全國(guó)立木生物量方程建模方法研究.pdf

1、森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，是維持生態(tài)平衡和改善生態(tài)環(huán)境的重要保障，在應(yīng)對(duì)全球氣候變化中發(fā)揮著不可替代的作用。因此，世界各國(guó)越來越重視對(duì)森林生物量的監(jiān)測(cè)。而要開展全國(guó)森林生物量監(jiān)測(cè)和評(píng)估，建立適合較大區(qū)域范圍的通用性立木生物量模型將是必不可少的一項(xiàng)基礎(chǔ)工作。本研究基于我國(guó)森林資源監(jiān)測(cè)的實(shí)際，從服務(wù)全國(guó)森林生物量監(jiān)測(cè)這一目的出發(fā)，采用統(tǒng)計(jì)分析方法和近代生物數(shù)學(xué)模型，從劃分建?？傮w、確定樣本結(jié)構(gòu)、采集建模樣本、明確建模方法、提出評(píng)價(jià)指標(biāo)到建立

2、地上和地下生物量模型等各個(gè)主要環(huán)節(jié)，對(duì)全國(guó)立木生物量方程的建模技術(shù)方法進(jìn)行了比較系統(tǒng)和深入的研究，獲得了一系列研究成果，并在多個(gè)方面取得了突破，其成果將為正在開展的全國(guó)立木生物量建模工作提供技術(shù)支撐。
　　本研究在以下幾個(gè)方面取得了創(chuàng)新和突破：1）立足于國(guó)家級(jí)森林生物量監(jiān)測(cè)，首次研究提出建立全國(guó)立木生物量模型的建模總體劃分方案和建模樣本構(gòu)成方案；2）對(duì)立木生物量方程等非線性模型的對(duì)數(shù)回歸及其偏差校正問題進(jìn)行了深入探討，揭示了存在偏

3、差的內(nèi)在原因，并提出了一個(gè)新的偏差校正因子；3）基于線性回歸估計(jì)中模型預(yù)估值置信區(qū)間的計(jì)算公式，通過模型變換和消除異方差措施，提出了適合立木生物量模型預(yù)估的條件均值置信區(qū)間和單一預(yù)估值置信區(qū)間的估計(jì)方法；4）通過刀切法進(jìn)行隨機(jī)再抽樣試驗(yàn)，提出單獨(dú)采集一套檢驗(yàn)樣本進(jìn)行適用性檢驗(yàn)的做法會(huì)造成樣本信息的浪費(fèi)從而增加不必要的成本，建議利用全部樣本（不分建模樣本和檢驗(yàn)樣本）來建立生物量模型；5）提出利用誤差變量聯(lián)立方程組（也稱度量誤差模型），建立

4、與材積相容的地上生物量方程、立木材積方程和生物量轉(zhuǎn)換函數(shù)的方法；6）利用誤差變量聯(lián)立方程組，建立了地上生物量與干、皮、枝、葉4個(gè)分項(xiàng)生物量相容的聯(lián)立方程系統(tǒng)，并對(duì)分級(jí)聯(lián)合控制和總量直接控制2種方案之間的內(nèi)在聯(lián)系和各自特點(diǎn)進(jìn)行了深入分析；7）提出采用誤差變量聯(lián)立方程組，建立相容性地下生物量模型、地上生物量模型和根莖比模型的方法；8）提出利用混合模型，同時(shí)建立全國(guó)和區(qū)域性立木生物量模型的方法，以解決不同區(qū)域尺度范圍內(nèi)森林生物量估計(jì)的協(xié)調(diào)性問

5、題；9）針對(duì)用單一非線性模型擬合生物量方程會(huì)導(dǎo)致小徑階林木的估計(jì)明顯有偏的問題，提出采用分段建模方法來改進(jìn)模型的預(yù)估效果；10）針對(duì)WBE理論生物量模型與經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)不符的問題，研究提出了新的通用性一元立木生物量模型M=0.3pD7/3。
　　通過本項(xiàng)研究，可以得出以下主要結(jié)論：1）建立地上生物量模型，應(yīng)采用誤差變量聯(lián)立方程組方法，首先建立與立木材積相容的地上生物量方程和生物量轉(zhuǎn)換函數(shù)，然后再以所建地上生物量方程為基礎(chǔ)，建立總量與干、

6、皮、枝、葉4個(gè)分量相容的聯(lián)立方程系統(tǒng)；2）建立地下生物量模型，要采用誤差變量聯(lián)立方程組方法，建立與地上生物量相容的地下生物量模型和根莖比模型；當(dāng)?shù)叵律锪繕颖局皇堑厣仙锪繕颖镜淖訕颖緯r(shí)，要同時(shí)利用所建根莖比模型和地上生物量模型對(duì)地下生物量進(jìn)行聯(lián)合估計(jì)；3）線性生物量模型由于各個(gè)自變量對(duì)目標(biāo)變量的貢獻(xiàn)都是簡(jiǎn)單按線性累加的，很難避免出現(xiàn)不合理的預(yù)估結(jié)果（如：估計(jì)值出現(xiàn)負(fù)數(shù)），從各項(xiàng)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)綜合考慮，線性模型不如非線性模型，因此，應(yīng)該采用非

7、線性模型來建立全國(guó)立木生物量方程；4）對(duì)于存在異方差的立木生物量方程等非線性模型，采用對(duì)數(shù)回歸并進(jìn)行有效校正后，與加權(quán)回歸的估計(jì)效果幾乎等同；由于非線性回歸方法已經(jīng)得到普遍應(yīng)用，建議直接采用加權(quán)回歸方法對(duì)立木生物量方程進(jìn)行估計(jì)；5）以胸徑作為解釋變量的一元模型已經(jīng)解釋了地上生物量變動(dòng)的95％以上，隨著解釋變量的增多，立木生物量模型的擬合優(yōu)度還會(huì)有所提高，但綜合考慮野外工作量的增加和測(cè)量誤差的積累，建議在國(guó)家級(jí)森林資源清查中采用一元模型對(duì)

8、生物量進(jìn)行估計(jì)；6）為了兼顧國(guó)家和地方對(duì)森林生物量監(jiān)測(cè)的需要，在條件允許的前提下，可以考慮采用混合模型或啞變量模型方法，同時(shí)建立全國(guó)和區(qū)域性立木生物量模型，以解決不同區(qū)域尺度范圍內(nèi)森林生物量估計(jì)的相容性問題；7）為了建立同時(shí)適合5cm以上喬木和5cm以下幼樹的立木生物量模型，并確保小徑階的幼樹生物量估計(jì)不產(chǎn)生明顯系統(tǒng)偏差，可以采用帶截距的非線性方程和分段建模方法來改進(jìn)模型的預(yù)估效果；由于小徑階幼樹在整個(gè)森林生物量中所占比例很小，若不過于