基于GIS的长白山天然次生林空间结构分析

本研究利用ArcGIS构建单株木的Voronoi多边形和Delaunay三角网,量化对象木邻近木株数n值,计算基于Voronoi多边形和Delaunay三角网的混交度、大小比数和角尺度。在开原市黄旗寨满族乡选择天然次生林设定样地作为研究对象,通过计算林分空间结构指数,得到林分平均混交度为0.44,属于弱度混交状态,林分混交程度较低;林分的平均大小比数为0.47,处于中庸状态;林分平均角尺度为0.55,呈团状分布。分析林分的空间结构状态,制定营林措施,以期逐步调整林分的结构达到最优水平。

径阶大小分化度的应用——以福寿国有林场为例

以湖南省福寿国有林场13年生杉木生态公益林为研究对象,通过计算林分大小比数和径阶大小分化度,验证了径阶大小分化度的表达方法。以林木位置坐标数据生成Voronoi图,由此确定参照木的空间结构单元,计算林分大小比数和径阶大小分化度。利用SPSS软件对各样地大小比数和径阶大小分化度进行了回归分析,寻找能够更好表征林分空间结构的竞争指数。结果表明:相关性回归分析所得的各样地大小比数和径阶大小分化度之间平均相关系数R为0.831,相关性达显著水平,认为径阶大小分化度与大小比数有强的相关性。径阶大小分化度能够更好地反映林分竞争情况,是一种有效地描述林分空间结构的指数。

吉林蛟河天然红松阔叶林的空间结构分析

利用混交度、大小比数和角尺度等三种结构参数,分析了红松阔叶天然林的空间结构。用平均混交度和混交度分布分析了林分的树种空间配置情况,得到该种林分主要以中、强度混交为主;用平均角尺度和角尺度分布分析了林木水平分布格局,得到该种林分以随机分布为主等结论。同时还应用大小比数和混交度分析了一些主要树种的空间属性,发现两种参数的结合可以清楚地描述树种的空间属性。

柳杉纯林改造后林分空间结构变化预测

运用混交度、大小比数、角尺度和开敞度参数对柳杉林间伐前后空间结构的变化进行预测分析。结果表明:间伐后柳杉周围的同种树种相对减少,柳杉的混交度增加;而杉木的混交度变化则相反。柳杉和杉木的大小比数都有所增加,其中杉木最为明显。在角尺度方面,间伐前后林木的分布格局均为均匀分布。开敞度则由于间伐后林木间距的增大而得以提高。由此可见,在人工择伐作业后,单木的优势地位、树种的空间隔离程度,以及所占生存空间的大小都得到了较好的改善;这有利于培育大径级材和乡土树种的侵入。而林木分布格局的调整则明显滞后。

基于大小比数的林分空间优势度表达方法及其应用

以大小比数为基础,结合比较指标的变化幅度,提出了林分空间优势程度的量化表达方法,并以6块红松阔叶混交林样地和2块锐齿栎针阔混交林样地调查数据对林分空间优势度的表达方法进行验证。结果表明:基于大小比数的林分空间优势度表达方法能够很好地反映出林分整体的空间优势程度,而且能够表达出林分经营前后的空间优势程度变化,可以用来评价森林经营措施的得当与否及经营效果的优劣。此外,林分空间优势度量化表达方法为实现构造森林空间结构优化目标函数提供了依据。

长白山白桦林空间结构研究

于2006年在长白山建立了一个面积为5.2 hm2的次生白桦林永久样地,并对样地内的每株树木测量了坐标和胸径.运用混交度、大小比数和角尺度研究了该林分的空间结构.研究表明:该样地的平均混交度值为0.540,平均角尺度值为0.575.次生白桦林总体上处于中度混交水平,先锋树种和针叶树种的混交度高于其他类型的树种;次生演替的先锋树种在生长上处于优势,红松(Pinus koraiensis)、蒙古栎(Quercus mongolica)、水曲柳(Fraxinus mandshurica)等主要树种在该林分中处于劣态个体的比重高于先锋树种,槭属类植物处于劣态;次生白桦林总体上呈聚集分布格局.该林分的空间结构特点与所处的次生演替早期阶段和各个树种在林分中的地位、繁殖方式、更新策略以及采伐干扰等有关.

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。

北京密云水库集水区刺槐人工林空间结构分析

2006年,在北京市五座楼林场选择以刺槐为优势树种的人工林为研究对象,利用混交度、大小比数和角尺度3种结构参数,结合树种组成,分析了刺槐人工林林分空间结构。结果表明:刺槐人工林的树种混交度以零度混交(Mi=0)和弱度混交(Mi=0.25)为主,树种的平均混交度为0.158,说明刺槐林的树种空间配置简单,林分中树种混交程度较低;林木大小比数分布存在波动性变化,林分中优势、亚优势和中庸状态分布的个体比例相差不大,乔木层树种稳定性大;在角尺度研究中,相对空间结构单元而言,个别等级林木分布频度变化幅度较大,分布格局呈集群分布。

松阔混交林林分空间结构分析

利用混交度、大小比数和角尺度3种结构参数结合树种组成,分析了松阔混交林林分空间结构。结果表明,优势树种马尾松多呈单种聚集,其余树种中、强度混交占了相当大的比例;马尾松在空间大小对比上占有一定的优势,其余树种则分化严重,既有占优势的树种,也有受压的树种;从林木水平分布格局上看,该地林分是以团状分布为主。

柳杉人工林林分不同变量大小比数研究

采用胸径、生物量、冠幅和树高计测大小比数对崇州林场柳杉林的空间结构进行分析.结果表明,以胸径和生物量为度量变量的大小比数变幅最小,可信度最高,而冠幅和树高大小比数受不同树种树型的干扰而不如前两者可靠.各样地林分的胸径和生物量大小比数平均数值明显大于冠幅和树高大小比数数值,说明林木的胸径及生物量分化程度远大于冠幅与树高的分化.通过胸径的增长实现其生物量的增长,从而增强单木的竞争优势可能是林木分化的主要策略.

基于Voronoi图和Delaunay三角网的林分空间结构量化分析

利用Voronoi图具有最近性、邻接性特点,以单株木视为平面点构建Voronoi图和Delaunay三角网,此结构具有以下特点:对象木的最近邻木株数与Voronoi图中相对应多边形边的数目相等;对象木与最近邻木的距离和Delaunay三角网的相对应边长相等;任意2个最近相邻木的夹角即为对应Delaunay三角网2条边的夹角。在广东湛江红树林国家自然保护区选择样地进行试验,把基于Voronoi图和Delaunay三角网计算林分空间结构指数的结果与最近邻木数取4的传统算法结果进行对比分析,结果表明:两者在计算混交度、大小比数时结果有较高的相关性和一致性,但两者在计算角尺度时结果差异较大,构建Voronoi图确定最近邻木时各个方向都有选取,角尺度的取值均小于传统计算方法,但是Delaunay三角网结构本身较好反映个体在水平地面的分布格局,且基于Voronoi图和Delaunay三角网林分空间结构研究不需要对象木与邻木距离量算和角度测量。

不同潮带红树林空间结构比较研究

通过对广东廉江市高桥红树林保护区不同潮带红树林林分混交度、大小比数及角尺度等空间结构参数进行分析比较,结果表明:红树林几种优势树种在不同潮带其空间分布格局多呈均匀分布和中弱度混交,低潮带的红树林呈随机分布的概率较高,而高潮带中红树林均匀分布的比例相对较高,空间大小分化和大小组合的差异不大。重构林分空间结构应以恢复到天然红树林结构为目标。

三峡库区马尾松天然林林分结构特征分析

以三峡库区无干扰马尾松天然林为研究对象,调查了群落物种组成和天然更新状况,并选择角尺度、混交度和大小比数3个空间结构参数及直径分布等非空间结构参数,对马尾松天然林林分结构特征进行分析,为马尾松次生林的科学经营提供理论依据。研究结果表明:研究地区马尾松群落物种数量丰富,共出现维管束植物117种,林下天然更新状况良好,共有树种24种,数量达5 221株·hm-2,其中高度小于100 cm的幼苗占48.9%。林分随着直径增大,林木株数逐渐减少,呈典型异龄林直径分布特征。林分平均角尺度为0.508,林木整体分布格局属随机分布;林分平均混交度为0.60,整体处于中度以上混交;林分平均大小比数为0.50,大部分林木个体分化程度较高,处于不同竞争地位的林木个体数量基本相等。优势树种马尾松属轻度聚集分布,接近中度混交,且60.2%的个体处于竞争优势或亚优势地位。

采伐对吉林蛟河针阔混交林空间结构的影响

探讨不同采伐强度下林分空间结构的变化对森林可持续经营具有指导意义。在吉林省蛟河次生针阔混交林内,设置采伐强度分别为0%(对照,CK)、14.3%(弱度,LT)、29.4%(中度,MT)和50.4%(重度,HT)的4块样地,样地面积各1 hm^2,利用角尺度、大小比数、混交度和密集度4个林分空间结构参数探讨林分整体以及春榆、红松、色木槭、水曲柳和紫椴5个主要树种的林分空间结构在采伐3年后的变化。结果表明,从采伐干扰对林分整体的影响来看,LT处理后林分的水平分布格局更合理,混交度较高,林分结构相比CK处理更稳定;采伐干扰对林分大小分化程度的影响不显著;林木密集度随采伐强度增加逐渐降低,林内较稀疏的林木比例逐渐增加;从采伐干扰对主要树种的影响来看,不同树种对采伐干扰的响应差异显著,采伐对5种树种的水平分布格局均有显著影响,但对确定采伐强度不具指导意义;从树种的大小分化程度和混交度考虑,LT处理对春榆、水曲柳和紫椴更有利,MT处理对红松和色木槭更有利;除紫椴外其他树种的密集度随采伐强度的增加而降低。综合考虑,采伐干扰在短期内对林分整体的空间结构影响较小,对主要树种的空间结构影响较大,采伐强度在15%左右比较合理,也可以结合森林经营需求针对个别树种适当提高采伐强度,建议不超过20%。

长白山北坡阔叶红松林空间结构

利用混交度、大小比数和角尺度等结构参数,分析了长白山阔叶红松林的空间结构;用平均混交度和混交度分布,分析了林分的树种空间配置情况,得到该种林分总体上处于中度混交的水平。树种的混交度和分布格局与繁殖方式有关。处于乔木上层和中层的树种混交度以强度和极强度混交为主,明显高于乔木下层主要以营养繁殖为主的槭属类植物的混交度。上层乔木的平均大小比数为0.27,与中层乔木的0.40和下层乔木的0.55相比,处于相对优势的地位。角尺度分析表明,该群落整体上以聚集分布为主。

南方集体林区南酸枣次生林林分结构研究

在对湖北桂花林场南酸枣次生林典型样地共4块的调查基础上,综合考虑不同树种配置及配置比例,利用威布尔分布函数(Weibull)、角尺度、混交度及大小比数,对南酸枣次生林直径结构及空间结构进行分析。结果表明:南酸枣次生林直径分布形状均呈现左偏单峰山形,各样地形状参数为样地4(1.76)>样地2(1.70)>样地3(1.32)>样地1(1.01);角尺度平均值为0.60,整体分布格局属聚集分布,各样地林木个体处于随机分布的比例均较高,具体为样地3(66%)>样地1(63%)>样地2(50%)=样地4(50%);混交度平均值为0.43,整体上空间隔离程度属于中度偏弱,各样地平均混交度为样地3(0.6)>样地1(0.53)>样地2(0.34)>样地4(0.26);各样地南酸枣处于竞争优势的个体频率为样地1(75%)>样地3(71%)>样地2(49%)>样地4(44%);整体规律为形状参数指标与各样地南酸枣比重成正比,角尺度、随机分布林木比例及南酸枣竞争优势个体频率三项指标与各样地南酸枣比重成反比。

天目山近自然毛竹林空间结构与胸径的关系

以浙江省天目山国家级自然保护区内的近自然毛竹林为研究对象,设置1块100m×100m的固定标准地,采用相邻网格调查法划分为100个调查单元,通过全站仪精确定位毛竹基部的三维坐标(X,Y,Z),利用角尺度、大小比数和年龄隔离度3个林分空间结构指数,并按毛竹胸径大小划分为Ⅰ(DBH<7cm)、Ⅱ(7cm≤DBH<13cm)、Ⅲ(DBH≥13cm)3个径级,分析近自然毛竹林空间结构与胸径的关系。结果表明:毛竹林直径结构呈右偏近似正态分布,与乔木同龄林直径结构较接近;Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ径级毛竹以及全林分的空间分布格局分别为聚集、随机、随机和随机,毛竹林角尺度随径阶的增加有减小的趋势,且服从幂函数关系,决定系数R2=0.7793,各径阶角尺度无显著性差异(P>0.05);毛竹林整体处于中庸状态,胸径大小分化不明显,各径级毛竹优势度排序为Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ,毛竹林大小比数随径阶的增加而减小,与胸径呈线性关系,决定系数R2=0.9233,各径阶大小比数差异极显著(P<0.01);毛竹林的平均年龄隔离度为0.8178,属强度至极强度异龄,各径级毛竹年龄隔离程度大小排序为Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ,毛竹林年龄隔离度随径阶的增大呈现逐渐递增的趋势,且服从幂函数关系,决定系数R2=0.6774,各径阶年龄隔离度差异极显著(P<0.01)。

采伐强度对阔叶红松林空间结构的影响

在带岭林业实验局东方红林场,选择采伐强度分别为13%(弱度)、29%(中度)、52%(强度)、71%(极强度)的4块样地,采用角尺度、混交度、大小比数3个空间结构参数,分析采伐干扰对阔叶红松林空间结构的影响。①由角尺度分析表明:采伐后阔叶红松林的林木分布格局都以团状分布为主,采伐强度对林分水平分布格局的影响较小;弱度和中度采伐时,林分水平分布格局与未经采伐干扰的对照样地相似。②由混交度分析表明:随采伐强度的增加,平均混交度有下降趋势,采伐强度越大,混交度变化越明显;各树种在弱度或中度采伐的林地中混交度最大,说明适当进行人为干扰,可促进林分结构的调整;③由大小比数分析表明:采伐后林分在空间大小分化程度上分布都比较均匀,并且随采伐强度的增加,不同树种的优势程度会发生不同变化。

基于Voronoi图的侧柏游憩林空间结构分析

为了探究侧柏游憩林的林分结构调控途径,采用聚集指数、混交度、大小比数及开敞度4个指数,基于Voronoi图空间结构单元分析了北京西山国家森林公园典型侧柏林的林分空间结构特征。结果表明:1)林分平均聚集指数为1.31,林木总体上呈均匀分布格局;2)林分平均混交度为0.427,树种空间隔离程度较低,且空间配置较为简单;3)林分平均胸径和树高大小比数分别为0.512和0.497,林木胸径及树高分化均不太明显,说明林分处于中等竞争状态;4)林分平均开敞度为0.320,林内空间较为开阔,林木生长空间基本充足。侧柏游憩林的林分空间结构基本合理,建议通过少量间伐或补植乡土阔叶树种等措施优化林分空间结构,进一步提升该地区侧柏林的游憩价值。

森林空间结构对昆嵛山腮扁叶蜂虫口密度的影响

【目的】明确天然赤松次生林中昆嵛山腮扁叶蜂虫口密度与森林空间结构之间的相关性,探索利用空间结构指标调控森林害虫的生态控制技术。【方法】在昆嵛山天然麻栎-赤松次生混交林中设置面积为6 hm2的样地,测定昆嵛山腮扁叶蜂寄主赤松、黑松、多脂松的空间结构指标树种角尺度、大小比数、混交度和虫口密度,分析各指标与虫口密度之间的关联性。对每株样木分别从上、中、下层,东、南、西、北4个方向统计虫巢数量,以虫巢数的3倍作为株虫口密度。【结果】赤松上昆嵛山腮扁叶蜂虫口密度与角尺度呈显著正相关(R^2=0.821,P=0.034),与胸径大小比数(R^2=0.903、P=0.013)和树高大小比数(R^2=0.906、P=0.013)均呈显著负相关,与混交度相关性不显著(R^2=0.177、P=0.481);黑松上昆嵛山腮扁叶蜂虫口密度与角尺度呈显著正相关(R^2=0.858,P=0.024),与胸径大小比数(R^2=0.043、P=0.739)、树高大小比数(R^2=0.237、P=0.406)均呈负向相关关系,但相关性不显著,与混交度相关性也不显著(R^2=0.251、P=0.390);多脂松上昆嵛山腮扁叶蜂虫口密度与角尺度(R^2=0.032、P=0.772)、胸径大小比数(R^2=0.180、P=0.447)、树高大小比数(R^2=0.194、P=0.458)、混交度(R^2=0.653、P=0.098)等各空间结构指标均无显著相关性。3个树种中,赤松和黑松的虫口密度与空间结构的相关性强于多脂松;不同空间结构指标相比较,虫口密度与角尺度和大小比数的相关性强于角尺度。【结论】空间结构指标角尺度和树种大小比数对昆嵛山腮扁叶蜂的生态调控作用优于混交度。森林经营实践中可以充分利用昆嵛山腮扁叶蜂虫口密度与空间结构指标之间的关系,通过尽量降低角尺度即营造均匀的松属树种林分以提高对虫害的抵御能力,同时尽量提高树种大小比数即改善林木生长状况以抑制昆嵛山腮扁叶蜂的发生。