基于灰色關(guān)聯(lián)分析的立地質(zhì)量對(duì)圓黃柏生長(zhǎng)的影響

基于灰色關(guān)聯(lián)分析的立地質(zhì)量對(duì)圓黃柏生長(zhǎng)的影響

灰色系統(tǒng)理論以信息不足為例，分析數(shù)據(jù)，并通過(guò)數(shù)據(jù)累積生成方法對(duì)小樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行有效分析。1都蘭北山陽(yáng)坡人工造林祁連圓柏在青海省內(nèi)的分布大致為都蘭以東，西傾山以北，常在山陽(yáng)坡組成大面積純林22.1n,84n,9732e在班瑪縣東南部、祁連縣東部、烏蘭縣東北部分別選取不同立地條件和生長(zhǎng)狀況的圓柏林分，共設(shè)置10個(gè)20m×30m的標(biāo)準(zhǔn)樣地，樣地點(diǎn)坐標(biāo)分別為：32°41′N(xiāo)、101°08′E;32°43′N(xiāo)、101°05′E;32°40′N(xiāo)、101°08′E;38°03′N(xiāo)、100°15′E;38°04′N(xiāo)、100°21′E;38°05′N(xiāo)、100°18′E;38°05′N(xiāo)、100°19′E;37°17′N(xiāo)、98°28′E;37°02′N(xiāo)、98°40′E;37°03′N(xiāo)、98°39′E。對(duì)每個(gè)樣地進(jìn)行調(diào)查，確定林分郁閉度、林木的胸徑及樹(shù)高、林分年齡，記錄每個(gè)樣地的海拔、經(jīng)緯度、坡向、坡度、坡位。2.2測(cè)定項(xiàng)目及方法在每個(gè)樣地內(nèi)采集0～10cm土層的土壤樣品，對(duì)土壤養(yǎng)分進(jìn)行測(cè)定。土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法(水合熱法)測(cè)定；全氮采用半微量開(kāi)氏法測(cè)定；全磷采用硫酸高氯酸消煮法測(cè)定；全鉀采用氫氟酸消解法測(cè)定；全鎂采用EDTA容量法測(cè)定；全鈣采用EDTA容量法測(cè)定；堿解氮采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定；有效磷采用鉬銻抗比色法測(cè)定；速效磷采用火焰光度計(jì)法測(cè)定；pH采用中性鹽溶液浸提，酸度計(jì)測(cè)定2.32.3.1布局質(zhì)量評(píng)價(jià)為了能夠較全面反映立地條件高低，本文采用灰色關(guān)聯(lián)分析法和綜合分值法來(lái)判斷立地質(zhì)量2.3.2數(shù)據(jù)的初始處理對(duì)非等間距數(shù)據(jù)建立灰色模型的方法大致可分為等距處理模型和賦權(quán)處理模型兩大類(lèi)，且有學(xué)者經(jīng)過(guò)對(duì)比分析后發(fā)現(xiàn)采用等距處理建立的模型其精度和效果均要比經(jīng)過(guò)賦權(quán)處理建立的模型略好一些1)數(shù)據(jù)序列的設(shè)定：設(shè)非等間距序列2)等距處理：將非等間距序列等間距化最常用的方法為插值法，Spline插值是應(yīng)用最為廣泛的插值方法之一，能夠得到較為平滑的曲線(xiàn)，故本文選擇此法對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。令等距化后的序列為3)構(gòu)建灰色預(yù)測(cè)模型：對(duì)Spline插值等距化后的序列2.3.3相對(duì)誤差檢驗(yàn)采用相對(duì)誤差檢驗(yàn)法和后驗(yàn)差檢驗(yàn)法來(lái)對(duì)灰色模型進(jìn)行檢驗(yàn)。其中，在相對(duì)誤差檢驗(yàn)法中，一般認(rèn)為殘差大表明模型精度低，反之則表明模型精度高，同樣的，相對(duì)誤差越小，也說(shuō)明模型精度越高；在后驗(yàn)差檢驗(yàn)法中，采用后驗(yàn)差比33.1林分生長(zhǎng)的特征一般來(lái)說(shuō)，樹(shù)種組成、林分密度以及林地質(zhì)量的差異通常能夠反映在林分的生長(zhǎng)特征上3.23.2.1土壤養(yǎng)分的測(cè)定總體規(guī)劃立地條件是影響林地上植被生長(zhǎng)的決定性因素。為了更加全面、準(zhǔn)確、方便地對(duì)立地質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，從海拔、坡向、坡度、坡位、土壤條件等方面進(jìn)行綜合分析。根據(jù)表1可知，在10個(gè)樣地土壤中，鉀元素的含量均較高但差異不大，差異較大的有全氮、有效磷、有機(jī)質(zhì)、堿解氮，因此，選取這4個(gè)因子作為代表土壤條件的指標(biāo)，既可以有效降低計(jì)算量及數(shù)據(jù)噪聲，也能較好地反映各樣地土壤養(yǎng)分的差異。因此，選定海拔、坡向、坡度、坡位、土層厚度及土壤中全氮、有效磷、有機(jī)質(zhì)、堿解氮含量等9個(gè)因子作為圓柏林分立地質(zhì)量等級(jí)的劃分指標(biāo)，各因子劃分等級(jí)見(jiàn)表2。3.2.2立地因子的關(guān)聯(lián)度與權(quán)重對(duì)各等級(jí)賦予相應(yīng)的分值，其中一級(jí)為0分，二級(jí)為0.5分，三級(jí)為1分。根據(jù)實(shí)地調(diào)查結(jié)果，對(duì)各個(gè)樣地的情況進(jìn)行賦分統(tǒng)計(jì)。將進(jìn)行分析的9個(gè)立地因子作為比較序列，把常用來(lái)反映立地質(zhì)量高低的統(tǒng)計(jì)量作為參照序列并進(jìn)行歸一化處理。在1995年，孟憲宇等使用Matlab統(tǒng)計(jì)軟件將各個(gè)樣地的胸徑極限生長(zhǎng)量和海拔、坡度、坡向、坡位、全氮、有效磷、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、土層厚度這9個(gè)立地因子進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析，得到關(guān)聯(lián)度分別為0.605、0.605、0.641、0.597、0.565、0.526、0.570、0.573、0.598,權(quán)重分別為11.5%、11.5%、12.1%、11.3%、10.7%、10.0%、10.8%、10.9%、11.3%。根據(jù)計(jì)算得到的各因子權(quán)重，可知9個(gè)立地因子與立地質(zhì)量的關(guān)聯(lián)性均較大，其中對(duì)立地質(zhì)量影響最大的為坡向，其次為坡度和海拔，影響最小的為土壤中有效磷含量。最后將權(quán)重和得分結(jié)合可求得各樣地的立地綜合得分，以整數(shù)計(jì)，可得1～10號(hào)樣地的綜合得分分別為4、5、1、4、8、9、2、8、9、2分。3.3確定參數(shù)下的預(yù)測(cè)模型林木胸徑和樹(shù)高是常見(jiàn)的衡量樹(shù)木生長(zhǎng)情況的生長(zhǎng)特征指標(biāo)，也是計(jì)算森林蓄積量的必要數(shù)據(jù)。而在成熟林分中，立地質(zhì)量對(duì)林分生長(zhǎng)的影響至關(guān)重要，因此，根據(jù)立地條件建立圓柏林分胸徑和樹(shù)高的預(yù)測(cè)模型，可以直觀判斷不同立地狀況下圓柏林分的生長(zhǎng)狀態(tài)，對(duì)于圓柏的合理經(jīng)營(yíng)有極大的價(jià)值。整理已經(jīng)獲得的立地得分，將得分相同的樣地所對(duì)應(yīng)的平均胸徑及樹(shù)高的調(diào)查值進(jìn)行綜合處理，求取平均值，得到新的數(shù)據(jù)序列。顯然各樣地的得分間距并不完全相同，因此需應(yīng)用插值方法將其等距化。由于Spline插值法的收斂性和誤差估計(jì)有著嚴(yán)格的理論依據(jù)，產(chǎn)生的誤差對(duì)預(yù)測(cè)計(jì)算精度的影響是可控的，故將Spline插值后得到的序列數(shù)據(jù)作為建模數(shù)據(jù)。3.3.1tpgm模型預(yù)測(cè)模型本文將等距化后的立地得分作為時(shí)間序列，各樣方所測(cè)得的圓柏林分平均胸徑及平均樹(shù)高值作為相應(yīng)的觀測(cè)值，根據(jù)上文提到的TPGM(1,1)模型的原理建立預(yù)測(cè)模型。在有關(guān)生長(zhǎng)模型的研究中，已有不少理論方程和經(jīng)驗(yàn)方程被提出，且時(shí)至今日依舊有不少學(xué)者在對(duì)其進(jìn)行應(yīng)用，模擬林木的生長(zhǎng)且效果良好結(jié)果顯示，2個(gè)模型擬合效果均較好，實(shí)際值和模型預(yù)測(cè)值的殘差序列數(shù)值較小，且無(wú)明顯遞增情況。但根據(jù)3.3.2模型擬合分析表4、表5表明，胸徑的平均相對(duì)模擬百分誤差為0.719%,樹(shù)高的平均相對(duì)模擬百分誤差為1.1059%,模型擬合情況較好。且根據(jù)表中的擬合結(jié)果，計(jì)算得到平均胸徑和平均樹(shù)高模型的后驗(yàn)差比均為0.05,小概率誤差均為1。因此綜合判斷此模型精度檢驗(yàn)情況為好。林分的平均胸徑及平均樹(shù)高作為反映林分生長(zhǎng)狀況的2個(gè)重要指標(biāo)，與林分立地條件的關(guān)系十分密切。立地質(zhì)量與圓柏林分的平均胸徑和平均樹(shù)高均成正相關(guān)，且增長(zhǎng)趨勢(shì)呈現(xiàn)先急后緩。4林分生長(zhǎng)預(yù)測(cè)結(jié)果分析本文以青海省不同地區(qū)的圓柏成熟林分為研究對(duì)象，應(yīng)用灰色系統(tǒng)理論對(duì)林分的立地條件及生長(zhǎng)特征進(jìn)行合理的分析與預(yù)測(cè)。結(jié)果表明：隨著立地質(zhì)量的提高，圓柏林分的生長(zhǎng)狀況也有明顯提高，但由于林木的生物學(xué)特性等限制，增長(zhǎng)速率也會(huì)逐漸降低。根據(jù)關(guān)聯(lián)分析的結(jié)果，可得到各立地因子對(duì)整體立地條件的影響權(quán)重，從而可間接分析各立地因子對(duì)圓柏胸徑與樹(shù)高的影響。在9個(gè)立地因子中，對(duì)圓柏林分生長(zhǎng)影響最大的為坡向，其次為坡度和海拔，影響最小的為土壤中有效磷含量。根據(jù)模型的預(yù)測(cè)，可得到其它立地條件下林分的生長(zhǎng)狀況。且精度檢驗(yàn)結(jié)果表明，灰色系統(tǒng)理論在圓柏林分生長(zhǎng)預(yù)測(cè)中的表現(xiàn)效果良好，對(duì)于特定林齡范圍和密