基于LANDIS模型的福建天宝岩森林景观演替动态模拟

【目的】了解天宝岩国家级自然保护区森林演替发展趋势,可以更好地为保护区制定管理政策保护珍稀植物和生物多样性提供科学依据。【方法】借助空间直观景观模型LANDIS Pro 7.0对福建天宝岩国家级自然保护区未来300年(2016—2316年)的森林景观演变进行模拟,采用Fragstats 3.3景观格局分析软件对树种面积变化、景观聚集度、分维度、多样性指数进行分析,并对各个树种在模拟时间内的龄级组成进行分析。【结果】在演替时段内,除毛竹林外所有树种斑块分维度均在1.00~1.06之间,表明其景观斑块形状较规则且变化不大。多样性指数呈现先上升后下降趋势,均匀度指数呈现先下降后上升的趋势,且变化速度在逐渐变缓,表明树种逐渐趋于稳定。阔叶林聚集度先增加后保持稳定,其面积则始终保持增长,至演替结束,以成熟林和幼龄林为主;猴头杜鹃林、长苞铁杉林聚集度在整个演替时段内呈增加趋势,其面积在演替中后期有所增加,且以幼龄林的增加为主;杉木林面积在前150年增长,此期间幼龄林比重也在逐渐上升;后150年面积保持稳定,至演替结束,以中龄林和近熟林为主;聚集度虽保持稳定但略有增加;柳杉林聚集度在演替前100年保持稳定而后200年有所降低,至演替后期,整个柳杉林以过熟林为主,中龄林次之;马尾松林在整个演替过程中均以过熟林为主,幼龄林和中龄林比例很低;毛竹林在演替后期以过熟林占据主要地位,其次是成熟林;且马尾松林和毛竹林在演替期间聚集度均呈现降低的趋势。【结论】天宝岩森林景观的演替会依据一定的规律向顶级群落常绿阔叶林演替;马尾松林、柳杉林、毛竹林在群落中随时间的推移会逐渐被取代;杉木林、长苞铁杉林和猴头杜鹃林,在演替时段内表现出良好的发展趋势。

气候变化情景下天宝岩国家级自然保护区森林景观演替长期动态模拟

气候变化将会对森林树种结构、空间结构以及林龄结构等产生重大影响,准确预测森林景观演替对未来气候变化的响应,不仅能够为科学管理森林生态系统提供理论依据,而且对制定生物多样性保护与珍稀物种保护策略也具有重要意义。本文运用LANDIS Pro 7.0与LINKAGES模型,模拟天宝岩国家级自然保护区8个树种在2种不同气候变化情景(RCP4.5和RCP8.5)下未来300年的森林植被演替动态,分析森林景观格局变化特征及其对气候变化的响应。结果表明:毛竹、马尾松、猴头杜鹃、长苞铁杉以及杉木的潜在面积分布与景观格局指数对气候变化的响应较为显著。在气候变化情景下,各树种的景观分维度均介于1.03—1.08,保护区内各景观斑块相对简单规则。毛竹、猴头杜鹃和杉木聚集度下降趋势明显而斑块密度显著上升,长苞铁杉随演替进行面积逐渐减少而聚集度相对较高且斑块密度剧增,马尾松斑块密度缓慢增加而聚集度先降后升,随气候变化这些树种的景观完整度都遭到了不同程度的破坏,且在RCP8.5气候情景下景观破碎化更严重。而气候变化对阔叶林与柳杉的影响则较小,且阔叶林在演替期间斑块密度下降而聚集度稳中有增,潜在面积分布呈现出良好的发展势头。随气候变化,天宝岩自然保护区森林景观的演替最终将朝着“常绿阔叶林为主、针阔叶混交林为辅”的群落组成演变,保护区森林景观格局对气候变化的响应较为敏感。

大兴安岭火烧迹地恢复动态模拟研究

为研究毕拉河2017年“5.2”大火火烧迹地的自然恢复规律及其对人为干扰的响应机制,采用空间直观景观模型LANDIS PRO 7.0模拟火烧迹地在自然、采伐无人工更新和采伐有人工更新3种情形下,300年内树种斑块面积比、龄组结构、斑块数量、聚集度指数与多样性指数变化情况,评价不同情形对火烧迹地恢复的影响。结果表明,自然情形下,白桦(Betula platyphylla)、黑桦(Betula dahurica)和山杨(Populus davidiana)等速生阔叶树种的斑块面积比和斑块数量在几十年内迅速上升并达到峰值,随着兴安落叶松(Larix gmelinii)斑块面积比持续上升,其他树种的斑块面积比和斑块数量逐渐回落;除樟子松(Pinus sylvestris var.mongholica)和黄檗(Phellodendron amurense)外,其他树种的聚集度指数均随时间增加上升;多样性指数不断降低。采伐无人工更新情形下,大部分树种的斑块面积比下降;除蒙古栎(Quercus mongolica)外,其他树种斑块数量均呈先降低后上升的趋势;与自然情形相反,各树种聚集度指数下降;多样性指数呈先下降后上升再下降的趋势。采伐有人工更新情形下,樟子松和黄檗斑块面积比上升;与采伐无人工更新情形相比,恢复初期大部分树种的斑块数量、聚集度指数较高;多样性指数呈先上升后下降的趋势。3种情形下,7个树种的龄组结构在恢复初期变化剧烈,在中后期开始平稳。皆伐后的人工更新措施明显促进了植被恢复,但也使存活树种死亡。建议放弃皆伐而采取较为温和的采伐方式。

庐山森林景观格局变化的长期动态模拟

在以植被格局为基础的森林景观动态分析中,可通过森林演替推断景观格局的动态变化以及相应的景观生态过程。运用空间直观景观模型LANDIS,以庐山风景区为案例地,模拟森林植被在未来300 a的自然演替动态,在此基础上选取斑块面积比、聚集度、分维数、多样性指数和均匀度指数等景观格局指数,分析森林景观格局随森林演替的动态变化。结果表明:(1)阔叶林树种的绝对优势地位保证其斑块面积比呈现持续增长的稳定趋势,森林植被将朝着地带性常绿阔叶林方向演替;(2)景观聚集度特征方面,阔叶林树种在前150 a缓慢增长,而后150 a保持相对稳定,杉木林一直保持平稳,毛竹林在整个模拟阶段一直在不断下降直至演替结束;(3)各优势树种植被斑块的分维数都保持在1—1.1之间,说明各景观斑块的边缘相对较规则且变化较小;(4)景观多样性指数呈现出先上升后缓慢下降的趋势,而均匀度指数则呈现出先下降后上升再缓慢下降的变化态势。景观格局指数的变化特征与植被向顶极群落演替的趋势相吻合,该模拟结果可运用到庐山森林景观的管理实践中。从长远来看,应该继续实行严格的封山育林政策。

不同森林管理预案下友好林业局森林景观的动态变化

Knowledge about cumulative effects of forest management alternatives on forest landscape is required to make forest management decision. In this paper,a spatially explicit landscape model,LANDIS,was applied to simulate forest landscape changes in 200 years under four management alternatives (no cutting,clearcutting,selective cutting I and II) in Youhao Forestry Bureau located in Small Khingan Mountains. APACK was used to calculate distribution area of the representative species and species age cohort for six species. The results showed:1) timber harvest decreased area percentage of representative conifer species,Pinus koraiensis,Picea koraiensis and Picea jezoensis,Larix gmelinii to some extent compared to no cutting. The most influencing cutting mode for the area percentage of Tilia amurensis and Quercus mongolica was selective cutting II,followed by selective cutting I and clearcutting. To the contrast,the change of area percentage of Betula phatyphylla was contrary to the management alternatives; 2) As to species age cohort composition,timber harvest significantly changed age structure,that is,it decreased over-matured age cohort of representative species,and increased seedling and middle-age cohort (B. phatyphylla was not included,because its area percentage of over-mature age cohort was the highest under clearcutting than other three scenarios).

黄土区小流域植被演替空间的直观模拟

现代流域管理和森林经营管理都要求对流域内以植被为主要类型的景观进行分析,并实现对流域植被未来演替格局的模拟预测。应用LANDIS景观模型对黄土区小流域次生林进行未来500 a的演替格局模拟,结果表明:油松是针叶树中的优势种,辽东栎是阔叶树中的优势种;油松在研究区内分布面积最大的时间保持430 a,辽东栎分布面积最大的时间保持70 a;阔叶树种相对聚集度指数的变化幅度大于针叶树种;随着模拟年代的推衍,树种年龄结构发生显著变化,呈现出复杂多样的异龄林空间分布格局。

不同火控制政策下森林可燃物处理对大兴安岭林火情势的影响

随着气候变暖,近年来灾难性森林火灾频发,给森林资源和人们的生命财产造成重大威胁,如何降低森林火险是森林管理中需要面对的热点问题。本研究利用空间直观森林景观模型LANDIS模拟大兴安岭森林可燃物处理对林火情势的影响。根据两种火控制政策(现行灭火和不灭火)下是否进行可燃物处理,设计了4种模拟预案,其中可燃物处理预案包含9种可燃物处理方案,对应不同的可燃物处理方法(粗可燃物物去除、计划火烧、粗可燃物去除+计划火烧)、处理频率(低、中、高)和处理面积(大、中、小)。通过对火烧面积、不同强度火烧面积等进行评价,最终确定适合大兴安岭地区的森林管理方案。结果表明:长期灭火,使森林可燃物大量堆积,发生高强度火灾概率增加;在两种火控制政策下进行森林可燃物处理都可以减少高强度林火的面积,从而降低森林火险,但是,由于两种火控制政策下粗、细可燃物累积情况不同,在自然火情景下,频发的森林火灾导致细可燃物累积量少,每20年对10%的面积进行粗可燃物去除即可有效降低森林火险,但此处理方案在灭火情景下效果较差;最终确定适合于大兴安岭地区的森林管理方案为每20年对10%的面积进行一次粗可燃物去除+计划火烧处理,并继续实施灭火政策。本研究可以为大兴安岭地区的林火管理提供科学依据。

“天然林保护工程”对大兴安岭呼中森林的中长期影响

运用森林景观模型LANDIS模拟＂天然林保护工程＂对大兴安岭呼中林业局潜在可获取木材、树种组成、年龄结构和景观格局的影响。结果表明：模拟100年后研究区森林潜在可采伐面积比例由10.7%增加到14.2%;伐后树种分布总面积几乎无变化,但兴安落叶松的分布面积降低了12%,白桦的分布面积增加了6.4%,云杉、樟子松、偃松、山杨、甜杨和钻天柳6个树种的变化均较小;与模拟初始相比,林分年龄结构也有很大改变,中幼龄林（林龄≤100年）的分布面积比例降低了10%,成熟林（101～140年）的分布面积降低了24%,过熟林和老龄林（林龄≥180年）的分布面积增加了33%;景观格局的聚集度降低,多样性增加。