基于林网体系尺度上的农田防护林持续经营模型I——模型的构建

在农田防护林可持续经营内涵与目标分析的基础上,提出农田防护林可持续经营的理想结构;以矩(方)形林网体系作为研究对象,分析经营尺度、更新能力、林带更新年龄、更新方式等林网体系时空结构状态要素,提出农田防护林可持续经营模型构建的基本条件;根据林网体系中林带环度与林带数量的关系,标定并量化网格中林带的空间位置和年龄结构分布,定义了需要更新林带之间的距离函数,来表征各林带之间的分散程度;根据更新林带在林网体系内时空分布的均匀性,构建了农田防护林可持续经营模型。     

基于林网体系尺度上的农田防护林持续经营模型Ⅰ-模型的构建

在农田防护林可持续经营内涵与目标分析的基础上,提出农田防护林可持续经营的理想结构;以矩(方)形林网体系作为研究对象,分析经营尺度、更新能力、林带更新年龄、更新方式等林网体系时空结构状态要素,提出农田防护林可持续经营模型构建的基本条件;根据林网体系中林带环度与林带数量的关系,标定并量化网格中林带的空间位置和年龄结构分布,定义了需要更新林带之间的距离函数,来表征各林带之间的分散程度;根据更新林带在林网体系内时空分布的均匀性,构建了农田防护林可持续经营模型.     

农田防护林的可持续经营管理

林带更新的时空布局对持续发挥林网的防护效益具有重要意义。本文提出用拟法正林思想经营农田防扩林,以行政村为组织经营单位,通过逐步更新调整组织经营单位管理的林带,使整个林网体系形成自幼龄到成熟龄各龄级林带条数基本相等,空间上均匀配置的格局,从而确保时间上农田防护林生态服务的稳定和持续发挥。     

东北地区农田防护林高效多功能经营的指标体系及标准研究

从单条林带和林网两个尺度出发,建立了农田防护林高效多功能经营的指标体系,并通过分析各个指标之间的机理关系,提出了9个主要评价指标,对于单条林带,用林带疏透度,有效防护距离,初始防护成熟龄,防护成熟期,林带产投比,更新方式等可作为度量林带经营状态的指标;对于林网体系,用林网带斑比,林网连接度,环度,林网优势度等可作为度量林网经营状态的指标;依据主要指标的数量化界定,提出了农田防护林高效多功能经营的标准,可进行综合评价,这些评价指标及其标准,在宏观上确定了主要林网体系的布局,在微观上确定了单条林带的结构,成为衡量是否可持续经营的依据,为其高效多功能经营提供了导向。     

林带空间配置与布局优化研究

农田防护林(林带)的空间配置与布局是影响防护林结构和防护效益发挥并持续的关键因素．为达到农田防护林防护效益最大并持续的经营目标。在保证林分多样性和稳定性的条件下．林带必须具有空间上布局的合理性和时间上的连续性．经过多年防护林营林研究实践．在对1992年于辽宁省昌图县双井子乡设计营造的试验示范林带调查的基础上．对农田防护林单条林带方向的设置、带内树木的空间搭配方式、树种组成形式,多条林带或林网的带间距离以及大面积或区域防护林体系的空间景观布局等进行了综合研究．结果表明,单条林带和林网走向都应以垂直主害风作为设计的原则;林带内树木的空间搭配以“品”字型为佳,在不同树种混交的同一条林带中,可利用“边行优势”将生长相对缓慢的树种配置于边行．生长相对迅速的树种配置于内行;多条林带或林网空间配置参数——带间距离的设计应以林带达到初始防护成熟龄时的树高作为成林高．以林带结构变化规律和降低害风比例作为林带设计关键参数;区域防护林体系的空间布局应以景观生态学原理为基础．对林网体系进行评价与调控．     

农田防护林生态系统结构研究进展

农田防护林生态系统结构决定着生态功能,其时空结构是该领域研究的核心,旨在探讨形成结构的完整性、稳定性、持久性的组件间的相互关系,将其分为树体结构、林带结构、林网结构、景观结构4个层次,针对各层次中结构研究的原理、方法及成果进行了综述,通过树木个体的形态、质态结构研究,应用分形图形学的手段可实现动态结构的可视化,以研究林带树体结构的生成机理;精确界定林带结构的分维疏透度。探讨农田防护林带最佳结构理论,以构建防护林带最佳结构计算机生成模型;确立多物种、多层次的窄林带小网格的林网优化模式;评价农田防护林景观的合理性、稳定性、持续性,是今后的重要研究方向。     

东北地区农田防护林结构对林网内积雪分布格局的影响

东北地区冬季降雪是农田土壤水分的重要来源．探索农田防护林结构对林网内积雪分布格局的影响,是经营实践中如何依据疏透度指标来指导农田防护林结构调控的关键问题．通过由3个不同疏透度林带组成的林网内积雪深度的测定,对农田积雪分布格局进行了研究．结果表明,林网的结构对农田积雪分布产生较大影响．疏透度不同的林网内积雪分布的空间格局有明显差别。而且疏透度差异越大。分布格局的差异越显著．其中,在疏透度为φ2w=0．579、φ2s=0．268的林网内,农田积雪分布比较均匀,总体上整个农田积雪深度较为一致．这样,可依据疏透度与积雪分布格局的这种关系。指导冬季防护林带的结构调控与优化经营．     

FARSITE火行为模型的原理、结构及其应用

应用空间直观火行为模型模拟大的时空尺度上的林火蔓延过程成为林火管理、规划和科学分析的有效工具。FARSITE(Fire Area Simulator)是一个基于热物理、燃烧学和试验理论为一体的空间直观火行为模型,它集成了现有的地表火、树冠火、飞火和火加速等子模型。FARSITE能够利用GIS和RS提供的空间数据,模拟大时空尺度的林火蔓延,模拟结果能够以地图形式输出,反映林火行为的瞬时状态。本文介绍了FARSITE模型的基本原理、结构和运行机制,并将其应用到丰林自然保护区林火蔓延模拟,以期为国内林火管理和火行为模型的开发提供参考。     

防护林网内玉米田生物量和生产力格局的研究

 本文报道了松嫩平原防护林网内玉米(Zea mays)田的生物量和生物生产力的时空格局及其与生态、生理因子的关系。研究结果表明：林网东西两条主林带间不同位置玉米的生物量和生产力在生长季各时期均有显著差异。生物量在距西侧主林带5—10倍树高(H)处最高,距离为1树高处最低,25倍树高处亦较高。在大部分时间里生产力的水平格局为“N”形。两个峰分别为10H和25H。南北两条副林带间的生物量和生产力无明显差异。林网内生物量和生产力的分布格局受林网内温、湿因子分布的制约,不同时期的限制因子不同。叶面积和同化速率对生产力格局也有重要影响。林网内玉米穗生物量明显高于无林地。本研究指出,应适当缩短主林带间距,并可在林带附近种植浅根、矮秆和耐荫性作物,以提高整个林网的生产力和经济效益。     

农田防护林可持续集约经营模型的应用

选择具有典型代表的辽宁北部平原区、河北坝上农牧交错区和渭北旱塬区农田防护林为研究对象,以主栽树种杨树林带为研究材料,针对每个特定类型区的主要自然灾害因子和防护目的,统计分析调查研究数据,确定了辽宁北部、河北坝上和渭北旱塬3类型区农田防护林可持续集约经营模型的最优经营参数.其中林带最适疏透度分别为0.25～0.35、0.20～0.30和0.275～0.375;主林带间距分别为450～500m、200m和200～250m;副林带间距分别为500～1000m、500m和350～450m;林带带面宽度分别为8m、9m和4.5～8m;林带行数分别为3～4、6和2～4;林带树木株行距分别为2m×1.5～3m、1.5m×1.5m和1.5～3m×1.5～3m,主栽树种的防护成熟龄分别为15～16a、14～15a和12～14a;防护成熟期分别为10a、10～11a和12～14a;最佳更新方式分别为隔带更新、半带嫁接更新和隔带更新.     

不同覆盖物对农田防护林防风效能影响

为揭示不同覆盖物对农田林网内风速分布及防风效能的影响, 选取4种不同覆盖物和对照(无覆盖物)林网模型, 对其防风效能进行了风洞模拟试验。结果表明: 林网中防护林带高度范围内, 覆盖物对林带前后的风速流场具有显著影响, 尤其是高大果树类作物对风速削减程度较大。8 m·s-1风速条件下, 各模式林网内平均风速排序为核桃+小麦间作模式<苹果+小麦间作模式<红枣+小麦间作模式<纯小麦模式<无覆盖物。林网中1 cm和2 cm高度处平均防效能分析表明, 3种果树模式林网防风效能最佳, 纯小麦模式防效虽弱于果树模式, 但是较对照仍有一定的防效, 表明林网内覆盖物(特别是果树类作物)对林带防风效能有明显增强作用。因此, 随着集约化和精准农业推进, 进行农田防护林网配置时, 应充分考虑林网内作物本身的防风效能, 尤其是高大果树类作物农田防护林网配置时, 可适当调整林网大小, 合理配置林带结构, 提高经济效益。     

玛纳斯河流域绿洲农田防护林景观格局评价

防护林网作为农田景观的重要廊道系统,对生物多样性以及景观连通性等具有至关重要的作用。本研究以新疆玛纳斯河流域为研究区,基于高分辨率遥感影像,计算现实状态与合理状态下农田防护林网景观指标的相对误差,对玛纳斯河流域绿洲农田防护林网景观格局进行评价。结果显示:玛纳斯县、沙湾县和团场的防护林网带斑比的相对误差分别为0.7240、0.7374和0.7579,连续度的相对误差分别为0.5307、0.5629和0.6863,环度值的相对误差分别为0.6577、0.6380和0.4945。各景观指标的相对误差均大于0.15,说明玛纳斯河流域绿洲农田防护林网尚且达不到优质标准,存在林带面积不足、林网分布不均匀、闭合网格较少,成型状况较差等问题。建议在防护林的建设和管理中,加强缺失林带的补齐工作,并增加林带密度,通过科学合理的防护林网空间配置实现绿洲农田的可持续发展。     

试论林网在景观中布局的宏观的度量与评价

为通过对林网在景观中布局进行度量与评价而探讨在宏观上确定经营林网主要方向的依据,根据景观生态学原理,研究了适合于度量林网在景观中布局的娄量,分布以及成型状况等景观指标－林网带斑比,优势度,连接度和环度,提出了用由林网建设方案得到的林网结构参数计算林网合理景观指标值和用由调查得到的现有林网结构参数计算现有林网实际景观指标值的方法;讨论了用这两套林网景观指标值对现有林网布局进行评价,在宏观上确定经营林     

试论林网在景观中布局的宏观度量与评价

为通过对林网在景观中布局进行度量与评价而探讨在宏观上确定经营林网主要方向的依据,根据景观生态学原理,研究了适合于度量林网在景观中布局的数量、分布以及成型状况等景观指标─—林网带斑比、优势度、连接度和环度。提出了用由林网建设方案得到的林网结构参数计算林网合理景观指标值和用由调查得到的现有林网结构参数计算现有林网实际景观指标值的方法;讨论了用这两套林网景观指标值对现有林网布局进行评价,在宏观上确定经营林网主要方向的方法。最后,以对吉林省农安县前岗乡林网现状进行度量与评价为例,示范了本文研究结果的应用。     

杨树林带生长阶段与林木分级的研究

依据林带的特殊性,结合树木生长发育和林带结构变化规律,将林带生长阶段划分为幼龄期、中龄期（速生期）和防护成熟期３个时期;采用径级离散度、防护成熟龄、更新龄等量化指标,以杨树林带为例,将３个生长时期定量化;同时依据林带树木对防护效益的贡献和树木的生长状况,将林带树木划分为４级;并给出各生长发育时期的相应的经营措施．     

沿海水杉防护林带三维结构参数模型

为精准量化水杉林带三维结构,有效提高防风效应数值模拟的精度,对水杉标准木树干、枝条和叶片的表面积和体积进行测量,建立了水杉林带的三维结构参数模型。结果表明:所选水杉林带的表面积密度的变化范围为0.0012~3.4857 m~2·m~(-3),体积密度的变化范围为0.000002~0.012397 m~3·m~(-3);水杉林带的树冠形状、树木生长状况等与林带结构密切相关;林带结构具有一定的空间异质性,枝条和叶片的表面积和体积主要集中在冠层中部,而树干则集中在下部;林带内各组分表面积和体积组成有很大区别,树干的体积较大(占总体积的75.28%),而表面积较小(占总面积的5.57%);叶片的表面积较大(占总表面积的78.39%),而体积很小(占总体积的3.87%);表面积/体积比为叶片(20.23)枝条(0.77)树干(0.07);与以往研究相比,模型可以全面反映林带的结构特征,更接近林带的真实结构。同时,林带表面积和体积对气流的影响作用有一定差异,利用林带的表面积密度和体积密度共同作为林带的结构参数,可以反映水杉林带各组分对气流影响的差异,更好地表现林带的空气动力学特征。     

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。     

通风结构林带背风面湍流相关特征初步分析

本文根据湍流统计理论和野外观测数据,详细分析了林带背风面湍流自相关、空间相关和湍流积分尺度特征。在林带背风面的林缘附近,由于湍流尺度较小,使湍流相关系数不紧密。这时的时间尺度在2—3s(1.5m)和3—8s(5m),而空间尺度为10—20m左右。在远离林带以后,林带的作用减弱,随着湍流尺度增大,导致湍流相关系数增大。这时的时间尺度在15—20s,空间尺度在70—80m范围内,且湍流自相关系数服从2/3的指数定律。     

基于生态信息诊断框架的杉木人工林生物量生态预测研究

森林生物量会直接影响森林生态系统服务的评估。如何运用景感生态学,准确预测区域尺度下森林生物量的时空演变趋势,是关乎国家重大方针政策制定和生态产业体系建设的关键性战略课题。本研究目的是构建一套生态信息诊断框架,优化趋善化模型(3PG2模型)结构,解决由于模型结构设计所导致在森林景感营造过程中生态预测的不确定性。以杉木林分布广泛的福建南靖县为研究区域,选择合适的阈值范围和空间统计分析识别出模拟生物量的不确定性区域,构建包含Geogdetector软件、遗传技术和计算机程序3个部分组成的生态信息诊断框架,使用Geogdetector软件阐明多重因素交互作用对模型模拟的影响及机理,采用遗传技术优化模型结构以提升模拟精度,运用计算机程序和3PG2模型准确预测区域尺度杉木林生物量的时空演变趋势。结果表明:林龄是导致3PG2模型生物量模拟结果不确定性的主导因素。通过景感生态学(谜码数据和趋善化模型)构建的生态信息诊断框架可以准确预测森林生物量,实现区域尺度上的可持续森林管理。     

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.