基于广义线性混合效应模型的森林树木死亡研究

作者：闫明; 陈艳梅; 闫静; 奚为民^*

来源：生态学报, 2023, 1-17.

DOI：10.20103/j.stxb.202304270878

• 树木死亡
• 计数模型
• 混合效应模型
• 影响因子

基于计数模型方法，同时考虑样地的随机效应，构建林分水平死亡模型，探究影响树木死亡的因素，以期为森林资源的监测与管理提供参考依据。以美国德州东部森林连续清查的样地数据为数据源，按4∶1的比例将其进行随机抽样，划分为训练集和验证集数据，将立地因子、林分因子和气候因子作为模型的自变量，林木死亡株数则作为模型的因变量，运用计数模型和混合效应模型方法进行模型的构建，并分析影响林木死亡株数的因子。使用赤池信息准则（AIC）、贝叶斯信息准则（BIC）和-2倍对数似然函数值（-2logL） 3种模型评价指标评估各模型间的拟合效果；采用平均绝对误差（MAE）和均方根误差（RMSE） 2种评价指标评估其预测效果，以便筛选出最佳的林分水平死亡模型。结果表明：立地因子方面，林木死亡株数与海拔（P<0.01）呈显著的负效应，与坡度（P<0.05）呈显著的正效应，说明林木死亡株数随海拔的升高而减少，随坡度的增加而增多；林分因子方面，林木死亡株数与林分年龄（P<0.001）和树木基面积（P<0.001）呈显著的正效应，与林分平方平均胸径（P<0.001）和林分密度（P<0.05）呈显著的负效应，说明林木死亡株数随林分年龄的增加和树木基面积的增大而增加，随林分平方平均胸径和林分密度的增大而减少；气候因子方面，林木死亡株数与SPEI(P<0.05)、干旱长度（P<0.001）、年平均温度（P<0.001）和夏季平均降雨量（P<0.05）均呈显著的负效应，与夏季平均温度（P<0.001）呈显著的正效应，说明林木死亡株数随干旱强度和夏季平均温度的增加而增多，随干旱长度、年平均温度和夏季平均降雨量的增加而减少。在基础计数模型中，零膨胀负二项（ZINB）模型的拟合效果最好。而加入样地随机效应后，混合效应模型的拟合精度明显有所提高。基于所有模型模拟结果的比较，得出德州东部森林的林分水平死亡模型以ZINB-mixed模型为最优模型。

• 单位
  山西师范大学现代文理学院; 山西师范大学; 生命科学学院