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。     

福寿林场杉木人工林林分空间结构的研究

以福寿林场杉木人工林为研究对象,用角尺度、大小比和混交度3个空间结构参数分析了其空间结构特征。结果表明:林分平均混交度是0.138,为零度混交和弱度混交过渡类型。说明树种的空间隔离程度较小,林分的稳定状态差。平均角尺度为0.533,分布格局为聚集分布。大小比数为0.478,林木大小比数分布均匀,表明林分内林木个体胸径差异不大,林木分化不严重。     

萌生杉木林空间结构特征研究

利用结构参数角尺度、大小比数、混交度对浙江龙泉萌生杉木林的空间结构进行分析,结果表明:林分的平均角尺度为0.512,林分空间格局为随机分布;杉木树种分布格局为团状分布,木荷树种整体分布格局为随机分布,其它树种的整体分布格局为均匀分布;林分的平均混交度为0.438 4,在弱度混交和中度混交之间;林分中树种以胸径作为比较指标的林木个体的优势排列顺序为:苦槠、马尾松> 杉木> 樟树> 木荷> 枫香、红豆树> 拟赤杨> 榆树。根据萌生杉木林的结构特征提出经营对策, 通过合理择伐和补植乡土树种进行林分结构调整,提高林分质量,优化林分空间结构,以便更好地发挥其功能。     

福寿林场马尾松生态公益林林分空间结构研究

优化生态公益林的空间结构是实现多功能经营的重要途径,以福寿林场马尾松生态公益林为例,选用角尺度、混交度、大小比数、改进的开敞度和林层指数5个空间结构指标分析了其空间结构特征。结果表明:林分混交度的平均值是0.29,处于弱度混交和中度混交的中间状态,说明树种混交程度低,林分结构稳定性差;林分平均大小比数为0.53,为中庸状态,林木的胸径差异不明显,没有呈现出明显分化的趋势;林分平均角尺度为0.52,为聚集分布;林分林层指数的平均值为0.39,垂直方向上的成层性较为简单;林分开敞度的平均值为0.29,表明林分内的林木生长空间不足。     

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。     

石栎、青冈栎和杉木混交林分的空间结构

为了弄清优质林分的结构特征,应用传统林分结构因子分析方法,配合混交度、角尺度、大小比数3个林分空间结构参数,分析了位于江苏宜兴近郊的自然保护区内宜兴小黑沟石栎、青冈栎、杉木混交林的空间结构特征。结果表明:石栎、青冈栎、杉木混交林物种丰富度较高,乔木层共出现9个树种,径级结构分布连续,群落垂直结构特征明显,可分为3个林层;林分平均混交度为0.516,处于强度混交状态;林分平均角尺度为0.482,属于随机分布;林分平均大小比数为0.482,有超过40%的林木处于优势状态;石栎、青冈栎和杉木种群优势度明显,群落暂时处于相对稳定状态。     

南京郊区典型人工林分空间结构及间伐响应

采用混交度、大小比数、角尺度等林分空间分布格局参数分析了南京市郊区3种不同人工林的空间结构特征。结果表明,马尾松与杉木的混交林分平均混交度达0.61,接近较强度混交,群落的组成较复杂。而间伐前杉木林和麻栎林的混交度较小,分别为混交度为0.25和0.15,处于较弱度混交以下,群落组成较简单。马尾松与杉木混交林和麻栎林混交的平均角尺度分别为0.50和0.49,处于随机分布状态,而间伐前杉木林的林分平均角尺度为0.55,林内所有树种均属于聚集分布状态。马尾松与杉木混交林、麻栎林和间伐前杉木林的平均大小比数分别为0.61,0.5和0.54。在麻栎林中,麻栎的生长占较优势状态;在间伐前杉木林和马尾松与杉木混交林中,马尾松生长占绝对优势。杉木林间伐2 a后,林分的平均混交度由0.25上升到0.38,达到了较弱度混交以上,而林分的平均角尺度和平均大小比数变化不明显。     

柏木、马褂木和杉木等针阔混交林结构化森林经营研究

以29a生柏木、马褂木和杉木针阔混交林为研究材料,利用结构化森林经营技术评价林分的稳定性。结果表明:柏木、马褂木和杉木等针阔混交林中树种优势程度最高的为柏木,其次为马褂木;整个林分中的树种为随机分布,林分中林木大多数处于强度混交和极强度混交的状态,其中刺槐、翅荚木、构树和马尾松平均混交度为1,为极强度混交。女贞、黄檀、蓝果树、香椿、和油桐为强度混交。优势树种柏木、马褂木和杉木中,马褂木的平均混交度0.615,处于中度混交状态,杉木的平均混交度0.519,处于中度混交状态,柏木的平均混交度为0.484,处于弱度混交与中度混交之间。林分中翅荚木和构树的平均大小比数为1,在它们所处的结构单元中处于绝对劣势状态;黄檀、蓝果树和油桐的平均大小比数在0.750~0.856之间,处于劣势状态;刺槐和杉木的平均大小比数在0.5~0.618之间,处于从劣势向中庸过渡状态;柏木、女贞、马褂木、马尾松、黄樟和香椿平均大小比数在0.25~0.5之间,处于从中庸向亚优势过渡状态;林分中,天然更新情况均达到了更新良好的等级,林分处于健康稳定的状态,目前不需要经营。结果为柏木、马褂木和杉木针阔混交林经营提供了理论依据和技术支持。     

冀北山地杨桦次生林林分空间结构研究

在木兰林管局桃山林场选取面积为100 m×100 m的杨桦次生林样地,以每株林木树高、胸径和坐标为基础数据,运用混交度、大小比数和角尺度等林分空间结构参数分析了杨桦次生林的空间结构特征。结果表明:(1)该林分中山杨Populus davidiana和白桦Betula platyphylla在株数和断面积比例上占优势,为林分内优势树种;(2)林分各混交类型的比例相差不大,林分整体呈中度混交状态;(3)林分优势木和亚优势木相对较多,基于胸径、树高得到的平均大小比数结果基本一致,均能客观反映林分的分化规律;(4)林分平均角尺度为0.504,属于随机分布,林下伴生树种以集聚分布为主,但优势树种的随机分布趋势起决定作用。     

川西山地岷江冷杉风景林林分空间结构分析

应用传统林分结构因子配合混交度、角尺度、大小比数和开敞度4个林分空间结构参数,分析了川西山地退化风景林的空间结构特征.结果表明:林分结构较为简单,林分乔木层由7个树种组成,树种密度分布差异较大,树种结构相对单一;林分垂直结构特征明显,可分为3个林层,呈现出典型的复层林结构特征;林分平均混交度为0.46,以中强度混交单元为主,所占比例达61％;平均角尺度为0.483,属于随机分布状态;林木的胸径大小比数为0.286,有接近30％的林木处于优势状态;林分平均敞开度为0.309,林木生长空间基本充足.岷江冷杉种群优势度明显,群落处于相对稳定状态,其他5个树种由于株数较少,且径级分布不连续,自然更新较困难,经过一定时间的演化,将死亡,因此必须切实采取保护措施,保证其顺利生长,以保持物种多样性和群落的稳定性.     

清原县蒙古栎天然次生混交林空间结构分析

以抚顺市清原县蒙古栎天然次生林为研究对象,采用混交度、角尺度和胸径大小比数3个空间结构参数分析了林分的空间结构。结果表明:林分的平均混交度为0.572,属于中度混交;林分的平均角尺度为0.494,属于随机分布;林分的平均胸径大小比数为0.499,林分处于中庸状态,不同径级林木分布较为均匀。整个林分的混交状况较好,种群隔离程度较高,林分相对稳定。     

大兴安岭主要森林类型林分空间结构及最优树种组成

以2011—2012年大兴安岭的44块固定样地调查数据为基础,以常用的林分空间结构参数(角尺度、大小比、混交度、林分空间结构指数和林分空间结构距离)为切入点,对大兴安岭主要森林类型的林分空间结构特征及最优树种组成进行研究。结果表明:天然落叶松林、针叶混交林以及针阔混交林的林木水平分布格局均表现为随机分布,而白桦林则为明显的聚集分布;4种林型中树木的生长整体处于中庸状态,落叶松处于明显优势地位,其他伴生树种则处于不同程度受压状态;落叶松混交程度随着其优势程度的增加而降低,其他伴生树种则具有较高的混交度,整体上天然落叶松林、白桦林的树种空间隔离程度较低,而针叶混交林、针阔混交林的林分平均混交度相对较高;大兴安岭4种主要森林类型林分空间结构的优劣表现为针阔混交林针叶混交林天然落叶松林天然白桦林;天然落叶松林最优的树种组成为8落,其次为7落。     

小陇山辽东栎次生林的结构特征和物种多样性

运用混交度、角尺度、大小比数、林层数等林分空间结构参数,直径分布和物种多样性等非空间结构参数,对小陇山林区辽东栎天然林林分结构特征进行分析研究。结果表明:小陇山林区辽东栎天然林群落的灌木层和草本层物种丰富,多样性高;乔木层物种多样性指数明显低于灌木层和草本层;直径分布特征表现为典型的异龄林直径分布特征;林分天然更新良好,辽东栎实生苗占幼苗总数的46%;林分中林木个体分布角尺度均值为0.541,林木个体水平分布格局属团状分布;群落的树种隔离程度较高,平均混交度高达0.71,群落中77.4%以上的林木处于中度混交以上,处于强度混交的比例也接近于24%;林分中各树种以胸径作为比较指标的大小比数排序为:锐齿栎辽东栎漆树灯台树华山松青榨槭三桠乌药椴树秦岭白蜡梾木;在垂直结构方面,林分的平均林层数为2.45层,林层分化明显。依据辽东栎林分的天然更新和结构特征提出经营建议。     

大兴安岭林区典型阔叶混交林林分空间结构特征

文章以大兴安岭阔叶混交林为研究对象,利用角尺度、混交度和大小比数3种林分空间结构参数,研究了阔叶混交林的空间结构。研究发现：林分中随着径级的增加,林木株数呈逐渐减少的趋势;林分的平均角尺度为0.526,林分整体空间格局偏向于聚集分布状态;林分平均混交度为0.436,林分处于中弱度混交;林分的大小比数平均值为0.455,林分内各树种整体上处于中庸状态。     

杉阔混交人工林林分空间结构分析

选择以杉木和木荷为优势树种的中亚热带人工林为研究对象,结合树种组成Ⅰ和Ⅱ,利用混交度、大小比数和角尺度3种结构参数,分析了杉阔混交人工林林分空间结构.结果表明:优势树种杉木和木荷以弱度混交和中度混交为主,林分平均混交度分别为0.45和0.52,树种空间配置较简单,林分树种混交程度较低;杉木、木荷和苦槠大小比数分布比较均匀,平均大小比数在0.5左右;其余树种大小分化明显,平均大小比数在0～0.88之间,既有占优势的树种(泡桐、马尾松和丝栗栲),也有受压的树种(柯木、漆树、枫香、青冈和虎皮楠),林分平均大小比数分别为0.50和0.52,处于中庸生长状态,乔木层树种不稳定;在角尺度研究中,相对空间结构单元而言,林木水平分布存在波动性变化,分布格局呈聚集分布,平均角尺度分别为0.549 9和0.536 4.这些林分空间结构信息可为指导杉阔混交人工林合理择伐经营提供科学依据,通过合理择伐经营进行林分结构调整,提高林分质量,优化林分空间结构,以便更好地发挥其功能.     

考虑k阶邻近林木的混交度

【目的】为了解决现有混交度不能区分单一树种在不同行间混交方式中的隔离程度问题，提出考虑 k阶邻近林木的混交度( M k)。【方法】依据地物的邻近关系对空间进行剖分，以单株木视为平面点构建 Voronoi图，基于Voronoi图建立对象木的k阶邻近关系。当k取1时，M k 与其他混交度的计算公式及计算结果完全一样；当k取2或更大值时，Mk 采用1/k加权，与 Mg，Mv，Mp 和 Mc 采用相同的计算方法。以湖南福寿林场杉木人工纯林为研究对象，为了进行空间结构优化与调整，在幼龄林林分内补植了观光木和鹅掌楸，采取成片补植与2个树种交叉补植2种不同的空间配置补植方案，对比分析5种不同的混交度(Mg，Mv，Mp，Mc 和Mk)。【结果】在“1+n”空间结构单元中，Mg 和 Mp 不能区分观光木和鹅掌楸补植树种在不同补植方案中的混交度，其中 Mg 2种补植树种的混交度均为1，Mp 2种补植树种的混交度均为0.539； Mv 与 Mc能够区分不同补植方案杉木林的混交度，成片补植方案中杉木的混交度依次为0.027和0.039，交叉补植方案中杉木的混交度为0.043和0.045，但不能区分补植树种的单木混交度。考虑 k阶邻近林木的混交度把空间结构单元从“1+n”扩展到“1+n1+n2+…+ nk”，本文 k取2，即空间结构单元为“1+n1+n2”，Mk 能够区分2种补植方案杉木林与补植树种的混交度，使用 Mg 的计算方法(Mkg)，Mkg在成片补植方案中杉木、观光木和鹅掌楸的混交度为0.098，0.641，0.645，Mkg在交叉补植方案中杉木、观光木和鹅掌楸的混交度为0.101，0.652，0.655，交叉补植方案中杉木、观光木和鹅掌楸的混交度均大于成片补植方案中的混交度，使用 Mkv，Mkp，Mkc计算方法，能够得到同样的规律。【结论】本文提出考虑 k 阶邻近林木的混交度 Mk，其空间结构单元为“1+n1+n2+…+ nk”，空间结构单元的形式更多样，但混交度的计算更加复杂，区分度也更高，提高了单一树种混交度的区分度，能够解决1阶邻近不能区分的混交方式，可反映单木与林分的实际混交状况，为空间结构优化与调整时准确量化混交度提供了理论依据，能够更加准确地反映森林群落中树种相互隔离状况。     

广西大明山云贵山茉莉林的空间结构

利用混交度、大小比数和角尺度分析广西大明山云贵山茉莉林的空间结构。结果表明：云贵山茉莉林林分的树种空间配置以中、强度混交为主,优势树种云贵山茉莉多呈单种聚集;林木大小比数随胸径的增大呈迅速减小的趋势,小径阶林木多明显受压。中径木处于中庸状态,大径木占优势地位;林分整体和多数径阶的林木分布格局属聚集分布。     

萌生杉木林经营后林分空间结构变化

以萌生杉木(Cunninghamia lanceolata)林为研究对象,利用结构参数角尺度、大小比数、混交度对改造经营后的萌生杉木林的空间结构进行分析,结果表明:经营前后林木的分布格局均为随机分布;杉木林木分布格局由团状分布转变为随机分布,木荷仍为随机分布,其它树种仍为均匀分布;经营前、后林分的平均混交度分别为0.438 4、0.514 2,经营后较经营前有明显的提高,林分处于中度混交;经营后杉木的大小比数下降,木荷(Schima superba)、枫香(Liquidambar formosana)、赤杨叶(Alniphyllum fortunei)的大小比数增加;在经营后,树种的隔离程度、单木的优势度等得到了改善,有利于大径级材的培育。     

北京八达岭油松人工林结构分析

用传统林分结构因子配合混交度、大小比、角尺度3参数来分析北京八达岭林场油松人工林空间结构特征.结果表明:该林分的树种组成式为8油松1槲树1山梨 暴马丁香,林分密度为1 325 株/hm2.林分的平均角尺度为0.478,林分立木空间分布格局为随机分布.平均混交度为0.433,不同树种间呈现中度混交,种间隔离程度较小.林分平均胸径大小比为0.389,平均树高大小比为0.464,说明处于优势地位的株数较多,林分分化明显,且林分的发展空间还很大.胸径大小比数和树高大小比数在反映各树种参照树与相邻木之间的生长优势方面具有较强的一致性.     

乌溪江源头水源涵养林空间结构二元分布特征

于2020年利用空间结构参数中的混交度、角尺度、大小比数两两联合形成的二元分布,对乌溪江源头水源涵养林空间结构进行研究分析。结果表明:整体林分混交度较高,林分中处于极强度混交的林木个体数量最多,林分中林木的大小比数分布较均匀;林分中有一半以上的林木个体属于随机分布,少量林木为很均匀分布和团状分布;杉木(Cunninghamia lanceolata)作为主要优势树种之一,种群个体多处在高度混交状态。研究结果可为乌溪江流域水源涵养林林分空间结构和功能研究提供参考。