毕业论文答辩天然次生林不同择伐强度林分生长动态仿真

天然次生林不同择伐强度 林分生长动态仿真 福建农林大学 2012届硕士学位论文答辩 研究生： 导 师： 选题意义和课题来源 研究综述和问题分析 研究内容和技术路线 样地概况和研究方法 研究结论和创新之处 研究不足和未来展望 一、选题意义和课题来源 1选题意义 天然次生林结构复杂 ， 物种多样 ， 若仅依靠简单的数学模型 ， 进行森林经营决策 ， 具有较大的局限性 。 随着计算机技术的发展 ， 通过对不同强度择伐林分的生长动态进行仿真 ， 不仅为进一步探索天然次生林对不同强度择伐的响应机理提供理论依据 ， 而且对森林经营的便捷管理 、 森林景观的规划设计和林业课程的直观教学都具有重大的实用价值 。 2课题来源 课题来源于国家自然科学基金项目 “中亚热带典型天然次生林采伐干扰的长期响应机理与仿真研究” 二、研究综述和问题分析 1国外研究现状 国外林分生长模拟主要受 4方面发展的影响： 营林体制由同龄纯林转向混交林； 模型的构建越来越多地考虑了随机关系； 森林经营的目标发生了变化，考虑了生态等方面； 计算机技术的发展和广泛应用。 其中如何有效地进行 树木生长过程 的预测成为林分生长动态模拟的一项重点。 2国内研究现状 虽然 ， 我国研究起步较晚 ， 但经过专家大量研究 ， 也取得了巨大发展 ， 主要体现在 3方面： (1) 探索并研发了一系列符合我国林业生长实际情况的模型； (2) 随着国际研究形势的转变，国内专家学者也开始了利用高新技术构建高精度模型的研究； (3) 随着“数字林业”的推广，国内也逐步开展了关于林分生长动态模拟的研究。 3存在问题 (1) 缺乏长期定位研究 ， 模型使用受限 (2) 树木模型过于简单，仿真难道较大 (3) 模型数据库不完善，数据更新困难 4研究对策 (1) 构建模型研究体系 (2) 强化模型深入研究 (3) 完善模型的数据库 三、研究内容和技术路线 1研究内容 (1) 选择和构建最优单木生长模型 (2) 构建全林分直径结构分布模型 (3) 预测不同强度择伐后生长趋势 (4) 林分生长动态可视化仿真模拟 2技术路线 长 期 固 定 复 测 数 据数 据 整 理 与 排 异最 优 模 型回 归 标 准 差拟 合 指 数常 用 生 长 方 程胸径生长方程树高生长方程林分空间变化动态林分枯损分布模型林分直径分布模型林 分 直径 结 构生长分析法选 优选 优选 优二 元 材积 方 程普 通 树高 曲 线选优选优一 元 材积 方 程标 准 树高 曲 线不 同 时 期 林 分 生 长 状 态不 同 时 期 林 分 模 拟 三 维 可 视 图3 D M A XO n y x T R E 生 长 动 态 模 拟 画 面P H O T O S H O 时 期 单 木 生 长 状 态四、样地概况和研究方法 1样地概况 试验地位于建瓯市大源林业采育场 ， 设有 15块 20m 20 并于 1996年 8月进行弱度 、中度 、 强度和极强度 4种不同强度择伐作业 ， 其中4种不同强度择伐样地各 3块 ， 皆伐 2块 ， 未采伐 1块 。 自样地设置起 ， 进行了 1996年伐前和伐后调查 ， 及 2006年伐后 10 011年伐后 15 2研究方法 (1) 数据调查与整理 采用 相邻格子法 (5m 5m)对每个样地进行全林每木调查 ， 主要记录样地内所有个体种名 、 树高 、胸径 、 冠幅 、 枝下高 、 相对坐标 ， 以及胸径 4 幼苗株数 。 采用 排异法 对数据进行整理 ， 即分树种对比前后几次调查数据 ， 若出现同株树前后胸径对比变小；进界木胸径大于 11株树已枯死或被伐 ， 后一次调查又出现其数值；单木胸径连年生长超过 2 皆为异常数据应排除 。 (2) 林分生长动态模拟 构建单木生长模型 首先，从已有模型中选择常用的 12种模型 为对象；然后，利用 长期复测数据 进行拟合，利用拟合指标评价各模型的拟合效果，并从中选择效果最佳的模型为 最优模型 。 表 1 待选树木生长方程 )1( 序号 方程名称 生长方程 序号 方程名称 生长方程 1 修正 0 1 幂函数方程 6 唐守正方程 12 1)1( 1( 1t )1( 模型 型 图 1 胸径生长模型拟合效果 型 型 图 2 树高生长模型拟合效果 通过上述分析可知， 拟合精度最高。因此，以该方程构建胸径和树高的单木生长模型。 同理，可探讨得利用 修正 建普通树高曲线最佳。最后，结合 标准树高曲线模型 ，可探讨分析求得 最佳材积方程 ，并能推导符合实际情况的 一元材积方程 。 林分生长动态模拟 1) 林分内林木的直径分布、树高分布和空间位置信息。本文首先利用 分布和负指数分布分别拟合了不同强度择伐样地的林分直径结构，从中选择了效果最佳的 负指数分布模型 ；然后，利用 趋势线法 探讨了负指数分布参数随时间的变化规律，构建了 具有时间序列 的负指数分布模型； 2) 不同时期林内活立木的 生长参数 (胸径、树高、冠幅、枝下高等 )；本文通过参考李蔚依据福建省天然阔叶林主要分布区的标准地资料，构建的 枝下高与胸径、冠幅与胸径关系模型 ，结合所调查数据分别建立了不同时期主要树种的生长参数模型。 3) 林分内未来的树种分布，林分空间结构的发展趋势。 首先，通过利用伐后 10 5 各胸径值划分为不同的径阶组，分别探讨各样地各树种 径阶组的变化趋势 ，进而预测不同强度择伐样地 林分未来发展趋势 。然后，利用 角尺度 、 大小比数 和 空间分布格局 3个指标，探讨了 林分空间结构的变化动态 ，预测林分空间结构未来发展趋势。 林分生长动态仿真 首先 ， 利用 模拟各树种 不同生长时期的生长状态图像 ；然后 ， 利用 进而形成不同时期各样地的 林分三维立体图 ；最后 ，利用 将不同时期的林分三维立体图串绘成林分生长变化的 动态画面 ， 最终实现林分生长动态的可视化仿真 。 五、研究结论和创新之处 1研究结论 (1) 以树龄为自变量的胸径和树高生长方程都以度最高 。 通过对不同强度择伐样地初步模拟比较 ， 弱度和中度择伐 对林分内大径材培育更有利 。 (2) 利用 修正 建普通树高曲线最佳；且最优的标准树高曲线模型的拟合精度比普通树高曲线提高了 说明了 标准树高曲线模型 比普通树高曲线模型的 适用范围更广 。 (3) 在生产实际应用中， 胸径和树高 较易测量时，建议选用 二元材积方程 ；若条件 受限 ，可选用 推导的一元材积方程 。 (4) 本研究构建了 具有时间序列 的负指数分布模型，但该模型仅能预测 30 (5) 天然林林木 空间格局较稳定 ，基本处于随机分布状态， 弱度和中度择伐可以使林分空间结构逐渐 优化 ，趋于稳定方向发展，反之， 过度择伐 使林分空间结构 变劣 。因此，从天然林科学可持续经营的角度出发，择伐强度 以弱度和中度为宜 。 (6) 通过对林分生长动态的仿真过程中发现 ，弱度和中度择伐 样方在经过一定时间恢复后 ， 林分总体结构 趋向稳定 ， 且中度择伐样方恢复速度比弱度择伐样方快； 强度 、 极强度和皆伐 样方在经过一定时间恢复后 ， 林分总体结构开始 衰退 ，特别是皆伐样方在林分未成熟前就已开始呈现衰退趋势； 未采伐 样方在经过一段时间的自然生长成熟后 ， 林分 也将衰退 。 甜槠 米槠 木荷 虎皮楠 其他 图 3 未采伐样地各树种生长状态示意图 (D=20 2创新之处 (1) 基于固定样地的 长期复测数据 ， 以 择伐强度 为主要考虑因素 ， 建立了相应 单木生长模型 ，研究探讨了不同强度择伐作业技术对单株林木生长的影响 。 (2) 构建 具有时间序列 的林分直径分布模型 ，同时结合林分直径枯损分布模型 ， 实现了林分直径分布结构的预测 。 (3) 探讨了林分空间结构的变化动态 ， 并结合所构的生长预测模型 ， 利用相应的软件 ， 实现了林分生长动态的 可视化仿真模拟 。 六、研究不足和未来展望 1研究不足 (1) 本研究在构建生长模型的过程中 ， 假设环境 、 遗传 、 立地和营林的影响相同 ， 着重考虑择伐强度 这一影响因子 。 因此 ， 所构模型与现实会有一定差异 。 (2) 本研究仅进行了林分树木生长动态的模拟 ， 对于林分整体在 现实森林场景 中的模拟尚未实现 。 (3) 本研究仅是初步实现了利用数学模型进行生长仿真 ， 尚未建立完整的系统 ， 可以仅需简单的调查数据即可实现林分生长的仿真 。 2未来展望 (1) 将经验模型与过程模型相结合 ， 形成一个混合 的 模型系统 ， 不仅能够很好地反映林分生长的实际情况 ， 还能展现林分生长的具体动态变化过程 。 (2) 将 3结合 ，