基于树冠重叠面积的天然混交林林木竞争指数

构建基于树冠重叠面积和林木混交关系的竞争指数,探究天然混交林林分及主要树种竞争的表达方法,并以甘肃省小陇山林区锐齿槲栎天然混交林为研究对象,采用胸径、树高、冠幅、距离等信息的2期调查数据,对新构建的基于树冠重叠面积的天然混交林林木竞争(CIM)指数进行验证,并选取Spearman系数,对CIM竞争指数和传统竞争指数进行相关性分析。结果表明,采用树冠投影重叠和考虑树高关系确定竞争木的方法能有效避免竞争木多选或漏选;CIM1、CIM2、CIM3能够表达出混交林竞争压力变化,表现出竞争压力越大林木蓄积生长量越小的趋势,将树种混交因子引入竞争指数能够提高蓄积生长量与竞争指数的相关性,更加客观的描述林分中竞争状况。竞争指数与蓄积生长量相关性由大到小排序为CIM2>CIM3>CIM1>Bella竞争指数(CIO)>简单竞争指数(CI)>CIO_(2)>CIO1,表明竞争指数CIM2对混交林竞争表达更具参考意义。林分中主要树种锐齿槲栎由于相邻木中同树种相邻木增加,导致竞争压力增大。天然混交林中树种组成复杂多样,林木分布不均匀,在竞争指数中引入树种混交因子能够较为真实的反映林木竞争状况。

基于结构优化的择伐对锐齿槲栎天然林结构与生长的影响

以甘肃小陇山林区锐齿槲栎天然林为对象,分析基于结构优化的择伐方式林分和未择伐林分的树种组成、生物多样性、径级结构、空间结构及生长之间的差异。结果表明:1)2008-2018年,择伐后的林分密度、平均胸径、平均树高、胸高断面积和树种数均呈现出先下降后增加的趋势,而Shannon-Wiener指数值和Pielou均匀度指数呈现增加的趋势;未择伐样地林分的密度、树种数、Shannon-Wiener指数值和Pielou均匀度指数呈现下降的趋势,而平均胸径、平均树高和断面积呈现增加的趋势;2)择伐样地和未择伐样地10 a间林木径级分布结构和林木的分布格局没有改变;而择伐样地的林木混交程度不断提高,未择伐样地的林木混交程度下降;3)2次调查间隔期内,择伐样地的胸径平均相对生长率分别较未择伐高18.4%和55.2%,胸高断面积相对生长率分别较未择伐高18.2%和54.4%;4)2008-2013年,择伐样地的进阶率和死亡率均高于未择伐样地,而在2013-2018年,择伐样地死亡率大幅下降。5)择伐样地和未择伐样地内各径级间的胸径平均生长率呈现随径级的增加而下降的趋势,且各径级间差异显著。择伐样地和未择伐样地的胸径相对平均生长率在2013-2018年差异显著。可见,基于结构优化的择伐方法能够保持林分结构的连续性和稳定性,促进林木的生长和更新,提高林分结构多样性和林木混交程度。

天然混交林最优林分状态的π值法则

【目的】提出一个全新的林分状态合理性评价方法,为森林经营决策奠定科学基础。【方法】依据多指标综合评价原则,提出基于单位圆的林分状态评价方法,并利用该方法对我国天然锐齿栎混交林和红松阔叶林进行林分状态分析。【结果】现实林分状态优良程度取决于林分状态指标所构成的闭合图形面积大小,该面积与最优林分状态值(期望值)之比即是对现实林分状态最为恰当的度量。而最优林分状态值(期望值)恒等于单位圆面积π,此即为最优林分状态的π值法则。与常用的多指标体系比较分析的专业图表雷达图的本质区别在于,本文所提出的单位圆方法能够直接给出最优林分状态期望值。研究给出现实林分状态的计算公式并划定5个等级区间,指出林分状态可从林分空间结构(林分垂直结构和林分水平结构)、林分年龄结构、林分组成(树种多样性和树种组成)、林分密度、林分长势、顶级树种(组)或目的树种竞争、林分更新、林木健康8方面加以描述,这8方面能够表征林分主要的自然属性,且对应的每个指标值都是可操作的并能够及时收集到准确的数据。为凸显指标的先进性和实用性,文中提到的多数指标均采用最新研究成果并给出可选的测度方法。林分状态指标的归一化处理是林分状态评价的关键,应用本文提出的方法对我国天然红松阔叶林和锐齿栎混交林的林分状态进行分析发现,评价结果直观可靠,符合现实林分的客观实际。【结论】本文提出的基于单位圆的林分状态评价方法,特别是其中最优林分状态的π值法则,可为森林经营决策奠定科学基础,也可为不同地区不同类型森林健康质量评价提供分析工具。

随机分布的角尺度置信区间及其应用

角尺度通过描述相邻木围绕参照树的均匀性来进行林木水平分布格局的判定。研究分析80 000个模拟随机分布林分的角尺度均值的标准差(σ珚W)发现:随机分布林分的角尺度均值的标准差主要受模拟株数(N)的影响,模拟窗口的大小对其的影响可以忽略不计;模拟株数与角尺度均值的标准差关系极为紧密,表现为模拟株数越少,标准差越大,且标准差随着模拟株数的增加而变小,这种关系用幂函数σ珚W=0.210 34N-0.488 72能够很好地表达,相关指数R2高达0.998;研究基于统计学正态分布原理建立了随机分布林分角尺度均值置信区间,95%的置信限为0.5±1.96σ珚W=0.5±1.96×0.210 34N-0.488 72;99%的置信限为0.5±2.58σ珚W=0.5±2.58×0.210 34N-0.488 72;并有当林分或某一种群的林木分布的角尺度均值珚W在所建立的置信区间[珚WLd,珚WLu]内,即在相应的置信水平上判断为随机,若珚W>珚WLu时为团状分布,珚W<珚WLd时为均匀分布。这个与调查株数有关的判定标准的提出进一步完善了角尺度理论,并为林分空间结构参数角尺度在实践中的应用提供了简洁方法。

基于交角的林木竞争指数

建立基于交角的林木竞争指数(u_a_CIi),该指数能够同时表达出竞争木对对象木的上方遮盖和侧翼挤压。该指数取值范围为[0,1),无量纲,指数值越大,表明树体越小,所承受的竞争压力越大,清晰直观地表达林木在林分中所处的相对竞争态势。从理论上阐明大的竞争邻体比小的竞争邻体对对象木有更大影响,不仅反映在上方的遮盖也体现在侧方的挤压中。该指数与林木大小的相关性明显高于常用的HEGYI竞争指数。在测量技术飞速发展的今天,该竞争指数将具有很大的应用前景。

我国西北主要天然林经营模式设计

[目的]研制森林经营模式属于森林经营研究的核心内容。如何将现有的、已被实践检验而富有成效的经营方法与技术进行组装配套,形成森林经营模式是目前天然林经营研究中亟待解决的科学问题。[方法]将天然林经营的目标设定为保育健康、稳定、优质、高效的森林,根据现有林中大径木的多少确定经营类型,基于众多的试验结果或研究成果进行经营措施安排,期望在百年左右的时段内,通过有序调整小树拥挤度、大树均匀性、林分成层性和幼树开敞度,并进行地力维护以及结构化森林经营等技术措施,使现有天然林演变为恒续林。[结果]设计出了3大类20种经营模式,即9种针叶林(松林、云杉林)复层异龄林模式、4种栎类阔叶林模式以及7种松栎(阔)混交林模式。所设计出的天然林经营模式都包含了林分整体经营和单木经营,而在单木经营中均采用了结构化森林经营技术。[结论]研究设计出的20个经营模式为我国西北地区天然林保育提供了既先进又实用的技术指南,也对我国其它地区天然林经营有非常重要的借鉴作用。

秦岭南坡松栎林群落演替过程中种间联结性和相关性研究

为了揭示秦岭南坡松栎林群落动态变化过程中物种间关系与群落演替的相互作用,基于2×2列联表,采用方差比率法、χ2检验、Jaccard指数和Spearman秩相关性系数探讨了油松林→松栎混交林→锐齿栎林演替序列过程中3个演替阶段群落优势种群的种间联结性和相关性。结果表明:(1)油松林、松栎混交林和锐齿栎林群落总体联结性均为显著正联结,各自具有相对的稳定性。(2)油松和松栎混交林群落正负联结性和相关性比例较小,群落稳定性均低于锐齿栎林群落。(3)先锋种间及其与前期过渡种间、顶级种间及其与后期过渡种间竞争较为激烈,过渡种间(包括前期过渡种间、前期过渡种与后期过渡种间、后期过渡种间)正联结占优势,较为稳定。(4)不同演替阶段群落可分别划分为4个、5个、4个生态种组。研究认为,秦岭南坡松栎混交林演替过程中种间关系逐渐趋于稳定共存,实践中及时调整种间关系可促使秦岭南坡松栎林群落趋于健康稳定,有效缩短演替的进程。

小陇山2种典型天然林空间结构参数分布特征

采用林分空间结构参数一元分布、二元分布、林分综合指数和距离分析方法,探讨小陇山林区2种典型天然林空间结构特征。结果显示:(1)油松天然林混交度为0.397,树种隔离程度较低,锐齿栎天然林混交度为0.797,混交良好,油松、锐齿栎天然林胸径大小比数分别为0.507、0.485,林分均处于中庸状态,角尺度分别为0.511、0.508,林木分布格局均属随机分布。(2)油松、锐齿栎天然林中相同混交程度或优劣程度的林木大多处于随机分布,相同混交程度或分布格局的林木处于不同优劣程度的林木大致相等。区别在于油松天然林中同一优劣程度或分布格局的林木大多与同种相邻,而锐齿栎天然林中同一优劣程度或分布格局林木大多处于强度和极强度混交。(3)油松、锐齿栎天然林林分空间结构指数(FSSI)分别为0.526、0.739,林分空间结构距离(FSSD)分别为0.788、0.576,锐齿栎林空间结构明显优于油松林。FSSI和FSSD具有极显著的线性关系,FSSD=-1.481 5×FSSI+1.625 7,R2=0.990 6(P<0.01),二者在表述林分空间结构方面具有较强的一致性。研究表明:二元分布、林分空间结构指数和距离分别是从林木水平和样地水平研究林分空间结构较为有效的方法,可为小陇山林区林分微观结构分析和精细的结构调整提供新途径。

小陇山锐齿栎天然林空间结构特征

研究小陇山3个类型锐齿栎天然林的直径分布和空间结构参数(混交度、角尺度和大小比数),分析其空间结构特征。结果表明:王安沟100多年未经人为干扰的锐齿栎天然林和响潭沟皆伐迹地上经近40年封山后自然恢复的次生林均表现为异龄林的直径分布特征,但从q值来看,王安沟锐齿栎天然林直径分布较响潭沟次生林更加合理,白营西沟择伐林的直径分布虽然表现为小径木占的比重比较大,但各径阶间的变幅平缓,有明显人为干扰的痕迹;王安沟锐齿栎天然林和白营西沟次生林林木个体分布角尺度均值分别为0.489和0.487,林分内林木整体分布格局属随机分布,响潭沟次生林林分角尺度均值为0.520,其林木水平分布格局表现出轻微的团状分布,群落还处于演替的早期阶段;3个林分中王安沟锐齿栎天然林的树种隔离程度最高,响潭沟次之,白营西沟最低,混交度分别为0.598,0.542和0.451;白桦、华山松在不同的林分中所处的地位不同,从王安沟锐齿栎天然林、响潭沟次生林到白营西沟择伐林表现出大小比数依次降低的趋势,而锐齿栎、漆树等树种则在3个林分中所处的地位一致;人为干扰对白营西沟次生林的结构特征有明显的影响。

抚育间伐对小陇山林区华山松林下植物多样性的影响

为探索不同间伐强度对华山松人工林下植物多样性的影响,在甘肃小陇山林区设置典型样地,以29年生华山松人工林为研究对象,分析弱度间伐(20%)、中度间伐(30%)和强度间伐(40%)林下的灌草丰富度指数、植物多样性指数以及均匀度指数的变化规律,并以未间伐样地作为对照,比较不同样地间的共有种和相似性系数。结果表明:1)随着间伐强度的增大,华山松林下灌草植物种类明显增加,强度间伐林下植物多样性指数和均匀度指数最高;2)阴坡样地的物种丰富度大于阳坡样地,但坡向对林下植物多样性指数和均匀度指数没有显著影响;3)不同强度间伐样地之间有较多的共有种,但与未间伐样地间的相似性系数较低。研究表明,强度间伐能够维持小陇山林区华山松人工林下较高的植物多样性,且以阴坡林下的物种丰富度最大。

小陇山林区2种锐齿栎次生林林分的结构特征

【目的】对甘肃小陇山林区2种干扰类型锐齿栎次生林林分的结构特征进行分析,探讨不同林分结构分析方法提供的信息,为锐齿栎次生林的保护、恢复和结构优化调整提供理论依据。【方法】以甘肃小陇山林区典型的长期未经人为干扰的样地(王安沟)和经过'次生林综合培育'技术经营后恢复的锐齿栎次生林样地(小阳沟)为例,运用林分结构基本特征分析方法及基于相邻木空间关系的结构参数、标记混交度和大小分化二阶特征函数,分析不同干扰模式下锐齿栎次生林林分的结构特征。【结果】2个样地的林分基本结构特征有一定差异,小阳沟林分的密度较小,平均胸径、断面积较王安沟林分大,但树种多样性较低,二者的林木分布格局和混交度分布检验差异也不显著;标记混交度和大小分化二阶特征函数体现出2个样地的林木个体大小分布和不同树种间的关系存在较大差异,小阳沟林分在0~10 m尺度上同种聚集趋势十分明显,林木大小分化在整个研究尺度上随机分布;王安沟林分在0~10 m尺度上同种聚集的强度较小,林木在7~12 m尺度上表现为相同大小林木的聚集趋势先增加后趋向随机分布。【结论】王安沟林分是自然演替的结果,经营措施对小阳沟林分结构起到了一定的调整作用。对于次生林而言,合理的经营可以促进林分生长和林分质量提高。标记二阶特征函数能够提供林分内树种分布和大小分化随尺度变化的关系,并对林分结构特征形成的生态过程具有一定的解释能力。

小陇山百花林场次生松栎混交林群落及优势种群空间结构特征

采用空间结构参数(角尺度、混交度、大小比数)一元分布和二元分布探讨小陇山林区百花林场次生松栎混交林群落及其油松、锐齿栎优势种群的结构特征。结果表明:群落和油松、锐齿栎种群中多数林木和各自总体处于随机分布;大小比数频率分布较均匀,整体生长均处于中庸状态;群落中混交良好的林木较多,油松和锐齿栎种群中度混交和强度混交的林木较多,混交度均值(珡M)分别为0.572、0.592,空间隔离程度明显低于群落(0.696)。群落和油松、锐齿栎种群中同一优劣程度或混交等级的林木大多处于随机分布,林分中较为常见的结构单元参照树周围相邻木大多为随机分布的其它树种,同一分布格局或混交等级的林木处于不同优劣程度的林木比例近似相等;但同一优劣程度下,群落中的林木大多混交良好,油松种群中的林木大多处于中度混交,锐齿栎种群中则大多处于强度混交。群落及油松和锐齿栎种群空间结构一元分布、二元分布特征基本一致,说明油松和锐齿栎种群在很大程度上决定了群落的结构特征和发展趋势。

小陇山锐齿栎天然林结构动态分析

[目的]为了解锐齿栎天然林群落动态变化过程。[方法]采用每木定位监测样地重复观测的方法,对甘肃小陇山林区百花林场王安沟营林区内的锐齿栎天然林进行研究,从树种组成及多样性结构、径级结构、空间结构等几方面分析了锐齿栎天然林群落的结构动态特征。[结果]表明:2次调查群落树种组成和优势树种的重要值排序变化不大,有2个稀少种退出群落,死亡林木40株,死亡率8.3%;群落乔木层的物种丰富度和树种空间多样性下降,优势树种的集中性变大,物种个体数目分配的均匀程度下降。林分径级结构由典型的反"J"型分布变化为左偏的单峰状曲线;群落的空间结构没有发生显著变化,林木分布格局仍为随机分布,中林层和上林层林木个体增加,垂直结构更趋复杂;树种隔离程度下降,建群种锐齿栎的优势度增强,膀胱果、白桦和青榨槭种群的优势度下降。[结论]锐齿栎天然林群落组成和结构变化是一个复杂和缓慢的过程,6年间仅发生了一些微小的波动。

小陇山锐齿栎天然林的树种多样性和结构特征

运用林分结构参数混交度、角尺度、大小比数、直径分布、林层数和物种多样性指标,对小陇山百花林场王安沟经营区锐齿栎天然林样地的群落结构特征进行了研究。结果表明:锐齿栎天然林群落的树种组成十分丰富,树种多样性较高,群落中具有构成当地森林群落的主要树种,结构特征为复层异龄林;在水平结构方面群落中,林木个体分布的角尺度均值为0.489,林分内林木整体分布格局属随机分布;群落的树种隔离程度较高,平均混交度为0.598,处于强度和极强度混交的林木比例高达78.6%;群落中树种以胸径作为比较指标的林木个体的优势排列顺序为:白桦>湖北花楸>漆树>锐齿栎>三桠乌药>华山松>少脉椴>鹅耳枥>青榨槭>膀胱果;在垂直结构方面,群落的平均林层数为2.3层,垂直结构复杂,分化明显。

小陇山油松天然林结构特征

利用固定样地每木定位调查数据和相关分析统计软件,对小陇山林区油松天然林的结构特征进行了分析。结果表明:油松天然林树种组成丰富,群落中共出现18个树种,油松占绝对优势,但样地树种隔离程度较低,属于弱度混交。油松天然林的直径分布为多峰山状曲线,油松种群的直径分布近似于正态分布,可用3参数Weibull分布拟合;树高随胸径的增大而增加,胸径与树高的关系可运用幂函数进行拟合。林分中油松个体的胸径、树高和冠幅的大小分化差异明显,整体上表现为中庸状态;油松天然林林木分布格局为随机分布,油松种群分布格局也为随机分布。

甘肃小陇山灌木林不同改造模式天然更新研究

用样方法,研究了小陇山林区5种典型灌木林地改造模式的乔木树种天然更新幼苗的密度和多样性。结果表明:5种灌木林地改造模式的乔木树种天然更新情况总体良好,小于50 cm高度级幼苗数量相对较少,大于50 cm高度级幼苗的存活率较高;5种改造模式天然更新树种以锐齿栎为主,其中,全面割灌改造日本落叶松(模式3)更新幼苗物种丰富度最高,全面割灌改造油松模式(模式2)天然更新树种丰富度最小;带状割灌改造模式(模式4和模式5)和全面割灌改造华山松模式(模式1)的更新树种多样性较高,各树种分配均匀,优势树种的集中性较低;改造树种华山松的天然更新能力较油松日本落叶松强,带状割灌改造模式更有利于华山松天然更新。

火地塘林区不同径级华北落叶松结构参数研究

以秦岭南坡火地塘林区不同径级华北落叶松为研究对象,利用空间结构分析软件Winkelmass1.0计算所有调查林木的空间结构参数混交度、大小比数、角尺度,以探究不同径级华北落叶松二元分布特征。结果表明,小径木中处于相同混交等级下的大多数林木严重受压或呈随机分布,处于随机分布或混交良好的被压木组成的结构单元最常见。中径木中处于不同混交等级和优势程度组合的林木株数基本相等,处于随机分布的大多数林木具有相同混交等级或相同优势程度。大径木中相同混交等级的绝大多数林木明显处于优势且呈随机分布。为秦岭林区华北落叶松人工林结构优化提供依据。

小陇山辽东栎次生林的结构特征和物种多样性

运用混交度、角尺度、大小比数、林层数等林分空间结构参数,直径分布和物种多样性等非空间结构参数,对小陇山林区辽东栎天然林林分结构特征进行分析研究。结果表明:小陇山林区辽东栎天然林群落的灌木层和草本层物种丰富,多样性高;乔木层物种多样性指数明显低于灌木层和草本层;直径分布特征表现为典型的异龄林直径分布特征;林分天然更新良好,辽东栎实生苗占幼苗总数的46%;林分中林木个体分布角尺度均值为0.541,林木个体水平分布格局属团状分布;群落的树种隔离程度较高,平均混交度高达0.71,群落中77.4%以上的林木处于中度混交以上,处于强度混交的比例也接近于24%;林分中各树种以胸径作为比较指标的大小比数排序为:锐齿栎>辽东栎>漆树>灯台树>华山松>青榨槭>三桠乌药>椴树>秦岭白蜡>梾木;在垂直结构方面,林分的平均林层数为2.45层,林层分化明显。依据辽东栎林分的天然更新和结构特征提出经营建议。

小陇山林区党川林场生态公益林经营类型划分研究

通过对小陇山林区党川林场二类调查数据进行统计分析,阐述了党川林场生态公益林的特点,并依据森林起源、树种(组)、立地类型和经营目的 4个划分因子划分经营类型。结果表明:党川林场生态公益林以天然林居多,林种结构比较单一,主要为水源涵养林,尤以华山松、栎类、红桦、白桦等为优势种的林分较为突出,混交林单位面积蓄积明显高于针叶纯林和阔叶纯林;林龄结构不合理,中龄林和近熟林占主导;14种立地类型中"中山阴薄急险"、"中山阳薄急险"、"中山阳中急险"、"中山阴中斜陡"等的蓄积和面积比重较大,2 430个生态公益林小班可划分为29个经营类型。科学划分的经营类型可为小陇山林区生态公益林制定经营措施提供理论依据和重要参考。

基于林分内部状态与邻域环境的油松林稳定性评价

【目的】构建林分内部状态与邻域环境相结合的林分稳定性综合评价方法,为林分经营和可持续管理提供理论依据。【方法】在北京、陕西、甘肃和山西等油松分布较广且具有代表性的区域设置油松林固定样地,使用全站仪对样地内胸高直径大于5 cm的林木进行每木定位,调查林分组成、结构、更新特征和相邻环境类型,采用单位圆法分析林分内部状态特征;基于林分空间结构分析“结构单元”原理,定义邻域环境指数(NEI)。将林分内部状态与邻域环境评价方法整合,提出林分稳定性综合评价方法,并应用该方法评价不同类型油松林的稳定性。【结果】林分内部状态单位圆分析结果表明,甘肃小陇山天然油松林内部状态最好,其次为山西运城中条山天然油松林、陕西铜川玉华宫天然油松林、山西太原东山人工油松林和北京九龙山人工油松林,林分内部状态值(FIS)分别为0.605、0.515、0.479、0.453和0.311;甘肃小陇山天然油松林NEI最高(0.75),其次为陕西铜川玉华宫天然油松林(0.40),山西运城中条山天然油松林和北京九龙山人工油松林NEI均为0.25,山西太原东山人工油松林为负效应(-0.25)。林分稳定性综合评价指数(FCS)天然林高于人工林,其中,甘肃小陇山天然油松林的稳定性最高(0.653),山西太原东山人工油松林的稳定性最差(0.235),其他林分类型的稳定性介于二者之间。【结论】基于林分内部状态与邻域环境的林分稳定性综合评价方法既可表达林分内部状态特征的差异,也可体现邻域环境对林分稳定性的影响,并能够明确反映出天然林林分稳定性高于人工林的一般规律,评价结果更加清晰、直观,为林分稳定性评价提供了一种新思路,对森林可持续经营具有一定指导意义。