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。     

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。     

湖南栎类天然次生林林分空间结构对灌木物种多样性的影响

林分空间结构会显著影响其林下植被多样性,为明确其影响灌木物种多样性的关键因子,以栎类天然次生林为研究对象,利用Pearson简单相关分析、多元线性逐步回归法与典型相关分析探索乔木层空间结构与林下灌木物种多样性的相关关系,为保护林下植被多样性提供生态经营建议。以混交度、聚集指数和开敞度表达林分空间结构,以Margalef指数、Pielou指数和AuclairGoff指数作为灌木物种多样性评价指标,利用3种统计分析方法分析两者之间的相关关系,研究结果表明:(1)Pearson相关分析结果显示混交度对灌木层Pielou指数和AuclairGoff指数影响显著(P0.05),其余指数均不显著;(2)多元线性逐步回归分析结果显示林下灌木物种多样性受到多个林分空间指标的综合影响,其中Pielou指数受到混交度、聚集指数和开敞度的显著影响,AuclairGoff指数受到混交度与开敞度的显著影响;(3)典型相关分析结果显示,第一对典型相关变量通过显著性检验,典型相关系数为0.5427,林分空间结构与灌木层多样性指标两组变量在整体上相关性较强,其中混交度是影响力最大的变量。因此,欲提高栎类天然次生林下灌木物种多样性,应选择以调整树种结构为主,综合考虑林木空间分布格局的调整方案。     

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。     

基于改进PSO的洞庭湖水源涵养林空间优化模型

以结构化森林经营思想为理论基础,从与水源林涵养水源、保持水土功能密切相关的林分物种组成(树种混交)、种内及种间竞争、空间分布格局、垂直结构4个方面选择混交度、竞争指数、角尺度、林层指数、空间密度指数、开阔比数作为水源林健康经营和林分空间结构优化的目标函数,建立洞庭湖水源林林分多目标空间优化模型,应用改进的群智能粒子群算法求解林分空间结构优化模型,并针对模型输出的目标树空间结构单元制定周密的经营策略.研究结果表明,优化模型能准确定位林分空间关系的薄弱环节,调控措施能显著改善林分空间结构,有利于促进森林生态系统的正向演替,为恢复洞庭湖水源林生态功能和健康经营提供理论依据和技术支撑.应用优化模型进行水源涵养林健康经营突破了传统森林经营模式,为智能信息技术在森林空间经营中的应用提供了新的思路.     

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。     

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。     

黄土高原马栏林区主要森林群落物种多样性研究

应用丰富度指数(S)、多样性指数(H1)、优势度指数(D)和均匀度指数(Js)对子午岭马栏林区的主要森林群落物种多样性进行了研究。结果表明:41个样地共记录草本151种,灌木111种,乔木33种。马栏林区森林植物群落其总体多样性是混交林>纯林>人工林;不同森林群落各层的物种多样性基本都表现为灌木层>草本层>乔木层;物种多样性乔木层以油松(Pinus tabulaeformis) 辽东栎(Quercus liaotungensis)混交林和落叶阔叶混交林较高,灌木层以油松 白桦(Betula platyphylla)混交林、白桦林和天然油松林多样性较高;草本层则是人工刺槐 (Robinia pseudoacacia)林、白桦林和山杨(Populus davidiana)林多样性较高。人工刺槐林和人工油松林在乔木层和灌木层多样性指数都较低。物种均匀度乔木层是落叶阔叶混交林最高,人工油松林和人工刺槐林最低;灌木层各群落的均匀度较为接近;草本层则表现为人工刺槐林均匀度最高,混交林最低。β多样性分析显示人工刺槐林与其它森林群落相异性较大,而辽东栎林、天然油松林和油松 白桦混交林均与油松 辽东栎混交林的相异性较小。研究表明多树种营造混交林可以增加群落的多样性,建造具有较高物种多样性的群落应种植混交林取代单一物种的人工纯林,在选择树种时应优先考虑乡土树种。     

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.     

西南亚热带典型天然常绿阔叶林的空间结构特征

以西南亚热带分布较广泛的两种典型的天然常绿阔叶林——四川大头茶林和栲树林为研究对象,根据树种组成,采用混交度、大小比数和角尺度3个空间结构参数,对比分析2种林分的空间结构特征。结果显示:(1)四川大头茶林和栲树林群落的乔木层分别有8和9个树种,2种林分内的优势种的密度及每公顷断面积优势明显。(2)2种林分的树种混交程度较高,林分平均混交度分别为0.61和0.73,混交程度均在中等以上;栲树林群落的树种隔离程度优于四川大头茶林;林分内的平均大小比数分别为0.47和0.45,多数林木处于中庸状态,林分内不同径级的林木在各组成的空间结构单元内分布比较均匀。(3)四川大头茶林的平均角尺度为0.523,属于聚集分布;栲树林的平均角尺度为0.517,属于随机分布,且呈现轻微的聚集分布。研究表明,两种林分的混交度差异显著,而大小比数和角尺度差异不显著,栲树林较四川大头茶林的群落结构稳定。     

北京松山自然保护区蒙古栎林的空间结构特征

以松山自然保护区面积为0.6 hm²样地的调查数据为基础,利用角尺度、大小比数和混交度3个林分空间结构参数,分析了蒙古栎天然林的空间结构特征.结果表明：蒙古栎林乔木层共有10个种群,蒙古栎种群密度和断面积占有明显优势,是乔木层的优势种和建群种;蒙古栎林平均混交度为0.299,林分混交程度低,优势种以零度混交和弱度混交为主,伴生种的混交状况普遍较好;蒙古栎和油松种群在空间结构单元中以优势木、亚优势木和中庸木为主,分别占种群总株数的68%和58%,其他种群的树种优势度不明显,多为被压木;该林分的空间分布格局为聚集分布,但林木聚集程度和聚集规模较低.     

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。     

杉楠混交与人工杉木林自养机制的恢复

自养机制的形成是人工林可持续经营的目标之一.本研究通过混交模拟杉木人工林不同恢复阶段林分,观察比较发现从退化的杉木林阶段到地带性树种比例较低的混交林、地带性树种比例较高的混交林和地带性树种纯林阶段凋落量、N、P、K、Ca和Mg5种元素的归还量逐渐增加,特别是5种养分元素的循环速率也不断增大,其中N、Mg的循环速率由杉木纯林的0.1左右增大到火力楠纯林的0.5以上,与此同时林分土壤有机质含量和养分含量也不断增加,表明退化杉木人工林在恢复过程中随着林内地带性火力楠树种混交比例的增加,林分的自养机制逐渐获得重建.从杉木人工林可持续经营角度来看,杉阔混交比例的确定应以林分自养机制的形成和土壤养分状况的改善为标准.     

广西极小种群单性木兰群落空间结构量化

在木论自然保护区极小种群单性木兰(Kmeria septentrionalis)群落木本植物每木调查的基础上,采用混交度、角尺度和大小比数3个林分空间结构参数,分析单性木兰生存群落木本植物物种组成及其空间结构特征。结果表明,样地内共有木本植物树种95种,隶属于55科82属,为典型的阔叶混交异龄林。群落林木以小径级占绝对优势,林木个体随着径级的增大急剧减少,整体呈倒J型分布。群落中大部分树种处于强度混交,树种间混交程度较高,林分平均混交度达0.742;群落林分大小比数为0.508,不同等级的林木在空间结构单元内分布较均匀;大部分林木介于随机分布和不均匀分布,均匀分布比例较少,林分平均角尺度为0.549,群落空间分布格局为轻度聚集分布。单性木兰种群径级结构呈倒J型,种群从幼苗向幼树生长过程中林木个体急剧减少。单性木兰种群混交度为0.796,处于高度混交状态;平均大小比数为0.400,处于亚优势偏向中庸状态;角尺度为0.528,呈轻度聚集分布状态。单性木兰群落不仅亟须有效保护,同时需采取适当的人为干扰措施促进种群的延续与发展。     

基于结构方程模型分析林分空间结构对草本物种多样性的影响

林分空间结构的改变直接影响林下草本物种的多样性。以针叶纯林、针阔混交林和常绿阔叶林为研究对象,采用结构方程模型研究了林分空间结构对林下草本物种多样性的影响,并探讨了林分水平空间结构,垂直空间结构以及林木竞争态势对林下草本物种多样性的影响的相对重要性。结果表明,林分水平空间结构对林下草本的物种多样性指数和物种均匀性指数均存在极显著的影响（P < 0.001）,影响系数高达0.96和0.89,对林下草本物种丰富度存在显著影响（P < 0.01）,影响系数为0.22;林分垂直空间结对林下草本丰富度和物种均匀性指数均存在极显著的影响（P < 0.001）,影响系数分别为0.86和0.43,对林下草本物种多样性指数存在显著影响（P < 0.01）,影响系数为0.16;林木竞争指数与林下草本丰富度和物种多样性指数也均存在极显著的影响（P < 0.001）,但影响系数较小,分别为-0.47和-0.30,而对林下草本物种均匀性指数未达到显著影响作用（P > 0.05）,影响系数仅为-0.04。整体上看,林分水平空间结构、垂直空间结构和林木竞争态势均对林下草本物种多样性有较强的影响作用,但从影响系数看,林分水平空间结构的影响作用最大,垂直空间结构次之,林木竞争态势的影响作用最小。因此,欲维持或改善林下草本物种多样性,应采取调整林分水平空间结构为主,垂直空间结构调整为辅,并适当降低林木竞争程度的综合经营措施。     

不同混交措施下杉木人工林群落稳定性特征

混交是人工林近自然经营的重要措施,探究混交度和树种配置对杉木人工林群落稳定性的影响可以为构建可持续经营的杉木混交林提供依据。本研究以3种不同混交度(纯林/低度0.051、中度0.297、高度0.598)的杉木人工林为研究对象,以林内优势种的更新潜力、林地生产力、土壤肥力和物种多样性等4类指标12个因子为评价标准,对不同人工林的群落稳定性特征进行分析。结果表明:与杉木纯林相比,混交林的林下更新潜力分别提高了32%(中混交度)和100%(高混交度),更新幼苗的种类也更为丰富。其次,混交林的草本生物量和物种丰富度均高于纯林,但乔木树种的生物量却分别仅有纯林的58%(中混交度)和66%(高混交度)。此外,混交林较高的物种丰富度和林下更新能力,增加了对土壤养分的需求,其土壤肥力较纯林略低。应用模糊数学中隶属函数方法对各林地群落稳定性进行综合评价,结果表明,中度混交林地的群落稳定性最高(0.909),其次为高混交度林地(0.882),而纯林的稳定性最低,仅为0.856。因此,构建密度适宜的杉木-檫木-栎属树种中度混交林可以使杉木人工林朝着健康的森林演替方向发展,使森林群落的经济和生态效益得到持续发挥。     

择伐强度对中亚热带天然针阔混交林林分空间结构的影响

利用混交度、大小比数和角尺度3个结构参数,研究4种不同择伐强度（弱度13.0%、中度29.1%、强度45.8%、极强度67.1%）对中亚热带天然针阔混交林林分空间结构的影响。结果表明：弱度择伐后林木的平均混交度最大,中度择伐次之,极强度择伐林木单种聚集的比例最高;不同择伐强度对林木的大小分化程度影响不大,但各主要树种的地位都有一定程度变化;择伐并未改变林木的空间分布格局,各样地林分整体和主要树种均为聚集分布,极强度择伐林木多呈团状分布,而弱度、中度择伐树种大多处于不均匀和随机分布。总的来说,弱度和中度择伐有利于林分空间结构的优化。     

我国南方4种常见人工林林下植物多样性特征及影响因素

为了解长期植被恢复的成熟人工林林下植物组成与多样性特征及其影响因素,基于广东鹤山生态系统国家野外科学观测研究站的南亚热带人工林生态系统,对环境相似(坡度、坡向、海拔)、30 a生4种类型人工林(桉树混交林、马占相思纯林、乡土混交林、针叶混交林)进行调查研究,分析林下植物组成和物种多样性(Shannon-Wiener指数、Simpson指数、Pielou指数)特征。结果表明,人工林林下植物类型丰富,均可形成乔-灌-草垂直结构;4种林型林下植物组成既有相似性,也有差异性,桉树混交林与针叶混交林、马占相思纯林与乡土混交林的灌木层组成相似;桉树混交林与马占相思纯林、乡土混交林与针叶混交林的草本层组成相似,而桉树混交林与针叶混交林的草本层组成极不相似。林分类型影响林下植物多样性,马占相思纯林林下灌草多样性显著低于其他3种混交林(P<0.05),灌木物种数、个体数最少;针叶混交林林下物种丰富度最高。林分郁闭度与林下植物多样性呈正相关(P<0.001),林下植物分布与土壤养分含量相关,桉树混交林、马占相思纯林林下植物多样性与不同形态氮含量相关,有效磷、全磷影响乡土混交林林下物种的分布,针叶混交林受土壤酸碱度、全钾的影响较为明显。在4种人工林林下植物群落中,乡土混交林多样性,均匀度最高,优势度最低,具有更佳的保育和维持林下生物多样性功能。因此,乡土树种混交林更适用于生态公益林构建或对一些针叶林及外来树种纯林进行林分改造。     

桥山栎林群落结构特征与物种多样性相关关系分析

为了解森林群落结构特征与物种多样性之间的相关关系,以黄土高原桥山林区典型麻栎纯林、麻栎阔叶混交林和麻栎油松混交林为研究对象,调查分析了群落结构特征,计算物种重要值及物种多样性,并进行了冗余分析,结果表明:(1)麻栎油松混交林主要以乔木层胸径、树高、枝下高等最高;麻栎阔叶混交林以灌木层盖度、地径、冠幅、高度等最高;麻栎纯林以草本地径、草本盖度及草本冠幅最高。(2) 3种类型林分乔木层重要值最高的均为麻栎(Quercus acutissima),灌木层为狼牙刺(Sophora viciifolia)、南蛇藤(Celastrus orbiculatus)、胡枝子(Lespedeza bicolor),草本层为苔草(Carex tristachya)。(3)麻栎油松混交林乔、灌层物种多样性较高,麻栎阔叶混交林以草本层物种多样性最高。(4)不同类型麻栎林群落结构特征与物种多样性关系有差异。松栎混交林中,对物种多样性影响最大的为乔木胸径、新稍长及灌木高度;麻栎阔叶混交林对物种多样性影响最大的为灌木层高度及冠幅;麻栎纯林中,对物种多样性影响最大的为乔木胸径。(5)麻栎油松混交林、麻栎阔叶混交林的胸径、树高、物种多样较麻栎纯林高,具有较高木材生产能力和生态防护功能,是未来森林经营培育的方向。     

黄土高原柴松群落空间结构

利用角尺度、大小比数和混交度3个林分空间结构参数,分析了黄土高原柴松(Pinus tabulaeformisf.shekannesis)群落的空间结构特征。结果表明:1)该林分的树种组成为柴松:辽东栎(Quercus liaotungensis)∶其他树种=7∶2∶1,林分密度为3064株.hm-2,柴松种群优势度明显。2)柴松林林分平均混交度为0.33,处于弱度混交到中度混交过渡时期,种间隔离程度较小。3)柴松林林分平均角尺度为0.57,整个林分呈团状分布。4)林分平均胸径大小比为0.52,平均树高大小比为0.53,林木大小比数的分布较为均匀。胸径大小比和树高大小比在反映林木生长优势方面具有一致性。