洞庭湖森林生态系统空间结构均质性评价

以东、南、西洞庭湖区域君山岛、龙山、赤山岛龙虎山林场、明朗山、常德林场、和洑林场和桃源县天然次生林为对象,借鉴生态学有关生态系统内部均衡和均质原理,在森林生态系统(斑块)尺度,从空间结构的混交、竞争、空间分布格局3个方面分析提出空间优化的均质性目标、均质性指数及均质性评价方法和评价标准.结果表明:15个洞庭湖湿地调查林分平均均质性评价指数为0.2517.均质性评价的5个等级中处于l级和2级的林分为12个,占80％,处于3级的林分只有3个,仅占20％.说明洞庭湖各林分整体上在空间结构、生长环境和树种优势度等方面不具有明显优势,离理想空间结构差距太大;按照高程不同,洞庭湖湿地从湖沼到丘陵岗地,林分空间结构均质性特征逐渐增强.森林生态系统空间优化均质性目标及均质性指数的提出是森林可持续经营空间途径的拓展,为森林经营的理想空间结构及其表达探索一条新途径.     

杉木生态林林分间伐空间结构优化模型

采用乘除法对全混交度、林层指数、W_V_Hegyi竞争指数、角尺度、开敞度5个林分空间结构参数进行多目标规划,确定林分空间结构优化目标函数,以林分空间结构和非空间结构为约束条件,在采用综合灰色关联度分析法确定林分空间结构约束条件优先次序的基础上,构建杉木生态林林分间伐空间结构优化模型,并将该模型用于确定样地中最该采伐的林木。结果表明:杉木生态林林分空间结构优化目标函数值与相关的空间结构指数的灰色综合关联度排序依次为全混交度(0.7016)林层指数(0.7008)角尺度(0.6578)开敞度(0.5960)W_V_Hegyi竞争指数(0.5785),因此在进行林木单株间伐前考虑林分空间结构约束条件时,首先要考虑林分的混交度,其次是林层指数;将构建的模型用于研究样地(20 m×30 m)确定的最优间伐木为14株,间伐强度为14.1%,间伐后描述林分非空间结构的径阶数和树种数均未减少,保持原有的径阶个数和树种个数;间伐后林分全混交度提高2.71%,林分树种空间隔离程度得到提高;林分林层指数提高10.91%,林分垂直分层结构有较大幅度的改善;林分W_V_Hegyi竞争指数降低8.64%,林分中林木所受的竞争压力减小;林分|角尺度-0.5︱降低8.25%,林分空间分布格局更加趋向于随机分布;开敞度增加了11.98%,林分的透光条件有一定程度的改善,林分空间结构优化模型目标函数Q(g)值提高了12.18%。林分空间结构整体上趋向优化。     

落叶松人工林空间结构优化的探讨

基于落叶松(Larix olgensis Henry)人工林固定标准地ML707的每木检尺数据,针对人工林普遍具有混交度低,分布均匀的特点。主要从林分竞争机制和树冠营养空间利用情况等方面提出了利用Hegyi竞争指数、生长空间指数、生长空间竞争指数分析优化林分空间结构,进一步比较了不同择伐强度下林分空间结构变化的大小。研究结果表明：14%左右为林分最优的择伐强度,空间优化达到最佳,优化后林分竞争态势减小,营养空间利用程度增大,林分空间结构得到改善。     

京西油松生态公益林空间结构评价

分析油松生态公益林空间结构并进行经营迫切性评价,为油松生态公益林空间结构的优化调整奠定理论基础。基于北京九龙山油松生态公益林的实测数据,选取混交度、大小比数、角尺度、密集度、林层指数、开敞度和竞争指数7个空间结构参数分析油松生态公益林的空间结构特征,并从密度、格局、竞争和混交等方面选取10个指标构建了经营迫切性评价指标体系并确定评价标准,进而对油松林进行了经营迫切性评价。结果表明:(1)油松纯林和油松混交林都接近随机分布,但油松纯林空间结构较为简单,树种组成单一,以零度和弱度混交为主,呈现单种聚集趋势;(2)林木大小分化不明显,主要树种油松与华北落叶松的优势度较大;(3)林木之间较为密集,处于密集的林木比例较高;(4)绝大部分林木都分布在中林层与上林层,林层结构不太明显;(5)两种林分处于中度竞争状态,与油松纯林相比,油松混交林的开敞度较小,生长空间较为不足;(6)油松纯林与混交林的经营迫切性指数分别为0.6与0.5,经营迫切性等级为特别迫切和十分迫切,说明油松生态公益林多数状态特征不符合标准,急需通过采取有效的经营措施优化林分配置,改善森林状况,以实现油松生态公益林可持续发展。     

北京地区油松人工林不同演替类型空间结构对林下植被及土壤的影响

以北京地区油松(Pinus tabuliformis)人工林不同演替类型林分为研究对象，研究油松纯林、油松-栓皮栎(Quercus variabilis)混交林和栓皮栎纯林三种不同演替类型林分的空间结构、林下植被和土壤水分的变化规律及其相互作用关系。结果表明：(1)林分水平及垂直空间结构、草本层物种多样性、更新幼树生长、土壤持水和透气性能等指标在三种不同演替类型林分间差异显著(P<0.05),林分空间结构参数中的角尺度、林层指数和开敞度显著影响了各类型林分的灌草多样性，混交度、林层指数和大小比数显著影响了更新幼树的生长，混交度和林层指数显著影响了土壤水分的变化(P<0.05)。(2)松栎混交林灌草生物量、天然更新幼树的生长以及土壤水分物理状况均好于纯林，并主要受林分混交度和林层指数的共同作用。(3)各演替类型林分内均存在栓皮栎更新幼树，混交林栓皮栎更新幼树数量最多、长势最好，对林地资源的竞争最为激烈。因此，可以通过调整林分空间结构实现种间关系及林地资源的调控，以充分发挥森林生态系统的各项功能与价值。     

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.     

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。     

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。     

福建含笑—杉木混交林的效益及机理分析

对7年生福建含笑－杉木[Michelia fujianensis Q.F.Zheng-Cunninghamia lanceolata(Lamb.)Hook.]混交林的生长效果、改土效益、水源涵养功能以及混交机理的分析研究表明,该混交林种间关系协调,林分空间分布格局合理,能调节林分小气候,改善土壤肥力状况,充分利用营养空间,增强水源涵养功能,促进林分生长。福建含笑与杉木混交林是改造杉木低产林、防止地力衰退及扩大珍贵阔叶树种植范围的有效途径之一。     

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。     

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。     

水分梯度下胡杨荒漠河岸林种内竞争及空间格局变化特征

为查明塔里木河下游不同水分梯度下胡杨种内竞争以及空间分布格局的变化规律,在塔里木河下游阿拉干断面选取3条样带,每条样带内依照水分梯度布设3个样方,采用Hegyi单木竞争模型与点格局等分析方法,探究了水分梯度下胡杨林种内竞争及空间格局变化特征。结果表明：1)塔里木河下游胡杨的最适竞争范围为10m; 2)胡杨竞争指数与胸径服从幂函数关系(P<0.001),胡杨竞争指数随对象木胸径的增加而逐渐减小,当对象木胸径达到20cm以上时,其竞争指数逐渐稳定,且维持在较低水平;3)随水分梯度的降低,胡杨林分竞争指数呈下降趋势;4)在塔里木河下游,胡杨空间格局主要为聚集分布,随空间尺度的增加,胡杨逐渐趋向于随机分布;5)随水分梯度的降低,胡杨空间格局由聚集分布逐渐转变为随机分布。水分是决定极端干旱区荒漠植被空间分布与结构的主要因子;在胡杨林分管理中,应充分考虑胡杨的种内竞争、空间格局及其与水分梯度之间关系,为塔里木河下游胡杨林的保护与更新提供科学依据。     

Estimating tree and stand sapwood area in spatially heterogeneous southeastern Australian forests

Aims Natural and anthropogenic changes in forests can have important influences on transpiration and water production. Understanding the effects of increasing disturbances, due for example to climate change and forest harvesting, requires detailed information on how forest density and structural attributes relate to transpiration. Mean annual transpiration of eucalypt forest communities is often strongly correlated with total cross-sectional sapwood area. Our aim was to test an efficient method for estimating sapwood area at 1.3 m height (SA 1.3) in a large number of trees to understand the spatial heterogeneity of tree and stand sapwood area within and between forest communities, and develop allometric relationships that predict SA 1.3 with forest inventory data. We also apply tree competition models to determine the degree to which the relationship between SA 1.3 and tree basal area at 1.3 m height (BA 1.3) is influenced by competition.Methods We visited 25 recently harvested southeastern Australian forest sites consisting of 1379 trees and 5 Eucalyptus species to evaluate a new efficient data collection method for estimating SA 1.3 with tree taper and stump dimensions data using mixed effects models. The locations of 784 stumps within one 5-ha site were accurately mapped using an unmanned aerial vehicle (UAV), and four distance-dependent tree competition models were applied across the site to explain within-stand variation in the ratio of SA 1.3 to BA 1.3. Data from 24 additional sites, consisting of ten 15 m radial plots per site, were used to analyse within-site variation in R Ha (the ratio of stand sapwood area SA Ha to stand basal area BA Ha). The radial plots were merged within each site to evaluate between-site variations in R Ha across the landscape. For predicting SA Ha with forest inventory data, we computed the relationship between SA Ha and a new index of total stem perimeter per hectare, defined as ? B A H a N T, where N T is tree stocking density.Important findings Our 1379 measured stems represent the most comprehensive measure of sapwood area, surpassing the 757 measured stems in native eucalypt forests published in literature. The species-specific R Ha varied considerably across sites and therefore extrapolating SA Ha with spatially distributed BA Ha maps and a generalized R Ha would introduce local uncertainty. We found that the species-specific stem perimeter index was more effective at capturing variability in SA Ha across the landscape using forest composition, structure and density data (R 2 : 0.72–0.77). The strong correlation between tree SA 1.3 and BA 1.3 improved slightly using tree competition models (R 2 increased from 0.86 to 0.88). Relating SA Ha to routinely measured forest inventory attributes within permanent plots and Light Detection and Ranging (LiDAR) data may provide opportunities to map forest water use in time and space across large areas disturbed by wildfire and logging.     

临安区不同森林类型竞争指数比较研究

竞争对树木生长有重要影响,通常用竞争指数定量描述树木之间的竞争关系。以浙江省杭州市临安区的乔木林为对象,利用2004年临安区森林资源监测数据,基于Voronoi图的Hegyi竞争指数,在区域尺度上对临安区多种森林类型的竞争关系进行分析。结果表明：在单木水平上,不同森林类型单木的总竞争指数、种内竞争指数、种间竞争指数在胸径5-10 cm最大;单木平均竞争指数随着胸径的增大而降低,胸径 > 30 cm的竞争压力得以缓解;临安区林木的竞争主要来源于种内竞争,天然林的种内竞争占总竞争指数的比例 > 50%,人工林的种内竞争占总竞争指数的比例 > 60%。径级平均总竞争指数、种内竞争指数、种间竞争指数与胸径的关系均服从对数函数关系。在林分水平上,不同森林类型的林分总竞争指数、种内竞争指数、种间竞争指数存在显著差异。平均总竞争顺序为：天然阔叶林 > 天然针阔混交林 > 人工针叶林 > 天然针叶林 > 人工针阔混交林 > 人工阔叶林。种内平均竞争顺序为：人工针叶林 > 天然阔叶林 > 天然针叶林 > 天然针阔混交林 > 人工针阔混交林 > 人工阔叶林。种间平均竞争顺序为：天然针阔混交林 > 人工针阔混交林 > 天然阔叶林 > 天然针叶林 > 人工针叶林 > 人工阔叶林。人工阔叶林的平均总竞争指数、种内竞争指数和种间竞争指数均为最小,该森林类型以山核桃经济树种为优势树种,说明为提高山核桃产量,人为控制低种植密度的经营措施有效降低了林分竞争强度。     

Assessing the effects of management on forest growth across France: insights from a new functional–structural model

Background and Aims

The structure of a forest stand, i.e. the distribution of tree size features, has strong effects on its functioning. The management of the structure is therefore an important tool in mitigating the impact of predicted changes in climate on forests, especially with respect to drought. Here, a new functional–structural model is presented and is used to assess the effects of management on forest functioning at a national scale.

Methods

The stand process-based model (PBM) Castanea was coupled to a stand structure module (SSM) based on empirical tree-to-tree competition rules. The calibration of the SSM was based on a thorough analysis of intersite and interannual variability of competition asymmetry. The coupled Castanea–SSM model was evaluated across France using forest inventory data, and used to compare the effect of contrasted silvicultural practices on simulated stand carbon fluxes and growth.

Key Results

The asymmetry of competition varied consistently with stand productivity at both spatial and temporal scales. The modelling of the competition rules enabled efficient prediction of changes in stand structure within the Castanea PBM. The coupled model predicted an increase in net primary productivity (NPP) with management intensity, resulting in higher growth. This positive effect of management was found to vary at a national scale across France: the highest increases in NPP were attained in forests facing moderate to high water stress; however, the absolute effect of management on simulated stand growth remained moderate to low because stand thinning involved changes in carbon allocation at the tree scale.

Conclusions

This modelling approach helps to identify the areas where management efforts should be concentrated in order to mitigate near-future drought impact on national forest productivity. Around a quarter of the French temperate oak and beech forests are currently in zones of high vulnerability, where management could thus mitigate the influence of climate change on forest yield     

A model to assess relationships between forest dynamics and spatial structure

Abstract. A spatially explicit model was developed to study the relationships between the dynamics and spatial structure of forest stands. The objective was to test whether tree spatial structure can be used as an indicator of stand dynamics. The model simulates the growth, mortality and recruitment of trees in a multi‐specific and uneven‐aged stand. It includes deterministic and stochastic processes so that repeated simulations do not lead to the same stand but provide several possible results for a given dynamic (defined by a set of parameters). Second‐order neighbourhood analyses were used to characterize the resulting spatial structures. They showed a high variability for a given set of parameters. Only the main trends in the spatial structure can be interpreted. Sensitivity analyses, concerning the influence of competition on spatial structure, showed that in heterogeneous stands confounding effects can hinder the interpretation of the spatial structure if all the trees are considered. The spatial structure of the canopy trees alone proved easier to interpret as it is directly linked to post recruitment competition. Inference on the dominant modality of competition (one‐sided or two‐sided) based on the spatial structure proved difficult.     

露水河林业局森林多目标经营规划设计

改变单一经营目标的传统森林经营方式,进行森林多目标经营,综合发挥森林的生态、社会与经济功能是我国林业发展的一个新阶段。如何从一个生产单位的角度出发,统筹森林利用和保护相关的社会、经济及环境等各方面,进行多目标规划和决策,是林业研究和实践中的重要命题。以长白山区露水河林业局为例,探讨了森林多目标经营的必要性,设计了森林多目标经营的规划设计体系,从群落生境分析、发展类型设计、林分作业设计以及生命周期经营计划设计等方面对露水河林业局森林多目标经营进行了规划设计,以期为我国开展森林多目标经营提供借鉴和手段支撑。     

森林多目标经营单元的时空尺度扩展

森林多目标经营是我国林业发展的重要趋势,而森林本身的特性以及国内外的众多研究证明,森林多目标经营需要考虑多个时空尺度,以满足其生态、经济和社会效益的综合发挥。在界定多功能林业和森林多目标经营的概念及基础上,系统地分析了传统森林经营时空尺度和现代森林多目标经营时空尺度的联系与区别,提出现代森林多目标经营单元空间尺度上应该满足区域、景观和林分多尺度的需要,而在时间尺度上则要综合考虑短期、中期和长期,并以露水河林业局为例给出具体的研究思路,以期为我国开展森林多目标经营提供借鉴。