随着社会经济的发展与环境保护意识的增强,天然混交林在经济发展与生态保护方面的重要性日益增长。目前对于林分的相关研究大多以纯林为主,天然混交林的生长与收获研究还处在起步阶段,没有形成统一的建模手段和方法,因此建立合适的生长预估模型成为一项紧迫的研究课题。林分断面积不但是生长与收获预估模型的重要组成部分,也是评价立地质量好坏的重要指标,以此为切入点进行天然混交林生长预估模型的构建,可以更好的拓展相关研究。目前对于断面积生长模型的研究,多以林分为基本建模单元,没有考虑林层对于断面积生长的影响,为了更加客观地用生长模型来模拟复层林的生长过程,需要开展基于林层划分的断面积生长模拟研究。本文在湖南省芦头林场等地设置了 51块栎类天然次生林固定样地,以此为对象,研究次生林的林层对断面积生长的影响,构建林分与林层相容的断面积生长模型,为湖南栎类次生林的经营管理提供理论依据。具体研究内容如下:确定了栎类次生林最优林层划分方法,本研究在广泛了解国内外各类林层划分方法后,采用最常用的光竞争高度法、国际林联(IUFRO)划分标准与聚类分析法三种方法划分了林层,并对划分结果进行了检验与分析,三种林层划分方法均满足划分要求。建立了基于林层划分的断面积生长模型,根据林分断面积生长规律及其研究现状,本文主要选择常用的理论生长方程形式,以林分密度指数(SDI)代表林分密度,林分优势木平均高(HT)代表立地质量构建断面积生长模型,最终确定含年龄(T)、优势木平均高(HT)与林分密度指数(SDI)的Schumacher模型为最优基础模型,其确定系数R2为0.9277,平均绝对误差(MAE)为2.6186,总相对误差(TRE)不超过±3%。以此模拟了基于林层划分的断面积生长模型,模拟的全林分及不同林层的断面积生长模型拟合度均较高,分层后的不同林层断面积生长模型的确定系数(R2)为0.9521～0.9863,平均绝对误差(MAE)为0.4511～1.2679,总相对误差(TRE)均不超过±3%。将三种方法分层后构建的林层断面积生长模型预测结果相加与不分层的林分断面积生长模型预测结果比较,分层后的全林分模型均有效提高,确定系数R2从0.9277提高到了 0.9602～0.9721,平均绝对误差(MAE)从2.6186降低到了 1.3219～1.0962,(TRE)均不超过±1%,证明了栎类天然林存在林层分异现象;其中国际林联(IUFRO)划分标准分层后建立的断面积模型确定系数(R2)最高,为0.9721,平均绝对误差(MAE)最低,为1.0962,因此国际林联(IUFRO)划分标准为本文确定的最优林层划分方法。将最优划分方法—国际林联(IUFRO)林层划分为标准的划分结果,带入其余五个基础模型中进行参数拟合,以验证划分林层后建立林层断面积生长模型的适用性,各模型不同林层的断面积生长模型拟合度均较高,将林层断面积生长模型预测结果相加与不分层的林分断面积生长模型预测结果比较,分层后得到的模型拟合度均有效提高,其确定系数(R2)在0.89～0.97之间,平均绝对误差(MAE)在1.0962～3.4350之间,总相对误差(TRE)在±3%之间。其中,模型(M4)的确定系数(R2)提升幅度最高,6个模型提升幅度由高至低依次为M4>M3>M1>M2>M5>M6。说明林层对于断面积的预估有着显著性的影响,建立断面积生长模型时必须考虑林层效应。建立了基于林层效应的相容性断面积生长模型,由于林分总断面积与各林层断面积存在各分量相加等于总量的逻辑关系,可以构建基于林层水平的林分断面积相容性模型来保证分量之和等于总量的逻辑性,同时可以提高林分断面积模型的精度。本文以国际林联(IUFRO)林层划分结果为例,使用非线性联立方程组法构建相容性断面积模型,相容性林层断面积模型各分项确定系数(R2)均在0.98以上。相比分层后非联立的的独立预估模型,各项模型的确定系数均有较明显提升,联立后的模型误差相对降低。其中全林分模型的确定系数(R2)相比于独立预估模型由0.9721提高到了 0.9801,平均绝对误差(MAE)降低了 16.25%,总相对误差(TRE)不超过±3%;主林层模型的确定系数(R2)由0.9739提高至0.9861,平均绝对误差(MAE)降低了 26.82%,总相对误差(TRE)不超过±3%;次林层模型确定系数(R2)无明显变化,平均绝对误差无明显变化,总相对误差不超过±3%。建立了基于林层效应哑变量与林分类型哑变量的断面积生长模型,在林层划分后,将林层划分结果与林分类型作为哑变量,将分数不同林层的林分建立一个统一的模型。这样不仅减少了建模工作量,而且使得不同林层的生长模型具有统一形式。本文以国际林联分层结果为例,将分层结果与林分类型分别作为哑变量,分别将哑变量加入到模型参数及其组合上,根据模型评价指标确定了林层断面积生长模型的最优哑变量参数组合。拟合后可知,将全部参数引入哑变量R2最佳,但是参数过于复杂,不利于实际应用,从简化模型角度及模型误差综合考虑,基于林层效应哑变量的断面积生长模型最终选择参数b0、bl、b2、b3上带哑变量的模型为最优模型,其确定系数(R2)为0.982,平均绝对误差(MAE)为0.6219,总相对误差(TRE)为0.0008;基于林分类型哑变量的断面积生长模型最终选择参数b0、b1上带哑变量的模型为最优模型,其确定系数(R2)为0.9555,平均绝对误差(MAE)为1.0131,总相对误差(TRE)为-2.3924,不超过±3%。对建立的相容性模型与哑变量模型3种模型进行比较分析,最优模型为相容性模型。研究证明了林层对于断面积的预估有着显著性的影响及根据林层划分构建相容性断面积生长预估模型的合理性,模拟结果为更有效的经营管理湖南栎类天然林提供参考与依据。