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。这一标准的提出进一步完善了角尺度理论     

基于Voronoi图的林分空间模型及分布格局研究

以南洞庭湖龙虎山次生林为研究对象,建立林分Voronoi图模型,通过该模型表示林分空间结构特征,提取林木空间量化信息。在此基础上,引入变异系数量化Voronoi多边形面积的变化率,将林木空间格局分析转化为计算Voronoi图变异系数,并将计算结果与角尺度作相关性比较。结果表明:林分Voronoi图模型能准确表达林木邻接关系、相邻木距离及角度、空间密度等重要空间信息;大尺度取样时(76m以上),变异系数趋于稳定,林分整体空间格局呈接近随机分布的轻度聚集;Voronoi图变异系数和角尺度存在显著的正相关关系,进一步说明本研究格局分析方法的可行性和有效性;受多种因素影响,乔木层主要树种在不同发育阶段的空间格局表现出强烈的时间和空间动态特性,且小径木多为聚集分布,大径木呈轻度聚集或随机分布。基于Voronoi图的林分空间模型及格局分析方法,从空间上表征林木的生长繁育特性、种内种间关系、资源及环境分布特征,为计算几何方法应用于林分空间经营提供了新的思路。     

7个林木大小多样性指数表达能力比较

林木大小多样性直接反映森林生态系统的健康与稳定, 客观恰当地表达大小多样性对于评价天然林或人工林的经济、生态、社会价值及其经营效果至关重要。本研究选用7个林木大小多样性指数, 其中4个与距离无关(Simpson大小多样性指数D_N、Shannon大小多样性指数H_N、断面积Gini系数GC和直径变异系数CV_d), 3个与距离有关(Simpson大小分化度指数D_T、Shannon大小分化度指数H_T和大小分化度均值指数$\bar{T}$), 通过6组模拟林分和4块实测林分比较分析了它们的表达能力。结果表明: 不考虑极端情况(极端情况为对比林分林木大小混交不同但林木直径构成完全相同), GC、CV_d、$\bar{T}$、D_T和H_T能客观恰当地表达不同径级分布林分的林木大小多样性差异, 其中CV_d区分能力最强, GC次之。若考虑极端情况, 只有$\bar{T}$、D_T和H_T能区分出不同大小混交程度林分的林木大小多样性差异。本研究认为CV_d和GC因计算简单, 易于实际应用, 在营林活动中可作为分析林木大小多样性的首选指数; $\bar{T}$因能识别不同大小混交程度林分的空间差异, 即对林分更新变化敏感, 适用于动态分析林分的结构特征。     

北京通州平原生态林空间结构特征

林分空间结构直接反映林木间资源竞争情况和生长空间分配状况,对掌握生态林生长状况、制定林分结构调控措施,提升森林质量和生态服务具有重要作用。本文以北京市通州区油松林、白蜡林、旱柳林、毛白杨林、国槐林、刺槐林和垂柳林7种平原生态林为对象,采用聚集度、角尺度、大小比数、开敞度、树冠指数、竞争指数、边缘效益和空间结构综合指数评价了平原生态林的空间结构特征。结果表明: 研究区林分水平分布格局良好,聚集度处于0.32～1.41,角尺度都分布在0.4左右,大小比数主要分布在0.5附近。林分垂直分布格局有待改善,开敞度介于0.19～0.52,大部分树冠指数在0.7左右,竞争指数均大于50,整体居于高位状态。除刺槐林空间结构综合评价指数为Ⅲ级外,其他6种林分均为Ⅱ级,林分开阔程度较低,生活力一般,各林分空间结构综合评价指数从大到小为刺槐林>垂柳林>油松林>旱柳林>白蜡林>国槐林>毛白杨林。     

辽东山区原始阔叶红松林主要树种空间结构特征

维持森林结构多样性通常被认为是确保森林生态系统稳定性和生物多样性的有效方式.本研究以辽东山区原始阔叶红松林为对象,运用相邻木空间关系构建林分空间结构参数,探究顶极群落内部主要优势乔木的空间结构特征,并以此顶极群落为借鉴,为低质量次生林改造和人工纯林结构优化经营提供参考.结果表明: 辽东山区原始阔叶红松林林分的径级分布呈倒“J”形,林下更新良好,同时保持一定比例的大径木存在;林分平均角尺度为0.507,整体呈随机分布状态,混交度平均值为0.82,混交度强;平均大小比数为0.506,反映出林分整体处于中庸状态.林分中不同优势度在极强混交维度下出现了一定程度的分化,反映出处于中下层绝对劣势的小径级被压木和主林层的绝对优势木在不同垂直空间上的优化分布与利用.林分中各优势树种的分布也随机镶嵌于总体的随机格局之中.     

湖北省九华山林场不同树种配置杉阔混交林林分空间结构特征分析

以三种(杉木+少量栎类、杉木+栎类+光皮桦、杉木+栎类+光皮桦+马尾松)不同树种配置的杉阔混交林为研究对象,计算了角尺度、大小比数、混交度三个林分空间结构指标,全面分析了湖北省九华山林场不同树种配置杉阔混交防护林林分空间结构特征,结果表明:优势树种主要有杉木(Cunninghamia lanceolata(Lamb.)Hook.)、栎类(Quercus L.)及光皮桦(Betula luminifera)三种,并有少量马尾松(Pinus massoniana)散生于林内,生长优势也较弱。不同树种配置所呈现的林分空间结构也不相同。树种配置Ⅰ(杉木+少量栎类)的角尺度平均值为0.42,大小比数平均值为0.31,混交度平均值为0.18,林木空间分布格局和生长优势度均较好,但混交程度较弱,近乎杉木纯林,对应的生物多样性也会较小。树种配置Ⅱ(杉木+栎类+光皮桦)的角尺度平均值为0.5,大小比数平均值0.32,混交度平均数0.48,空间分布格局整体呈现随机分布;林木主要处于亚优势生长状态,混交度以中度-强度混交为主;而树种配置Ⅲ(杉木+栎类+光皮桦+马尾松)的角尺度平均值为0.58,大小比数平均值0.51,混交度平均数0.54,林木空间格局呈现聚集分布,生长优势水平中庸,为中度混交。全面分析林分空间结构,可以明确林分空间结构中存在的不合理情况,为合理择伐以及近自然经营提供科学依据,使该地区的杉阔混交林的多种功能得到可持续发挥。     

戴云山物种多样性与系统发育多样性海拔梯度分布格局及驱动因子

生物多样性的海拔分布格局是生态学研究的热点。海拔作为综合性因子驱动着植物群落的物种、系统发育与功能多样性的空间分布。以戴云山南坡900-1600 m森林植物群落为研究对象,探讨物种多样性、系统发育指数与环境驱动因子的相互关系以及环境因子在群落构建与多样性维持中的重要意义。结果表明：（1）森林植物群落的系统发育多样性与物种多样性沿海拔均呈现中间高度膨胀格局。（2）物种多样性Margalef指数、Shannon-Wiener指数与系统发育多样性指数呈显著正相关,表明物种多样性越高,系统发育多样性也越高。Shannon-Wiener指数与物种多样性指数（Margalef、Pielou、Simpson指数）、系统发育多样性及系统发育结构都存在显著相关性,一定程度上Shannon-Wiener指数可以代替其他指数。Pielou指数、Simpson指数、Shannon-Wiener指数与系统发育结构NRI （Net relatedness index）指数、NTI （Net nearest taxa index）指数存在显著正相关,表明群落优势度、均匀度与系统发育结构相关性较强。（3）土壤全磷含量是影响系统发育多样性和物种多样性的主要驱动因子,土壤含水量是影响Shannon-Wiener、Pielou、Simpson指数的最显著因子,海拔是影响群落系统发育结构的主要因素。海拔是影响系统发育结构变化的主要环境因子,而土壤因子是影响物种多样性与系统发育多样性的主要因素,进一步验证了物种多样性与系统发育多样性的高度相关,结果旨在揭示物种群落空间分布规律。     

人工杉木林林分空间结构参数分析及相关性研究

基于南平松溪林场九个人工杉木林标准地的实测数据, 对人工杉木林林分空间结构参数进行了评价和相关性分析, 为制定杉木林和其他纯林林分空间结构优化和调整措施奠定基础。采用n=4确定林木的空间结构单元, 用大小比数、角尺度和竞争指数等3个林分空间结构参数分析杉木林的林分空间结构特征。结果表明, 9个标准地的杉木林大小比数都接近中庸状态, 林木个体差异不大, 林木分化不严重; 角尺度处于均匀和随机分布状态之间, 与水平分布理想模式存在一定差距; 竞争指数较为稳定, 没有因为年龄的不同而出现大幅度的变动。大小比数U和竞争指数H间为中度相关, 大小比数U和角尺度W, 以及角尺度W和竞争指数H间几乎不相关。研究结果有助于杉木人工林的可持续经营。     

中国典型森林生态系统乔木层群落物种多样性的空间分布格局及其影响因素

物种多样性地理分布格局及其成因是生物地理学和宏观生态学研究的核心问题之一,基于中国13个典型森林生态系统乔木层群落植物的调查数据,分析物种多样性随经纬度的变化规律,探讨物种多样性空间分布格局的影响因素。结果表明:(1) 13个典型森林生态系统的4个物种多样性指数均随经纬度上升而下降,其中物种丰富度变化更为显著,而Shannon-Wiener指数、Simpson指数和Pielou指数随经度上升变化不显著;(2)相关性分析结果显示,物种多样性指数与植物特性、能量和水分因子的单因素相关关系并不一致。其中,物种丰富度、Shannon-Wiener指数和Simpson指数与年均温、最冷月均温、温度年较差和潜在蒸散量的相关性最显著(P0.01),Pielou指数与年均温、最冷月均温、实际蒸散量、潜在蒸散量和郁闭度有显著相关关系(P0.05);(3)方差分解结果表明,能量和水分的共同作用对物种多样性指数空间分布格局的解释率最高,达到15%—42%;植物特性、能量和水分因子三者共同作用对物种多样性指数空间分布格局解释率次之,为14%—27%;植物特性与能量因子或水分因子两者之间的共同作用以及植物特性和水分因子独立作用对物种多样性指数空间分布格局的解释率较小,其中能量因子对物种多样性指数空间分布格局的单独解释率高于植物特性或水分因子。研究表明能量和水分共同作用是影响大尺度森林乔木层物种多样性空间分布格局形成的主要因素,但植物特性的差异对物种多样性空间分布格局影响也不可忽视。     

鄂西南天然林主要乔木树种物种组成及林分空间结构动态变化研究

该研究以鄂西南木林子国家级自然保护区内天然林为研究对象,以森林内胸径≥5 cm的乔木个体为具体分析对象,通过乔木树种重要值及其角尺度、大小比、混交度等林分空间结构参数的一元分布,阐述林分空间分布格局、大小分化程度、林木混交程度及变化,并通过分析林分空间结构参数的二元分布,探究各参数之间的联系,揭示5年间其林分空间结构特征及动态变化,为该林分类型的森林可持续经营提供准确的数据,以促进林分结构理想化,维持该区域物种多样性。结果显示:(1)2014年与2019年林分中主要建群种均为青冈(Cyclobalanopsis glauca),该种在群落中处于优势地位,鹅耳枥(Carpinus turczaninowii)重要值提高0.63%,其在林分中的相对重要性超过杉木(Cunninghamia lanceolata)位居第二,说明在该群落中鹅耳枥具有稳定的种群结构。(2)林分整体依然处于轻微团状分布状态,且各树种强度混交,平均混交度增长0.02,大小比均值降低0.01,林分生长依然处于中庸状态,5年来林分整体空间结构变化较小,但处于由当前林分结构向理想结构的过渡阶段。(3)结构参数两两组合的各组林分空间结构二元分布中,各参数不同取值等级的变化趋势基本不变,但大小比和混交度的二元分布结果显示林分中处于绝对劣势、劣势且零度混交、弱度混交的林木个体减少,林分稳定性得到提高。研究表明,研究区内天然林分空间结构动态变化虽不明显,但处于向更好、更稳定的结构发展中。     

武夷山常绿阔叶林空间结构参数分布特征

基于武夷山9.6hm~2常绿阔叶林动态监测样地调查资料,采用角尺度、大小比数、混交度等空间结构参数分析其群落乔木层内部空间结构特征,阐述群落结构的形成与维持机制。结果表明,该样地乔木层以随机分布为主,聚集分布为辅;树种混交度也极高,具有很强的物种异质性;树种的优劣程度参差不齐,整体处于中庸的生长状态。样地呈强度混交的轻度聚集分布格局。前10位优势树种均呈集聚分布,且它们的树种混交程度都极高。木荷、甜槠等喜阳植物在乔木上层占有一定的生长优势;随着林内微环境的不断改变,赤楠、格药柃等喜阴植物开始在乔木下层广布繁殖,并占据有利地位,这不仅提高了该区域的物种混交程度,还大大增加了该生境中的物种多样性,有助于群落形成较为稳定的动态结构。同时,该样地当前以中、幼龄树木居多,暂未有建群种出现,可能正处于演替中后期。只有角尺度和混交度这两个参数间存在着极显著负相关,说明当一个样地内的树种混交程度越高,物种多样性越大,其空间分布也就越密集,反之亦然。     

松突圆蚧空间分布型的研究

应用聚集度指标和回归分析,对松突圆蚧空间分布型进行测定,结果表明：松突圆蚧的若虫在松林中呈聚集分布,聚集度随虫口密度增大而增强;而成虫在松林中呈均匀分布,从而确定出不同种群密度下最适抽样数。通过林间调查和数理统计分析,结果表明：松突圆蚧在松树枝条的东、南、西、北不同方位,以及松树树冠的上、中、下不同层次和幼林、中龄林、成林不同树龄的松林之间的虫口数量差异不显;但在郁闭度不同的松林中虫口数量存在着显差异。     

√2 Rule for Controlling the Tree Pattern in Forest Cut

A forest's productivity can be optimized by the application of rules derived from monopolized circles.A monopolized circle is defined as a circle whose center is a tree and whose radius is half of the distance between the tree itself and its nearest neighbor.Three characteristics of monopolized circle are proved.(1) Monopolized circles do not overlay each other,the nearest relationship being tangent.(2)"Full uniform pattern"means that the grid of trees (a×=N) covers the whole plot,so that the distance between each tree in a row is the same as the row spacing.The total monopolized circle area with a full uniform pattern is independent on the number of trees and π/4 times the plot area.(3) If a tree is removed,the area of some trees'monopolized circle will increase without decreasing the monopolized circles of the other trees.According to the above three characteristics,"uniform index"is defined as the total area of monopolized circles in a plot divided by the total area of the monopolized circles,arranged in a uniform pattern in the same shaped plot.According to the definition of monopolized circle,the distribution of uniform index (L) = x2(2n)/2πn for a random pattern and E(L)=1/π;the variance of L is D(L)=1/nπ2.It is evident that E(L) is independent on N and the plot area;hence,L is a relative index.L can be used to compare the uniformity among plots with different areas and the numbers of trees.In a random pattern,where L is equivalent to the tree density of the plot in which the number of trees is 1 and the area is π,the influence of tree number and plot area to L is eliminated.When n→∞,D(L)→0 and L→1/π= 0.318;it indicates that the greater the number of tree is in the plots,the smaller the difference between the uniform indices will be.There are three types of patterns for describing tree distribution (aggregated,random,and uniform patterns).Since the distribution of L in the random pattern is accurately derived,L can be used to test the pattern types.The research on Moarshan showed that the whole plot has an aggregated pattern;the first,third,and sixth parts have an aggregated pattern;and the second,fourth,and fifth parts have a random pattern.None of the uniform indices is more than 0.318 (1/Ⅱ),which indicates that uniform patterns are rare in natural forests.The rules of uniform index can be applied to forest thinning.If you want to increase the value of uniform index,you must increase the total area of monopolized circles,which can be done by removing select trees."Increasing area trees"are the removed trees and can increase the value of the uniform index.A tree is an increasing area tree if the distance between the tree and its second nearest neighbor is √2 times longer than that between the tree itself and its first nearest neighbor,which is called the √2 rule.It was very interesting to find that when six plots were randomly separated from the original plot,the proportion of increasing area trees in each plot was always about 0.5 without exception.In random pattern,the expected proportion of increasing area trees is about 0.35-0.44,which is different from the sampling value of 0.5.The reason is very difficult to explain,and further study is needed.Two criteria can be used to identify which trees should be removed to increase the uniform index during forest thinning.Those trees should be (1) trees whose monopolized circle areas are on the small side and (2) increasing area trees,which are found via the √2 rule.     

大兴安岭主要森林类型林分空间结构优化模拟

以大兴安岭地区4种主要林型[天然落叶松纯林(LF)、天然白桦纯林(BF)、针阔混交林(CBMF)和针叶混交林(CMF)]的1 hm²固定样地调查数据为基础,选择常用林分空间[混交度(M)、大小比数(U)、角尺度(W)、竞争指数(CI)]和非空间结构参数[林分生长活力(DC)、林木稳定性(DH)],并结合熵值-AHP赋权法,构建单木综合抚育采伐指数(T),运用Excel VBA编制模拟抚育采伐过程;系统比较各林型不同抚育采伐强度(分别为10%、20%和30%)下T值,并确定各林型的最优抚育采伐强度.结果表明:初始状态下,各林型平均W均为0.57,属于典型聚集分布;各林分平均U在0.50～0.51,林木整体生长的优势程度处于典型的中庸状态;各林分平均M整体较低,其中,混交林明显大于纯林;林分内平均CI大于2.0,林木生长竞争压力较大;LF整体稳定性、活力均显著高于其他林分;整体来说,BF的经营迫切性程度显著高于其他林分.从同一林型内相邻抚育采伐强度间的T值增长率来看,LF的最佳抚育采伐强度为30%,其余3种林型的最佳抚育采伐强度均为10%,T值增长率分别为9.7%、7.9%、6.6%和3.9%;而从不同林型下T值大小和郁闭度来看,BF的最佳抚育采伐强度为20%,其余林型的最优抚育采伐强度均为30%,此时T值分别提高了28.9%、16.4%、17.5%和9.2%.抚育采伐后林分整体结构得到不同程度的改善,其中,林分M显著增大,林木水平空间分布格局趋向随机分布,优势树种优势程度增加,样地内林木竞争压力明显减小,DC略有降低,DH得到提升.     

Correlations between forest stand diversity and landscape pattern in Otepää Nature Park, Estonia

Rank correlations between tree species diversity in forest stands and parameters of landscape pattern were calculated using data from 4933 locations in Otepää Nature Park. Stand diversity was characterised by the number of tree species in the stand formula and by the index of dominance of tree species’ coverage. Landscape diversity was characterised by locally calculated pattern parameters from three categorical map layers (1:10 000 base map, 1:10 000 soil map, combination of these maps) and from six numerical variables (elevation, slope angle, four channels of a Landsat 7 ETM image).A weak trend appeared for more diverse forest stands to be located in more diverse landscapes according to the base map. Forest stand diversity is also higher on steeper slopes and in places surrounded by slopes of varying steepness. The correlation between landscape diversity and biodiversity depends on the radius of the kernel in which landscape characteristics are calculated. Evidence of an indicative neighbourhood could be seen in many spatial relationships. The spatial correlation between stand diversity and indices calculated from the base map was most visible at distances ranging from 400 to 500 m; surface elevation and its variation correlates with stand diversity at distances of 100–200 m. Some relationships between forest diversity and landscape diversity that had a different sign of correlation in proximate and distant kernels can be interpreted as a need to standardise local landscape indices with the index values in a wider neighbourhood as a reference.     

西双版纳热带雨林树种多样性的尺度效应

基于西双版纳20hm2森林动态监测样地内直径≥1cm的树种资料,分析了该样地树种香农多样性指数和辛普森多样性指数及其方差和变异系数在7个取样尺度(5m×5m、10m×10m、20m×20m、25m×25m、50m×50m、100m×100m、200m×250m)的变化规律,结果表明:(1)香农指数-面积曲线在尺度100m×100m有一个峰值,而辛普森指数-面积曲线在尺度为20m×20m有一个峰值。(2)香农指数和辛普森指数的方差随尺度的增加而减小,其中香农指数的方差在尺度100m×100m上最小,辛普森指数在尺度20m×20m方差最小,表明香农多样性指数在100m×100m的尺度上所获得的多样性信息比较可靠,而辛普森指数在20m×20m的尺度上所获得信息比较可靠。(3)多样性指数的方差和变异系数远大于随机模型拟合的数值,说明样地内树种不是随机分布。     

长白山落叶阔叶混交林的物种多样性、种群空间分布格局及种间关联性研究

根据在吉林省蚊河实验管理局1hm^2落叶阔叶混交林样地调查结果,对落叶阔叶混交林的群落结构、物种多样性、主要树种的空间分布格局以及树木种群的种间关联进行了研究．结果表明,树木种群优势程度不明显;乔木、灌木、草本的均匀度指数、生态优势度指数都较低．对5个主要乔木种群的空间格局均呈现聚集分布;15个主要树种之间有14个种对存在着显著的种间关联,一个种独立;树种之间正关联的种对少,关联强度低,而负关联多且较高,群落结构组成不稳定,处于软阔叶林向硬阔叶林直至红松阔叶林过渡的阶段．