基于相容关系的落叶松树冠形状和树干结构变化规律的研究

本研究以落叶松人工林为研究对象，采用树干解析和枝解析技术，揭示不同林分条件下的树冠形状变化规律、枝条在树冠内的空间分布格局、生长发育规律及其与树干生长的相互关系。研究气候因子、生长环境和森林经营措施对落叶松人工林树干结构（树皮数量、生长轮宽度、晚材率和心边材数量等）变化规律的影响。采用度量误差联立方程组模型理论，以林分变量、林木变量和着枝深度等为自变量建立枝条基径、枝长、着枝角度和树冠直径动态预测模型，模拟枝条大小的动态发育过程，预测树冠形状的动态变化规律。采用多层次混合模型（随机效应和时间序列）理论,建立相容的树皮数量模型、生长轮宽度模型、晚材率模型和心边材数量模型。揭示随机效应相关的生理和生态学规律，同时定量研究环境因素（包括气候、立地条件及经营措施）对人工林落叶松树冠形状和树干结构变化的影响程度，为提高落叶松人工林林木生长量和木材质量方面提供科学依据和实践指导。

树冠和树干结构决定木材的产量和质量。本研究以黑龙江省带岭林业局、五营林业局和七台河市林业局落叶松人工林为研究对象，研究了落叶松枝条特征、木材密度、树干干形、树高曲线、树皮因子以及木材解剖性质径向变异。主要结论包括：.1）利用逐步回归技术建立了落叶松枝条基径、长度和角度模型。采用S-PLUS软件中的LME过程，拟合线性枝条基径、长度和角度模型。把幂函数和指数函数加入到枝条基径、长度和角度混合模型中。指数函数和幂函数显著提高了混合模型的拟合效果，并且消除了异方差现象。模型检验结果表明：混合模型通过校正随机参数值能提高模型的预测精度。.2）分别考虑单水平和两水平效应，拟合木材密度混合效应模型。基于单水平和两水平效应的混合模型拟合精度高于传统的基本模型，并且考虑单水平树高效应和两层次效应时的混合模型精度高于考虑单水平样木效应影响的混合模型。模型检验结果表明：混合效应模型不但能反映总体平均木材密度变化趋势，还能反映分组之间的差异。.3）利用非线性混合模型技术构建了含有冠长率、冠长和树冠高度变量的3个树干削度模型。所有模型的参数估计值都是显著的，这充分说明冠长率、冠长和树冠高度变量对落叶松干形的变化有显著影响。含有冠长率的削度模型模拟干曲线表明：冠长率越大，树干削度变化越大, 干形质量越差，树干材积就越少。.4）基于Richards模型，构建了含有林分变量的树高与胸径关系的混合效应模型。模型检验表明：当随机抽取独立样本时，混合模型误差小于固定效应模型。如果随机抽取4个样本校正时，混合模型的误差和均方根误差降低71.8%和42.1%。.5）利用逐步回归技术构建了落叶松树皮因子模型。分别考虑单水平、2水平和3水平效应，拟合线性树皮因子模型。结果表明：基于单水平、2水平和3水平效应的混合模型模拟优于传统的基本模型。当分别考虑区组、样地和树木单水平效应影响时, 考虑树木效应的混合模型模拟优于单独考虑区组和样地效应; 当考虑2水平效应影响时, 样地和树木效应组合中的最优模拟结果优于其它两层次组合模型; 当同时考虑3层次效应影响时的最优模拟结果优于考虑单水平和2水平效应的模拟结果。.课题研究成果为提高落叶松人工林林木生长量和木材质量方面提供科学依据和实践指导。