1挑战杯资料 大挑 省赛 参赛作品 林学院 王家彬 申报书

序号： 编码： 第七届“挑战杯”广东大学生课外学术科技作品竞赛 作品申报书 作品名称： 广东省湿地松林生长模型的研究 学校全称： 华 南 农 业 大 学 申报者姓名 （集体名称）： 王 家 彬 类别：自然科学类学术论文 哲学社会科学类社会调查报告和学术论文 科技发明制作A类 科技发明制作B类 第七届“挑战杯”广东大学生课外学术科技作品竞赛组委会制二00二年九月说 明1申报者应在认真阅读此说明各项内容后按要求详细填写。2申报者在填写申报作品情况时只需根据个人项目或集体项目填写A1或A2表，根据作品类别（自然科学类学术论文、哲学社会科学类社会调查报告和学术论文、科技发明制作）分别填写B1、B2或B3表。所有申报者可根据情况填写C表。3表内项目填写时一律用钢笔或打印，字迹要端正、清楚，此申报书可复制。4序号、编码由各高校根据作品种类填写。5学术论文、社会调查报告及所附的有关材料必须是中文（若是外文，请附中文本），请以4号楷体打印在A4纸上，附于申报书后，学术论文及有关材料在8000字以内，社会调查报告在15000字以内（文章版面尺寸14.522cm左右）。6各高校的作品（数量参照“作品数额分配方案”）各一式四份分别按规定的时间用特快专递寄至省竞赛组委会办公室。7作品申报书须按要求由各校竞赛组织协调机构统一寄送。8其他参赛事宜请向本校竞赛组织协调机构咨询。9寄送地址：广州市东山区寺贝通津一号大院团省委学校部“挑战杯”竞赛组委会。联 系 人：唐 锐、黄廉东联系电话：（020）87778918、87185614传 真：（020）87778918、87185613邮政编码：510080A1申报者情况（个人项目）说明：1必须由申报者本人按要求填写，申报者情况栏内必须填写 个人作品的第一作者（承担申报作品60%以上的工作者）； 2本表中的学籍管理部门签章视为对申报者情况的确认。姓 名王家彬性别男出生年月1980/12申报者情况学校全称华南农业大学现学历大学本科专 业林学年级1999学制4年入学时间1999/9作品全称广东省湿地松林分生长模型的研究毕业论文题目通讯地址广州市华南农业大学五山区4-203邮政编码510642单位电话38676076常住地通讯地址广州市华南农业大学五山区4-203邮政编码510642住宅电话38676076合作者情况姓 名性别年龄学历所在单位郭颖女23本科华南农业大学林学院李庆东男23本科华南农业大学林学院资 格 认 定学校学籍管理部门意见 是否为2002年7月1日前正式注册在校的全日制非成人教育、非在职的各类高等院校中国学生（含专科生、本科生和研究生）。 是 否若是，其学号为： 99321213 （部门盖章） 2002年11月9日院系负责人或导师意见 本作品是否为课外学术科技或社实践活动成果 是 否 负责人签名：章潜才 2002年11月9日B1申报作品情况（自然科学类学术论文）说明：1必须由申报者本人填写；2本部分中的科研管理部门签章视为对申报者所填内容的确认；3作品分类请按作品的学术方向或所涉及的主要学科领域填写；4硕士研究生、博士研究生作品不在此列。作品全称作品分类（D ）A机械与控制（包括机械、仪器仪表、自动化控 制、工程、交通、建筑等） B信息技术（包括计算机、电信、通讯、电子等） C数理（包括数学、物理、地球与空间科学等） D生命科学（包括生物、农学、药学、医学、健 康、卫生、食品等） E能源化工（包括能源、材料、石油、化学、化 工、生态、环保等）作品撰写的目的和基本思路通过建立湿地松林分生长模型获取分别以县和小班为单位的资源的更新数据。将广东省湿地松树种按不同生态区位选择模型建立林分平均胸径、树高、蓄积与年龄关系的生长模型，按生长模型计算不同生态区位年龄与龄组的生长率。作品的科学性、先进性及独特之处应用foxpro,spss10.0软件进行数据筛选，选择单分子生长模型、Richards生长模型等多种模型。作品的实际应用价值和现实意义研究结论可作为湿地松经营提供一定的科学依据。学术论文文摘通过建立林分生长模型动态地对数据库进行更新。每年对区域内的小班随机抽样，并做相应的调查，对方程参数进行调整，以减小来自人为活动对方程的影响。为此，本文试图通过建立林分生长模型来获得小班资源的更新数据。 作品在何时、何地、何种机构举行的会议上或报刊上发表及所获奖励无鉴定结果无请提供对于理解、审查、评价所申报作品具有参考价值的现有技术及技术文献的检索目录1于政中。森林经理学。中国林业出版社。19932马春庭。掌握和精通SPSS10.0.北京机械工业出版社，20013檀庆东，檀学仁，夏程登，林功燕，梅芙蓉。福建林学报。小班数据更新生长模型研究。1996。16（3）：255-258申报材料清单（申报论文一篇，相关资料名称及数量）科研管理部门签章 以上情况属实。2002 年11 月7 日 D.推荐者情况及对作品的说明说明：1由推荐者本人填写； 2推荐者必须具有高级专业技术职称，并是与申报作品相同或相关领域的专家学者或专业技术人员（教研组集体推荐亦可）； 3推荐者填写此部分，即视为同意推荐； 4推荐者所在单位签章仅被视为对推荐者身份的确认。推荐者情况姓 名陈义刚性别男年龄53职称副教授工作单位华南农业大学林学院通讯地址华南农业大学林学院邮政编码510642单位电宅电话85284797推荐者所在单位签章陈义刚是我院副教授 （签章） 2002 年 11 月 11日请对申报者申报情况的真实性作出阐述该项研究成果系作者参与“广东省主要树种生长量研究”课题的研究内容之一，整个工作在导师指导下独立完成，数据资料翔实。 请对作品的意义、技术水平、适用范围及推广前景作出您的评价应用森林资源二类调查数据对湿地松林分生长模型进行研究尚未见报道，作品选提具有新意。研究方法正确，数据可信。研究结论可作为湿地松经营提供一定的科学依据。同意推荐作为参赛作品。其它说明推荐者情况姓 名涂慧萍性别女年龄34职称副教授工作单位华南农业大学林学院通讯地址华南农业大学林学院邮编510642单位电宅电荐者所在单位签章涂慧萍是我院副教授 签章日期 2002 年 11 月 11 日 请对申报者申报情况的真实性作出阐述申报者参与了“广东省主要树种生长量研究”的部分内容，是在导师的指导下，独立完成数据的处理与分析，独立完成论文的撰写。 请对作品的意义、技术水平、适用范围及推广前景作出您的评价 湿地松作为广东省主要用材树种之一，对其生长模型进行研究具有现实意义。作品以广东省二类调查资料入手，思路与技术路线可行，结论有一定可信度，可为广东湿地松资源经营决策提供一定的科学依据。其它说明 学校组织协调机构确认并盖章以上情况属实。 （团委代章） 2002年11月9日 校主管领导或校主管部门确认盖章同意上报。 2002年11月9日 校评审委员会初评意见 评委签名： 年 月 日 校组织协调委员会审定意见 （签章） 年 月 日E全省组织委员会秘书处资格和形式审查意见组委会秘书处资格审查意见 审查人（签名） 年 月 日组委会秘书处形式审查意见 审查人（签名） 年 月 日组委会秘书处审查结果合格 不合格 负责人（签名） 年 月 日F参赛作品打印处广东省湿地松林分生长模型的研究王家彬（华南农业大学林学院 99321213）摘要：小班按自然增长形式变化的数据可以用生长模型进行更新。根据广东省二类调查的数据，建立湿地松（Pinus elliottii Engelm.）数据库。根据现有成果资料将湿地松按最适区、适宜区、较适宜区进行区划；分别按不同生态区位（最适区、适宜区、较适区）、应用SPSS10.0软件,进行数据筛选，选择单分子生长模型、Richards生长模型等多种模型分别建立林分平均胸径、平均树高、公倾蓄积与年龄的关系生长模型；通过相关系数的比较，选择相关系数最大的方程作为小班数据更新的生长模型；按生长模型计算不同生态区位年龄与龄组的生长率P。检验结果表明，这些模型不但拟合精度高，而且具有明显的生物学意义，可以用于小班数据更新。关键词：湿地松 林分生长模型 曲线拟合 生长率1 前言 森林是一个动态变化的系统。随着时间的推移，原来的小班不能正确反映现实的情况，适应不了森林经营决策的需要。我国政府现阶段对森林资源信息的收集，主要还是通过一类调查和二类调查。但是它们还存在着明显的不足之处：（1）一类调查和二类调查都有一段间隔期，这期间只能按照经验提出一个林分生长率对数据进行更新，因而数据的可信度也就被降低了。并且随着更新年度的增加，其积累效应将越加明显，可信度也就更低了。（2）调查的结果受调查人员的素质和工作复杂程度的直接影响。即使每年都进行森林资源建档统计，面积也只能落实到村，蓄积量只落实到乡（镇），除了部分因人为或灾害引起变化的小班在建档当年可以获取较准确的数据外，大部分小班很难取得准确的数据。小班是森林经营的基础单位，小班数据准确与否直接关系到森林经营状况的好坏。随着计算机技术的发展，数据库技术在森林资源管理已被广泛应用。在此基础上，提出了通过建立林分生长模型动态地对数据库进行更新的思路。每年对区域内的小班随机抽样，并做相应的调查，对方程参数进行调整，以减小来自人为活动对方程的影响。为此，本文试图通过建立林分生长模型来获取小班资源的更新数据。林分生长方程是林分成长过程曲线的函数表达形式。它是关于林分年龄的确定性函数，即y=f(A)(A为林分的年龄；y为在年龄A是林分某一特征因子的特征值)。但是对某一类林分来说，由于其生物学特征、环境条件、人为干扰等因子等因素的影响，在某一年龄A时，特征值y(A)是一个随机变量。作为描述该类林分生长规律的函数，一般研究的是林分生长在均值意义上的函数关系，因此通常称这一函数关系为林分生长的回归模型。所以其定义可为：设y(A)是某类林分在年龄A时的某一特征值，对于固定的A,它是一个随机变量，其数学期望（均值）通常与林分的年龄A有关，由此形成y(A)的数学期望与A的相关关系式y(A)=Ey(A),称为林分在均值意义上的生长回归模型，简称为生长模型，记为y(A)。由于树木模型是构建林分生长模型的基础，无论在理论上还是在实践在均具有重要的意义。2 材料和方法2.1数据来源 以95年广东省的二类森林资源调查小班数据库为材料，通过Foxpro6.0软件建立全省湿地松（Pinus elliottii Engelm.）小班资源数据库。2.2数据处理 根据现有的资料，通过FoxPro6.0对全省的湿地松（Pinus elliottii Engelm.）按生态区位进行区划；分别按不同生态区位（最适区、适宜区、较适区）应用SPSS10.0软件计算出湿地松各年龄平均树高的平均值以及标准差；由于原始数据并不很准确，（如不同小班同年龄的平均树高存在很大的差异值），为了使分区能更合理些，先对湿地松小班数据库中的异常值进行剔除，标准是：平均值1倍标准差；然后对平均胸径进行曲线分析，删除在曲线上表现异常的小班，同时删除平均胸径0的小班；再对公顷蓄积进行曲线分析，同样删除在曲线上表现异常的小班，同样删除公顷蓄积0的小班。再以县为单位，计算出湿地松的平均树高、平均胸径和公顷蓄积。2.3生长模型选择 按照生长模型应对样本资料有较好的拟合性能，最小的残差，尽可能少的参数，以及参数具有生物学意义等要求，参考其他一些研究结果，选取若干个生长方程作为湿地松生长备选模型。1.Richards equationY=a*(1-exp（-k*t）)b2.Mitscherlich equationY=a*(1-exp（-k*t）3.logistic equationY=a/(1+b*exp(-k*t)4.Gompertz equationY=a*exp(-b*exp(-k*t)5.Allometric growth equationY=a*xb6.Power幂 Y=b0*b1t7.Growth Y=exp(b0)+ b1t8.S(寺崎模型（1915）)Y=exp(b0+ b1/t)9.LogisticY=1/(1/u)+ b0* b1*t) 上述各个生长模型方程式，Y为林分测树因子，t为林分年龄，a,b,k,b0,b1为待定参数。2.4建立生长模型 本文在建模过程中主要采用曲线估计和线性估计的方法。两种估计方法都是由相关系数、生物学意义来决定选择生长模型。以各生长区域的湿地松小班数据库为材料，先进行数据处理，再建立生长模型，现仅以第一个生长区域（按生产力划分）的小班数据库为例。根据95年二类调查的小班数据可知，该区收集了 6560个小班。以小班为单位，按年龄求出平均高的平均值和标准差，并按一个标准差剔出异常值，同时把年龄为0的异常值删除。剩下5061个小班的数据库用于建立平均高的生长模型，先按年龄求出平均高的平均值，通过SPSS10.0软件中的曲线估计和线性估计对平均值进行拟合，建立平均高（H）与年龄 (t)的回归模型，求出个参数及方程的相关系数(R)；建立平均胸径生长模型的步骤如下：剩下5061个小班的数据库剔除平均胸径的异常值，标准是：（1）平均胸径为0的小班；（2）在曲线分析过程中曲线表现不正常的小班，例如5年生的湿地松胸径竟达80cm。在剩下的3189个小班数据库用于建立平均胸径的生长模型。同样先按年龄求出平均胸径的平均值，通过SPSS10.0软件中的曲线估计和线性估计对平均值进行拟合，建立平均胸径（D）与年龄 (t)的回归模型，求出个参数及方程的相关系数(R)；建立公顷蓄积(m) 与年龄 (t)的回归模型的方法与平均胸径的一致,小班数据库为1905个。3 结果与分析3.1 按生产力水平划分由于影响树木生长的因素很多，而这些主要体现在林分优势高、平均高、平均胸径、平均单株材积、立木株数等测树因子上，因而本文在对广东省湿地松林分生长模型的研制过程中主要是根据按广东省现有的资料按生产力水平划分。 根据各林分的湿地松的生产力水平不同，以县为单位，按现有的资料，全省湿地松的生长情况可划分如下3个生长区域。区域 县 名（1）最适区韶关市郊，仁化县，南雄市，始兴县，翁源县，曲江县，乳源县，乐昌市，连平，平远县，英德，连山，连南，连州（2）适宜区从化市，新丰县，源城，新丰江，龙川，紫金，梅县，蕉岭县，大埔县， 丰顺县，五华，兴宁市，惠东县，博罗县，龙门县，陆丰市，阳春市，信宜市，化州市，肇庆市郊，高要市，广宁县，德庆县，封开县，怀集县，清城，清新，佛冈，揭西县，新兴县，罗定市，郁南县（3）较适宜区增城市，广州各区，宝安区，南澳县，澄海市，潮阳市，汕头各区，惠州市，惠阳市，海丰县，新会市，台山市，开平市，恩平市，鹤山市，高明市，三水市，阳江市各区，遂溪县，廉江市，茂名市，电白县，潮安县，饶平县，惠来县，普宁市，揭东县3.2林分树高生长过程 通过曲线估计和线性估计，可相应地求出8个备选方程的各参数，其结果见表：平均高的拟合结果生长适宜方 程 名 称相关系数2回归系数区域序号Y=f (A)(Rsq)1Richards equation0.72576a=8.11 b=1.79 k=0.17Mitscherlich equation0.70436a=14.38 k=0.05logistic equation0.50613a=5.48 b=2.01 k=0.24Gompertz equation0.73043a=7.56 b=3.21 k=0.25Allometric growth equation0.68736a=0.78 b=0.85Growth0.62165b0=0.18 b1=0.16S(寺崎模型（1915）)0.70792b0=2.06 b1=4.59Logistic0.62165b0=0.84 b1=0.832Richards equation0.80559a=9.32 b=1.44 k=0.11Mitscherlich equation0.8008a= 19.22 k=0.03logistic equation0.55503a=5.14 b= 2.05 k=0.22Gompertz equation0.89932a=7.84 b=2.96 k=0.20Allometric growth equation0.79180a= 0.63 b=0.91Growth0.69021b0= 0.12 b1=0.16S(寺崎模型（1915）)0.71377b0= 1.94 b1=4.38Logistic0.69021b0= 0.88 b1=0.863Richards equation0.83877a=11.69b=1.49 k=0.10Mitscherlich equation0.83090a=23.36 k=0.03logistic equation0.58914a=7.14 b=8.27 k=0.18Gompertz equation0.83937a= 9.89 b=3.03 k=0.18Allometric growth equation0.82481a= 0.75 b=0.89Growth0.70442b0= 0.41 b1=0.13S(寺崎模型（1915）)0.76631b0=2.17 b1=4.83Logistic0.72920b0= 0.66 b1=0.88(注：生长区域序号1代表最适区；生长区域序号2代表适宜区；生长区域序号3代表较适区，阴影部分表示符合要求的方程。以下同样)不同生长区域，根据选择Rsq（R2）最大模型的原则，同时要考虑所选择的模型适合生物学的意义，综合以上因素，三个适宜区的模型都为： （1） Y= 7.56*exp(-3.21*exp(-0.25*t)（2） Y= 7.84*exp(-2.96*exp(-0.20*t)（3） Y= 9.89*exp(-3.03*exp(-0.18*t)由上表可知，生长区的有些回归方程的相关系数R较小，主要原因有两个：1，原始数据的准确度和精确度都比较低；2，所选择的备选模型可能不符合区域的湿地松生长过程（如logistic equation）。 3.3林分胸径生长过程通过曲线估计和线性估计，可相应地求出8个备选方程的各参数，其结果见表： 平均胸径的拟合结果生长适宜方 程 名 称相关系数2回归系数区域序号Y=f (A)(Rsq)1Richards equation0.49837a=13.71 b=1.96 k=0.18Mitscherlich equation0.48083a=22.44 k=0.05logistic equation0.50546a=12.37 b=9.49 k=0.36Gompertz equation0.50145a=13.16 b=3.20 k=0.23Allometric growth equation0.46567a=1.44 b=0.80Growth0.40748b0=0.99 b1=0.12S(寺崎模型（1915）)0.43064b0=2.69 b1=5.48Logistic0.40748b0=0.37 b1=0.892Richards equation0.68254a=15.46 b=1.65 k=0.13Mitscherlich equation0.67248a= 28.38 k=0.04logistic equation0.68106a= 12.28 b= 9.21 k=0.33Gompertz equation0.68260a=13.66b=3.07 k=0.20Allometric growth equation0.66099a= 1.26 b=0.84Growth0.54723b0= 1.08 b1=0.10S(寺崎模型（1915）)0.65288b0= 2.74 b1=6.07Logistic0.54723b0= 0.34 b1=0.903Richards equation0.75219a=14.91b=2.24 k=0.17Mitscherlich equation0.72910a=30.84 k=0.03logistic equation0.75276a=13.13 b=11.22 k=0.36Gompertz equation0.75156a= 14.15 b=3.60 k=0.22Allometric growth equation0.71724a=1.22 b=0.86Growth0.62016b0=1.04 b1=0.11S(寺崎模型（1915）)0.69171b0=2.90 b1=7.19Logistic0.62016b0= 0.36 b1=0.90由上表可得三个生长区域得模型分别为：(1) Y=12.37/(1+9.49*exp(-0.36*t) (2) Y=13.66*exp(-3.07*exp(-0.20*t)(3) Y=13.13/(1+11.22*exp(-0.36*t)3.4林分公顷蓄积生长过程通过曲线估计和线性估计，可相应地求出8个备选方程的各参数，其结果见表：公顷蓄积的拟合结果生长适宜方 程 名 称相关系数2回归系数区域序号Y=f (A)(Rsq)1Richards equation0.17684a=34.05 b=5.15 k=0.38Mitscherlich equation0.15171a=43.53 k=0.11logistic equation0.18188a=33.51 b=16.88 k=0.52Gompertz equation0.17781a=34.08b=5.97 k=0.40Allometric growth equation0.13255a=7.53 b=0.58Growth0.10433b0=2.53 b1=0.07S(寺崎模型（1915）)0.16251b0=3.92 b1=6.13Logistic0.104329b0=0.08 b1=0.932Richards equation0.35537a=55.07 b=1.89 k=0.13Mitscherlich equation0.35537a= 52.81 k=0.08logistic equation0.35726a= 47.39 b= 9.12 k=0.27Gompertz equation0.35645a=51.76 b=3.16 k=0.17Allometric growth equation0.33906a= 3.77 b=0.88Growth0.28473b0= 2.32 b1=0.09S(寺崎模型（1915）)0.31365b0= 4.09 b1=7.81Logistic0.28473b0= 0.10 b1=0.913Richards equation0.50306a=58.83 b=4.95 k=0.23Mitscherlich equation0.46003a=1044.16 k=0.003logistic equation0.49991a= 53.53b=29.34k=0.40Gompertz equation0.50277a= 57.42 b=6.66 k=0.26Allometric growth equation0.46570a=2.49 b=1.10Growth0.46104b0=2.02 b1=0.13S(寺崎模型（1915）)0.55407b0=4.75 b1=13.07Logistic0.46104b0= 0.13 b1=0.88由上表可得三个生长区域得模型分别为：(1) Y=34.08*exp(-5.97*exp(-0.40*t)(2) Y=47.39/(1+9.12*exp(-0.27*t)(3) Y=exp(4.75+