【目的】考虑到随着全球气候变化加剧,森林生态系统面临严峻挑战,本研究将气候及土壤因子作为影响树木枯死概率的主要因素,建立华北落叶松单木枯死概率模型并探索气候因子及土壤因子与树木枯死概率之间的相互作用关系。【方法】以山西...【目的】考虑到随着全球气候变化加剧,森林生态系统面临严峻挑战,本研究将气候及土壤因子作为影响树木枯死概率的主要因素,建立华北落叶松单木枯死概率模型并探索气候因子及土壤因子与树木枯死概率之间的相互作用关系。【方法】以山西省五台山伯强林场华北落叶松林为研究对象,收集长期的气候因子数据、样地每木检尺数据以及测定相关土壤因子数据,通过SMOTE(Synthetic minority over-sampling technique)采样优化平衡数据集后,使用逐步回归方法,筛选出方差膨胀因子(VIF)小于5的关键预测因子,基于Logistic回归及贝叶斯Logistic回归方法建立华北落叶松枯死概率预测模型。以准确度(Accuracy)、精确度(Precision)、灵敏度(Sensitivity)、特异度(Specificity)、Kappa系数(Cohen’s Kappa)、F_(1)分数(F_(1)-Score)及接收者操作特征曲线ROC(Receiver operating characteristic curve)曲线下面积AUC(Area under the Curve of ROC)值来评估模型性能。【结果】冠幅、土壤pH值、土壤NH_(4)^(+)-N浓度、MCMT(平均最冷月份温度)对华北落叶松枯死率贡献显著。从变量重要性影响因子的排序来看,Logistic模型和贝叶斯Logistic回归模型之间无明显差别,其中变量重要性影响因子排序为土壤pH值及冠幅重要性程度最高,MCMT重要性程度次之,土壤NH_(4)^(+)-N浓度重要性程度最低。冠幅及MCMT因子对模型的贡献呈负相关,随着冠幅的生长及月均最冷温的升高,树木枯死概率值降低;土壤pH值及NH_(4)^(+)-N与枯死概率模型正相关。模型评估结果表明:Logistic回归模型的整体性能最佳,其准确度、灵敏度、F_(1)分数和Kappa系数分别为0.885、0.797、0.875和0.771;而贝叶斯Logistic回归则在精确度与特异度这2个特定指标上表现更优,分别达到0.979和0.983。此外,2种模型的ROC曲线下面积均高于0.9,表明它们均具有良好的预测精度。【结论】气候和土壤因子对树木枯死概率具有显著贡献,由此建立的华北落叶松枯死概率模型具有良好的模型预测精度,因此将气候和土壤因子考虑进树木枯死概率模型中具有重要意义。模型能够为华北地区的森林管理和生态保护提供科学依据,帮助制定更加完善合理的森林健康监测和应急响应措施,为华北落叶松林可持续经营管理提供参考。展开更多
文摘【目的】考虑到随着全球气候变化加剧,森林生态系统面临严峻挑战,本研究将气候及土壤因子作为影响树木枯死概率的主要因素,建立华北落叶松单木枯死概率模型并探索气候因子及土壤因子与树木枯死概率之间的相互作用关系。【方法】以山西省五台山伯强林场华北落叶松林为研究对象,收集长期的气候因子数据、样地每木检尺数据以及测定相关土壤因子数据,通过SMOTE(Synthetic minority over-sampling technique)采样优化平衡数据集后,使用逐步回归方法,筛选出方差膨胀因子(VIF)小于5的关键预测因子,基于Logistic回归及贝叶斯Logistic回归方法建立华北落叶松枯死概率预测模型。以准确度(Accuracy)、精确度(Precision)、灵敏度(Sensitivity)、特异度(Specificity)、Kappa系数(Cohen’s Kappa)、F_(1)分数(F_(1)-Score)及接收者操作特征曲线ROC(Receiver operating characteristic curve)曲线下面积AUC(Area under the Curve of ROC)值来评估模型性能。【结果】冠幅、土壤pH值、土壤NH_(4)^(+)-N浓度、MCMT(平均最冷月份温度)对华北落叶松枯死率贡献显著。从变量重要性影响因子的排序来看,Logistic模型和贝叶斯Logistic回归模型之间无明显差别,其中变量重要性影响因子排序为土壤pH值及冠幅重要性程度最高,MCMT重要性程度次之,土壤NH_(4)^(+)-N浓度重要性程度最低。冠幅及MCMT因子对模型的贡献呈负相关,随着冠幅的生长及月均最冷温的升高,树木枯死概率值降低;土壤pH值及NH_(4)^(+)-N与枯死概率模型正相关。模型评估结果表明:Logistic回归模型的整体性能最佳,其准确度、灵敏度、F_(1)分数和Kappa系数分别为0.885、0.797、0.875和0.771;而贝叶斯Logistic回归则在精确度与特异度这2个特定指标上表现更优,分别达到0.979和0.983。此外,2种模型的ROC曲线下面积均高于0.9,表明它们均具有良好的预测精度。【结论】气候和土壤因子对树木枯死概率具有显著贡献,由此建立的华北落叶松枯死概率模型具有良好的模型预测精度,因此将气候和土壤因子考虑进树木枯死概率模型中具有重要意义。模型能够为华北地区的森林管理和生态保护提供科学依据,帮助制定更加完善合理的森林健康监测和应急响应措施,为华北落叶松林可持续经营管理提供参考。
