基于随机森林算法的江西省崇义县主要造林树种适生性研究

doi:10.13466/j.cnki.lyzygl.2022.02.016

摘要/Abstract

摘要：

以江西省崇义县5种主要造林树种(杉木、马尾松、木荷、苦楝和南酸枣)为研究对象,基于森林经理调查数据,采用随机森林算法构建了5种树种的适生性模型,并对不同立地条件下的造林地进行各树种的适生性预测。模型的输入变量为海拔、坡向、坡度、坡位、土壤类型、成土母岩、土层厚度、腐殖质层厚度,输出变量为树种生长适宜性。结果显示:1)随机森林算法构建的5种造林树种适生性模型的训练精度分别为88.69%,93.13%,95.54%,93.86%和98.92%,泛化精度分别为72.79%,84.18%,77.99%,81.22%和80.56%,具有较高的预测准确率;2)研究区内,对针叶树种适生性影响较大的立地因子均为腐殖质层厚度、海拔、土层厚度,而对阔叶树种影响较大的立地因子则因树种而异。基于随机森林算法构建的树种适生性模型可以较好地对造林树种的适生性进行判断,从而获得各树种的适生环境,可为适地适树和区域森林质量精准提升提供决策依据。

关键词: 随机森林, 适地适树, 立地因子, 适生性

Abstract:

Based on forest management inventory data and five primary forestation species (Cunninghamia lanceolata,Pinus massoniana,Schima superba,Melia azedarach and Choerospondias axillaris),the adaptability models of forestation species were constructed to predict adaptability for afforestation sites in Chongyi County,Jiangxi Province. The input variables contained elevation,slope,aspect,position,soil type,parent rock,soil thickness,and thickness of soil humus,the output variable was growth adaptability. The results showed that the training accuracy of adaptability models for 5 forestation species were 88.69%,93.13%,95.54%,93.86% and 98.92%,respectively. In addition,the generalization accuracy of adaptability models for 5 species were 72.79%,84.18%,77.99%,81.22% and 80.56%,respectively. Site factors greatly affecting the adaptability of coniferous species were thickness of soil humus,elevation and soil thickness,while the driver factors for broad-leaved species depended on species. The species adaptability models based on random forest could analyze the adaptability for forestation species,and extract the comfortable growth environment. Thus,the established models could provide support to the problem of matching species to sites and the improvement of regional forest quality.

Key words: random forest, matching trees to sites, site factors, adaptability

中图分类号:

S711
S725.1

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图/表 8

表1

表2

图1

表3

表4

表5

适生性模型的预测结果

地类	海拔/m	坡向	坡位	坡度/ (°)	成土母岩	土壤类型	土层厚度 /cm	腐殖层厚度 /cm	模型预测结果
地类	海拔/m	坡向	坡位	坡度/ (°)	成土母岩	土壤类型	土层厚度 /cm	腐殖层厚度 /cm	马尾松	杉木	木荷	苦楝	南酸枣
有林地	300	东坡	上部	29	花岗岩	黄壤	50	5	不适宜	不适宜	适宜	不适宜	不适宜
有林地	600	北坡	中部	20	花岗岩	黄壤	70	5	适宜	不适宜	适宜	适宜	不适宜
有林地	530	西坡	中部	30	花岗岩	黄壤	70	5	不适宜	不适宜	适宜	不适宜	适宜
有林地	250	东坡	下部	15	花岗岩	黄壤	50	10	不适宜	不适宜	不适宜	不适宜	不适宜
有林地	251	东坡	下部	15	花岗岩	黄壤	50	10	不适宜	不适宜	不适宜	不适宜	不适宜
有林地	300	东南坡	下部	3	花岗岩	黄壤	80	20	适宜	适宜	不适宜	不适宜	不适宜
有林地	300	南坡	下部	20	花岗岩	黄壤	50	15	适宜	不适宜	适宜	适宜	适宜
有林地	270	东南坡	下部	23	砂岩	黄壤	80	10	适宜	不适宜	适宜	适宜	不适宜
有林地	170	东坡	下部	6	花岗岩	红壤	80	10	不适宜	不适宜	不适宜	不适宜	适宜
地类	海拔/m	坡向	坡位	坡度/ (°)	成土母岩	土壤类型	土层厚度 /cm	腐殖层厚度 /cm	模型预测结果
地类	海拔/m	坡向	坡位	坡度/ (°)	成土母岩	土壤类型	土层厚度 /cm	腐殖层厚度 /cm	马尾松	杉木	木荷	苦楝	南酸枣
有林地	180	东南坡	下部	10	花岗岩	红壤	80	10	不适宜	不适宜	适宜	不适宜	适宜
有林地	290	东南坡	下部	15	花岗岩	红壤	70	10	适宜	不适宜	适宜	适宜	适宜
有林地	290	南坡	上部	28	花岗岩	黄壤	50	10	不适宜	适宜	不适宜	不适宜	不适宜
有林地	280	西坡	中部	29	花岗岩	黄壤	50	5	不适宜	适宜	适宜	不适宜	不适宜
有林地	240	东北坡	下部	18	花岗岩	黄壤	50	20	不适宜	不适宜	不适宜	不适宜	适宜
有林地	280	西北坡	下部	20	花岗岩	黄壤	50	15	不适宜	不适宜	适宜	适宜	适宜
有林地	340	东坡	下部	25	页岩	黄壤	70	10	适宜	适宜	适宜	适宜	不适宜
宜林地	600	东南坡	中部	28	花岗岩	黄壤	80	15	适宜	适宜	不适宜	适宜	适宜
宜林地	250	东北坡	下部	30	砂岩	黄壤	55	5	适宜	适宜	适宜	不适宜	不适宜

表5

图2

图3

参考文献 36

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树种	小班数量 /块	平均胸径/cm			平均树高/m			基准年龄 /a
树种	小班数量 /块	平均值	最小值	最大值	平均值	最小值	最大值	基准年龄 /a
杉木Cunninghamia lanceolata	8780	10.6	5.2	26.8	7.5	1.4	19.7	20
马尾松Pinus massoniana	3040	15.5	5.6	37.8	11.5	1.5	21.2	20
木荷Schima superba	112	9.8	5.6	50.4	7.8	2	22.5	30
苦楝Melia azedarach	114	10.5	7.0	16.2	8.9	3.4	15.3	15
南酸枣Choerospondias axillaris	277	11.0	5.8	25.2	8.8	1.1	20.4	15

树种	β₁		β₂
树种	估计值	标准差	估计值	标准差
杉木Cunninghamia lanceolata	0.0859	0.0025	1.7706	0.0381
马尾松Pinus massoniana	0.0790	0.0070	2.0433	0.2353
木荷Schima superba	0.0601	0.0169	1.4999	0.3646
苦楝Melia azedarach	0.4054	0.2029	32.7764	14.6363
南酸枣Choerospondias axillaris	0.0226	0.0105	1.1012	0.2831

树种	分类树的数量	随机变量个数	总精度/%	分类精度/%
树种	分类树的数量	随机变量个数	总精度/%	不适宜	适宜
杉木Cunninghamia lanceolata	1000	2	72.79	78.84	66.06
马尾松Pinus massoniana	400	2	84.18	78.82	89.28
木荷Schima superba	400	1	77.99	87.83	63.39
苦楝Melia azedarach	300	5	81.22	84.74	76.14
南酸枣Choerospondias axillaris	200	2	80.56	83.80	77.15

树种	实际类别	预测类别		分类精度/%	总精度/%
树种	实际类别	不适宜	适宜	分类精度/%	总精度/%
杉木Cunninghamia lanceolata	不适宜	4087	528	88.56	98.92
杉木Cunninghamia lanceolata	适宜	465	3700	88.84	98.92
马尾松Pinus massoniana	不适宜	1328	159	89.31	93.13
马尾松Pinus massoniana	适宜	50	1503	96.78	93.13
木荷Schima superba	不适宜	67	1	98.53	95.54
木荷Schima superba	适宜	4	40	90.91	95.54
苦楝Melia azedarach	不适宜	58	5	92.06	93.86
苦楝Melia azedarach	适宜	2	49	96.08	93.86
南酸枣Choerospondias axillaris	不适宜	143	1	99.31	98.92
南酸枣Choerospondias axillaris	适宜	2	131	98.50	98.92