專利名稱：：用數(shù)學(xué)模型確定森林群落最小調(diào)查面積的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種統(tǒng)計(jì)調(diào)査方法，尤其涉及一種用數(shù)學(xué)模型確定森林群落最小調(diào)查面積的方法。
背景技術(shù)：
：一個(gè)森林生態(tài)系統(tǒng)必然占據(jù)一定的面積，在此面積上所有的植被并不是雜亂無章的堆積，而是有一定的組成結(jié)構(gòu)，并與其環(huán)境構(gòu)成統(tǒng)一的整體。樣地面積大小是森林調(diào)查中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，調(diào)査面積的大小對于恰當(dāng)表現(xiàn)一定森林類型具有重要意義，而且它直接影響到調(diào)査精度和成本，精確的調(diào)查一定要在適宜的面積上進(jìn)行，因此受到眾多學(xué)者的重視。確定一個(gè)植物群落的種類組成的古老的辦法就是在這個(gè)群落地段上進(jìn)行種類統(tǒng)計(jì)，但是由于一個(gè)群落地段所占的面積常常很大，種在群落內(nèi)分布也很少是均勻的，我們既不可能對整個(gè)群落地段進(jìn)行全面統(tǒng)計(jì)，也不可能只在一塊很小的面積上進(jìn)行調(diào)査用以代表整個(gè)群落的種類組成，這就產(chǎn)生了一個(gè)研究群落種類組成時(shí)統(tǒng)計(jì)面積適當(dāng)大小的問題?，F(xiàn)有技術(shù)中，森林群落最小調(diào)査面積的確定方法有種一面積曲線法。該方法通常采用在群落地段的中央，逐步成倍擴(kuò)大樣方面積，統(tǒng)計(jì)隨著面積擴(kuò)大增加的種數(shù)，用種的數(shù)目與樣方面積增加的關(guān)系，繪制出種一面積曲線(species—areacurve)。曲線的特征是，起初陡峭上升，而后慢慢趨于平緩，這是因?yàn)殚_始的幾個(gè)樣方中出現(xiàn)許多種，而后來擴(kuò)大的樣方中增添的種數(shù)就愈來愈少，曲線開始平緩時(shí)所對應(yīng)的面積即群落的最小面積。曲線變平緩的標(biāo)準(zhǔn)不易確定、準(zhǔn)確性較低，此外，該方法工作量大，調(diào)查花費(fèi)的時(shí)間和費(fèi)用較高。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種準(zhǔn)確性較高、簡便易行的用數(shù)學(xué)模型確定森林群落最小調(diào)査面積的方法。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的用數(shù)學(xué)模型確定森林群落最小調(diào)査面積的方法，包括在所述的森林群落中選取樣方，并逐步擴(kuò)大樣方面積，統(tǒng)計(jì)所述樣方不同的面積對應(yīng)的樹種種數(shù)，并采用Monod模型表征所述樣方的種一面積關(guān)系S=式中，a、b—參數(shù)；S—種數(shù)；A—面積；對所述Monod模型求二階倒數(shù)-當(dāng)S"小于等于設(shè)定的閾值時(shí)，所對應(yīng)的面積Amin即為所述森林群落的最小調(diào)查面積。由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明所述的用數(shù)學(xué)模型確定森林群落最小調(diào)査面積的方法，由于采用Monod模型表征樣方的種一面積關(guān)系，然后對Monod模型求二階倒數(shù)，當(dāng)種數(shù)的二階倒數(shù)S"小于等于設(shè)定的閾值時(shí)，所對應(yīng)的面積Amin即為所述森林群落的最小調(diào)查面積，準(zhǔn)確性較高、簡便易行。圖l為本發(fā)明中樣方面積逐步擴(kuò)大的示意圖。具體實(shí)施方式本發(fā)明的用數(shù)學(xué)模型確定森林群落最小調(diào)査面積的方法，其較佳的具體實(shí)施方式是，在所述的森林群落中選取樣方，并逐步擴(kuò)大樣方面積，統(tǒng)計(jì)所述樣方不同的面積對應(yīng)的樹種種數(shù)，然后，用數(shù)學(xué)模型表征種一面積曲線?？梢圆捎肕onod的模型。Monod模型形式為式中，a、b—參數(shù)；S—種數(shù)；A—面積(m2)。該模型具有如下特性A=0，S=0;S隨面積A增加，趨于最大值即有漸近線趨勢；A—~，S=a/b。這意味著，植物群落的最大種數(shù)可通過a/b來確定。根據(jù)種-最小面積的定義，即面積增加到一定程度時(shí)面積再增加植物種數(shù)也不會(huì)有實(shí)質(zhì)性的增加。數(shù)學(xué)表達(dá)即為，當(dāng)模型(1)的二階導(dǎo)數(shù)(s")為零(^'=0)或近似為零(如小于等于1*10—6)時(shí)，所對應(yīng)的面積Amin即為所述森林群落的最小調(diào)査面積。參數(shù)a、b的值可以用通過選取所述樣方的多個(gè)種一面積對應(yīng)的值，用回歸的方法確定。具體實(shí)施例采用5塊大樣地進(jìn)行分析，這5塊大樣地分別來源于中國、蒙古、緬甸、南非和德國。其中南非樣地屬于亞熱帶天然闊葉林，面積為11850m2，中國樣地屬于溫帶落葉混交林，樣地面積10000m2，德國樣地為溫帶落葉混交林，樣地面積為5740m2，蒙古樣地為泰加林，樣地面積為2500m2，緬甸樣地為熱帶森林，樣地面積為10000m2。這些數(shù)據(jù)包含所有林木的空間位置坐標(biāo)和樹種組成。如圖1所示，計(jì)算面積從大樣地中心開始選取10mX10ni的中心樣地，中心樣地的大小也可以小于或大于10mX10m，然后按20mX20m、30mX30m、40mX40m、45mX45m、50mX50m、55mX55m、60mX60m、70mX70m、80mX80tn、90mX90m，逐蔣斤擴(kuò)大，并依次進(jìn)行樹種計(jì)數(shù)。其中，每次擴(kuò)大時(shí)的步長可以為5—15米，如10米等。如表1所示，為5塊大樣地種數(shù)與面積關(guān)系。表1.種-面積關(guān)系<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>如表2所示，應(yīng)用表l中的種一面積對應(yīng)值，用回歸的方法確定所述參數(shù)a、b的值。然后，通過本發(fā)明的方法可求最大種數(shù)Smax和最小面積Amin。表2.估計(jì)的模型參數(shù)、最大種數(shù)和最小面積試驗(yàn)地abR2SmaxAmin緬甸/Sinthwat0.0160590.0004280.976383261(60X60m)南非/Knysns0.019740.0007480.977262795(55X55m)中國/Jiaohe0.0259690.0012020.98222468(50X50m)德國/Bovenden0.0127930.0016710.75281494(40X40m)蒙古/Sangstai0.0513520.0125290.8944788(30X30m)從上述數(shù)據(jù)中研究表明，種-面積關(guān)系可用Monod模型來表達(dá)，各大樣地的相關(guān)系數(shù)R2均很高；模型估計(jì)的最大種數(shù)表現(xiàn)為熱帶最大、亞熱帶和溫帶次之、寒溫帶最小，這與樹種多樣性的氣候特征相一致；參數(shù)b越大，最大種數(shù)Smax的值越小。本發(fā)明運(yùn)用模型和數(shù)學(xué)手段提出了種-最小面積可以通過模型的途徑進(jìn)行確定。即通過令模型二階導(dǎo)數(shù)為零或近似為零(IX10"來確定，從而有效解決了現(xiàn)有技術(shù)中種-面積曲線變平緩的標(biāo)準(zhǔn)不易確定的缺陷。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本
技術(shù)領(lǐng)域：
的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。權(quán)利要求1、一種用數(shù)學(xué)模型確定森林群落最小調(diào)查面積的方法，其特征在于，包括在所述的森林群落中選取樣方，并逐步擴(kuò)大樣方面積，統(tǒng)計(jì)所述樣方不同的面積對應(yīng)的樹種種數(shù)，并采用Monod模型表征所述樣方的種-面積關(guān)系2、根據(jù)權(quán)利要求l所述的用數(shù)學(xué)模型確定森林群落最小調(diào)查面積的方法，其特征在于，所述Monod模型中，參數(shù)a、b的值用下述方法確定選取所述樣方的多個(gè)種一面積對應(yīng)的值，用回歸的方法確定所述參數(shù)a、b的值。3、根據(jù)權(quán)利要求l所述的用數(shù)學(xué)模型確定森林群落最小調(diào)査面積的方法，其特征在于，所述的閾值為1X1(T。4、根據(jù)權(quán)利要求l所述的用數(shù)學(xué)模型確定森林群落最小調(diào)査面積的方法，其特征在于，所述的閾值為0。5、根據(jù)權(quán)利要求l所述的用數(shù)學(xué)模型確定森林群落最小調(diào)査面積的方法，其特征在于，在所述的森林群落中選取樣方時(shí)，所選取的中心樣方的大小小于等于10米X10米。6、根據(jù)權(quán)利要求6所述的用數(shù)學(xué)模型確定森林群落最小調(diào)査面積的方法，其特征在于，所述樣方逐步擴(kuò)大時(shí)，每次擴(kuò)大的步長為5—15米。7、根據(jù)權(quán)利要求7所述的用數(shù)學(xué)模型確定森林群落最小調(diào)查面積的方法，其特征在于，所述樣方逐步擴(kuò)大時(shí)，每次擴(kuò)大的步長為10米。全文摘要本發(fā)明公開了一種用數(shù)學(xué)模型確定森林群落最小調(diào)查面積的方法，在森林群落中選取樣方，并逐步擴(kuò)大樣方面積，統(tǒng)計(jì)所述樣方不同的面積對應(yīng)的樹種種數(shù)，并采用Monod模型S=aA/(1+bA)表征樣方的種-面積關(guān)系，然后，對Monod模型求二階倒數(shù)S″。當(dāng)S″等于零或接近零時(shí)，所對應(yīng)的面積即為森林群落的最小調(diào)查面積。準(zhǔn)確性較高、簡便易行。文檔編號(hào)G06N7/00GK101251906SQ200810056460公開日2008年8月27日申請日期2008年1月18日優(yōu)先權(quán)日2008年1月18日發(fā)明者惠剛盈申請人:中國林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)研究所