人工红松节子和心材分布及大小预测模型的研究

This study regards Korean pine (Pinus koraiensis.) in the plantations of the Northeast, P.R. China as the research object. Based on stem, branch and knot analysis data, the attribute ，dynamic development of branch or knot，distribution of heartwood for different stand conditions (i.e., stand age and stand density) and tree sizes are analyzed. The branch size and dynamic data were obtained instead of fixed observation data to reconstruct the dynamic process of whole branch growth phase. The static models of branch attributes, branch growth dynamic are developed by combining the theoretical growth functions with multi-level mixed effects models with parameter random effect of stand, tree and branch simultaneous. The effects of branch attribute on formation of knot and heartwood were analyzed, and the distribution and size prediction models of knot and heartwood were developed. The models are used to simulate the effect of management measures (i.e., manual pruning and thinning) on knot and heartwood to control the knot size and ratio of heartwood. This research will provide scientific basis for comprehensively improving plantation productivity and the stand stocking volume per hectare.

本研究以东北地区红松人工林为研究对象，基于树干解析、枝条解析和节子剖析数据，分析不同林分条件（年龄和林分密度）下不同大小林木的枝条（节子）属性因子特征、生长发育及心材在树干上的分布规律，获取枝条大小及动态变化数据，代替固定观测数据，重建枝条整个发育阶段的动态变化过程，采用理论生长方程与多水平（林分—林木—枝条）混合模型相结合方法，建立枝条属性、枝条生长动态预测模型；分析枝条属性对树干上节子和心材形成的影响，构建节子和心材分布及大小预测模型，模拟不同经营措施（整枝、抚育间伐）对节子及心材的影响，控制节子大小和心材比例，为全面提高人工林生产力和林分质量提供科学依据。

红松(Pinus koraiensis Sieb. et Zuee.)为我国东北东部地区地带性顶极群落建群种，以其树干高大、干形通直、材质优良而著称。红松木材是我国传统优质用材，材质好，不变形，易加工，应用范围特别广。相对其他针叶树种，红松的枝条数目少、基径大、枝条长，而这些会导致红松人工林自然整枝不良，在木材中形成较大的节子，严重影响树干形状及木材质量。迫切需要采取科学合理的森林经营措施以提高红松人工林生长量和林分质量。.本研究基于混合效应模型技术，将林分变量和林木变量以及抚育措施，构建了红松最大枝条基径模型、枝条长度混合效应模型，并探索其生长以及分布规律。根据节子剖析数据分别构建了节子直径模型、健全节长度以及体积模型、疏松节体积模型、节子总体积模型、节子死亡年龄模型、节子角度模型，同时引入林分水平、单木水平变量，系统的节子不同属性及其变化规律进行模拟；同时，将节子重新分类，提出“生长拐点”和“死亡拐点”的概念，构建了节子形状判断模型以及节子轮廓模型，从另一个角度对节子属性进行探索。分析心边材及树皮的生长发育规律，构建带皮直径、心材直径、边材宽度、树皮厚度的削度方程，同时建立带皮直径、心材直径、边材宽度和树皮厚度削度方程的可加性模型系统，同时将区域作为哑变量引入模型中，为人工红松心边材及树皮材积的准确估测和木材科学合理利用提供了基础。利用地基激光雷达可以进行非破坏性的采样，数据获取效率大大提高，同时可以长期连续的在样地和样木尺度上进行数据的获取，是一种环境友好型的数据获取方式。本研究通过探索基于地基激光雷达数据的树冠外轮廓模型拟合的可行性，旨在为动态监测单木树冠变化提供一种新的方法和思路，同时为在样地尺度下进行树冠外轮廓模型的研究提供了一定的实践基础。