基于Voronoi图的落叶松人工林空间结构研究

文章选取金沟岭林场6块落叶松人工林选调查样地,利用基于Voronoi图确定的空间结构单元计算林分和林木的空间结构因子:聚集指数(R)、混交度(M)、大小比数(U)、开敞度(K)和竞争指数(CI),构造空间结构综合指数(P)模型;采用灰色关联法,分析5个结构因子与空间结构综合指数的关联系数和关联度。结果:①空间结构单位多以1株对象木和5～7株最近邻木构成。②样地以聚集分布为主,混交度较低,林木之间的分化不明显,平均竞争指数基本趋势为林龄越大,竞争越小。③落叶松树种的混交度低,生长空间较为不足,竞争指数相对偏小,在林分中处在较为优势的地位。④空间结构因子对林分空间结构综合指数的关联度大小为M K U R CI。结论:落叶松人工林空间结构综合指数偏低,树种混交度不高、树木生长空间不足,林木之间存在较大的竞争。     

林分空间结构指标研究进展

林分空间结构指标是定量描述林分空间结构特征的指标,是林分空间结构研究的热点和难点问题。在分析林分空间结构单元研究现状的基础上,从林分树种隔离程度、林木竞争、林木空间分布格局、垂直结构4个方面综述了林分空间结构指数的研究动态,并指出目前采用n=4或普通Voronoi图构成的空间结构单元计算林分的空间结构指数的两种方法都存在缺陷,而将林木的胸径、树高和冠幅作为综合权重,生成加权Voronoi图确定空间结构单元能弥补前述两种方法的缺陷;采用单个林分空间结构参数来分析林分的空间结构某个特征或某个树种的整体特征,无法表达具有某类共同特征的林木微观结构。将空间结构参数两两联合后形成的联合概率分布,以三维空间形式展示林分空间结构将是未来林分空间结构分析的趋势。     

基于加权Voronoi图的杉木生态公益林空间结构分析

以湖南省福寿国有林场杉木生态公益林为研究对象,通过将林木胸径、树高和冠幅作为综合权重,改进Voronoi图确定林木的邻近木,进而计算各空间结构指数,分析林分的空间结构特征。结果表明:林木空间结构以1株中心木与5株邻近木组成的空间结构单元最为常见,林木空间影响范围随综合权重的增加而增加;不同林龄杉木林树种空间隔离程度均较低,幼龄林全林分平均混交度为0.34,属于中度混交,中龄林和近熟林全林分平均混交度分别为0.17和0.23,为弱度混交;3种不同林龄的优势树种杉木的平均胸径大小比数均为0.50左右,表明林分处于中等竞争状态;各样地平均角尺度均小于0.475,表明不同林龄杉木林林木均处于均匀分布状态。     

天然次生林间伐强度的探讨——以国有青石冈林场木荷次生林为例

从林分空间结构指标参数出发,提出了以角尺度为主要调整目标的林分空间结构优化方案。结合林木间伐指数,确定间伐木,并进行间伐后林分空间结构的分析,最终确定间伐强度,结果表明:间伐后林分中林木的空间分布格局由团状分布调整为随机分布,林分平均角尺度ω=0.49,混交度得到提高,林木竞争指数和间伐指数均减小,大小比数基本保持不变,林分调整达到预期目标,林分结构得到优化,由此确定的间伐强度为26.2%。     

基于目标树经营的抚育采伐对云冷杉针阔混交林空间结构的影响

[目的]以长白山林区云冷杉针阔混交林为研究对象,分析目标树抚育采伐前后云冷杉针阔混交林空间结构参数的变化,探索目标树抚育采伐对森林空间结构的影响。[方法]基于6块面积1 hm~2的样地,首先遵循近自然森林经营的原理进行林木分类,选定目标树,伐除干扰树;再结合结构化森林经营的原理,计算并分析抚育采伐前后目标树空间结构参数和林分空间结构评价指数的变化。[结果]表明:经目标树抚育采伐后(1)目标树空间结构单元内的树种隔离程度得到进一步提高;林木透光条件有所改善;目标树的竞争压力得以减小;林木空间分布格局总体上得到优化。(2)林分空间结构评价指数进一步提高,林分空间结构水平稳中有升。[结论]通过采取合理的目标树抚育采伐措施能兼顾改善单木水平和林分水平的空间结构状况,在实现优化目标树空间结构的同时,保证林分整体空间结构的稳定。从目标树抚育采伐对林分整体空间结构的影响来看:所有样地的林分空间结构状况均得到进一步改善。     

红树林空间结构均质性指数

根据国内外天然林空间结构已有的研究成果,结合景观生态学理论,提出红树林林分空间结构优化的均质性目标和均质性指数的新概念;对影响林分空间结构均质性目标的各参数进行多目标规划,并给出均质性指数的定义和量化公式;首次使用灰色关联度分析法对广东湛江红树林国家自然保护区不同潮带林分空间结构影响因子调查数据与林木均质性指数的关联度进行分析,实例分析表明,各影响因子与均质性指数的关联度大小表现为竞争指数0.716>混交度0.686>空间密度指数0.670>目的树种特性指数0.644>角尺度0.638>大小比数0.616>健康指数0.607.林木均质性指数能较客观地反映红树林林木对所在林分均质性的影响,为建立红树林生态系统林分空间优化模型提供理论依据.     

冀北山地桦落混交林空间结构与直径生长关系研究

林分空间结构是森林经营管理过程中的重要因子。大小比数是林分空间结构的主要参数,对林木生长与竞争有重要影响。该研究以冀北山地典型森林类型桦落混交林为对象,以中心树与周围最近4株相邻木为空间结构单元,以林木年轮宽度确定直径生长,研究大小比数与直径生长的关系。结果表明:对于大小比数为0.5的空间结构单元,与相邻最粗树比较,桦树和落叶松的中心树直径生长过程基本一致,分3种情况:1一直处于劣态。2前后期处于劣态,中期竞争生长。3前期处于劣态,中后期竞争生长。不同大小比数木的林木之间的竞争主要集中于8~15a,此期间是对林分进行抚育采伐、调整林分密度的最佳时期。     

基于Voronoi图与Delaunay三角网的杉木人工纯林林木补植位置与空间配置

杉木人工纯林被划归为生态公益林,为了提高物种多样性,在杉木纯林内补植阔叶树种是多功能经营的一种有效手段。为了在杉木人工纯林林木补植时尽可能优化林分空间结构,本文提出基于Voronoi图与Delaunay三角网的补植位置与空间配置方法。以林木个体所在空间位置为平面相异点构建Voronoi图和Delaunay三角网,Voronoi图量化对象木的K-阶邻近关系,Delaunay三角网确定相邻木间的距离、角度和林木间的林隙。考虑林分的水平空间结构,选取基于Voronoi图的变异系数、混交度和竞争指数分别描述林木的分布格局、混交程度和竞争关系,建立林木和林分空间结构调控的均质性目标。林木补植前进行两株萌生木与枯死木的抚育间伐,补植分两次进行,第一次补植栾树,马褂木,第二次补植观光木,依据林木间Delaunay三角形面积大小确定林木补植位置,依据K阶邻近林木关系进行补植林木的空间配置,以达到林分空间结构优化的目的。因为研究对象为杉木人工纯林,补植前林分的树种混交度很低,介于0.011~0.063,由于属于杉木幼龄,还没有郁闭,竞争指数介于0.699~0.833,竞争强度较小,基于V图的林木分布变异系数介于1.662~2.354;林木补植后林分树种混交度得到提高,第二次补植后树种混交度(0.191±0.007)比第一次补植后的树种混交度(0.186±0.005)有所提高,均明显大于补植前树种混交度(0.042±0.020),补植后不仅物种多样性增强,树种混交程度增强;补植后竞争指数增大,第二次补植后林分竞争指数(4.67±0.32)比第一次补植后林分的竞争指数(4.41±0.24)有提高,均大于补植前林分的竞争指数(3.92±0.20),表明补植后竞争强度增强;第二次补植后基于Voronoi图的变异系数(0.48±0.07)比第一次补植后基于Voronoi图的变异系数(0.55±0.10)降低,均小于补植前基于Voronoi图的变异系数(2.04±0.31),表明补植后空间分布更均匀。基于Delaunay三角网进行林木补植能够调整林木的空间分布,基于K阶邻近的林木补植空间配置能够尽可能提高补植林木混交度与林分混交度,且补植树种越多,混交度越大,本文提出的林木补植方法可以实现林木补植在提高生物多样性同时优化林分空间结构。本研究为林分空间结构调整与优化林木补植提供理论依据,促使杉木人工纯林导向近自然林,实现多功能的森林经营。     

基于加权三角网的林分空间结构综合指数模型

【目的】基于加权三角网提出的林分空间结构综合指数模型,为综合性评价林分空间结构及制定森林经营决策方案提供一种新的方法模型。【方法】选取林木的自身属性(胸径、树高和冠幅)为综合权重,建立了一种用于描述林分空间结构单元的加权三角网。引入微观经济学中C-D生产函数的相关理论,构建了以全混交度、角尺度和交角竞争指数3个参数作为"投入",以林分整体空间结构综合指数作为"产出"的林分空间结构生产函数模型,从而定义林分空间结构综合指数(FSSCI)。以实验样地为例,对基于加权三角网确定的3个参数和FSSCI进行适用性评价。【结果】1)天然林样地加权前后的3个空间结构参数均符合正态分布;加权前后的全混交度呈显著相关,但由于加权过程中改变了林木的坐标,导致角尺度和交角竞争指数不存在相关性。2)天然林样地加权前后的平均FSSCI存在相关性,相关系数为0.650,Sig.值为0.029;天然林样地的FSSCI与FSSI′之间存在相关性,且两者对天然林的评价结果基本一致,但FSSI′对人工林的评价结果为0,无法做出有效的评价;FSSCI对林分空间结构的评价比传统方法更为全面。【结论】基于加权三角网计算的3个空间结构参数和FSSCI仍然是合理可用的。FSSCI同FSSI′一样对天然林的空间结构评价具有合理性和适用性,但FSSCI的适用范围广于FSSI′,满足天然林和人工林的空间结构评价。FSSCI的提出丰富了林分空间结构综合性评价方法,为森林可持续经营提供了合理可靠的理论与技术支持。     

基于加权Voronoi图的杉木生态公益林空间结构量化分析

以湖南省福寿国有林场内24年生杉木生态公益林为研究对象,通过胸径加权Voronoi图确定各中心木的邻近木,计算混交度、大小比数、聚集指数、林层指数和开敞度5个空间结构指数,全面分析了该林分的空间结构特征。结果表明:1)林分平均混交度为0.21,为弱度混交,树种空间隔离程度较低;2)林分平均大小比数为0.58,林分胸径大小分化不太明显,处于中等竞争状态;3)林分平均聚集指数为1.06,林木总体上处于由均匀分布向随机分布演替的过渡阶段;4)林分平均林层指数为0.24,林木在垂直空间上配置较为简单;5)林分平均开敞度为0.23,林木生长空间不足。     

冀北山地落叶松人工林直径生长与空间结构的关系

在河北省围场县桃山林场落叶松人工林中选取65组林木,进行大小比数与直径生长关系的分析。基于落叶松(Larix olgensis Henry)人工林固定标准地的每木检尺表数据,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,进一步比较不同择伐程度下林分空间结构变化的大小。结果表明:中心树生长出现两种情况,有明显被压过程和无明显被压过程。林分竞争主要集中在8～15a,是进行抚育间伐的最佳时期,可以为林木提供更大的营养空间,保证林木正常健康生长。     

北京九龙山侧柏生态公益林空间结构分析与评价

[目的]分析侧柏生态公益林空间结构并进行经营迫切性评价,为侧柏生态公益林空间结构的优化调整及区域内其它生态公益人工林空间结构优化调整奠定理论基础。[方法]基于北京九龙山侧柏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侧柏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,进而对侧柏林进行了经营迫切性评价。[结果]侧柏生态公益林空间结构较为简单,林分呈均匀分布,树种组成单一,以零度和弱度混交为主,呈现单种聚集趋势;林木大小分化不明显,侧柏的优势度最大;林木之间较为密集,处于很密集和比较密集的林木比例较高;林分中所有林木几乎都分布在中林层与上林层,林层指数为0.288,林层结构不太明显;林分开敞度和竞争指数分别为0.274和0.318,总体处于生长空间不足、中度竞争状态;侧柏林的经营迫切性指数为0.8,经营迫切性等级为特别迫切,说明侧柏人工林大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,以实现侧柏人工林可持续发展的目的。[结论]林分空间结构的分析与经营迫切性评价,不仅能够发现林分结构的不合理方面,还能针对性的制定空间结构调整措施,促进侧柏生态公益林不断向健康稳定的方向发展,实现其生态、经济和社会效益的持续发挥。     

基于林木特征和经济指标天然次生林单木优化

以往的林分空间结构优化大多是根据1期的林分调查数据,采用林空结构3指标(角尺度、混交度、大小比数)来反映空间结构状况.研究利用帽儿山实验林场固定样地2期调查数据及林木价格数据,采用林分空间结构指数和林分空间距离指数对固定样地的各主要目标树种进行空间格局分析,并结合林木的价值增长率指标对采伐的林木进行最优化控制,以实现天...     

泰森多边形与传统四株树法的天然红树林空间结构比较研究

[目的]以漳江口红树林为研究对象,利用泰森多边形和四株树法划分天然红树林林木平面空间分布结构,确定对象木的最邻近竞争木,计算林分空间结构指数,对比分析两种方法的异同,探讨泰森多边形法应用红树林林分空间结构量化的适用性.[方法]设置20 m×20 m样地,每木调查时用钢尺测量横纵坐标,在坐标纸上标记调查木的位置和编号,同...     

基于Voronoi图的杉木幼龄林空间结构分析

以将乐国有林场杉木人工幼林为研究对象,设置15块样地,分别计算基于Voronoi图的林分空间结构指数和传统的以最近邻木数取4的空间结构指数。结果表明:2种计算方法在计算大小比数时结果有较高的一致性,但在计算角尺度时结果差异较大。说明Voronoi图在确定林分空间结构单元方面具有灵活性,能够确定更接近实际林分分布的空间结构单元,比传统方法更准确地描述林木空间分布格局和个体大小比。     

湖南次生栎林空间结构优化

以湖南省国家森林连续清查中栎类为优势树种的样地作为研究对象,通过空间结构指数结合生长量选取合适的间伐木,为湖南栎类次生林的结构调整提供优化方法。运用邻域分析方法对每一个样地创建Voronoi图,分析林分空间结构特征。根据全混交度、角尺度、大小比数、竞争指数4个主要空间结构指数并运用乘除法的思想构建综合空间结构模型。根据每一株林木的综合空间结构指数选取合适的间伐木进行优化。用相容性林分生长收获模型模拟最优断面积,用最优的断面积控制间伐量,使得林分被间伐后,其生长活力能得到提高,在样地结构优化的同时达到提质增量的目的。以2 277号样地为例,根据模型确定样地间伐木为21株,株数间伐强度为16.27%,且间伐后的林分树种个数与径阶个数都未减少;间伐后的林分全混交度提高3.70%,林分整体竞争强度降低31.74%,林分的角尺度降低0.46%,林木的分布格局趋于随机分布,林分空间结构指数增加160.12%,使得林分的空间结构得到大幅的改善。林分的结构越合理,稳定性就越高,发挥的功能作用就越多。本研究以湖南栎类次生林为研究对象,在提出林分空间结构优化目标的基础上,结合了生长量的优化,构建林分间伐空间结构优化模型和每个年龄段的最优断面积预测曲线,为栎类次生林空间结构优化调控和林分提质增量措施的制定奠定理论基础。     

基于结构方程模型的杉木公益林林分空间结构评价

【目的】综合评价杉木公益林林分空间结构,确定不同龄组林分空间结构现状,为制定精准可行的林分空间结构优化和经营措施提供理论依据。【方法】以湖南省平江县芦头实验林场杉木公益林为研究对象,基于30块样地实测数据,采用4株木法确定林分空间结构单元,选取全混交度、角尺度和空间密度指数作为内生潜变量水平空间结构的观测变量,林层指数、开敞度和交角竞争指数作为内生潜变量垂直空间结构的观测变量,以林分空间结构为外生潜变量,构建林分空间结构评价结构方程模型,模型输出的路径系数通过归一化处理确定各指标权重,在此基础上对林分空间结构进行综合评价。【结果】1)林分空间结构评价结构方程模型的卡方自由度比值(χ²/df)为1.708,介于1～3之间,比较拟合指数(CFI)、非正规化拟合指数(NNFI)和递增拟合指数(IFI)分别为0.944、0.924和0.946,均大于0.90,各拟合指数均符合适配参考值,模型整体适配度良好;2)内生潜变量水平空间结构、垂直空间结构的权重分别为0.522 9、0.477 1,对外生潜变量林分空间结构的影响大致相同,空间密度指数所占权重最高,是影响林分水平空间...     

桉树人工林抚育间伐调控技术研究

为优化人工林空间结构提供新方法,精准提升人工林森林质量,在雷州半岛选取1～5年生短轮伐期桉树纸浆用材林,分析不同林龄的桉树人工林的林分空间结构特征。结合大小比数、角尺度、开敞度、竞争指数和材积等5个子目标提出评价指数,并以Monte Carlo法建立林分间伐模型,得出最佳采伐方案,从而能精确定位采伐木。结果表明:1)桉树人工林各林龄中Normal分布拟合直径分布的效果最佳,Weibull和Logistic分布次之;2)1～5年生的桉树人工林大小比数均接近0.5,林木大小差异不明显,林分角尺度均<0.475,林木呈均匀分布;3)林木总体承受的竞争压力较小,其中1年生林木生长空间充足,2年生林木生长空间基本充足,3～5年生林木生长空间表现为不足或严重不足;4)以3和5年生桉树人工林样地为例,通过林分间伐模型确定最佳采伐方案,采伐木株数小于总株数的25%,伐后各项结构参数都得到了优化,增强了林分空间结构的稳定性。     

冀北山地白桦典型大小比数与直径生长关系研究

以冀北山地杨桦次生林为对象,以参照树与周围最近4株相邻木为空间结构单元,以林木年轮宽度确定直径生长,研究大小比数与直径生长的关系。结果表明:该林分林木间在10~20a竞争最为激烈,是对林分进行森林经营管理、调整林分密度的最佳时期。林木大小比数的形成主要取决于林木最初生长状况以及林木的竞争能力;3个大小比数木生长优势比较,优势木生长优势明显,中庸木对劣态木无明显的生长优势;林木优势度越低,其直径生长与外界环境条件的相关性越低。     

森林结构研究方法综述

文章介绍了森林非空间结构的直径分布规律、常用的直径结构拟合函数及空间结构中描述林木空间分布格局、树种空间隔离程度、林木竞争等指数的研究动态,并指出未来森林结构研究方向是将经营措施-森林结构-功能相结合,建立经营措施-林分结构-功能耦合模型,从而更科学有效地经营森林,提高森林质量,发挥森林的多功能性。