样地内，各组成树种在20年时林分平均木的蓄积量对比图，共有66块样地。由图2a至图2c可知，在某一样地内，各组成树种中总会存在一个树种的蓄积量最高，该树种则为此立地上最适宜生长的树种，但是由图亦可知，某一树种在不同的立地内并不占据绝对优势，当组成树种相同时，处于不同立地上的各树种表现规律并不完全一致，即表现为优势树种不同和蓄积量间的差异过大，如图2c中的第44、45、46、47、51、52、55、58、62和64号样地，其组成树种皆为栎类和楠木，但是样地的优势树种并不皆为栎类或楠木，其中第45、55、58和62号样地内，栎类显然比楠木更适宜生长，但是在44、46、47、51、52、和64号样地内则相反；另外，第55号样地和第64号样地，各树种的蓄积量都表现出了较大的差异，这些都说明立地条件对树种生长发育有极其重大的影响。
[0165]
步骤3-2、选地适树——当树种相同时，探究立地差异对林分生产力的影响，并筛选出对蓄积量生长有显著影响的非生物环境因子，明确树种适宜生长的立地条件；
[0166]
林分生产力不仅受到立地条件的影响，还与生长在该立地上的植物群落有所关联，不同的植物群落相适应的最佳立地条件不完全等同，因此对于同一立地条件，不同的林分类型所能利用的程度也不一致，即所能达到的蓄积量及其生长量存在差异。那么，若要探究立地差异对林分生产力的影响，就需控制生长在其上的植物群落类型相同。因此，在建模样本中，筛选出同一树种，再根据该树种出现的立地质量等级，确定对应的哑变量参数，绘制蓄积量连年生长量曲线和平均生长量曲线。另外，对于某一特定树种，以基准年龄时样地平均木的蓄积量为因变量，以气候因子、土壤因子和地形因子等非生物环境因子为自变量，基于一般线性模型，采用向后剔除法，根据模型修正确定系数最大原则，筛选对蓄积量有显著影响的因子(实施案例1中不考虑因子之间的交互作用)，结合实际情况明确该树种适宜生长的立地条件。
[0167]
由式(18)中蓄积量生长模型所推导的连年生长量函数z(t)和平均生长量函数θ(t)如下：
[0168][0169]
[0170]
其中，
[0171][0172][0173][0174]
式(19)～(20)中：t为样地的林分年龄。
[0175]
图3a至图3g和图4a至图4g分别为各树种在不同立地条件下的蓄积量连年生长量和平均生长量函数曲线图，由于建模样本中，某一树种并不具备全部的立地质量等级，故只绘制出该树种已有的立地质量等级下的蓄积量生长量曲线。由图3a至图3g和图4a至图4g可知，无论连年生长量还是平均生长量，皆表现出立地质量越好，生长量的极值越大，且所需年限更短。图5a至图5g为除杉木外，中等立地条件(等级5)下，各树种蓄积量的连年生长量和平均生长量的关系曲线图。由图5a至图5g可知，各树种的蓄积量连年生长量皆先于平均生长量达到最高峰，当平均生长量达到最大值时，各树种的林龄表现为：木荷》其他硬阔类》马尾松》其他软阔类》栎类》楠木，除楠木和木荷外，其余4个树种，在中等立地条件下，数量成熟龄皆在40年左右。
[0176]
表4所列为非生物环境因子的筛选结果，将所筛选出对蓄积量有显著影响的非生物环境因子，结合回归系数表和各树种的实际情况，可明确各树种适宜生长的立地条件。由于7个树种中，栎类的样地数量最多，因此，以栎类为例进行简要说明。对于定性因子，分类求算蓄积量的平均值和中位数，结合各类别下样地平均木的蓄积量达到高产的个数，判断最适宜栎类生长的类别；对于定量因子，求算所有样地平均木的蓄积量的均值和中位数，结合最大值、最小值和大于均值的各样地的因子情况，可给出一个大致的范围。按照上述方法，对于栎类而言，适宜生长的立地条件如下：坡位为中坡、坡向为西南坡、坡度级为16～25
°
，腐殖质层厚在8～12cm，粘粒含量在20～30％，砾质含量在5～20％，含水量在2.0～4.0％，经度在113～115
°
，水解氮在5～11mg/kg，年平均气温在18～20℃，最湿润季节平均气温在24～26℃，最干燥季节平均气温在11～12.5℃，最热季节降水量在700～900mm。由于筛选的样地中匹配的定性因子并非具备所有类别，定量因子的范围覆盖不够广泛且分布不均匀，因此实施案例1中明确的适宜生长的立地条件并不具有十分强的说服力，仅用于介绍方法。
[0177]
表4对蓄积量有显著影响的非生物环境因子
[0178][0179]
注：采用向后筛选法对非生物环境因子的筛选结果中，还包含影响不显著的因子，表中所列皆为p《0.05的因子，另由于单个树种的样本量有限，故将所有树种的样地放在一起进行筛选，因此还加入了树种的定性因子进行筛选。
[0180]
本发明实施案例1中，由于单个树种的样地数量有限，而所需筛选的非生物环境因子较多，故将7个树种的样地放在一起进行筛选，本实施案例只是为了说明清楚筛选过程，实际应用时如需获取更为准确的结果，应对某一特定树种单独进行筛选，进而明确该树种适宜生长的立地条件，此时则需要具有足够多的样本数量，且所有样本的环境因子应当分布均匀、全面，如定性因子中，各类别的数量不能相差太大，定量因子则需覆盖该地区所有可能出现值的范围。另外，本发明实施例1中所列出来的参数值，只适用于所采用的建模样本的分布范围，但是本发明所提供的建模方法和流程可以为其他地区的模型构建提供参考和借鉴。
[0181]
本领域的普通技术人员将会意识到，本发明所述实施例和说明书内容仅为本发明较佳的具体实施方式，用以描述本发明的基本原理和主要特征，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的实施方法，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。在不脱离所附权力要求定义的前提下，本发明还可以有多种变形，例如调查期数、约束基础模型所采用的限制点等可以有所不同，采用建模的理论生长方程也不限于mitscherlich生长方程和richards生长方程，因子筛选的方法也可以为向前引入法。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。