基于可加性的落叶松树干径向轮廓曲线变化规律的研究

Stem radial profile curves include internal and external curves, the internal curve refers to the heartwood, sapwood, rings, and bark profile curves, external curve is usually used to express stem taper. The study of these profile curves play a key role to tree growth, timber productivity, and wood quality assessment. Stem volume can be estimated from integrated curve of radial profile, and therefore the model additivity of internal and external curves is the core issue for model application.Variations of stem radial profile curves in different forest conditions are investigated for larch (Larix gmelinii. Rupr.) plantations using stem analysis techniques. In this study, the following factors such as site quality and forest management are investigated for larch stem radial profile curves. Additity methods are also addressed. Using additive model theory, a system of additive equations would be developed as following: heartwood and sapwood profile curves and inside bark taper curve; bark thickness profile curve and inside bark taper curve and outside bark taper curve; ring profile curves. Parameter estimates are obtained using mixed model and nonlinear seemingly unrelated regression (NSUR)approach. This study aims to quantify the effects of management practices on stem radial profile curves of plantation larch. Results from this study could provide the basis and practical guidance for directed cultivation and scientific prediction larch plantation.

树干径向轮廓曲线包括内部曲线和外部曲线，内部曲线是指心边材、年轮和树皮轮廓曲线，外部曲线通常用树干削度来表达。这些轮廓曲线的研究对树木生长、出材量以及木材质量评估起到关键的作用。轮廓曲线的积分能够得到相应的材积估计，因此内外部轮廓曲线模型的可加性是其得以正确应用的核心问题。本项目以落叶松人工林为研究对象，采用树干解析和剖析技术，揭示不同林分条件下树干径向轮廓曲线的变化规律。研究生长环境和经营措施对人工落叶松树干径向轮廓曲线的影响。研究可加性模型的构建方法。采用可加性模型理论，研究建立心边材轮廓曲线模型与去皮削度模型的可加性；树皮轮廓曲线模型和去皮削度模型与带皮削度模型的可加性；年轮轮廓曲线模型的可加性。采用混合模型和非线性似乎不相关方法，解决可加性模型系统的参数估计。同时定量研究经营措施对人工落叶松树干径向轮廓曲线的影响程度，为落叶松人工林的定向培育及科学预测提供依据和实践指导。

树干径向轮廓曲线包括外部曲线和内部曲线，这些曲线包括树干带皮和去皮削度、树皮和心边材。研究者通常采用模型来描述这些曲线，但以往的研究都是单独构建模型，不满足模型的可加性。因此本研究以兴安落叶松为研究对象，构建树干带皮、去皮削度和树皮厚度可加性模型系统，为一致性估算树干材积和树皮蓄积提供依据。本课题总结了6种可加性方法，即单模型估计、总量控制方法及其2种逻辑关系变形、总量分解法和比例平差方法。并研究了每种方法的构建过程，在此基础上构建了可积分和不可积分相容可加性模型系统，实现了树干削度、树皮厚度及相应材积的同步估计。本研究的主要结果如下： .（1）在30个备选模型中，选用不可积分的Kozak(2004)模型和可积分的Max and Burkhart(1976)模型分别作为基础干曲线模型。通过引入了哑变量，表明各模型在不同区域之间有显著不同，这说明不同区域的树干干形是不同的。.（2）基于修正的不可积分的Kozak(2004)树干削度模型，构建了六种可加性系统，并结合Python程序实现的Gauss-Legendre复化积分公式计算出带皮材积、去皮材积和树皮材积的预测值，其中基于总量分解法的可加性系统最优。.（3）基于可积分的Max and Burkhart(1976)分段削度方程，构建了六种可加性系统，通过不定积分构建了树干削度、树皮厚度及相应材积的相容可加性系统。其中基于总量控制法的可加性系统最优。.（4）基于不可积分和可积分的可加性模型系统差异不大，在具体应用中，如果模型系统应用侧重于预测树干上部直径和树皮厚度，建议采用Kozak(2004)可加性模型系统来进行预测。如果侧重于树干商品材积，建议采用Max and Burkhart(1976)相容可加性模型系统来进行预测。