基于支持向量机的天山雪岭云杉森林生态系统健康评价

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山地森林不仅是生态系统的重要组成之一,也是人类面对诸多环境问题的重要屏障。2014年森林资源二类调查数据显示天山雪岭云杉约占新疆山地森林总面积的59%,作为山地森林的优势树种,其健康状况对维持全疆山地森林生态系统的稳定和干旱半干旱区的可持续发展具有重要作用。因此,本文以板房沟林场44个固定样地为研究对象,分别从结构性、活力性、抗干扰性和生态服务功能四个方面筛选出33个指标进行调查,通过因子分析法、数据包络法和支持向量机三种方法进行森林健康模型建立和评价,并结合板房沟林场2014年森林资源二类调查的各小班数据进一步对板房沟林场雪岭云杉森林生态系统进行健康评价。具体结果如下:(1)因子分析法结果表明森林健康优质样地个数为3,占总样地6.82%;森林健康等级为健康样地的有14个,占样地总数的31.82%;森林健康等级为亚健康样地的有15个,占样地总数的34.09%;森林健康等级为不健康样地的有12个,占样地总数的27.27%。(2)利用因子分析法得到的21项指标权重大小依次为:活力性指标(净初级生产力、叶面积指数、NDVI、乔灌草生物量);结构性指标(平均树高、平均林龄、平均胸径、活立木蓄积量、枯落物厚度、速效磷、有机质、速效氮、土壤厚度、土壤容重、郁闭度、草本盖度、速效钾);抗干扰性指标(牛羊啃食、病虫害程度、火灾险情);生态功能价值。(3)基于44个固定样地建立的数据库和支持向量机理论(SVM),经多次交叉验证对其进行训练,确定最终模型。其中测试集样本的预测准确率达到73.33%,径向基核函数的惩罚参数c为90.51,核函数的宽度g为9.19。(4)利用训练好的模型对1802个小班(总面积为58336.11hm~2)的健康状况进行预测,得到优质的森林面积为18765.20hm~2,占研究区总面积的32.17%;健康的森林面积为32726.51hm~2,占研究区林地面积的56.10%;亚健康的森林面积为6416.71hm~2,占研究区林地总面积的11.00%。不健康的森林面积为427.69hm~2,占研究区林地总面积的0.73%。(5)传统数据包络分析(DEA)模型和超效率数据包络分析(SDEA)模型分析表明:影响44固定样地投入/产出效率主要为其自身的规模效率,即其样地内部自身环境下各指标的定量配置;且自然状态下,处于健康、优质等级的林分,其投入/产出效率不一定为最高的。
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