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基于遥感技术预测小黑杨人工林木材性质的研究

作　者: 刘杏娥
导　师: 江泽慧
学　校: 中国林业科学研究院
专　业: 木材科学与技术
关键词: 小黑杨栽植密度树木特征木材性质高分辨率卫星影像预测模型
分类号: S792.11
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

本文以山西朔州杨树速生丰产林基地的3 种栽植密度(2m×5m(A)、4m×5m(B)和4m×10m(C))的小黑杨(Populus×xiaohei T. S. Hwang et Liang)为试验材料,获得了如下创新性研究成果与结论: 1.首次应用高空间分辨率的QuickBird 卫星影像信息提取与分析技术对木材性质进行了评估。通过提取树冠参数、分析建模并与常规的林分调查、木材性质测试分析有机结合,建立了以卫星影像估测的林木特征参数为自变量的木材生长量和木材性质的预测模型,为小黑杨木材性质的评定和木材生长量的预测提供了一种全新的研究方法和分析手段,对其它杨树人工林材性分析和评价具有较高的借鉴价值。2. 在数据分析和建立模型过程中,首次将经济学中“弹性理论”的Conb-Douglas 生产函数理论应用到木材科学与技术领域,用生产弹性和边际产量等分析方法系统分析了树木特征因子与木材生长量间的关系。同时,引入人工神经网络模型中的BP 算法,把人工神经网络模型的高拟合度和较强的预测能力应用到分析遥感数据与木材性质的关系中,取得了较好的预测效果。3. 研究结果表明: (1)栽植密度对小黑杨人工林冠幅(CW)、冠长(CL)、胸径(DBH)、胸径分布、径高比(D_H)的影响极为显著,而对树高(H)和胸高形率的影响不显著。随着栽植密度的增加,树冠冠幅、冠长、胸径减小;径高比呈“V”形变化。栽植密度越小,较大径阶的林木株数比例越高; (2)栽植密度对木材生长量(湿心材面积(HA)、边材面积(SA)、幼龄材面积(JA)、成熟材面积(MA)和胸高断面积(WHA))和湿心材、边材比例有着显著的影响。随着栽植密度的减小,湿心材面积,边材面积,幼龄材面积,胸高断面积增加;湿心材、边材比例降低;成熟材面积为“低-高-低”波动。(3)栽植密度对纤维宽度、纤维双壁厚、导管比量、胞壁率、导管个数、导管弦向直径、基本密度、抗弯弹性模量(MOE)、顺纹抗压强度(CGS)的影响达到极显著水平;对纤维壁腔比、抗弯强度(MOR)的影响达到显著水平;对纤维长度、纤维腔径、长宽比、纤维比量、射线比量、化学成分和纸浆得率的影响不显著。栽植密度对木材纤维形态特征和基本密度的径向变异有不同程度的影响,但不改变它们变异的一般模式。(4)木材生长量与实测树木(林分)特征因子(包括冠幅、冠长、胸径、树高、尖削度(ST)、栽植密度等)之间符合Conb-Douglas 生产函数的形式,可以用Conb-Douglas生产函数对木材生长量进行预测(模型的R2=0.66~0.97),同时应用弹性分析方法中的单因素弹性系数、多因素弹性系数和边际产量对小黑杨木材生长量随树木特征因子的变

全文目录

摘要  5-8
Abstract  8-12
目录  12-16
图表索引  16-19
第1章绪论  19-34
  1.1 引言  19
  1.2 我国人工林的培育、木材材性研究现状  19-21
    1.2.1 我国人工林概况  19-20
    1.2.2 人工林培育、木材性质的研究现状  20-21
  1.3 杨树人工林发展概况、木材性质研究及预测现状  21-25
    1.3.1 杨树人工林发展概况  21-22
    1.3.2 木材性质的研究及预测现状  22-25
  1.4 遥感技术及其在树冠参数提取方面的研究现状、发展趋势  25-28
    1.4.1 遥感及其原理  25-26
    1.4.2 遥感技术的发展趋势  26-27
    1.4.3 遥感技术提取树冠特征参数的研究  27-28
    1.4.4 遥感技术提取林木特征参数的发展趋势  28
  1.5 树冠冠层与木材构造、性质的关系研究  28-30
    1.5.1 树冠与边材、心材形成,边材面积及渗透性间的关系  29
    1.5.2 树冠与木材结构、产量及性质的关系  29-30
  1.6 利用遥感技术预测人工林木材性质的技术框架  30-33
  1.7 本研究的目的和意义  33-34
第2章小黑杨树木生长量与栽植密度的关系  34-48
  2.1 引言  34
  2.2 材料与方法  34-38
    2.2.1 试验地概况  34-35
    2.2.2 试验设计和标准地设置  35-36
    2.2.3 研究方法  36-38
  2.3 结果与讨论  38-47
    2.3.1 栽植密度与树冠大小的关系  38-40
    2.3.2 栽植密度与树高生长的关系  40
    2.3.3 栽植密度对树木胸径的影响  40-43
    2.3.4 栽植密度与径高比、胸高形率的关系  43-44
    2.3.5 栽植密度对边材面积的影响  44-45
    2.3.6 栽植密度对湿心材面积的影响  45-46
    2.3.7 栽植密度与幼龄材面积、成熟材面积的关系  46-47
  2.4 本章小结  47-48
第3章小黑杨人工林木材性质与栽植密度的关系  48-69
  3.1 引言  48
  3.2 材料和方法  48-50
    3.2.1 试样制作  48-49
    3.2.2 试验方法  49
    3.2.3 统计分析方法  49-50
  3.3 结果与讨论  50-68
    3.3.1 栽植密度对木材解剖性质的影响  50-59
    3.3.2 栽植密度与木材物理力学性质的关系  59-65
    3.3.3 栽植密度与木材化学成分与纸浆得率的关系  65-68
  3.4 本章小结  68-69
第4章小黑杨树木特性与木材性质的关系模型  69-94
  4.1 引言  69-70
  4.2 建立模型的方法  70-73
    4.2.1 逐步回归的基本思想  70-71
    4.2.2 多元线性回归的数学模型  71-72
    4.2.3 评价模型的指标  72-73
  4.3 结果与讨论  73-92
    4.3.1 树木特性与木材力学性质的关系模型  73-81
    4.3.2 小黑杨木材生长量的预测模型  81-90
    4.3.3 木材基本密度、解剖、化学性质的预测模型  90-92
  4.4 本章小结  92-94
第5章利用QuickBird 卫星影像预测小黑杨树冠特征及树木生长量  94-111
  5.1 引言  94-95
  5.2 材料和方法  95-97
    5.2.1 试验材料  95
    5.2.2 样地调查  95-96
    5.2.3 数据源的选择及获取  96
    5.2.4 模型建立和精度检验  96-97
  5.3 结果与分析  97-109
    5.3.1 影像处理和分析研究方法  97-104
    5.3.2 QuickBird 图像上单株树冠冠幅的测定  104-106
    5.3.3 基于QuickBird 影像提取的冠幅值估测胸径  106-107
    5.3.4 基于QuickBird 影像提取冠幅值估测树高  107-108
    5.3.5 基于QuickBird 影像提取冠幅值估测材积  108-109
  5.4 讨论  109-110
  5.5 本章小结  110-111
第6章利用QuickBird 卫星影像预测小黑杨人工林木材性质  111-137
  6.1 引言  111
  6.2 研究方法  111-112
  6.3 结果与分析  112-131
    6.3.1 木材生长量的回归预测模型  112-115
    6.3.2 木材力学性质的回归预测模型  115-120
    6.3.3 多元回归模型的预测精度分析  120
    6.3.4 木材密度、解剖性质、化学组成的回归预测模型  120-122
    6.3.5 基于人工神经网络的木材生长量和力学性质的预测  122-131
  6.4 讨论  131-135
    6.4.1 木材性质的回归模型分析  131-132
    6.4.2 树木特征与木材性质的相关性分析  132-133
    6.4.3 两种数学模型方法的比较分析  133-134
    6.4.4 与实测树木特征预测材性的比较分析  134
    6.4.5 基于QuickBird 卫星影像预测木材性质的推广应用  134-135
  6.5 本章小结  135-137
第7章总结论  137-142
  7.1 总结论  137-141
    7.1.1 小黑杨树木生长量与栽植密度的关系  137
    7.1.2 小黑杨木材性质与栽植密度的关系  137-138
    7.1.3 小黑杨树木特性与木材性质的关系模型  138-139
    7.1.4 利用QuickBird 卫星影像预测树冠特征及树木生长量  139-140
    7.1.5 利用QuickBird 卫星影像预测小黑杨木材性质  140-141
  7.2 论文的创新和展望  141-142
参考文献  142-156
致谢  156-158
附录一  158-159
附录二  159-160
附录三  160

基于遥感技术预测小黑杨人工林木材性质的研究

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