基于贝叶斯模型平均法分析杉木人工林生长的影响因子及其模型不确定性

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森林生长收获模型作为研究林分生长变化动态规律及林木生长收获预估的基本工具而受到高度重视,是现代林业工作的重要组成部分。逐步回归法被广泛应用于回归模型的研究。然而,该方法忽略了由于变量选择过程而导致的模型不确定性。贝叶斯模型平均法(BMA)选择所有可能的模型并使用这些模型的后验概率来执行所有推论和预测。本文以福建邵武卫闽林场的杉木(Cunninghamia lanceolata)人工密度试验林为研究对象,采用随机区组设计,设置5种密度,A:2 m×3 m(1667株/hm2),B:2m×1.5m(3333株/hm2),C:2 m×1 m(5000株/hm2),D:1m×1.5m(6667株/hm2),E:1 m×1m(10 000株/hm2),每种密度重复三次,自1984年至2010年,20余年共17次测量数据,通过贝叶斯平均模型法和逐步回归法构建杉木人工林生长模型,分析林分内部因子(单木大小因子,竞争因子,林分因子)和气候因子对杉木生长的影响,主要开展以下4个研究:(1)杉木单木枯损率的驱动因子和不确定性分析;(2)杉木树高曲线模型构建及不确定分析;(3)杉木单木直径生长的驱动因子分析及模型构建;(4)杉木林分蓄积量的驱动因子分析及模型构建。结果表明:1.一般情况下,林分内部因子和气候因子都是影响杉木枯损率的因素,但在不同的初植密度中,这些因素是不同的。当林分在中低密度(1667-5000株/hm2)时,树木之间的竞争较小。枯损率随每公顷胸高断面积和优势高的增加而增加,随着保留密度,胸径,年龄和冬季平均最低温的增加而降低。在高密度人工林(6667-10000株/hm2)中,内部因子和气候因子对枯损率均有显著影响(后验概率≥0.75)。单木枯损率随保留密度,每公顷胸高断面积,平均胸径,优势高,年龄和年均气温的增加而增加,随着胸径,大于对象木的断面积和,最冷月平均温度,年均降雨量,湿热指数,低于0℃天数,夏季平均最高温,冬季平均最低温度和春季平均温的增加而降低。通常来说,枯损率与竞争胁迫呈正相关关系,并随温度和降水的增加而降低。2.树高生长受内部因子和气候因子的共同影响。但在中高密度(5000~10000株/hm2)时,气候因子对树高生长基本没有影响(后验概率≤0.75)。树高随着优势高和年龄的增加而增加,随着平均胸径,年均降雨量,湿热指数和冬季平均最低温的增加而降低。高密度的树木要高于低密度的树木。总的来说,竞争的增大会促进树高的生长,过多的水分会抑制树高的生长。此外,除D密度外(6667株/hm2),树高异速曲线尺度指数约在0.6左右。3.内部因子和气候因子都会影响单木胸径生长量。但单木胸径年平均生长量受气候因子的影响较小,而竞争因子以及单木大小因子是影响单木胸径年平均生长量的主要因子(后验概率≥0.75)。胸径生长量随密度,林分平方平均胸径,大于对象木的断面积和,林龄,冬季平均最低温的增加而减小,随着期初胸径,胸高断面积,林分优势高,最冷月的平均温度,最热月的平均温度和年均降雨量的增加而增加。总的来说,胸径生长量随着竞争的增大而减小,并随温度和降水的增大而增加。4.内部因子和气候因子都是影响林分蓄积量的因子。蓄积量生长与每公顷胸高断面积,平方平均胸径,优势高,年龄,年均降雨量,湿热指数,低于0℃天数,夏季平均最高温,冬季平均最低温和春季平均温是正相关关系,与初植密度,年均气温和最热月平均温是负相关关系(后验概率≥0.75)。较高的立地质量,温度和降水会促进蓄积量增加,但过高的温度和过分的竞争会抑制林分蓄积量生长。5.在四个模型的大多数处理中,通过逐步回归法获得的模型的后验概率小于BMA获得的最佳模型(最高后验概率)。或者逐步回归模型不在BMA选出的后验概率较高的前几个模型中。因此可见杉木林分生长模型表现出一定的不确定性,不同的变量组合形式造就了不同的模型形式。此外,逐步回归法更容易选择冗余变量。但是两种方法在模型评价预测指标方面没有很大差异,这可能是由于用于本研究的样本量比较大的缘故。
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