基于VB程序软件的树干生长过程分析方法研究

林 辉

(福建省古田国有林场,福建 古田 352268)

一棵树从幼苗长成参天大树，需要经过几十年甚至几百年的生长过程，在这漫长的生长过程中，经历了不同气候年代，有的年代风调雨顺，有的年代干旱少雨，气候的变迁过程可以从树木的年轮生长情况显示出来，分析树干的生长过程是一项十分复杂的计算分析。目前人们对树木的生长过程分析主要采用计算器、计算机等计算工具加以人工作图方法进行，这种分析方法费时费力，也不够科学。随着计算机科学技术的飞速发展，人们通过编写程序软件，实现快速计算与分析已成为可能。

树木的生长是靠一年年的生长积累完成的，树干的生长主要是通过树干的直径、树高和材积的生长完成。要全面了解树干生长量情况，需要通过每年或定期对树木生长情况进行不间断地调查，这种方法很难做到。若要快速的方法来分析树干的生长过程，那就是采用树干解析的方法。树干解析是通过量测树干横断面年轮的宽度，确定各年龄或龄阶的直径生长量，根据树干的纵断面上年轮数之差确定各年轮断面上树高生长量，然后再计算出各个年龄或龄阶的材积、形数和形率等参数。树干生长过程分析十分复杂，计算的数据量大，依靠人工计算与手工作图方法分析，费时费力，同时也不够科学。VB语言是目前一种十分流行的编程语言，利用VB平台编写操作性强、运算速度快的应用程序，可以帮助人们快速地解决这项繁杂的分析计算工作。

1 程序设计过程

1.1 VB语言特点

VB语言是大家比较熟悉的一种语言，是面向对象的一种编程方法(Object Oriented Programming)，其把程序和数据作为一个对象封装起来，并为对象赋予相应的属性与功能。VB通过事件来执行对象的操作，通过编写微小的子程序,即过程，这些过程分别面向不同的对象，由用户操作引发事件来驱动完成某种特定的功能；VB是一种基于窗体的可视化组件安排的联合，程序员不用写多少代码就可以实现一个简单程序操作，一般具有计算机基础知识的人也可以编写这类程序。

1.2 程序设计思路

从树干生长过程所需要的数据入手，程序设计应充分考虑以下几个要素：

1)计算精确、运算快速。树干生长过程分析涉及的公式较多，计算数据量大，计算过程复杂，目前人们使用office excel电子表格等软件进行分析计算，可以缩短计算时间，但有些图表数据无法处理和显示。利用VB工具编程，必须解决计算速度和图表显示问题。

2)界面友好，调试方便。程序应充分考虑到操作界面的友好性，人感觉的舒适性，同时所设计的程序便于修改与调试。

3)存取快捷，打印美观。衡量一个应用软件是否优秀，必须具有快速存取数据文件功能，同时也要具有打印输出图表功能。为此，程序软件设计必须要考虑文件存取和打印输出功能模块。

1.3 程序设计框架

框架是程序设计的骨架，是程序设计的神经脉络，应直观展现出整个程序运行的功能和特点。树干生长过程分析软件的设计框架主要包括以下几个窗体模块：系统登入模块(kds1.frm)、数据输入模块(kds2.frm)、数据计算模块(kds3.frm)、数据分析模块(kds4.frm)、数据存取模块(kds5.frm)、显示图表模块(kds6.frm)、打印输出模块(kds7.frm)(图1)。

图1 程序软件功能模块

各模块主要功能：

系统登入模块：输入用户名及密码；

数据输入模块：输入解析木基本数据与圆盘直径量测数据；

计算与分析模块：按程序代码的执行过程，自动运行计算和分析数据；

显示图表模块：在计算机显示屏上显示图表数据；

数据存取模块：对录入的原始数据与分析数据进行保存，保存介质一般为计算机硬盘；

打印输出模块：打印输出各种图表数据。

2 树干生长过程分析

树干生长过程分析主要包括外业数据采集、内业数据分析计算和成果提交几个方面内容。以林场所采伐树木为例，阐述树干生长分析过程分析步骤。

2.1 外业数据采集

2.1.1解析木选择

解析木的选择是树干生长过程分析中一个主要内容。一般来说，解析木选取是根据研究目的与要求决定。如要了解林木的生长情况，应选择林分内生长健壮、无病虫害、无断顶、无双梢的平均木或优势木；如要了解病虫害对林木生长的影响情况，应选择林分内中等水平的被害木或被压木；如要了解气象和水文的变化情况，应选择当地年龄最大的古树。本次解析木的选取为一个林分小班中的一株平均木。

2.1.2解析木生长环境记载

解析木确定以后，要对解析木生长环境进行记载，记载内容包括：

1)林分特征，如位置(省、县、乡、村、林班号、大班号、小班号)、林分组成、起源、年龄、土壤、立地、地被物等；

2)解析木与相邻木的关系，如测定相邻木的树种、树高、胸径、冠幅及位于解析木的方位关系。

2.1.3解析木伐前测定

在解析木伐倒前，第一要标出解析木的根颈和胸径位置，测定胸径值，在树干上标注树干的北向；清除解析木周围杂草灌木，控制导向，伐木时注意锯口要平，做到不断梢、不掉皮、不劈裂。

2.1.4解析木伐后测定

解析木伐倒后，按伐前北向标记，在树干上一直标记到树梢。量测根颈至第一个死节和第一个活节的长度，以及树冠的长度。去枝后，用皮尺量出树高值和 1/4、1/2、3/4 处的带皮直径与去皮直径。再标定出各区分段的中央直径与底梢位置。现以2 m区分段为例区分如下：除第一段为2.6 m以外，其他各区分段长度为2 m。如一株24.6 m的解析木，确定中央断面的位置是1.3、3.6、5.6、7.6、11.6、13.6、15.6、17.6、19.6、21.6 m，稍底断面位置为22.6 m，梢头长度2.0 m。区分段划好后，各区分段中央位置处、基部和稍底使用红色粉笔进行标记，以示各圆盘锯取位置。

2.1.5解析木圆盘截取

截取圆盘的目的是获取各断面高处的年轮数量值，测定年轮值是树干解析的关键工作之一。圆盘截取为树干横断面、根颈、胸径和梢头底径位置，按根颈至上的顺序分别标记0号盘、1号盘、2号盘等。具体要求：(1)圆盘应尽量与树干垂直，圆盘厚度以2～5 cm为宜；(2)区分段位置的圆盘面为工作面。在其背面标明北向，并用分式的形式书写，分子写解析木号，分母写圆盘号及断面高，对于0号盘应加注树种、时间与地点。圆盘是树干解析的重要材料，应妥善保护，防止树皮脱落及圆盘干燥、变形和开裂。

2.2 内业数据分析计算

2.2.1查数各圆盘年轮数

在查数圆盘之前要把圆盘的工作面刨光，最后在盐水中浸泡一下，可以减轻开裂，增加年轮的清晰度，以便查定年轮。先查0号圆盘上的年轮，通过髓心画东西、南北方向线，从髓心向4个方向按龄阶(5年)查数，每满一个龄阶在4个方向上标记，最后剩下几年需要记住，0号圆盘的年轮均为树龄。从1号圆盘开始，各圆盘上的年轮均是从外向髓心查数，因为最外一个年轮均是最近一年所生，先数出最外不足一个龄阶的年轮数，再继续向内数，各年轮圆盘每个龄阶在4个方向上标记，一直数到髓心。这样才能使各个圆盘的年轮和树木实际生长情况相吻合。

2.2.2各龄阶直径的量测

由圆盘外侧向里逐一确定龄阶值，并分别在南北、东西2个方向量测直径值，取平均数为龄阶直径，要求精确到0.1 cm。

2.2.3程序软件运行操作

“树干生长过程分析”程序软件打开以后，在计算机显示屏上提示输入用户名和密码，如果使用者输入“用户名和密码”正确，进入“数据输入”窗体模块。输入包括2种数据：(1)基本数据输入：如县(市)、乡(林场)、林班、大班和小班，以及地名、起源、年龄、树种、测量者、时间等；(2)树干各区分段圆盘直径值输入。数据输入结束后，运行程序。

2.3 数据计算与分析结果

程序运行结束后，数据计算与分析结果主要有：(1)树干直径与树高生长过程表；(2)树干生长过程汇总表；(3)树干各种生长曲线图；(4)树干纵剖面图等。如：本次采集的一株解析木，树干生长过程分析数据如下。

2.3.1树干直径与树高生长过程表

树干直径与树高生长过程表见表1。

表1 树干直径与树高生长过程表

2.3.2树干生长过程汇总表

利用树干生长量公式计算各龄阶的材积、树高、直径平均生长量和连年生长量；利用普莱斯勒公式计算各龄阶材积的生长率和形数。树干生长过程汇总表见表2。

表2 树干生长过程汇总表

2.3.3树干各种生长曲线图

横坐标表示年龄，纵坐标表示直径、树高、材积等各种生长量，确定一定的比例尺，分别绘制各种生长量曲线图等(图2～图7)。

2.3.4树干纵剖面图

树干纵剖面图是树干解析的重要成果之一，通过树干纵剖面图可以显示树木各龄阶的树高、直径及干形的情况(图8)。

图3 直径连年平均生长曲线

图4 树高生长曲线

图5 树高连年平均生长曲线

图6 材积生长曲线

图7 材积连年平均生长曲线

图8 树干纵剖面图

3 小结与讨论

3.1 树木生长主要是树干的生长

树干生长量主要种类为直径、树高、材积的平均生长量、连年生长量、定期生长量和总生长量。各种生长量都有计算公式和计算方法，在各种生长量的计算公式中，参数的选择是多样的，必须按照树木生长规律要求配置各种参数。

3.2 基于VB编程分析计算高效准确

一株解析木，如果靠人工或手工完成计算与绘图,大约需要1～2个工作日,且在操作过程中还会出现计算和分析方面的错误；利用VB平台编写程序分析计算，大约需要10 min时间就能完成。2种方法比较，后者比前者更加快速与科学，可以极大地节省工作时间。

在林业经营活动中，如果有目的地在林分中选择林木进行生长过程分析，通过科学评估，制定经营措施，提高管理水平，增加面积产量，具有现实的指导意义。