基于森林调查数据的长白山天然林森林生物量相容性模型

森林生物量估算是进行陆地生态系统碳循环和碳动态分析的基础,但现有估测模型存在着总量与分量不相容的问题.本文以吉林省汪清天然林区为例,提出了基于森林调查的相容性森林生物量模型设计思想,并采用联立方程组为不同森林群落构造了一系列引入林分蓄积因子的相容性生物量模型,得到的预估精度较高.其中,针叶林、阔叶林和针阔混交林群落的森林生物量模型预估精度均在95%以上,基本上解决了森林生物量模型的相容性问题.     

基于森林调查数据的长白山天然林森林生物量相容性模型

森林生物量估算是进行陆地生态系统碳循环和碳动态分析的基础,但现有估测模型存在着总量与分量不相容的问题.本文以吉林省汪清天然林区为例,提出了基于森林调查的相容性森林生物量模型设计思想,并采用联立方程组为不同森林群落构造了一系列引入林分蓄积因子的相容性生物量模型,得到的预估精度较高.其中,针叶林、阔叶林和针阔混交林群落的森林生物量模型预估精度均在95%以上,基本上解决了森林生物量模型的相容性问题.     

樟子松人工林树冠表面积及体积预估模型的研究

基于樟子松(Pinus sylvestris var. mongolica)人工林6块固定标准地30株枝解析数据,在分析树冠表面积和树冠体积与林分变量和林木变量的基础上,利用幂函数建立了树冠表面积（CSA）和树冠体积(CV)的预估模型,同时还对林木材积生长量与CSA和CV进行了相关分析。研究结果表明：樟子松人工林树冠表面积和树冠体积随着林木胸径、树高和冠长的增大而增大,林木材积生长量与树冠表面积和树冠体积均明显呈线性关系。不同林分条件的樟子松人工林CSA和CV随林分年龄和胸径的增大而增大,CSA随林分密度的增大而减小,而CV与林分密度相关不紧密。林分树冠表面积和树冠体积预估模型的检验结果表明,两个模型的平均相对误差都在±8%之内,预估精度均大于91%,说明所建模型可以很好地预估樟子松人工林不同林分条件下的林木树冠表面积和树冠体积。     

山杨林林分密度效应动态模拟

 本文用林窗模型研究了小兴安岭南坡山杨林林分密度动态过程,在给定林分初始条件后,模拟了林分密度、断面积、生物量、叶面积指数和生产力150年的变化。用林分密度效应的3/2法则和产量恒定法则检验模拟林分,结果表明模拟林分密度发展与理论预测相符合。通过本文的研究既检验了林窗动态模型又印证了林分密度效应理论。     

落叶松人工林单木模型的研究

根据吉林省松江河林业局所实测的落叶松人工林(Larix olgensis)临时标准地66块、固定标准地18块以及8块团状枝解析样地资料,通过对林分中优势木生长及树冠结构与动态的分析,提出适于树木生长的Korf方程并用来构造林木的潜在生长函数。选择林分密度指数(SDI)作为反映林分中林木之间平均拥挤指标。在单木竞争指标的选择上,通过引进树冠因子,并在与传统的竞争指标相比较的基础上,淡化距离因子的作用,应用优势木相对树冠表面积构造了与距离无关的单木竞争指标,以此建立了落叶松人工林单木生长模型。     

非线性状态方程模拟异龄林径阶动态--以长白山阔叶红松林为例

以矩阵模型为基础,利用林分直径生长、进界生长和枯损的资料。用非线性动态模型模拟长白山阔叶红松林动态生长,并预测短期内在不同的采伐强度下林分的径阶变化,分析不同采伐强度对年生长量、年收获量和恢复年数的影响。结果表明,非线性动态模型在模拟林分生长上具有结构严谨和精度高的优点。将模型推广到采伐林分中,为科学地经营阔叶红松林,制定合理的采伐方案提供科学依据。     

基于经验模型和机理模型的杉木人工林生物量估测对比研究

为了揭示间伐干扰下杉木人工林生物量的变化规律,研究利用江西省吉水县石阳林场的36块杉木人工林样地的实测数据和研究区气候数据,通过基于经验的引入地位指数(SI)的生物量生长方程组和基于机理的3-PG模型,模拟并预估林分生物量,分析在间伐和非间伐的情况下,不同立地的林分其生物量0-50a的变化。结果表明:(1)构建了生物量生长方程组,并在参数a、b、c中引入地位指数SI,发现改进后的模型对于基础模型拟合精度更高,且对数似然比检验表明,改进效果显著(P<0.05)。(2)通过对3-PG模型预测精度验证发现,预估值和实测值之间有很高的一致性,各因子的决定系数(R²)在0.65-0.96之间,其中,胸径和树高的R²均高于0.92;各因子的平均相对误差(MRE)不超过26%。(3)通过比较经验模型和机理模型的生物量预测发现,经验模型的预测误差MRE为16.50%,机理模型为23.52%,经验模型预估精度更高。进一步对未来预测对比分析表明,机理模型预估值高于经验模型。(4)两个模型模拟的杉木人工林生物量规律一致,即随着林龄的增加,杉木人工林林分总生物量均表现出先快速增加,后逐渐平稳的趋势;并且间伐不会改变这种趋势,但间伐林分在间伐后的生物量生长速率高于无间伐林分。此外,由于SI对经验模型影响显著,改进模型拟合效果更好,更具有生态学意义。参数化后的3-PG模型模预估精度较高,能够为江西杉木人工林生长规律研究提供依据。虽然经验模型和机理模型在对研究区杉木人工林生物量的预估上均具有较好的表现,但各具特点和局限性。经验模型参数较易获得,且经验模型预测生物量、林分胸高断面积和林分平均树高的R²、MRE均优于机理模型;但模型对于建模数据内的评价效果较好,对于建模数据外的应用具有局限性,即经验模型更适合模拟生长期间的某一阶段的林分生物量。机理模型虽然需要的参数较多,但是考虑了生态学原理,弥补了经验模型的不足,可较好解释和模拟环境因子对树木生长的影响,对校正数据之外生长阶段的林分生物量预测更有优势。     

闽北马尾松人工林密度控制模型研究

本文以闽北地区196块常规马尾松人工林标准地资料为基础,应用离散阶段连续状态的动态规划方法,建立可变间隔期的马尾松人工林密度控制模型,并研究马尾松人工林林分密度效应.表明该模型效果较理想,可用于指导林业生产.     

北京地区侧柏人工林密度效应

密度是影响森林尤其是人工林生长的重要因素,林冠层是森林生态系统与其他系统进行能量和物质交换的重要场所,树木及树冠生长对林分密度的响应关系可以看作是生物对环境变化产生的适应性现象。林分密度效应是生态学和森林培育学的重要研究内容之一。以23块8种不同密度梯度的北京山区侧柏人工幼龄林林分为研究对象分析其树木生长及树冠生长对密度的响应关系,其中树冠指标使用了参照了美国林务局(USDA)的树冠调查指标。研究结果表明:(1)林分平均胸径、平均树高和平均冠幅生长均随密度增大而减小,林分密度大于3000株/hm2时各指标减小的趋势变缓,使用异速生长模型可以很好地拟合这种变化关系;(2)随密度增加,树冠水平方向和垂直方向生长均到显著地抑制作用,树冠外形表现出由饱满冠型向狭长冠型变化的适应性现象;(3)使用树冠二维、三维指标与密度进行相关性分析可知树冠长度、树冠率等指标与林分密度呈负相关关系,树冠圆满度及树冠生产效率与密度表现出极显著正相关关系;(4)采用枝解析的方法研究了树枝长度、材积的平均生长量、连年生长量与密度的关系,结果表明幼龄期各生长量差异不大;(5)在建立冠幅模型时考虑了自变量间的多重共线性问题,所建的胸径单自变量二次方模型能够很好地预测侧柏人工幼龄林冠幅生长过程,模型相关系数R2为0.961。     

天然常绿阔叶异龄幼林胸径的Weibull分布及动态预测

 常绿阔叶林是我国亚热带东部地区的地带性自然植被。本次在浙江西北部研究的44块常绿阔叶林样地的主要树种是青冈(Cyclobalanopsis glauca)、石栎(Lithocarpus glaber)、甜槠(Castanopsis eyrei)、木荷(Schima superba)和苦槠(Castanopsis sclerophylla)等。Weibull函数能够较灵活地用来表达常绿阔叶异龄林的这种具有不同偏度和峭度变化的直径分布。随着林分平均胸径(D)的增大,常绿阔叶异龄林的胸径分布表现出由指数形转向倒J形至正态形。偏度由正偏趋于负偏．峭度逐渐变小．多数相应增大的动态分布规律。采用参数预估法研究建立了以D为自变量的天然常绿阔叶异龄林直径分布动态模型及其预测数表．可供合理经营等参考使用。     

森林资源质量状况评价方法及其在川西米亚罗林区的应用

为明确每一森林小班内森林资源的质量状况,以便为林场采取合理的森林经营措施提供科学依据。以森林小班调查内容为基础,借鉴前人的研究成果,结合专家咨询,构建了一套森林资源质量状况的评价指标体系,并提出了简便易行、贴近生产实践的森林资源质量状况评价方法。评价指标体系由森林的自然性、森林生产力的维持能力和森林群落的结构完整性与稳定性3个方面构成,包括林分起源、龄组、林分密度等15个评价指标。采用层次分析法、专家咨询法确定各评价指标的权重值,并引入黄金分割理论,结合专家意见、相关标准规范划分了各评价指标的评价级别及其得分。整个林场森林资源质量状况等级根据森林小班评价结果的加权得出。以川西林业局管辖的301林场和303林场为例进行了评价试用,结果表明:301林场的一级质量小班数比例为45.65%,森林资源质量状况评价得分为0.59,评价级别为二级(一般);303林场的一级质量小班数比例为64.80%,森林资源质量状况评价得分为0.63,评价级别为一级(好)。结合有关研究成果和研究区域的实际情况,认为评价结果能较客观地反映森林资源质量的真实状况,评价方法具有较强的实用性。探讨了本方法在森林资源质量状况评价研究中的优缺点。     

白石砬子国家级自然保护区天然林的自然稀疏

以白石砬子自然保护区14个天然林为研究对象,利用近30 a间14次的连续定位观测数据,分析了各林分自然稀疏过程中Reineke方程指数β值的变化范围,阐明了β值恒定的机制与影响因素。结果表明,白石砬子自然保护区天然林随着林分密度的降低,林分平均胸径逐年提高;14个天然林中,平均胸径与林分密度的幂函数相关性均达到极显著水平,其中9个天然林的幂指数β值约为1.5;5个天然林β值变化范围较大,在0.44-1.80之间。对β值波动的5个林分进一步分析,1、9、56号林分受到明显的人为干扰;22、23号林分分别在林分密度较大和胸径生长量较高的时间范围内,β值约为1.5。在天然林的自然稀疏过程中,枯损林木呈左偏单峰状分布,大径阶木死亡数量较低,中小径阶的被压木死亡数量较大,形成了树木间的负反馈关系。综合本研究表明,白石砬子自然保护区天然林的自然稀疏是连续的过程,符合-3/2自疏法则,β值恒定,约为3/2;而β值是否恒定,与立地、树种组成等因素无关,与人为干扰有关;林木之间的负反馈机制是发生自然稀疏的根本原因,光是影响自然稀疏的主要因子。     

长白山阔叶红松林径级结构动态模拟和优化经营

以原始阔叶红松林为研究对象,采用密度依赖矩阵模型,模拟了自然生长预案下林分径级结构的动态变化,分析了一种择伐预案对林分径级结构的影响,计算了7种不同择伐强度下森林的恢复期。结果表明:原始阔叶红松林比较稳定,但也有比较缓慢的自然生长,林分株数密度呈下降趋势,符合森林的自然稀疏规律,随着时间的推移,各径阶株数的变化速度逐渐减弱,趋于稳定,验证了演替顶极理论。以生长量、收获量、保留林分结构和采伐费用为森林经营效果的评价指标,则20%的采伐强度、35年采伐周期和25%的采伐强度、45年的采伐周期的2种方案较优。     

武夷山国家级自然保护区黄山松天然林自然稀疏规律研究

选择平均直径、平均木断面积和林分总断面积作为林木个体大小的指标,研究林木株数与林木大小的关系.应用-3/2法则,建立黄山松天然林自然稀疏过程中林分密度与平均直径、平均木断面积、总断面积的相关关系.结果表明:黄山松天然林种群密度对林分平均胸径、平均木断面积、林分总断面积均存在显著作用.因此,在经营黄山松天然林时,必须切实重视林分密度控制管理.     

Epiphytic macrolichens in managed and natural forest landscapes: a comparison at two spatial scales

To maintain biodiversity in managed forests we must understand how forestry affects various organisms across a wide range of spatial and temporal scales. We compared landscape structure, forest structure, and species richness and abundance of epiphytic macrolichens in three pairs of natural and managed boreal forest landscapes. Study landscapes (2500 ha) were located within and adjacent to three of the largest forest reserves in Sweden (Reivo, Muddus, Jelka). The structural heterogeneity within landscapes was higher in managed forests whereas within-stand structural heterogeneity was higher in natural landscapes. Species richness of macrolichens at the stand level (sample plot) was 23% higher in natural forests but there was no difference at the landscape level. Most (86%) of the common species were more frequent in natural landscapes. Lichen abundance (estimated by lichen litter) was two times higher in natural than in managed landscapes, 5.6 and 2.7 kg ha^-1 forest (pooled data), respectively. Both species richness and abundance were negatively related to cutting level (number and basal area of cut stumps) and positively related to stand variables (stand age, stem density and basal area). Lichen-rich forest stands were more numerous but covered a smaller area and were more isolated in managed landscapes. This may in turn have important consequences for dispersal of lichen propagules to second-growth forests. In conclusion, the results suggest that effects of forestry on epiphyte diversity and abundance are strongly related to the spatial scale (stand or landscape). To enhance biodiversity in managed forests we must increase structural heterogeneity at the whole range of spatial and temporal scales.     

Natural sway frequencies and damping ratios of trees: concepts,review and synthesis of previous studies

Previous studies that measured the natural frequencies and damping ratios of conifer trees were reviewed and results synthesized. Analysis of natural frequency measurements from 602 trees, belonging to eight different species, showed that natural frequency was strongly and linearly related to the ratio of diameter at breast height to total tree height squared (i.e., DBH/H ²). After accounting for their size, pines (Pinus spp.) were found to have a significantly lower natural frequency than both spruce (Picea spp.) and Douglas-fir (Pseudotsuga spp.). Natural sway frequencies of de-branched trees were significantly higher than those of the same trees with the branches intact, and the difference increased with an increasing ratio of DBH/H ². Damping mechanisms were discussed and methods for measuring damping ratio were presented. Analysis of available data suggested that internal damping ratios were typically less than 0.05 and were not related to tree diameter. External damping was mainly due to aerodynamic drag on the foliage and contact between the crowns of adjacent trees. Analysis of data from previous wind-tunnel studies indicated that damping due to aerodynamic drag is a nonlinear function of velocity. Damping due to crown contact has been suggested by a previous author to be a function of both the distance to and the size of adjacent trees. Therefore, in uniformly spaced stands it may be possible to model crown contact damping as a function of stand density index (SDI), a common forestry measure which incorporates both of these variables.     

松材线虫(Bursaphelenchus xylophilus)入侵对马尾松(Pinus massoniana)林分生长的影响及相关生长模型

松材线虫（Bursaphelenchus xylophilus）是一种松树上发生严重的有害生物,它不仅改变了生态系统的结构和功能,而且改变了系统内生物的原有特性和地理分布。松材线虫及其引起的松树萎蔫病已对中国马尾松林（Pinus massoniana）的树木成长产生了巨大影响。基于此,使用＂每木调查法＂和＂样方法＂,对松材线虫入侵后的马尾松林内松树的各项生长指标因子进行了调查分析,其结果表明：自松材线虫1996年入侵所调查地区的松林后,对于受害松树不管是伐倒木（被伐倒）还是倒木（自然倒地）,其对周围马尾松胸径生长的影响是显著的,而对树高生长的影响不显著。最后建立了一系列的灰色和灰色-马尔可夫链数学模型,其预测结果精度高,可用于今后受害和未受害区马尾松林分因子的生长预测。     

基于线性分位数混合效应的辽东山区红松冠幅模型

冠幅是反映单木生长状态及构建林木生长收获模型的重要变量。本研究以辽东山区大边沟林场10～55年生红松人工林为对象,基于66块固定样地的2763株红松的每木检尺数据,选取冠幅基础模型,采用再参数化的方法引入单木竞争指标(R_d),利用哑变量的方法引入了林分密度、林层变量,构建不同分位点(0.50、0.90、0.93、0.95、0.96、0.99)的冠幅分位数回归模型,并与传统方法进行比较,选取模拟林分最大冠幅的最优分位点。为反映林分中单木冠幅在林木个体之间的差异,建立了基于样地水平的最优分位点的线性混合效应分位数回归冠幅模型,分析各变量对单木冠幅的影响。结果表明: 基于F统计检验,不同林分密度和林层的冠幅模型具有显著差异,在基础模型中引入林层、林分密度和竞争后,模型R_a²提高0.0104,均方根误差降低0.0115,均方误差降低为7.4%;与最小二乘法比较,分位数回归模型能够较好地模拟林分状态下的单木最大冠幅,并选出0.96分位点和0.93分位点作为上林层和下林层的分位数回归模型的最优分位点。引入混合效应的线性分位数回归模型的赤池信息准则、贝叶斯信息准则、HQ信息准则等评价指标优于传统分位数回归,参数标准误显著降低,混合效应的引入很好地解释了样地之间的差异。就上林层和下林层而言,林分密度越大,最大冠幅越小;相对直径越大,最大冠幅越大,其中林分密度对下林层的冠幅影响大于上林层,当林分密度足够大时,冠幅随着胸径的增大先增大后降低。本研究构建的基于混合效应的分位数回归模型能有效提高模型的拟合优度,今后可通过调控林分密度、适度抚育间伐等措施,实现对辽东山区红松人工林的科学营建和可持续发展。     

同龄纯林自然稀疏过程的经验模型研究

应用-3/2法则及广义Schumacher生长方程导出同龄纯林自然稀疏过程中密度随时间变化规律新模型,采用遗传算法对非线性模型参数进行最优估计.以山杨、云南松、杉木等树种同龄纯林自疏过程中密度随时间变化资料对新模型进行了验证,并与前人提出的主要森林自疏过程密度随时间变化规律模型进行了对比.结果表明,所提出的同龄纯林自疏规律模型能很好地拟合实际观测资料,具有良好的使用价值;新模型拟合效果较前人提出的自疏规律模型效果均更佳,说明新模型是一个描述同龄纯林自疏过程密度随时间变化规律的理想经验模型,可在森林自疏规律研究中应用.杉木林自疏过程密度变化规律的研究可为南方林区杉木林经营管理提供参考.