采伐限额对大兴安岭盘古林场森林碳汇强度的长期影响

【目的】探明采伐限额对林场尺度森林碳汇强度及其持续时间的影响规律和机制,量化不同采伐限额对林场尺度森林多目标经营决策的影响,为全面提升森林质量和碳汇功能提供理论基础。【方法】以大兴安岭塔河林业局盘古林场为例,模拟退火为优化算法,考虑活立木、枯死木、枯落物、木材产品、采伐/加工以及替代效应的碳库,建立以木材生产、生物质能源和碳汇综合收益最大化为目标的经营规划模型,并量化不同采伐限额(情景1:每分期0 m^(3);情景2:每分期19000 m^(3);情景3:每分期38000 m^(3);情景4:每分期56000 m^(3))对100年规划期(10个分期,每分期10年)内经济收益、木材产量、生物质能源产量、碳汇量以及经营措施的综合影响。【结果】当仅考虑碳汇收益时,规划期内盘古林场的总经济收益为15416.19×10^(4)yuan;随着采伐限额的增加,规划期内总经济收益呈明显增加趋势,情景2,3和4分别较情景1增加19.74%、39.14%和58.81%;各分期净碳汇量随着规划分期的增加呈明显降低趋势,而各分期林地碳储量呈明显增加趋势;整个规划期内平均碳汇量0.16~0.24 t·hm^(-2)a^(-1),规划期末林地碳储量高达77.47~77.90 t·hm^(-2),较规划期初增加约48.07%;规划期内中径材蓄积比例呈增加趋势(从5.80%到36.18%),而小径材比例呈明显下降趋势(从45.74%到16.09%),但短小材比例则相对稳定(平均43.98%);各情景中生物质能源产量与木材产量密切相关,其比值分别为0.2437、0.2497和0.2477,整体以收获树干(45.70%)和树根(36.03%)中的生物质能源为主;情景2~4中,平均每分期采伐面积分别为890、1742和2385 hm2,整体以轻度择伐为主(从75.08%到67.65%),但中度(从17.98%到22.25%)和重度(从6.95%到10.10%)择伐面积比例呈明显增加趋势。【结论】长远来看,适当增加大兴安岭地区的森林采伐限额不仅能够增加森林的碳汇强度,还能够显著延长碳汇的持续时间。

大兴安岭不同演替阶段天然林物种多度格局模拟

为实现大兴安岭地区落叶松天然林的全周期可持续经营,以新林林业局翠岗林场3块100m×100m不同演替阶段(白桦林、落叶松-白桦混交林和落叶松林)的天然林固定调查样地数据为基础,采用统计模型(对数正态模型)、生态位模型(断棍模型、生态位优先占领模型、Zipf模型、Zipf-Mandelbrot模型)和中性模型(群落零和多项式模型、Volkov模型)对不同演替阶段天然林的乔木层、幼苗层和由乔木层划分的不同林层的物种多度格局进行拟合,并用χ~2检验和Kolmogorov-Smirnov检验选择最佳模型。结果表明:(1)在大兴安岭地区不同演替阶段的落叶松天然林群落中,Zipf-Mandelbrot模型的拟合效果均最好。(2)对数正态模型对于稳定的演替阶段白桦林和落叶松林的群落相较于过渡阶段群落落叶松-白桦混交林的物种多度分布的拟合效果更好。(3)在大兴安岭地区落叶松天然林中,生境过滤主导群落构建,随着群落不断演替生境过滤和中性过程减弱。(4)天然林群落乔木层的群落构建过程与乔木层内不同生长阶段林层的构建过程不同,生境过滤过程在落叶松林乔木层中逐渐减弱,而在落叶松林不同生长阶段的林层和更新层中增强。

长白落叶松人工林年轮宽度对气候变化的响应

为揭示长白落叶松(Larix olgensis)人工林早材、晚材和全材年轮宽度对气候的响应程度,以东北林业大学帽儿山实验林场27块样地的135株样木树芯为数据源,在建立树木年轮年表的基础上,采用相关性分析量化其早材、晚材和全材年轮宽度与气候要素的关系。结果表明,长白落叶松年轮宽度在时间尺度上可划分为2个明显不同的时间段,其中1974—1985年树木生长主要受春秋两季的温度影响,而1986—2019年则主要受夏季温度的影响。在1974—1985年,冬春季的最高温度和最低温度,特别是上一年和当年的1月和2月以及4月和5月与早材和全材年轮宽度的影响呈负相关的(P<0.05),与晚材年轮宽度的影响呈正相关(P<0.05);上一年和当年春季4、5月的无霜期与早材年轮宽度的影响呈负相关(P<0.05)。在1986—2019年,夏季尤其是上一年和当年6、7月的最高温度以及最低温度与晚材年轮宽度有显著的正相关性(P<0.05);夏季上一年和当年7月的平均温度与晚材年轮宽度的生长有显著的正相关性(P<0.05),但与早材和全材年轮宽度有显著的负相关性(P<0.05)。整体来看,生长季的温度尤其是最低温度和平均温度是限制长白落叶松人工林早材和晚材生长的主要因素,而降水对早材和晚材生长的影响则不显著。

基于RUSLE模型的帽儿山实验林场不同林分类型土壤侵蚀动态评估

为解决定量评估帽儿山实验林场不同林分类型土壤侵蚀动态变化的问题,以帽儿山实验林场1983、1993、2004、2016年4期二类调查数据和Landsat遥感影像数据为基础,采用修订后的通用土壤流失方程(Revised Universal Soil Loss Equation,RUSLE)模型对帽儿山实验林场平均土壤侵蚀量进行动态评估,并量化和分析不同林分类型与土壤侵蚀量间的关系。结果表明,4个时期帽儿山实验林场的年均土壤侵蚀量分别为0.26、0.24、0.10、0.17 t/(hm^(2)·a),其中各期土壤侵蚀强度处于0~1 t/(hm^(2)·a)的面积分别占总面积的98.79%、98.68%、99.88%、98.88%;1983—2016年土壤侵蚀强度未发生变化的区域占70.4%,高等级侵蚀强度向低等级侵蚀强度转移的面积占25.1%,而低等级侵蚀强度向高等级侵蚀强度转移的面积仅占4.5%,表明帽儿山实验林场土壤侵蚀状况整体趋势良好;6种林分类型中,软阔天然林、硬阔天然林、落叶松人工林、樟子松人工林、蒙古栎天然林和针阔混交天然林在1983年的平均土壤侵蚀量分别为0.150、0.161、0.054、0.110、0.121、0.083 t/(hm^(2)·a);到2016年,其平均土壤侵蚀量分别下降53.7%、61.2%、30.3%、83.0%、46.8%、23.2%;除软阔天然林、落叶松人工林和针阔混交天然林于2004—2006年期间土壤侵蚀量轻微增加以外(0.003~0.016 t/(hm^(2)·a)),其余林分类型平均土壤侵蚀量均呈逐年下降趋势。

不同气候情景下小兴安岭3个珍稀易危树种的潜在分布预测

【目的】水曲柳、黄菠萝和紫椴为小兴安岭地区亚顶极群落主要建群树种,分析水曲柳、黄菠萝和紫椴在全球气候变化的背景下的潜在分布区,揭示气候变化对植物分布格局影响,进而为森林质量精准提升和国家储备林建设提供依据。【方法】基于19个气候因子、土壤以及海拔数据,运用MaxEnt模型预测了小兴安岭地区3个珍稀易危树种当前、未来(2021—2040年、2041—2060年、2061—2080年和2081—2100年)4种气候变化情景(ssp126、ssp245、ssp370和ssp585)下潜在分布情况。【结果】1)MaxEnt模型拟合效果良好,AUC值均大于0.7;2)水曲柳重要环境因子依次为年降水量、最热季度的平均温度、最湿月份降水;黄菠萝重要环境因子依次为年降水量、最冷季度的平均温度、最冷季降水;紫椴重要环境因子依次为年平均温度、年降水量、最冷季度的平均温度;3)未来气候变化条件下,水曲柳适生区面积波动较大;黄菠萝在ssp370气候情景下,适生区面积缩减程度最大,其他情况适生区面积趋于平稳;紫椴适生区面积为21 769.87~25 579.46 km^(2),变化范围小,适生区面积有减小趋势。4种气候变化下3个树种核心区中心海拔升高31~222 m。【结论】为使小兴安岭地区森林质量提升,以适地适树为原则,可在伊春市大力种植黄菠萝,在黑河市南部和伊春市北部大力种植紫椴。气候变化对水曲柳影响较大,适生区存在面积小,并且适生区等级降低面积大,建议加大对水曲柳保护力度。

天然林林分空间结构综合指数的研究

以常用林分空间结构参数(混交度、大小比数和角尺度)为切入点,以微观经济学中柯布--道格拉斯生产函数相关理论为基础,通过构建以混交度、大小比数和角尺度为"投入"与林分整体空间结构为"产出"的林分空间结构生产函数,定义了林分空间结构指数(FSSI)。同时,根据林分空间结构3参数的"三维散点图"中现实的林分空间结构向理想结构点变化的趋势,计算了林分空间结构距离(FSSD)。结合黑龙江省3个不同区域、不同林分类型的75块固定样地全面调查数据的林分空间结构参数、林分空间结构指数以及林分空间结构距离的计算结果,验证了林分空间结构指数和林分空间结构距离均能有效反映林分空间结构特征及其动态变化。可以认为,林分空间结构指数和林分空间结构距离是对目前广泛使用的林分空间结构参数的完善和补充,二者均能作为定量描述林分空间结构状态和变化的综合指标。

基于结构方程模型的兴安落叶松天然林碳汇量驱动因素

【目的】探究兴安落叶松天然林碳汇量及其驱动机制,为提升该地区的碳汇功能提供理论依据。【方法】基于黑龙江省大兴安岭地区第7次和第8次国家森林资源连续清查获取的264块固定样地调查数据,考虑林木生长、枯损、进界和采伐4个碳库,分别从林分、气候、多样性、土壤、地形和采伐6个方面选取24项指标,通过逐步回归和结构方程模型,量化了各指标对兴安落叶松天然林碳汇量的影响。【结果】(1)2005—2010年间,该地区兴安落叶松天然林的平均碳汇量为(1.17±0.71)t/(hm^(2)·a)。(2)逐步回归模型的确定系数(R^(2))、均方根误差(RMSE)和平均绝对误差(MAE)分别为0.60、0.60 t/(hm^(2)·a)和0.45 t/(hm^(2)·a),表明所建模型精度较高。模型筛选出的变量包括Shannon-Wiener指数、郁闭度、土壤全氮、土壤全钾、优势木平均胸径、年平均降水量、坡度和林分平均年龄。(3)结构方程模型中各变量对林分碳汇量的路径系数依次为Shannon-Wiener指数(0.462)>郁闭度(0.357)>优势木平均胸径(0.313)>土壤全氮(0.286)>土壤全钾(−0.142)>年平均降水量(−0.107)>坡度(−0.069)。【结论】Shannon-Wiener指数、优势木平均胸径、郁闭度和土壤条件是影响碳汇量的重要驱动因子,可在后续经营中通过合理抚育间伐或冠下补植来调整林分的树种组成、郁闭度和土壤肥力,以达到提升兴安落叶松天然林碳汇功能的目的。

基于最大熵和随机森林模型的3种珍贵硬阔叶树种潜在分布预测

水曲柳(Fraxinusmandshurica)、胡桃楸(Juglansmadshurica)和黄檗(Phellodendronamurense)为中国东北地区3种珍贵硬阔叶树种,分析其分布与环境因子间的关系,预测其潜在分布区,可为其更新和补植等提供参考。以帽儿山实验林场为研究区,选取A1土层厚度、AB土层厚度、土壤类型、坡度、坡位、坡向、海拔、郁闭度、每公顷株数、每公顷蓄积、立地类型和地表总盖度12个环境因子,采用最大熵(MaxEnt)模型和随机森林(RF)模型对3种珍贵硬阔叶树种潜在分布进行预测,通过受试者工作特征曲线下面积(AUC)评价模型精度。结果表明,最大熵模型和随机森林模型的AUC均值分别为0.854和0.920;最大熵模型输出的主要环境因子为立地类型和坡位,随机森林模型输出的主要环境因子为海拔。随机森林模型在精度上优于最大熵模型,两个模型的输出结果均表明限制3种珍贵硬阔叶树种分布的主要因子为地形因子。帽儿山实验林场西部和北部适宜3种珍贵硬阔叶树种生长;3种树种的分布点均落在适生区和较适生区范围内。

间伐对长白落叶松人工林碳汇木材复合经济效益的影响

【目的】为量化不同间伐策略对长白落叶松人工林碳汇木材复合经营中木材产量、碳储量及其经济效益的综合影响。通过比较不同的管理方案,优化林业管理以增强其碳汇功能和木材产量,从而提升林地的总体经济价值。【方法】以帽儿山实验林场长白落叶松人工林为研究对象,以CO_(2)FIX模型为基础,结合气象数据、调查数据和文献数据,探讨由间伐起始期(11、13 a)、间隔期(5、8和10 a)和间伐强度(10%、20%和30%)组成的不同间伐方案(即起始期、间隔期、间伐强度)对长白落叶松人工林木材产量、碳储量、碳流通以及经济效益的影响。【结果】1)较早的间伐起始期有助于提升林分木材产量和碳储量,起始期11 a的林分比13 a的林分木材产量、碳储量增加了约6%和2%;轻度间伐优化碳汇,重度间伐则可提前获得经济效益,10%间伐强度下的林分木材产量、碳储量相较于间伐强度30%的增加了约28.9%和13.2%;而30%间伐强度下林分的经济效益比10%强度下林分增加了19.5%。短间伐间隔(5 a)在木材收获、提升碳汇能力和经济效益比较长的间伐间隔(10 a)增加了10%、5.3%和1.4%。2)当以碳汇和木材为经营目标时,方案A1(11 a,5 a,10%)的效果均为最佳,其木材蓄积、碳储量和经济效益分别为758.49 m^(3)/hm^(2)、124.28 Mg/hm^(2)、32.48万元;当以碳汇木材复合经营为目标时,方案D3(13 a,5 a,30%)效果最佳,其木材蓄积、碳储量分别比方案A1减少了187.8 m^(3)/hm^(2)、13.5 Mg/hm^(2),但经济效益却比A1方案高9.62万元。3)当以碳汇和木材为最优先考虑时,长白落叶松人工林每公顷储碳约246.11 Mg/hm^(2),49%的碳进入土壤碳库,51%的碳进入木材加工。一个轮伐期后,42%的碳进入大气,20%的碳由林产品分解释放,31%的碳留存于木材产品碳库,7%的碳仍存于土壤碳库。而当以碳汇木材复合经营为目标时,长白落叶松人工林每公顷储碳约246.21 Mg/hm^(2),49%的碳进入土壤碳库,51%的碳进入木材加工。一个轮伐期后,43%的碳进入大气,20%的碳由林产品分解释放,31%的碳保存于木材产品碳库,6%的碳仍存于土壤碳库。【结论】研究量化分析了不同间伐策略对长白落叶松人工林在碳汇、木材产量及其经济效益方面的影响,证明根据具体的经营目标(碳汇、木材产量或二者综合经济效益),合理选择和调整间伐策略的重要性。

大兴安岭主要森林类型林分空间结构及最优树种组成

以2011—2012年大兴安岭的44块固定样地调查数据为基础,以常用的林分空间结构参数(角尺度、大小比、混交度、林分空间结构指数和林分空间结构距离)为切入点,对大兴安岭主要森林类型的林分空间结构特征及最优树种组成进行研究。结果表明:天然落叶松林、针叶混交林以及针阔混交林的林木水平分布格局均表现为随机分布,而白桦林则为明显的聚集分布;4种林型中树木的生长整体处于中庸状态,落叶松处于明显优势地位,其他伴生树种则处于不同程度受压状态;落叶松混交程度随着其优势程度的增加而降低,其他伴生树种则具有较高的混交度,整体上天然落叶松林、白桦林的树种空间隔离程度较低,而针叶混交林、针阔混交林的林分平均混交度相对较高;大兴安岭4种主要森林类型林分空间结构的优劣表现为针阔混交林>针叶混交林>天然落叶松林>天然白桦林;天然落叶松林最优的树种组成为8落,其次为7落。

基于Landsat时间序列数据的火烧迹地识别与恢复效果评价

为研究大兴安岭地区火烧迹地识别和火后植被恢复状况,基于2006—2020年Landsat TM遥感影像,利用Google Earth Engine编写代码,以2006年大兴安岭地区松岭区那源林场森林火灾为研究背景,以差分归一化燃烧指数(dNBR)为基础数据进行火烧迹地识别,并对火烧烈度进行轻度、中度、重度和极重的等级划分;基于火烧迹地的增强型植被指数(EVI)值,采用一元线性回归分析、用于气候诊断与预测的Mann-Kendall突变检验法和用于做趋势分析的Theil-Sen median趋势分析等方法分析火烧迹地2006—2020年的植被恢复特征,探究大兴安岭地区火烧迹地植被恢复进程。结果表明,1)基于dNBR得到研究区过火面积为2488.7 hm^(2),其中轻度、中度、重度和极重火烧迹地面积占比分别为23.5%、9.6%、35.2%和31.7%,重度和极重过火区分布于火烧迹地西部和东部,过火强度从中部向南部和北部逐渐降低,其EVI值与火烧前相比分别下降了约30%、40%、58%和67%;2)不同烈度林地火烧迹地EVI恢复速率由大到小表现为极重、重度、中度、轻度,植被恢复过程中,迹地EVI值逐渐增加,其中,轻度和中度火烧迹地可在火后6~8 a恢复,而重度火烧迹地的恢复则需14 a;3)火烧迹地恢复过程中,林地EVI突变点较灌草地少,说明森林生态系统较灌草地稳定性强。不同烈度林地火烧迹地的突变情况也存在一定差异,且对照区的突变时间点滞后于火烧迹地。

不同年龄兴安落叶松单木径向生长对气候变化的响应

量化不同年龄兴安落叶松径向生长与气候因子之间的关系,为兴安落叶松天然林的适应性经营和管理提供决策依据。为此,以黑龙江省大兴安岭地区塔河林业局盘古林场2022年收集的159株兴安落叶松(Larix gmelinii)天然林单木样芯数据为基础,以树木年龄为标准,采用系统聚类方法将样木划分为幼龄组、中龄组和老龄组;运用树木年轮学方法建立标准年表,进而比较和分析不同年龄树木径向生长与气候因子的关系,并采用多元逐步回归法构建对气候敏感的单木径向生长预测模型。结果表明,1)4组(整体组、老龄组、中龄组、幼龄期)兴安落叶松树轮宽度年表的总体样本解释量(EPS)、平均敏感度(MS)和信噪比(SNR)均较高,表明所建立的兴安落叶松标准年表保留了较丰富的气候信息;2)兴安落叶松径向生长主要限制因子为当年8月份温度、前一年8—10月份温度以及当年2、7月份和前一年7、12月份降水量;3)不同年龄兴安落叶松对气候因子的响应存在显著差异,其中,老龄组树木的径向生长不仅受当年夏季温度的制约,还受前一年夏季温度和降水的影响,呈现出显著的滞后效应,而幼龄组和中龄组兴安落叶松则受环境因素的影响相对较小。

大兴安岭盘古林场森林景观的空间分布格局及其关联性

【目的】分析大兴安岭地区主要森林景观类型的空间分布格局及其关联性,以期阐明该地区森林景观形成和维持的内在机制,为该地区森林景观的健康经营提供理论依据。【方法】基于塔河林业局盘古林场2008年森林资源二类调查数据,采用Arc Map10.0软件中的核密度分析和Programita软件（2010版）中的O-ring统计方法研究该地区主要森林景观类型（天然落叶松林、天然白桦林、针叶混交林和针阔混交林）的空间分布格局及其关联性。【结果】核密度分析结果表明,该地区各主要森林景观类型在空间上呈明显聚集分布,其平均斑块密度为0.73~1.57 km-2,空间变异系数高达99.75%~119.67%;点格局O-ring分析结果表明,4种景观类型均在小尺度上呈现显著聚集分布,之后随研究尺度的增大逐渐呈随机分布的趋势;各景观类型之间均在小尺度上显著负关联,在中等尺度上呈现出无关联性,而在大尺度上又有显著的正关联性;森林采伐、林火干扰以及道路网等因素是森林景观格局变化的主要驱动因素。【结论】大兴安岭地区由于极端的气候条件以及长期的采伐和林火干扰等因素,森林景观已经呈现出明显的破碎化趋势。为此,对于森林植被的恢复,可在小尺度上采取连片造林方式,而在大尺度上采用随机造林模式;对树种的选择,应优先选择乡土树种,并注重各树种的合理空间配置;而对于森林采伐,则应采取以择伐和间伐为主的方式;同时,严格控制人类自身活动（如采伐方式、道路安排等）对森林景观的影响,进而从景观水平上创建健康、稳定的森林生态系统。

凉水自然保护区阔叶红松林林分空间结构特征及其与影响因子关系

根据凉水自然保护区28块典型阔叶红松林样地的5个林分空间结构参数和18个影响因子数据,采用典范对应分析(CCA)方法,对凉水自然保护区阔叶红松林林分空间结构与影响因子间关系进行分析。研究结果表明:(1)研究区域阔叶红松林整体具有较好的林分空间结构,其水平分布格局主要表现为随机分布,树木生长整体处于中庸状态,林木的整体混交程度较高;(2)林分空间结构的CCA排序较好的揭示了该区林分空间结构与影响因子的关系;CCA第一排序轴反映了林龄、坡度、阔叶比和坡向的变化,第二排序轴反映了坡向、土壤有机质和平均胸径的变化,上述6因子的组合是决定林分空间结构特征的主要影响因子;(3)影响林分空间结构的变量中,地形、土壤和林分因子共解释了林分空间结构变化的59.20%,其中纯地形因子占30.68%,纯林分因子占19.01%,纯土壤因子占8.21%,未能解释部分为40.80%。

樟子松人工林空间结构优化及可视化模拟

为实现人工林的近自然化改造,以帽儿山樟子松人工林为研究对象,以可视化模拟为手段,以林分空间结构优化为目标,以常用空间结构参数(角尺度、混交度、大小比)为切入点,按照森林演替的一般规律构建樟子松人工林的空间结构优化方案,并将其与林分三维可视化模拟模型进行耦合,建立樟子松人工林三维可视化经营模拟系统。模拟实例表明:林分的平均角尺度从0.461提高到0.487,林木分布格局由均匀分布变为随机分布;林分混交度由0.284上升到0.308,混交程度得到提高;林分大小比由0.515变为0.481,林木个体生长的优势程度得到提高;基于林分空间结构的择伐,使林分空间结构得到了显著优化。该系统可以在虚拟森林环境中实现对森林经营过程的模拟、经营方案的评价和优化、林分未来生长状况的预测以及森林经营活动对林分结构的影响,为我国人工林的科学经营和管理提供一个全新的平台。

基于碳和木材目标的森林空间经营规划研究

以大兴安岭地区塔河林业局盘古林场为例,以模拟退火算法为优化技术,以经济收益为基础,建立能够兼顾森林木材生产、碳储量和经营措施时空分布的多目标规划模型。规划周期由3个10年的分期组成,目标函数包括最大化木材和碳储量贴现净收益、最小化采伐成本,而约束条件则主要涉及最小收获年龄、收获次数、收获均衡以及空间邻接约束等。同时,还评估了一系列碳价格对规划结果的影响。结果表明:由于规划模型中空间和非空间约束的限制,规划期内获得的各种经济收益、木材产量以及碳储量等均随着碳价格的增加呈显著的非线性变化趋势;与碳价格为0元/t时的规划结果相比,当碳价格为我国当前现行碳交易的平均(25元/t)和最高(50元/t)价格时,规划期末的总经济收益分别增加了2.06%和3.91%,但规划期内木材产量和碳储量却无显著差异;如果仅从经济角度考虑,则能够使规划期末单位面积碳储量增加的最低碳价格为1 000元/t。同时,研究结果还表明碳价格虽然显著影响规划期内不同经营措施的采伐面积比例,但规划结果均满足均衡收获约束。

基于森林空间收获问题的模拟退火算法邻域搜索技术比较

邻域搜索是当前提高启发式算法求解效率的核心技术之一,然而近期关于该搜索策略的性能却产生了较大争议。模拟退火算法作为一种典型的启发式算法,已广泛应用于一系列的林业规划问题。为此,本研究以模拟退火算法为例,系统评估2种不同邻域搜索技术在森林空间收获安排问题中的应用效果。规划模型以50年规划周期(10个规划分期)内的最大化木材收获为目标函数,以蓄积均衡收获、蓄积期末存量、单位限制模型和绿量限制等为主要约束条件。测试方法以模拟退火算法为原型,以每次优化过程中随机选择的小班数量为标准,共包括1-邻域和2-邻域2种不同的搜索技术。模拟规划数据由3个假设的栅格数据集组成,其共产生了3 293个(林分Ⅰ)、29 536个(林分Ⅱ)和81 625个(林分Ⅲ)0-1型决策变量。研究结果表明:模拟退火算法2-邻域搜索技术能够提高各规划问题的最大目标函数值;但当规划问题的决策变量数(或小班数量)较大时(即林分数量≥3 600),单纯增加邻域范围并不能提高规划问题的平均目标函数值。因此,鉴于模拟退火算法的优化结果对规划问题具有较高的敏感性,因此森林经营决策人员应慎重选择模拟退火算法邻域搜索作为相关规划问题的优化求解技术。

基于形态结构特征参数的樟子松人工林单木可视化研究

为更加直观地展示樟子松人工林单木的整个生长过程,将系统分析方法和数学建模技术应用于樟子松人工林单木的形态模拟。通过对樟子松人工林单木形态数据的定量分析,结合前人的研究成果,构建了樟子松人工林单木形态模拟模型,并以VC++6.0为开发平台,利用OpenGL构建了樟子松人工林单木生长模拟系统,整个系统由形态模型模块、树冠结构模块、生长模型模块、可视化模块、场景控制模块、数据库和人机交互界面组成。系统运行结果表明:该系统实现了樟子松人工林单木生长机制与形态特征可视化表达的有机融合,展示了树冠结构模型、生长模型与可视化有机融合的思路;该系统不仅能很好地模拟樟子松人工林单木的形态特征,还能较逼真地实现樟子松人工林单木生长过程的模拟。樟子松人工林单木的可视化为人工林的可视化经营提供了基础,同时对于其他树种的可视化表达也有很好的借鉴意义。

大兴安岭盘古林场森林碳汇木材复合经营规划

【目的】长期以来,我国森林经营研究主要集中在林分(或样地)尺度上,以期总结出适用于各种林型的最优经营模式,而忽略了不同经营选项的时空配置问题。因此,本文将在传统木材收获规划模型的基础上引入碳增量目标建立能够兼顾不同择伐强度时空配置的多目标空间经营规划模型,以期为我国森林资源的多目标经营管理提供理论依据和技术支撑。【方法】本研究在森林分类经营思想指导下,以大兴安岭塔河林业局盘古林场为研究对象,以规划周期内木材生产和地上乔木层碳增量的经济收益为经营目标,以规划期内木材均衡收获、期末碳储量及择伐措施时空分布为主要约束,最后采用模拟退火算法建立经营单位尺度森林多目标空间经营规划模型;基于该模型,在我国当前碳贸易和木材市场的双重约束下,确定盘古林场50年规划期内最优森林经营方案,分析最优森林经营方案内各分期木材收获量、碳增量以及择伐措施的时空分布特征。【结果】当碳价格为120元/t时,盘古林场50年规划周期内碳汇木材复合经营的经济收益可达1.54×10^8元,其中木材收益1.37×10^8元,碳收益0.17×10^8元;规划期内木材产量累计达1.78×106 m3,碳增量达1.68×106 t,期末碳储量达5.99×106 t,单位面积平均碳储量较规划期初增加了约38.98%;规划期内受保护面积44.36%,总择伐面积48.01%,未经营面积7.63%,其中重度择伐面积约占研究区域总面积的41.78%;同时,各分期内不同择伐作业方式的配置存在显著差异,其中重度择伐作业的收获蓄积、择伐面积以及择伐小班数量均占各自总体的90%以上;最优森林经营方案具有显著的空间分布特征,但均符合规划模型的各项约束条件。【结论】森林碳汇木材复合经营规划结果具有多方面优势:(1)均衡收获能够保证整个经营单位在规划期内始终获得相对稳定的经济收入,从而保障林区经济社会的可持续发展;(2)期末碳储量约束能够有效避免森林资源的过度采伐,进而确保森林碳汇效益的持续发挥;(3)规划模型能够在兼顾森林木材生产和碳汇功能的同时合理安排经营措施的时空分布,这些均对我国森林资源的多目标经营管理具有重要借鉴意义,但进一步研究和确定恰当的约束参数是构建切实可行的森林多目标经营规划的关键。

基于Landsat TM数据的大兴安岭盘古林场森林健康评价

【目的】健康评价是实施森林资源健康经营的前提和基础,但现有研究多从单一尺度开展,未充分考虑森林生态系统的层级结构。为此,该文以林木冠层特征为基础,结合Landsat TM数据和统计学方法实现森林健康评价的多尺度转换,为我国森林健康经营提供理论依据和技术支撑。【方法】以大兴安岭盘古林场50块固定样地单木健康调查数据为基础,采用熵值-AHP综合指数法构建单木健康评价模型,并汇总得到样地尺度健康得分的平均值(H_(m))、标准差(H_(std))、变异系数(H_(cv))、偏度(H_(pd))和峰度(Hfd)共5项统计指标,结合Landsat TM和地形数据并采用非线性度量误差联立方程组模型构造区域尺度森林健康评价综合反演模型,实现了森林健康从单木-林分-区域的多尺度综合评估。【结果】样地调查结果表明:盘古林场单木健康得分均值为0.6638±0.0912,整体处于亚健康水平,其中亚健康树木所占比例最高(79.43%);区域内不同树种健康等级间差异显著,主要表现为云杉>白桦>兴安落叶松>山杨>樟子松;林分尺度健康得分的H_(m)、H_(std)、H_(cv)、H_(pd)和Hfd值分别为0.6633、0.0841、12.84%、-0.6076和0.8460,表明该地区约78.43%的林分中单木健康得分呈明显左偏尖削状正态分布;遥感反演结果表明:区域内森林健康得分H_(m)均值约为0.6194±0.0543,其主要受地形(DEM)、植被指数(RVI、DVI、EVI和Green)和原始波段(B1、B3)等多种因素的综合影响,所建模型的预估精度可达到75%以上,能够满足森林健康评价的需求;林场范围内林木健康得分整体呈现南低北高的格局,且H_(m)较高区域主要集中在居民点、道路沿线等交通便利地区。【结论】盘古林场森林整体以亚健康为主,亟待开展科学的健康经营;同时,该文提出的以林木冠层特征为基础并充分结合遥感数据和统计学方法,能够有效实现森林健康的多尺度评价。