基于结构方程模型的林分上下层间结构与树木多样性耦合关系研究

为探讨林分上下层间结构与树木多样性的关系,以阿什河流域天然次生杂木林为对象,构建了立地条件-林分上层结构-林分上层树木多样性-林分下层结构与树木多样性的结构方程模型。结果表明:立地条件(ξ1)对林分上层结构(ξ2)具有直接正影响,影响系数为0.59;对林分上层树木多样性(ξ3)具有正影响,总影响系数为0.75,直接影响系数为0.43;对林分下层结构与树木多样性(ξ4)具有负影响,总影响系数为-0.58,直接影响系数为-0.12。林分上层结构(ξ2)对林分上层树木多样性(ξ3)具有直接正影响,影响系数为0.55;对林分下层结构与树木多样性(ξ4)具有负影响,总影响系数为-0.55,直接影响系数为-0.38。林分上层树木多样性(ξ3)对林分下层结构与树木多样性(ξ4)具有直接负影响,影响系数为-0.31。对林分下层密度(x11)影响最大的林分上层观测变量为林分上层树冠面积(x7),总影响系数为-0.19,直接影响系数为-0.12。对林分下层平均树高(x12)影响最大的林分上层观测变量为林分上层平均树高(x6),总影响系数为-0.28,直接影响系数为-0.13。林分上层树冠面积(x7)和树高多样性(x10)对林分下层树种多样性(x14)影响较大,影响系数分别为-0.38和-0.36。树冠面积(x7)的影响全为直接影响;树高多样性(x10)的直接影响大于间接影响;林分上层结构(ξ2)与树木多样性(ξ3)中的观测变量对林分下层树冠面积(x13)影响不明显。      

岩溶区林分生长与影响因子的关系

  目的  通过研究南水北调源头渠首岩溶区不同林分生长及其影响的主导因子,为科学指导岩溶区植被恢复、林地管理与林分改造提供依据。  方法  以南水北调水源地中线渠首所在地淅川县岩溶区为研究对象,基于结构方程模型构建乔木层生物量与基岩裸露度、土壤厚度、树种多样性以及林分密度的模型,进行关系耦合。  结果  基岩裸露度与林分密度为正相关关系(P＜0.01),与树种多样性为极显著正相关关系(P＜0.01),与建群种生物量为极显著负相关关系(P＜0.01)。基岩裸露度对林分密度的直接影响系数为0.198,对树种多样性的直接影响系数为0.519,对建群种生物量的总影响系数、直接影响系数及间接影响系数分别为?0.659、?0.722和0.063,对林分生物量的间接影响系数为?0.604。土壤厚度与建群种生物量呈显著正相关关系(P＜0.05),与树种多样性、林分密度与建群种生物量为正相关关系。土壤厚度对建群种生物量的直接影响系数为0.258,对林分总生物量的间接影响系数为0.262;树种多样性对建群种的直接影响系数为0.084,对林分总生物量的总影响系数、直接影响系数及间接影响系数分别为0.211、0.126和0.085;林分密度对建群种的直接影响系数为0.096,对林分总生物量的间接影响系数为0.098。建群种生物量与林分总生物量为显著正相关关系(P＜0.01),建群种生物量对林分总生物量的总影响系数为1.014。  结论  基岩裸露度、土壤厚度、树种多样性及林分密度与建群种生物量、林分总生物量之间存在着复杂的关系,在岩溶区降低基岩裸露度、增加土壤厚度(即提升立地条件)能够改善林分结构增加建群种和全林分的生物量。生物量与立地条件、树种多样性和林分密度呈正相关,提升立地条件、抚育改变林分结构能够促进个体生长,增加生物量的积累,改善岩溶区的生态环境。图1表3参34     

东北温带森林林分结构与生产力关系研究

目的探讨林分结构与森林生产力之间的关系及其驱动机制,为合理改善林分结构,优化森林生态系统功能,提高林分生产力提供科学依据。方法以东北地区温带森林为研究对象,采用机械布点的方式在东北地区7座温带森林分布的主要山脉上设置了327个调查取样点,调查面积共计32.7 hm2。研究以26 348株活立木的野外调查数据为基础,利用结构方程模型探讨了基于大尺度条件下物种多样性和结构多样性对森林生产力的作用路径和大小,分析了温度、降水和林分优势高与森林生产力之间的关系及其驱动机制。结果在结构方程模型中:（1）物种多样性和结构多样性与生产力之间的关系都呈显著正相关,且二者间有很强的相关性;（2）温度和降水对生产力没有直接影响,而是分别通过影响结构多样性和物种多样性作用于生产力;（3）林分优势高对生产力也无直接影响,通过影响林分结构作用于森林生产力,且影响比温度和降水更大。结论中国东北温带森林林分生产力的直接驱动因子是结构多样性和物种多样性,气候和林分优势高是通过作用于林分结构间接影响森林生产力。研究结果为东北地区温带森林的可持续经营和管理提供了理论依据,具有重要的现实意义。      

林木转移轨迹与林分发展方程的解

该文引入林木在龄径平面中的转移轨迹的概念，通过讨论林木在龄径平面中的转移规律，研究林分直径结构和树龄结构的动态变化规律．在定常情况下，利用林木转移轨迹构造出林分发展方程的解，从而得到描述林分树龄和直径结构动态变化规律的一般的解析表达式．     

立地条件和林分结构对有林地生产力的影响

通过分析有林地生产力与立地条件和林分结构中各因子的关系,探索制约有林地生产力的主要因素.结果表明:不同立地质量中Ⅰ类地单位蓄积量最高(268.86±20.24 m3/hm2),不同坡向中东坡单位蓄积量最高(269.78±38.54 m3/hm2),不同树种组成中10杉类型单位蓄积量最高(259.33±14.62 m3/hm2);有林地生产力与林分年龄、林分密度正相关,相关系数R分别为0.590、0.460;有林地生产力与海拔、坡度相关性不显著.以上结果说明立地质量、坡向和树种组成对有林地生产力影响显著;有林地生产力与林分年龄、林分密度相关,与海拔、坡度无关.     

大围山杉木林林分生长与影响因子耦合分析

选取海拔差异明显的大围山杉木人工林作为研究对象,共设置14个样带152块样方,构建了林分生长-立地因子-林分密度因子的结构方程模型。结果表明：对林分生长影响最大的是林分密度因子,总影响系数为-0904,无间接影响;立地因子对林分生长的总影响系数为0264,直接路径系数仅为0018,表明立地因子主要依靠制约林分密度因子来间接影响林分生长。通过适配性检验表明,该模型与实际情况拟合程度较高,能为实际生产过程提供一定帮助,模型整理得出,杉木在大围山地区适合种植在海拔1100m以下的地方,将单位面积株数控制在1500株/hm2左右,并及时疏伐能加快达到经营者的培育目标和经济效益。     

抚育采伐对针阔混交林林分结构及物种多样性的影响

目的本研究以吉林蛟河天然次生针阔混交林为研究对象,研究抚育采伐对林分生长的影响,以期为吉林蛟河针阔混交林的可持续经营提供理论依据。方法研究采用了蓄积量和生物量分别作为生产力的指标,通过相关关系分析从3个物种多样性和5个林分结构指标中筛选出与生产力显著相关的变量,进而应用结构方程模型分析采伐对林分结构、物种多样性、生产力的影响以及林分结构、物种多样性和生产力之间的因果关系。结果在蓄积生产力的结构方程模型中,采伐对林分密度和林分结构有负影响,路径系数分别为? 0.661、? 0.216;采伐通过林分密度和林分结构间接作用于生产力,通过林分密度间接作用于物种丰富度。林分密度对物种丰富度、林分结构、生产力有正影响,路径系数分别为0.330、0.599、0.473。林分结构对生产力有正影响,路径系数为0.310。物种丰富度对林分结构有正影响,路径系数为0.414。物种丰富度影响林分结构间接作用于生产力。在生物量生产力的结构方程模型中,除林分结构对生产力无影响外,其他变量间的作用方式和蓄积生产力的模型相同。结论研究认为抚育采伐能直接或间接改变林分结构、物种多样性及生产力,而林分结构对生产力的作用比物种多样性大,因此森林经营管理中,在保护物种多样性的前提下,应注重对林分结构的优化和调整。      

天然红松树木生长特征与林分结构的研究

通过对树木生长规律和群落结构、动态过程的研究,提出了应用树木生长模型研究林分垂直结构与树木生长动态之间相互关系的新方法。预测了红松树木生长和形态的时空模式以及树木不同发育阶段影响生长主要因子的差异性。结果表明,天然红松生长和形态特征的形成是与其林隙更新途径密切相关的。在树龄160a以前主要为高生长时期,受林隙形成的垂直层次上的生境控制;树龄在160a以后为径生长时期,林木达到上层林冠,从营养生长转变为生殖生长,顶端开始结实,主干开始分叉,叶面积增大,形态呈平顶状。此阶段林木生长主要依赖于立地条件。     

次生林抚育保留密度对林分生长的影响

通过对秦岭林区中龄次生林抚育间伐保留密度进行了长期定位研究,提出了林分组成为4栎3榫3山扬的混交次生林的抚育合理密度。研究结果表明：该林分的合理保留密度为l500拂／hm^2,在此密度下,树高年生长量的变幅为0．1lm,胸径年生长量的变幅为0．09cm,蓄积的年增长量为17．00m^3／hm^2,这些指标在各保留密度中都达到了最大值。     

闽北常绿阔叶林林分结构分析

[目的]研究分析闽北常绿阔叶林林分结构。[方法]以福建省浦城县常绿阔叶林为研究对象,利用样地调查数据进行林分直径结构和蓄积结构分析。[结果]试验林分具有异龄林结构特征,随着径阶的增大,株数逐渐减少,符合反“J”型分布;但在各径级林木中,中、大径级林木株数比例小,而小径级林木株数比例较大;虽然林分生长率良好,但林分单位面积蓄积量较低,中小径级木蓄积所占的比例偏大。[结论]为常绿阔叶林择伐经营策略提供了林分结构分析数据与理论指导。     

次生林抚育保留密度对林分生长的影响

通过对秦岭林区中龄次生林抚育间伐保留密度进行了长期定位研究,提出了林分组成为4栎3桦3山杨的混交次生林的抚育合理密度.研究结果表明:该林分的合理保留密度为1 500株/hm2,在此密度下,树高年生长量的变幅为0.11m,胸径年生长量的变幅为0.09cm,蓄积的年增长量为17.00m3/hm2,这些指标在各保留密度中都达到了最大值.     

林分直径结构新模型研究

通过理论分析与实际验证提出１种新的林分直径分布预测方法Ｇ－Ｌ－ＰＲＭ。其基本思想是：将林分中大小不同的林木分布规律视为生物种群的分布问题,用著名的种群动态模型－Ｇ－Ｌｏｇｉｓｔｉｃ方程来表示林分直径分布;采用３点回收、差分还原的途径实现林分结构的预测。Ｇ－Ｌ－ＰＲＭ在闽北杉木人工林中得以验证,其预估林直径分布的合格率达９１．３％。     

抚育采伐强度对天然落叶松林林分结构和蓄积的影响

以大兴安岭83块不同抚育强度的天然落叶松林(Larix gmelinii)样地为研究对象,抚育强度分为对照(CK)、轻度采伐(平均为10％)、中度采伐(平均为20％)、重度采伐(＞30％),应用结构方程模型分析抚育采伐强度对林分结构和蓄积的影响.结果 表明:在以林分结构(ξ1)为评价指标的结构方程模型(模型1)中,抚育采伐对林分结构和林分单位蓄积分别有正向影响和负向影响,其相关系数分别为0.108、-0.221.林分结构对林分单位蓄积有正向影响,相关系数为0.285.在以林分非空间结构(ξ2)及空间结构(ξ3)为评价指标的结构方程模型(模型2)中,抚育采伐对林分非空间结构和空间结构分别有负向影响和正向影响,相关系数分别为-0.019、0.113.林分非空间结构、林分空间结构两者与林分单位蓄积相关系数分别为0.377、0.093,均呈正相关,且林分空间结构对林分单位蓄积的影响小于林分非空间结构对林分单位蓄积的影响.林分空间结构对林分非空间结构有正向影响,相关系数为0.892.抚育采伐对林分单位蓄积有负向影响,相关系数为-0.210.模型1和模型2均能很好地描述抚育采伐强度与林分结构、林分蓄积的关系,模型2比模型1更能全面的评价抚育采伐对林分结构中非空间结构及空间结构两方面的影响.     

林分结构随生长变化的动态模型

本文提出了一个研究林分树龄和直径结构动态变化规律的偏微分方程定解问题.在给出林木直径增长率与树龄和直径的关系的近似表达式的基础上,求出了该定解问题的解.从而得到了描述林分树龄和直径结构动态变化规律的解析表达式;并附带地给出了同龄林分,当其直径分布为Weibull分布或正态分布时,其参数随时间变化的函数关系式.作为应用实例,对一块小叶松林分直径结构的变化进行了动态模拟和预测.     

基于结构方程模型的羊柴灌丛与沙地土壤间耦合关系

为弄清羊柴灌丛与沙地土壤之间的耦合关系,以浑善达克沙地为对象,选择保育状况良好的羊柴种植沙地,构建了样地位置—羊柴灌丛—沙地土壤物理性质—沙地土壤化学性质的结构方程模型。结果表明:沙地恢复15年后,羊柴灌丛的盖度与密度、土壤物理性质和土壤化学性质均表现出不同程度的空间异质性;羊柴植被的盖度与密度对0~10 cm、10~20 cm、20~40 cm土层土壤的物理性质和化学性质多有正影响,总路径系数分别为0.01、0.42、0.50和-0.07、0.49、0.79;0~10 cm、10~20 cm和20~40 cm土层土壤的物理性质对土壤的化学性质均具有正影响,总路径系数分别为0.80、0.89和1.00;样地位置通过影响羊柴灌丛的盖度与密度而对0~10 cm、10~20 cm和20~40 cm土层的土壤物理性质产生间接影响,间接影响系数分别为-0.01、-0.26和-0.38;样地位置通过影响羊柴灌丛的盖度与密度及土壤物理性质而对0~10 cm、10~20 cm和20~40 cm土层的土壤化学性质产生间接影响,间接影响系数分别为-0.15、-0.02和-0.30;羊柴灌丛的盖度与密度通过影响土壤物理性质而间接影响0~10 cm、10~20 cm和20~40 cm土层的土壤化学性质,间接影响系数分别为0.01、0.37和0.50。沙地植被的生态恢复除自然恢复外,可种植羊柴等沙生灌丛以改善沙地土壤的肥力指标,加快沙地植被的恢复。      

生态环境因子对阔叶林质量的影响 Ⅰ·海拔与林分蓄积关系的研究

根据福建省森林资源连续清查第5次复查样地调查资料,对750个天然阔叶林样地调查资料进行整理分析并进行卡方检验、剩余分析及log-线性模型的拟合,以分析海拔与林分蓄积之间的关系。结果表明:卡方检验中海拔和林分蓄积的连带关系明显;剩余分析中林分蓄积随着海拔的升高而呈现减少的趋势,这与有序连带测定结果基本一致,但主效应估计分析结果与交互作用效应估计之间有一定的差异,这种差异可能是由天然阔叶林受人为影响而造成的。     

帽儿山天然软阔叶次生林林分结构动态变化

以帽儿山天然软阔叶次生林为研究对象,通过对其前后4期13 a的数据进行分析,探索帽儿山林分结构动态变化规律,为帽儿山天然次生林科学经营管理提供参考依据。结果表明：2007—2020年间直径分布都近似反J形分布,Weibull模型的R² 为0.889～0.917,Logistic分布模型的R² 为0.982～0.989,拟合效果均较好。林分径阶分布均匀,树种组成复杂,非空间结构指标中除林分密度（24.18～26.54）增加外,树种多样性（0.809～0.755）、林分稳定性（0.96～1.12）、株数密度均为下降。空间结构在13 a期间变化不明显,林分水平分布格局（0.525～0.518）呈现聚集分布、林木竞争为中庸状态（0.504～0.499）、林分混交程度整体为中度混交（0.615～0.640）、林分垂直复杂度下降（0.542～0.526）、林分空间综合指数变化稳定。综上所述,帽儿山天然软阔叶次生林林分结构保持相对稳定且呈现正向演替趋势,未来需对林分进行适当间伐,扩大生长空间,改善生境条件,同时适当补植红松等珍贵树种,提高经济价值,改善林分格局。     

基于生长模型的林分场景可视化构建研究

林分场景的可视化构建,是基于林分的自身生长规律模型,通过计算机图形学的理论和虚拟现实的方法来实现的.以北京市昌平区油松人工林为研究对象,利用现有的森林资源调查数据,结合预测林分生长精度较高的胸高断面积模型,通过林分场景渲染的各种方法,实现了林分生长的可视化模拟.

Abstract：

Stand visualization is realized based on a stand growth model and performed by using computer graphics theory and virtual reality approach. In a study reported in this paper, stand growth simulation of a Chinese pine plantation in Changping District of Beijing was fulfilled, using the existing forest inventory data and combining it with a stand basal area growth model which has high prediction accuracy, according to a variety of scene rendering methods.     

金钱松生长特性与林分结构的研究

金钱松是我国的珍稀树种之一,水平分布于118～123°E,27～31°N,垂直分布100～1200m,1年生苗年生长量出现2次高峰,立木以20～40年胸径生长最快。林分类型可分人工单纯林、人工混交林和天然混交林,林分群体结构基本稳定。金钱松在我国栽培历史悠久,可以采用长轮伐期,培育高大通直优质用材。     

天然栎类阔叶混交林林分平均高与平均胸径关系模型

  目的  考虑天然混交林的林分密度、直径结构和树种结构,基于代数差分方程构建最适宜的林分平均高与平均胸径关系模型,为天然混交林的立地生产力估计与可持续经营提供理论依据。  方法  以吉林省天然栎类阔叶混交林为研究对象,利用4期连续调查固定样地数据,基于Richards方程构建4种数据结构类型即typeC、typeD、typeE和typeF的基础代数差分方程,比较分析得出最优数据结构类型;基于最优数据结构类型,以5个林分密度指标即林木株数（N）、林分断面积（BA）、林分密度指数（SDIr）、可加林分密度指数（SDIa）和郁闭度（CD）,5个直径多样性指数即Shannon均匀度指数（ShaI）、Simpson指数（SimI）、McIntosh均匀度指数（MceI）、Gini系数（GinI）和Berger-Parker指数（BerI）,4个树种多样性指数即ShaI、SimI、MceI和BerI,构建并比较分析不同多样性代数差分方程的差异,得出最佳方程为最适宜林分平均高与平均胸径关系模型。  结果  不同数据结构类型的建模效果由好到差排序:typeD > typeC > typeF > typeE。除了typeC,其他3个数据结构类型的模型参数b和r均显著不为零（P < 0.01）,说明typeD拟合的模型参数检验效果最佳。林分密度指标SDIr的建模效果最好。无论使用哪个林分密度指标,其模型参数b₀、r和cSD均显著（P < 0.01）,说明5个林分密度指标的模型参数检验效果均比较理想。直径多样性指数ShaI的建模效果最好。除了GinI,其他4个直径多样性指数的模型参数b₀、r、cSDIr和cDI均显著（P < 0.01）,表明ShaI、SimI、MceI和BerI均为较理想的直径多样性指数。4个树种多样性指数的建模拟合效果和检验数据效果差别不大。BerI的模型参数b₀、r、cSDIr、cShaI和cSP均显著（P < 0.01）,说明BerI是较理想的树种多样性指数。ShaI、SimI和MceI的模型参数b₀、r、cSDIr、cShaI和cSP均不能同时达到0.05显著水平,说明ShaI、SimI和MceI是不理想的树种多样性指数。  结论  typeD是最优的数据结构类型,林分密度、直径多样性和树种多样性对模型均有影响。其中,林分密度指标SDIr、直径多样性指数ShaI和树种多样性指数BerI建立的多样性代数差分方程拟合效果最佳,为最适宜的天然栎类阔叶混交林林分平均高与平均胸径关系模型。