天然次生林不同择伐强度林分生长动态仿真开题报告

全日制专业学位研究生学位论文开题报告学 院：学位类别：专业名称：学 号：姓 名：校内导师：校外导师：开题日期：福建农林大学研究生处制表1填 表 说 明1. 此表适用学位类别为：农业推广硕士、工程硕士、兽医硕士、林业硕士、风景园林硕士、工商管理硕士、公共管理硕士。2. 开题报告应在校内外导师的指导下完成，各项内容要实事求是，逐条认真填写，表达要明确、严谨。3. 硕士生应在第三学期内完成开题报告，通过论证后至少半年后方可申请答辩。4. 本表经审核签字(章)后提交一式二份，其中研究生处备案一份，学院存档一份。5. 本表电用 A4 纸打印，格式不变，内容较多可自行加页。2一、选题基本情况中文 天然次生林不同择伐强度林分生长动态仿真论文题目英文 Different Selective Cutting Intensity Stand Growth Simulation of Natural Secondary Forest关键词( 中英文) 林分 stand；生长动态 growth dynamics；择伐 selective cutting；仿真 simulation选题分类(请打“”)应用基础研究() 项目规划与设计( ) 技术研究与推广( ) 产品研制与开发( ) 管理与社会科学( ) 文学艺术作品( ) 其它(请说明情况)选题来源国家级科研项目() 省部级科研项目( ) 地方政府科研项目( )横向课题( ) 自选课题( )摘 要(不超过 800 字)森林经营管理的实质在于对森林进行人工调控，使其充分发挥最大的经济效益、社会效益和生态效益，因此，就必须掌握林分的性质、林分空间结构分布及林分生长变化规律。利用已设立的我国唯一的保存完好的中亚热带典型的天然次生林长期跟踪试验样地，在 1996 年已完成群落本底及不同强度择伐后调查和 2006 年已完成自然恢复 10 年后复查的基础上，进行不同强度择伐自然恢复 15 年后的群落特征和林地生态因子的调查。然后，利用这些长期复测数据，构建以择伐强度为主要影响因素的单木胸径生长方程、树高生长方程和树高曲线方程；利用树高曲线方程，推导出适合该地区的一元材积方程；结合所构建的单木模型为基础，进行林分的生长动态模拟。再利用Onyx TREE 和 3Ds MAX 软件进行不同强度择伐样地各时期的林分生长状态仿真，在结合 PHOTOSHOP 技术制作林分生长变化的动态画面，实现林分生长变化动态的仿真，为探索中亚热带天然次生林生态采伐与更新技术提供依据。3二、选题依据2.1 研究意义森林是陆地生态系统的主体，山地森林是我国森林资源的主体，但是长时间的无节制的森林采伐和不合理的林地利用已经给我国的山地森林造成了巨大的伤害，面积锐减，林相破败，林分质量下降，并严重威胁流域中下游地区的生态安全 1。自 1998 年开始实施的天然林保护工程，为我国山地森林提供了良好的休养几会，但大面积的禁伐措施的推行也引起了不少的矛盾和冲突 2-4。如在天然林保护和管理方面把禁伐代替一切偏向，忽视经济活动的基本规律以及社会根本需求和林区民众根本利益。因此学习国外近自然的异龄林经营方式，以择伐为主，也采用渐伐，对皆伐有严格限制的管理模式，有利于集约经营及择伐作业，同时研究一种有效的经营模式，将有利于减少天然次生林资源的消耗，提高天然次生林生态系统的稳定性，充分发挥其各项功能。此课题将在长期跟踪调查天然次生林不同强度择伐实验样地的基础上，以连续定位实测数据为依据，对中亚热带天然次生林群落在不同强度择伐状态下的林分生长动态变化进行系统仿真，建立仿真模型，进一步探索中亚热带天然次生林林分生长对不同择伐强度的响应机理，揭示不同择伐强度干扰下中亚热带天然次生林林分生长状况、空间结构未来的发展趋势，为实现天然林保护工程可持续发展提供基础研究资料，也为探索中亚热带天然次生林生态采伐与更新技术提供依据。2.2 研究现状2.2.1 国外研究现状林分生长动态及收获的模型化和过程模拟研究，于 20 世纪 60 年代初期开始，到 70 年代初取得较大进展 5。林分收获表是林分生长和收获模型最早的形式，是一种用来预测林分收获量的图表，其以表格的形式针对某一地区，按不同林分，分别地位级记载不同生长阶段的林木因子，如蓄积量、密度和平均直径等。早期林业模型研究比较薄弱，决策者需求最多的是数据支持，由于这种方法获得数据容易，预测林分收获量简单、方便、快捷，因此仍有部分国家和专家学者采用这种方法来模拟林分的生长情况。随着对林分模型的深入研究和决策者素质的提高，迫切需要依靠模型向决策者描述决策过程，比较和选择侯选决策方案的模型支持 6。森林可持续经营研究由早期的定性描述趋向于定性与定量相结合的定量化、模型化方向发展。林分生长模型明确地用数学解析式表达，是森林经营决策的重要工具。在过去的一个世纪，林分生长模型主要受到了以下 4 个方面发展的影响： 营林体制从同龄纯林转向混交林； 模型中越来越多地考虑了随机关系； 森林经营目标发生变化，不仅是林分生长和收获； 计算机的广泛应用 7。因此，模拟的广度和复杂性也增加，模拟尺度从全林分到单木，从经验模型到过程模型再到混合模型，目标也从林分收获预测到生态过程描述。林分生长动态模拟的基础是树木生长动态模拟及林分空间结构变化的模拟，但是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、难点和热点问题。Solomon 和Shugart 认为解决这一问题的有效途径是通过建立计算机模拟系统来模拟和预测森林群落的动4态过程 8。为此，以 P Prusinkiewicz 等为首的加拿大卡尔加里大学计算机系 BMV 实验室，根据生物学家 Lindenmayer 于 1986 年提出并以其姓氏首写字母命名的 L系统为植物形态结构的描述框架，对树木的形态结构进行了描述，模拟了单株树木的生长，建立了单株树木虚拟的通用模拟系统 Vlab/L-Studio，实现了对于不同类型树木的模拟 9。美国农业部林务局太平洋西北研究站、华盛顿大学森林资源学院与耶鲁大学全球可持续林业研究所在进行面向森林生态系统可持续经营管理的研究项目中，结合森林资源调查数据和 20 个林区的森林生长模型，开发了集成软件系统 LMS(Landscape Management System)及相应的可视化软件工具 SVS 和EnVision10。林分生长模型 (FVS)作为 LMS 软件系统中主要的软件模块之一，已经被广泛用于评价林分的生长状况和预测不同经营管理措施下林分未来的动态变化，为了更好地模拟单株树木和林分在生理过程、气候变化等环境条件下的日和年时间尺度上的生长过程，美国林务局将FVS 与 STAND-BGC 组合在一起，开发了森林生长混合模拟系统 FVS-BGC11。美国的一些商业软件公司也十分重视与树木和林分可视化仿真有关的研究和开发，推出了一系列的相关软件12,13。但是，在我国目前仅是将 FVS 系统引入国内，并还未建立起一套能够适用于不同森林类型和林分结构的林分生长模拟系统。2.2.2 国内研究现状我国对林分生长模型的研究起步较晚，20世纪50年代才比较系统地编制出了某些主要树种的生长过程表。此后，由于历史的原因，这方面的科学研究工作基本停止。直至80年代后，国家对森林经营关注度的逐渐提高，这方面的研究又重新引起专家学者的重视而逐渐开展起来 14。 林分生长模型建立和选优自1988年起，国家自然科学基金对于多个关于模型和模拟方面课题的连续资助，如唐守正院士主持研究的“我国主要人工林生长模型、经营模型和优化控制”和“林分动态模型模拟技术”等课题，不仅提高了我国林分生长动态模型的研究水平，也推动了林分生长动态模型研究的热潮。翁国庆 15根据森林生长理论，应用连续的森林资源清查数据推导，建立了可用于森林经营调查数据更新和经营决策优化的林分生长动态模型。惠淑荣 16等在3个参数Richards生长方程的基础上，提出了日本落叶松5参数生长方程，并投入生产应用中，得到很好的预测效果。卢军17应用与PROCNSIS系统相似的方法，建立了长白山地区天然混交林各主要优势树种的单木生长模型。黄增 18利用标准地材料建立了柳杉人工林林分生长模型，并提出了相应的预估方法，可以及时有效地掌握柳杉人工林资源动态变化。郭明春 19等应用生理森林过程生长模型对杉木试验林的生长进行模拟，建立了高精度的杉木人工林林分生长模拟模型。随着专家学者的不断深入研究，建立了许多生长模型，这就为林业生产实践带来了另一问题模型选优，即对于不同的林分类型应该选择哪类模型，以保证模型预测的准确性。为此，林业工作者针对各自林分基本情况，开展了一系列的模型对比选优研究。杨锦昌 20等选择Richads、Korf、Logistic 、Gompertz和Mitscherlich这5种理论生长方程，利用广西大青山单叶省藤和黄藤人工林多年固定样地调查数据，进行模型拟合对比分析，指出Korf方程最能准确描述5单叶省藤和黄藤林分生长特性，更适合建立单叶省藤和黄藤人工林生长模型。李春明 21通过对非线性混合模型与Richards 和Schumacher 模型进行拟合对比，说明了非线性混合模型比传统的生长模型具有更高的模拟精度。刘平 22等运用理论生长方程建立了油松人工林林分生长模型，并进行了拟合对比，指出了各生长方程参数值受限的因素和拟合精度最高的为Mitscherlish方程，这不仅可以对北京地区油松人工林的生长动态进行精确预测，还可以为油松人工林的科学经营提供理论依据。 高精度林分生长模型算法建立模型的关键在于模拟的精度，构建高精度的模型具有巨大的应用价值和学术意义。但是，由于树生长是一个随机动态过程，受多方面因素影响，树木生长随年龄变化表现出复杂的曲线，而现有的各种数学模型，具有其约束条件和适用范围，即使在满足各类前提条件的情况下，模型也很难准确地描述现实树木生长状态与年龄间的关系，模拟和预测的效果都不够理想。伴随着计算机技术发展而产生的新技术，为高精度模型算法的研究提供了一个新的平台，专家学者也在这一方面进行了一系列的研究。黄家荣 23等以马尾松人工林为研究对象，以单木生长神经网络模型为基础，构建了林分生长与收获预测模型，并通过预测检验说明了该模型具有较好的预测效果。刘永霞 24等在充分考虑树木生长的动态性、随机性和非线性的前提下，以北京山区油松解析木生长数据，建立了Elman型胸径生长和树高生长的神经网络动态模型。通过对模型的拟合性和仿真性进行检验，发现该模型的拟合和仿真曲线均为“S”形曲线，符合树木生长的规律，具有突出的拟合性、预测性和稳定性。刘莉莉 25等考虑了树龄、立地指数和林分密度等影响树木生长因素的基础上，采用遗传规划技术进行数据拟合，构建了高精度和适用性强的华北落叶松生长模型。阚龙攀 26等利用黑龙江省落叶松解析木数据，采用BP 神经网络对林分胸径和树高进行模拟，并与传统的生长方程进行了拟合精度对比，结果表明神经网络建模技术对生长方程拟合精度的提高大有益处。 林分生长动态的仿真技术随着计算机技术的迅猛发展和数学模型理论的日益完善，系统仿真技术在林业生产中被广泛应用。通过利用计算机图形仿真技术，在三维空间中，建立林分的三维可视化模型，依据林分生长规律模拟树木的生长状况，模拟森林的经营管理过程，从根本上改变了传统的林业生产管理模式，超越了时间和空间的限制，为森林的动态生长研究提供了一种更直观方便的研究方法，受到了广大专家学者的青睐。陆元昌等在固定样地观测数据的基础上，建立了热带森林生长动态模型用VBA语言与EXCEL结合开发了森林生长和经营模拟系统应用软件 5。权兵 27等提出了一种具有数据库的寻森林环境构造方法，并在该环境中以Weibull模型模拟了林分的生长过程，构建了林分不同时段的林分三维景观。范菁 28等针对森林的生长动态过程，提出了一个全新的森林场景架构设计方案，开发了具有较好的交互性、可扩展性和可维护性的森林生长动态过程仿真系统。蒋娴 29等设计的林分可视化模拟系统可针对林分分布和林分生长进行专业模拟，在计算机上恢复和重建林分空间结构，模拟林分的生长动态，预测林分生长趋势，并实现二维和三维的可视化。刘东平 30等采用L系统描述树木的拓扑结构，提出了一种通用的基于6环境变化的树木生长动态的仿真模型，该模型可以较真实地再现仿真树木的动态生长过程。除此之外，研究人员还应用系统仿真技术对森林资源的前景及发展趋势、生态环境规划、树木三维可视化、森林火灾森林立木蓄积资源、树木生长模拟、森林景观动态等进行仿真研究 31-36。通过系统仿真技术的运用，编制出了许多林分生长和收获预测软件包，这不仅能提高了工作效率，还能提高林分生长量和收获预估的准确性。随着对树木的生长机理、森林生态系统的模拟与预测研究的日益深入及计算机技术的进一步提高，林分的生长动态的仿真及模拟将通过更完善的三维图像技术及其它可视化工具来实现。2.3 存在问题1) 缺乏长期定位研究，模型使用受限。虽然，我国对于林分生长与收获模型已有广泛而深入的研究，并取得了不少成果。但由于缺少长期的固定样地复测数据，使得构建的模型精度和适用范围受到限制，阻碍了林分生长模型的应用和研究。2) 树木模型过于简单，仿真难度较大。已有的树木生长模型是在一定的假设基础上，考虑模型的求解以及生产实际的应用而建立的，这就不可避免地出现模型简化的情况，但反而增大了林分生长动态模拟的难度。3) 模型数据库不完善，数据更新困难。林分生长动态模拟需要大量的基础数据，由于现有系统的模型数据库是相互独立的，缺乏交互性，使得数据更新的同时需要更改大量的源程序代码，无形中增加了工作量。参 考 文 献：1 何东进，吴景贤，谢益林，等 中国天然林保护与可持续经营问题与对策 J福建林学院学报，2007，27(2)：186-192 2 谭灵芝，冯慧娟中国天然林保护工程的环境善治研究J西北农林科技大学学报(社会科学版) ，2009，9(6)：44-48 3 陈慧芳天然林保护工程区封山禁牧问题浅议J内蒙古林业调查设计，2009，32(3)：29-304 杞银凤云南省天然林资源保护工程后续政策研究与探讨J 内蒙古林业调查设计，2009，32(3) ：17-205 陆元昌，杨宇明，杜 凡，等西双版纳热带林生长动态模型及可持续经营模拟J北京林业大学学报，2002，24(5/6) ：139-1466 陈安峰择伐林经营决策支持系统的研究J农业系统科学与综合研究，1993，9(1)：65-687 雷相东，李希菲混交林生长模型研究进展J北京林业大学学报，2003，25(3)：105-1108 Solomon A M，Shugart H HVegetation dynamics & global changeMNew York：Chapman & Hall， 19939 Lane B，Prusinkiewicz PGenerating Spatial Distributions for Multilevel Models of Plant CommunitiesCProceedings of Graphics Interface 2002，2002：69-80 10 James B McCarter，Jeremy S Wilson，Patrick J Baker，et alLandscape Management through Integration of Existing Tools and Emerging TechnologiesJJournal of Forestry，1998，96(6) ：17-23 11 Kelsey S Milner，Dean W Coble，Andrew J McMahan，et alFVSBGC：A hybrid of the physiological model STAND-BGC and the forest vegetation simulatorJCanadian Journal of Forest Research，2003，33(3)：46612 Bojana Bosanac and Pjer Zanchi2005OnyxTREE Professional/about.html 13 廖邦洪，陈东立北美地区森林景观可视化的研究与应用J世界林业研究，2005，18(5)：57-64714 邓 成，吕 勇，雷渊才，等林木生长和收获模型研究进展与发展趋势 J林业调查规划，2010，35(1)：7-1215 Weng Guoqing，Chen XuefengStudies on stand dynamic growth model for larch in Jilin in ChinaJJournal of Forestry Research，2004，15(4)：323-32616 惠淑荣，于洪飞日本落叶松林分生长量 Richards 生长方程的建立与应用J 生物数学学报，2003，18(2)：204-206 17 卢 军长白山地区天然混交林单木生长模型D哈尔滨：东北林业大学，200518 黄 增柳杉人工林林分生长模型的研究J福建林学院学报，2007，27(1)：74-7919 郭明春，刘建锋杉木人工林林分生长模拟J福建林学院学报，2011，31(1)：65-6820 杨锦昌，尹光天，李荣生，等 5 种生长方程在 2 种藤林生长模型中的应用 J福建林学院学报，2007，27(3)：217-221 21 李春明利用非线性混合模型进行杉木林分断面积生长模拟研究J北京林业大学学报，2009，31(1)：44-4922 刘 平，王玉涛，马履一，等油松人工林林分生长过程动态预测及检验J 东北林业大学学报，2010，38(1)：40-43 23 黄家荣，孟宪宇，关毓秀基于单木生长神经网络模型的林分生长预测J 山地农业生物学报，2005，24(6)：477-482 24 刘永霞，冯仲科，杜鹏志Elman动态递归神经网络在树木生长预测中的应用 J北京林业大学学报，2007，29(6)：99-103 25 刘莉莉，王克俭，吴 超，等遗传规划在林分生长模拟中的应用研究 J河北农业大学学报，2009，32(1)：59-61 26 阚龙攀，黄家荣，赵俊卉，等基于 BP 神经网络的落叶松生长模型研究 J江苏农业科学，2010，(1)：366-367，37927 权 兵，唐丽玉，陈崇成，等虚拟地理环境下的林分生长可视化研究J福建林学院学报，2004，24(3)：224-22828 范 菁，孙思昂，董天阳面向森林动态生长过程的场景系统设计和实现J 计算机应用研究，2008，25(9)：2872-2874 29 蒋 娴，张怀清，贺姗姗，等林分可视化模拟系统的设计J林业科学研究，2009，22(4)：597-60230 刘东平，张文俊，田 超，等一种基于环境变化的树木动态生长仿真模型J计算机仿真，2010，(9)：278-28031 孙晓梅，张守功，李凤日，等第 1 遗传改良林分生长和收获预估模型的研究进展 J林业科学研究，2004，17(4)：525-532 32 海占广，吴保国林分生长与收获模型数据库及模型解析器的研究J计算机应用研究，2009，26(1)：209-21133 刘东平，张文俊，田 超，等一种植物花朵开花的动态仿真模型J 微型电脑应用，2010，26(3) ：3-534 孟京辉，陆元昌，王懿祥，等海南岛热带天然次生林生长动态研究J林业科学研究，2010，23(1)：77-8235 周新年，巫志龙，罗积长，等人工林生态采运研究进展J山地学报，2009，27(2)：149-15636 郑丽凤，周新年，江希钿，等松阔混交林林分空间结构分析 J热带亚热带植物学报，2006，14(4):275-2808三、研究方案及工作基础3.1 研究内容林分生长模型在我国已有广泛、深入的研究，并取得了不少的成果。但由于缺少固定样地观测值，使得研究范围受到限制。因此，想要真正掌握林分生长动态变化规律，就必须建立长期连续观测的固定样地，从原始调查数据开始进行仔细分析，寻求各模拟因子与林分因子的关系，进一步拟合出比较理想的模型。(1) 从林分的年龄分布、立地条件、林分密度3个方面，分析林分生长的主要因子，并进行相关数据调查和数据整理；(2) 利用SPSS Statistics 19软件，结合已有的固定样地长期复测数据，以回归标准差和拟合指数为指标，对常用的12种单木生长模型进行选优，然后用最优模型建立不同强度择伐样地的单株树木的胸径和树高生长模型；(3) 构建具有时间序列的林分直径分布模型，并考虑林木的自然枯损，构建林分直径分布9枯损模型，同时，探讨林分树种组成结构和空间结构的发展趋势； (4) 结合Onyx TREE软件，从单株木几何形态出发，构建相应的生长参数关系模型；(5) 最后，结合3DMAX 软件，实现各个时期的林分生长模拟，然后结合PHOTOSHOP软件制作林分生长变化的动态画面，实现整个林分由初期开始的生长动态全程画面。3.2 研究目标通过分析影响林分生长的调查因子，结合固定样地长期复测数据，研究不同强度择伐对林木生长的影响及其关系，建立不同强度择伐作业条件下的单木生长模型；然后，以所构建的单木生长模型为基础，构建林分直径分布模型和枯损模型，并探讨林分树种组成结构和空间结构的变化趋势，实现林分生长动态的仿真；最后，利用所构建的模型，通过所预测的林分空间结构变化趋势，利用图形仿真技术，实现林分生长变化的三维可视化模拟，更直观地反映天然林不同强度择伐后林分群落结构变化和生态恢复的演替机理，为进一步探讨研究不同强度择伐对天然林林分的长期生长进行的动态调控机理奠定基础。3.3 研究方法3.3.1 试验地概况及设置试验地位于福建省建瓯大源林业采育场(11758451185711E，263854272026N) ，地处武夷山脉的东南部，鹫峰山脉的西北侧。该区属中亚热带海洋性季风气候，年平均气温1517，年均降水量 1 890 mm 左右，年蒸发量为 1 327.31 605.4 mm，年均相对湿度 83%。伐区位于该场 84 林班 17、18、19 小班，属低山丘陵地形，海拔 600800 m 之间，坡度 2835，土壤为花岗片麻岩发育而成的山地黄红壤，土层厚度中、疏松，质地为轻壤土或重壤土。试验林前茬为 38 年天然恢复的次生林(1 杉 2 马 7 阔) ，伐前立地条件基本相同，于 1996 年 3 月进行不同强度择伐(弱度 13.0%、中度 29.1%，强度 45.8%和极强度 67.1%)和皆伐作业，伐后天然更新。按采坏留好、采老留壮、采大留小和采密留稀的原则，以采伐马尾松(Pinus massoniana Lamb.)、米槠(Castanopsis carlesii(Hemsl.) Hayata)、甜槠( Castanopsis eyrei(Champ. ex Benth.)Tutch)为主。伐后林分以天然针阔混交林为主体，天然恢复植被，另外还设有未采伐的样地进行对照。择伐作业按照单株择伐的技术要求进行，对采伐木单独记录并挂号。作业措施为：油锯采伐，林内打枝造材，人力肩驮集材，5cm 以上的枝桠全部收集利用，其余归堆清理。于 2006 年 7 月对试验林进行复查。自然植被中，乔木层主要优势树种为甜槠、米槠、虎皮楠(Daphnipyllum oldhamii(Hemsl.)Rosenth)、木荷(Schima superba Gardn.et Champ)等；灌木主要有：黄瑞木( Adinandra millettii(Hook. et Arn.)Benth. et Hook. f.)、石栎 (Lithocarpus glaber(Thunb.)Nakai)、少叶黄杞( Engelhardtia fenzelii Merr.)、密花山矾(Symplocos congesta Benth.)等；草本及藤本主要有：芒萁( Dicranopteris dichotoma(Thunb.)Bernh.)、菝葜(Smilax china Linn.)、狗脊(Woodwardia japonica(L.f.)Sm.)、华里白(Hicriopteris chinensis(Ros.)Ching)、黑莎草(Gahnia tristis Nees)、矩形叶鼠刺( Itea chinensis Hook.et Arn.var. oblonga(Hand.-Mazz.)Wu)、细齿叶柃(Eurya nitida Korthals)、石 斑 木 (Rhaphiolepis indica(L.)Lindl.)、 流 苏 子 (Coptosapelta diffusa(Champ. Ex Benth)van steenis)等 。103.3.2 材料的收集与整理在试验样地内，采取定位观测与生态学相结合的方法，对天然次生林择伐与更新动态跟踪试验样地(15 个 20 m20 m 长期固定样地，其中未采伐 1 块、4 种不同强度择伐各 3 块、皆伐 2块)不同的强度择伐试验前后不同恢复时期进行跟踪调查。对 15 块实验地采用相邻格子法(5 m5 m)进行全林每木(包括乔木和灌木 )调查，记录样地内所有个体种名、树高、胸径、冠幅、相对坐标、枝下高(起测径阶 4 cm)和各树种密度和盖度，以及胸径 4 cm 以下的幼苗、幼树株数。把外业数据录入计算机，建立数据文件，具有林木坐标信息的样地数据是建立模型的基础。并收集以每 2 cm 胸径等阶介于 5 cm 至 50 cm 胸径大小的 8 个优势树种，即甜槠(Castanopsis eyrei (Champ. ex Benth.) Tutch)、米槠(Castanopis carlesii)、虎皮楠( Daphnipyllum oldhamii(Hemsl.) Rosenth)、木荷 (Schima superba Gardn.et Champ)、马尾松(Pinus)、黄瑞木(Adinandra millettii (Hook. et Arn.) Benth. et Hook. f.)、青冈(Cyclobalanopsis glauca)、丝栗栲(Castanopsis fargesii)的实际生长状态照片。3.3.3 模型的建立与仿真在不同强度择伐自然恢复 15 a 后的林分中，分别选取该 8 个优势树种，利用这些长期复测数据，构建以择伐强度为主要影响因素的单木胸径生长方程、树高生长方程和树高曲线方程；利用树高曲线方程，推导出适合该地区的一元材积方程；结合所构建的单木模型为基础，进行林分的生长动态模拟。再利用 Onyx TREE 和 3Ds MAX 软件进行不同强度择伐样地各时期的林分生长状态仿真，在结合 PHOTOSHOP 技术制作林分生长变化的动态画面，实现林分生长变化动态的仿真。3.4 拟解决关键问题3.4.1 选择和构建最优单木生长模型首先，对自 1996 年起的固定样地长期连续复测数据进行仔细分析研究，从林分的年龄分布、立地条件、林分密度 3 个方面出发，分析模拟因子与影响林木生长因子的关系，重点分析择伐强度对林分生长的影响，选取 12 个常用生长模型，利用 SPSS Statistics 19 软件，以回归标准差和拟合指数为指标进行不同强度择伐样地的拟合选优。然后，用所选的最优模型构建林分在不同强度择伐作业条件下优势树种的胸径和树高生长模型，并采用生长分析法建立树高曲线和材积方程。3.4.2 构建全林分直径结构分布模型首先，利用伐后 15 a 的调查数据，对常用的 Weibull 分布、 分布和负指数分布这 3 类模型进行拟合，从中选择拟合效果最佳的模型。然后，探讨模型参数与时间推移的关系，构建具有时间序列的直径分布模型。最后，构建林分的直径分布枯损模型，并结合林分直径分布模型，形成探索林分直径结构的分布模型。113.4.3 预测不同强度择伐后生长趋势首先，利用全林每木检尺数据，分径阶组讨论不同强度择伐样地优势树种的变化趋势，并预测未来林分的树种结构。然后，根据不同时期跟踪调查的林分空间位置分布数据，利用混交度、角尺度和林木大小比数 3 个指标，分析林分空间结构的变化动态。最后，结合已构建的单木生长模型和林分生长模型，分析不同强度择伐作业下的林分生长动态变化情况，实现林分的生长动态模拟。3.4.4 构建单木可视化仿真参数模型通过分析单株树木形态模拟所涉及的参数因子，并综合考虑本文研究重点为择伐强度对林分整体生长状况的影响。因此，从几何的角度出发，主要把握单株木的整体结构，从中选择了胸径、树高、枝下高、冠幅为主要控制因子，并结合前述所构单木生长模型，构建枝下高与胸径、冠幅与胸径的关系模型。3.4.4 林分生长动态可视化仿真模拟基于前述所构生长参数模型，利用 Onxytree 模拟不同强度择伐样地内不同树种、不同生长时期的生长状态；结合不同强度择伐作业条件下的林分生长动态变化模型，利用 3Ds MAX 将所构树木模型按比例缩成不同时期的三维林分图，并结合 PHOTOSHOP 制作林分生长变化的动态画面，直观地展现择伐对林分的生长状况、空间结构及未来的发展趋势的影响，为综合研究不同强度择伐天然次生林群落结构与功能调控机理以及天然次生林的择伐实践提供科学依据。3.5 本项目特色和创新之处及立论依据(与国内外类似研究比较)特色与创新点：基于固定样地的长期复测数据，研究不同强度择伐作业技术对林分生长的影响，并建立了相应的单木生长模型；构建了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，预测了林分直径结构；将林分空间结构变化趋势和生长预测模型相结合，利用图形仿真技术，实现林分生长动态的可视化仿真。立论依据：针对林分生长模型的研究，国内外专家学者已经进行了大量的研究，并基于不同的方法和理论建立了多种多样的生长模型。但是，许多模型都是基于林分未受干扰的情况下，采用树木解析的方法收集相应数据，并建立模型；或者通过分析影响林木生长的相关因子，建立相应模型。因此，这些模型的建立与林木生长的实际情况有一定偏差。而本研究通过对固定样地进行林木生长影响因子的长期复测，收集相关数据，并重点考虑了择伐作业因素，分析林分生长的动态变化。此外，国内外对于林木可视化研究，主要是对单木或整个林分的可视化模拟，并未见对整个林分生长变化动态可视化模拟的相关报道。3.6 技术路线12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