基于结构参数均值的林分空间结构综合评价研究

[目的]构建基于相邻木关系的林分空间结构综合指数用以评价林分空间结构优劣,指导林分结构优化。[方法 ]在诠释林分空间结构参数角尺度、密集度、大小比数和混交度均值意义的基础上,对林分角尺度、密集度和大小比数的均值重新赋值,进行标准化处理,使其成为正向指标;林分平均混交度为正向指标,采用实测值,然后将林分空间结构参数与单位圆法相结合,构建林分空间结构综合评价指数(FSS),并采用不同林分类型对其有效性进行验证。[结果 ]运用构建的空间结构综合评价指数对我国4个地区47块样地的评价结果表明:1)天然林中极端立地条件下的天然纯林空间结构最差;2)天然混交林的空间结构优于人工混交林;3)人工林中人工混交林的林分空间结构明显优于人工纯林;4)天然纯林空间结构优于人工纯林。[结论 ]构建的林分空间结构综合评价指数能够评价林分空间结构优劣,科学表达出“天然混交林的空间结构优于人工混交林、人工混交林优于人工纯林以及天然纯林优于人工纯林”的普遍认知,是一个良好的林分空间结构综合测度指数,对林分空间结构优化和效果评价具有很好的指导意义。

基于4株相邻木关系的林分空间结构多样性测度方法研究

【目的】深入剖析林分空间结构参数四元分布的生态意义,构筑基于相邻木关系的林分空间结构多样性综合评价指数,为制订有的放矢的森林结构调整策略提供理论依据。【方法】基于生物多样性概念,以参照树与其最近的4株相邻木组成的结构单元为对象,有机整合结构参数角尺度、混交度、大小比数和密集度的四元分布及结构单元树种数和林层数,运用遗传绝对距离公式、自然对数分别表达结构单元类型均匀性和丰富度,构造表达林分空间结构多样性测度指数,并运用长期定位监测样地数据进行验证。【结果】运用本研究提出的林分空间结构多样性指数(D_(FS))对处于不同气候带或不同起源的森林类型的空间结构多样性测度表明,锐齿栎天然林的D_(FS)值(0.854)与阔叶红松林的D_(FS)值(0.852)几乎相等,二者具有相似的空间结构多样性。侧柏人工林结构参数四元分布类型较多,高于锐齿栎天然林和红松阔叶林,但其空间结构多样性为3个林分类型中最低的(D_(FS)=0.382),主要原因是其垂直结构(D_(FSv)=0.369)和水平结构(D_(FSh)=0.562)多样性方面都比两类天然林低。结构单元中的平均树种数表现为天然林高于人工林,锐齿栎天然林为4.23,阔叶红松天然林为4.09,而侧柏人工林则为1.98,结构单元树种数能充分体现结构单元树种丰富程度。【结论】林分空间结构参数四元分布、结构单元树种数和林层数3者的有机整合是构造有效的林分空间结构多样性指数的基石。基于生物多样性概念提出的林分空间结构多样性指数D_(FS),既是对结构参数四元分布合适的量化表达,也是对结构参数四元分布生态意义恰当的诠释,更是对林分空间结构多样性的科学综合评价,能够测度出不同林分类型林分空间结构多样性的差异。

林木空间分布格局分析方法

采用5块实地调查样地和30块模拟样地,通过基于Ripley K-函数的L-函数、双相关函数和角尺度方法在林木空间分布格局研究中的比较分析,得出如下结论:双相关函数和角尺度在判断的准确性方面优于L-函数;角尺度在有效性和可行性方面比L-函数和双相关函数更强,并且它能利用角尺度分布图和均值同时作定性和定量分析,从而使其优势更加明显。

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。

林分拥挤度及其应用

林分密度的量化表达及其合理密度的确定已成为森林经营的关键科学问题。林分平均冠幅是对林木光合作用面积大小的直接反映,林木平均距离则体现了林木最大空间利用的可能性,而林分密度是影响这两个重要指标大小的直接原因。本文以林木平均距离和冠幅为基础,提出了林分拥挤度(K)的数字化表达方法。林分拥挤度用来表达林木拥挤在一起的程度,用林木平均距离与平均冠幅的比值表示。该指标清晰直观地表达了林分中林木间的拥挤程度——K值越小,林木间越拥挤,能有效反映林分生长过程中林木拥挤程度及其动态变化特征。该指标的合理标准区间为[0.9,1.1],并用长期造林密度试验数据进行了论证。该指数是对林分密度更为直观科学的表达,具有简单易操作的优点,可用于评价森林是否需要经营及确定首次间伐时间与经营强度,最终为密度控制与调节提供依据。

林木分布格局类型的角尺度均值分析方法

空间结构是森林的重要特征 ,它反映了森林群落内物种的空间关系即林木的分布格局及其属性在空间上的排列方式。林木分布格局是种群生物学特性、种内与种间关系以及环境条件综合作用的结果 ,是种群空间属性的重要方面 ,也是种群的基本数量特征之一。角尺度是一个刻画森林空间结构的新参数 ,通过描述相邻木围绕参照树的均匀性来进行林木分布格局的判定。与其他的描述分布格局的指数相比 ,角尺度具有调查费用低、结果的体现既可用均值也可用频率分布的形式 ,对复杂结构具有很强的解析能力 ,在结构复杂天然林的可持续经营中将发挥十分重要作用。为在实践中快速准确地应用这一新的空间结构参数 ,研究分析了 2 0 0 0个模拟林分的角尺度均值 ,并用 3倍标准差原理提出了林木分布格局类型的角尺度均值评判标准 ,指出随机分布时角尺度均值范围为 [0 .4 75 ,0 .5 17],大于 0 .5 17时为团状分布 ,而小于 0 .4 75时为均匀分布。

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。

结构化森林经营研究进展

本文全面系统地综述了结构化森林经营技术的最新研究进展。指出结构化森林经营是针对目的树单木经营的高度集成技术,符合现代森林经营发展方向;结构化森林经营有望成为解决人工林近自然化转变的有效途径;结构化森林经营中林分空间结构参数综合评价势在必行。经历10多年的发展,结构化森林经营的基础理论更加完善、技术体系更加成熟、应用推广更加广泛。大面积推广应用结构化森林经营理论与技术,可有效提升我国森林质量,并缓解森林资源可持续发展与利用之间的矛盾。

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。

混交林树种空间隔离程度表达方式的研究

混交度表明了任意一个树的最近相邻木为非同种的概率。以参照树及其相邻最近 4株树组成的最小空间结构单元较“结构 4组法”更能恰当地进行林分空间结构分析。当借助整个林分的混交度分布或均值来分析树种空间隔离程度时最好附加说明混交林分的树种组成及其比例。这一点对精确分析树种空间分布及其结构重建意义十分重大。

基于林分状态的天然林经营措施优先性研究

森林经营是林业发展的永恒主题。为揭示森林经营的奥秘,方便广大林业经营工作者对森林进行科学经营,本文首次探索了天然林优先经营措施选择,尝试了对森林进行类似于医学上"CT"的方法,并开具了天然林"经营处方"。研究认为:经营措施优先性是对许多可选经营措施优先执行顺序的安排;林分状态可通过反映森林结构、多样性和活力的林分空间结构、林分年龄结构、林分组成、林分密度、林分长势、顶极种或目的树种竞争、林分更新和林木健康等8个方面来描述;林分状态雷达图是进行经营问题诊断的简洁工具;基于林分状态组合的120种"经营处方"涵盖了天然林经营的主要方面。研究发现:结构化森林经营是解决天然林经营问题适用频率最高的集成技术;目标树培育技术在林分状态问题很多时,适用的可能性很低;促进天然更新、维护地力的技术措施与传统的抚育间伐措施具有几乎相同的适用频率。

Richards多形地位指数模型研建新方法--参数置换法

以杉木为例,探讨了基于导向曲线的Richards多形地位指数模型的研建新方法——参数置换法。研究发现:利用差分方程途径可以直接推导出全新的Richards多形地位指数模型。该模型在标准年龄较低(T=4 a)时能对优势高生长进行正确预估,并且其参数值与导向曲线的模型参数拟合结果非常接近。研究还进一步从绝对平均误差(MAE)、相对平均误差(MRE)、均方根误差(RMSE)、决定系数(R2)和修正决定系数(R2adj)等5个方面对导向曲线参数值替代非同形曲线的模型参数值的有效性进行了分析。结果表明:替代与否各指标间几乎无差异,亦即用导向曲线参数值直接替代非同形曲线的模型参数值是可行的。这一研究结果为在事先无地位指数表的情况下利用临时样地的年龄-树高调查数据或间隔数据进行立地质量评价提供了可能,还为直接通过导向曲线实现多形地位指数建模提供了方法。

基于相邻木关系的树种分隔程度空间测度方法

树种分隔程度是林分空间结构的重要组成部分,对其恰当描述是进行近自然森林经营的首要条件。该文提出了基于相邻木关系的树种分隔程度空间测度方法;利用2类8种理论数据和3个不同气候带的3种不同森林群落类型的实际调查数据,对树种分隔程度进行分析,并与目前的计算树种分隔程度的林分混交度计算公式进行了比较。结果表明,树种的分隔程度取决于树种数量及其空间分布,树种数量越多且混交度越大,树种分隔程度就越高;相同树种数量的树种分隔程度取决于树种在林分中的空间分布情况,树种混交度越大其分隔程度越高。该文提出的树种分隔程度空间测度指数,既能恰当地进行不同群落树种分隔程度的比较,也能对同一群落的树种分隔程度相对大小做出合理的判断。

林分空间结构参数角尺度的标准角选择

角尺度是一个刻画森林空间结构的新参数,通过描述相邻木围绕参照树的均匀性来进行林木分布格局的判定。角尺度对复杂森林的空间结构有很强的解析能力。标准角是衡量参照树周围4株最近相邻木分布均匀性的标准,是影响角尺度使用精度的关键因子。理论推导出的标准角应为72°,这个标准角能使随机分布林分的角尺度均值最接近0 5,从而与角尺度定义中林木随机分布时角尺度取值为0 5相一致,这个观察被进一步模拟的100个随机分布的林分所证实。

基于角尺度的随机体在森林稳定性维持中的作用

【目的】探讨基于空间结构的森林稳定性维持机制,提出森林“随机体-稳定性”假说,为改善我国人工林稳定性提供科学参考。【方法】以我国不同气候带典型天然林为研究对象,利用林分空间结构参数——角尺度精细解译林木点格局,根据参照树及其最近4株相邻木构成的结构单元中相邻木的分布形式定义结构体,分析典型天然林结构体类型构成,揭示稳定性高的天然林普适性结构规律。【结果】天然林中的林木主要由随机木组成,其林木株数频率达55%,断面积占比高达50%以上;随机木构成天然林的主体,既与天然林地域分布和森林类型无关,也与天然林树种组成和格局类型无关。【结论】随机木是天然林稳定的基石,其在天然林中的主体构成是促使森林稳定性的关键。林分中随机体的架构形式使得随机木具有两面受光的邻体微环境,相较于均匀体,其中心木受相邻木的竞争压力更小,而相较于聚集体,随机木的相邻木之间挤压程度则更小,随机木及其邻体(随机体)相对来说承受的生存压力较小,在自然演替过程中能够获得更大的存活几率;随机体数量越多,森林群落越稳定。

杉木中大径材成材机理的研究

利用江西大岗山 17～ 2 5年生杉木人工林的临时样地 (4 4块 )和固定样地 (52块 )材料 ,研究了立地、年龄和保留密度对杉木成材的影响。研究结果表明 :影响杉木中大径材成材的主要限制因子是立地 ,其次是保留密度和培育年限。立地指数级大于或等于 16 ,保留密度为 10 50～ 1350株·hm-2 ,年龄为 2 0～ 2 2 a时 ,适于培育中径材。大径材培育的经营密度则应更低 。

林分直径结构模型的研究

通过理论分析与实际验证提出了一种新的林分直径分布预测方法Ｌ－ＰＲＭ。其基本思想是：将林分中大小不同的林木分布规律视为生物种群的分布问题，用著名的种群动态模型──Ｌｏ－ｇｉｓｔｉｃ方程来表示林分直径分布；采用两点回收、差分还原的途径实现林分结构的预测。Ｌ－ＰＲＭ在杉木人工林中得以验证，其预估林分直径分布的合格率达８８％以上。

杉木人工林收获模型系统的研究

利用优势木高生长与密度关系相对较小，并且是立地和年龄的函数这一特性以及直径生长的多因子效应等生物学规律，将优势高作为独立变量引入其它相关模型构建了杉木人工林收获模型系统。解决了杉木人工林自然生长和伐后生长模拟，建立了标准树高曲线和直径与断面积相容性预估模型以及间伐模拟系统，推导出了由于间伐而引起的非生长性增长的计算公式。

林木最近距离分布预测模型的研究

描述林木空间分布的方法是评价和分析近自然森林经营的基础,林木距离分布是森林空间结构的重要体现,是实现林分可视化的前提.研究提出了预测林木最近距离分布的新方法,以Weibull函数所表达的林木最近距离分布为基础,通过距离分布的均值和标准差实现了对距离分布的预测.为便于实际应用,研究还建立了以通过抽样调查易获取的因子即林分密度(公顷株数)和判断林木水平分布格局类型的平均角尺度为自变量的距离分布均值和标准差的预测模型.所建模型均具有很高的精度.

森林经营模式评价方法——以甘肃小陇山林区为例

以原始群落或地带性顶极群落为模板,从反映技术先进性的空间利用程度、物种多样性、建群种竞争态势和树种组成以及体现生产可行性的投入与产出等方面提出森林经营模式有效性评价方法,并应用于甘肃省小陇山林区9种不同经营模式。结果表明：天然林采育择伐是最为有效的森林经营模式;在割灌造林模式中带状割灌造林明显优于全面割灌造林;在人工造林中树种选择以华山松为好,日本落叶松最差。本文提出的经营模式有效性评价方法既能反映技术上的先进性,又能体现生产上的可行性,不失为一种简洁明了的评价经营模式的科学方法。