基于林分垂直空间结构特征的杉木人工林抚育间伐可视化模拟研究

[目的 ]针对抚育间伐目前存在较少利用垂直空间结构参数的问题,以林分三维可视化模拟系统为基础,加入森林结构功能模块,研究一种以林分垂直空间结构参数A_Pvi为依据,对森林经营方案原定的抚育强度进行改进的方法。[方法 ]利用林分三维场景可视化模拟系统中的森林结构功能模块,通过读取杉木样地调查表中的每木数据,在虚拟场景中模拟样地的真实情况,分析样地的各空间结构参数。[结果 ]经过考虑林分垂直结构的间伐强度间伐后的4块样地与原定间伐强度相比,平均A_Pvi更加趋近于0,样地内林木竞争状况更加均匀,1号样地的平均A_Pvi由0.46降到了-0.24,2号样地由0.46降为0,3号样地由-0.19提升到了-0.04,4号样地由0.40降到了0.04;平均角尺度无大幅度变化,4块样地都呈随机分布状态;4块样地中,除了3号样地外,平均大小比数均出现了较大幅度的减少。[结论 ]考虑林分垂直结构的间伐强度与原林场森林经营方案既定的间伐强度相比,改善了林分的竞争状况,使林分内的竞争状况趋近均势。林分三维场景可视化模拟系统可以精确模拟采用不同间伐强度进行间伐后的林分拟真场景及其空间结构变化情况。     

基于三维虚拟环境的林分结构调整可视化模拟技术

[目的]以真实林分三维场景为模型,结合计算机虚拟现实技术,实现对真实林分结构的调整优化可视化模拟。[方法]以湖南攸县黄丰桥国有林场杉木与鹅掌楸人工混交林为研究对象,采用可视化模拟技术,基于三维虚拟环境建立林分结构调整可视化模拟系统,实现对林分结构的优化调整进行可视化模拟。通过对林分的角尺度、大小比、混交度、开阔比等结构的计算分析,结合公告板显示技术和射线查询算法,在MOGRE构建的林分三维场景中对林分结构调整过程进行可视化模拟。[结果]样地林分结构经过调整后,平均树高由12.8 m变成13.6 m,平均胸径由17.1 cm变成18.6 cm;林分平均角尺度由0.449变为0.481,分布格局由调整前的均匀分布变成随机分布;林分平均大小比由0.511变为0.519,样地内林木生长更具有优势;林分平均混交度由0.093变为0.129,林分结构更加稳定,林分的整体质量也得到了提高。[结论]本研究采用可视化模拟技术和样地调查数据,构建虚拟三维森林环境,在三维场景中,森林经营者不仅能查看样地中每株林木构筑性属性,观察林分样地的整体状态,还能对林分结构进行优化调整,实现在虚拟森林环境中对样地林分结构调整进行可视化模拟。     

马尾松人工速生丰产林林分生长模拟与最适密度管理技术研究

以固定样地观测和临时样地调查相结合的办法收集林分现实生长与经间伐或间伐设计后所保留群体的生长资料;以固定样地观测资料为依据,以林分平均胸径连年生长量及胸径度离散度的指标,确定不同地位指数林分间伐的起始年龄;采用Ｒｉｃｈａｒｄｓ函数模拟合理密度与生长水平下的林分平均树高及胸径生长;并采用间伐或间伐设计前,后林分生长标准的调查资料,以地位级指数,林林分平均胸径及胸径离散度为自变量建立起人工速生丰产林的     

基于样本库的杉木林分生长动态可视化模拟

[目的]通过构建杉木生长样本库,研究一种考虑林分空间结构与生长之间交互过程的生长模拟方法,同时结合三维可视化技术,实现林分生长动态可视化模拟。[方法]以2012—2017年湖南省黄丰桥国有林场6块杉木样地的连续调查数据为数据源,考虑相邻木树冠侧方挤压及上方光照遮盖对中心木生长的影响,研建基于空间结构单元的水平、垂直空间结构参数,在此基础上,选取特征指标构建样本库,以马氏距离作为待模拟林木与样本库的匹配准则,对林木与样本库进行迭代匹配,实现考虑空间结构与生长交互过程的林分生长模拟。同时基于三维模型剖分及动态组织方法,采用节点动画技术对林分生长动态进行可视化表达。[结果]经相关性对比分析,选取年龄、胸径、水平、垂直空间结构参数及胸径连年生长率作为特征指标构建样本库预测胸径生长(包含杉木8 934株,其中死亡97株),采用线性建模预测树高、冠幅、活枝下高生长。通过对样地观测值与生长预测值进行配对样本T检验及线性回归,结果表明:胸径、树高、冠幅、活枝下高的生长预测效果良好,具体顺序为胸径树高冠幅活枝下高,线性回归决定系数R~2分别为0.925、0.556、0.482、0.459。[结论]基于样本库的林分生长动态可视化模拟方法能实现胸径、树高、冠幅、活枝下高4个指标的生长可视化,效果形象直观,能满足林业科研和生产实践要求。     

基于Cox比例风险函数及混合效应的落叶松云冷杉混交林林木枯损模型研究

[目的]将生存分析方法和混合效应模型方法相结合,构建林木枯损模型,提高模型的模拟精度。[方法]以吉林省汪清林业局20块落叶松云冷杉林样地数据为材料,基于生存分析方法中的Cox比例风险函数模型方法,把林分因子和立地因子作为协变量加入到模型中去,构建林木的枯损及生存模型,并在此基础上考虑样地水平的随机效应,最后与不考虑样地水平随机效应的模拟效果进行比较分析。[结果]表明,Cox比例风险函数模型在描述林木枯损时,具有很好的适应性。单木初始胸径与林木的风险函数呈反比,与生存率呈正比;大于对象木断面积与风险函数呈正比,与生存率呈反比;初始林分公顷株数与风险函数呈正比,与生存率呈反比;立地因子对林木的枯损及生存没有显著影响。与固定效应模型相比,Cox比例风险函数模型在考虑了样地水平的随机效应后,模型的模拟精度获得明显的提高,并且达到极显著程度。由于大于对象木断面积和初始林分公顷株数两个变量在考虑了样地水平的随机效应后影响不显著,最后只考虑了单木初始胸径一个变量对枯损的影响,与不考虑随机效应相比,差异也达到显著水平。[结论]林木本身的大小对自身的枯损具有明显的影响,胸径小的林木较胸径大的林木更易枯损。在森林经营中,Cox比例风险函数模型的使用,可为森林经营者在确定合理的经营密度上提供很好的科学依据。     

不同间伐强度对桉树人工林林分的影响

为探究不同间伐强度对桉树人工林林分的具体影响和作用规律,提升桉树人工林的栽培技术和单株生产力,以广西壮族自治区国有六万林场的桉树人工林为例,对不同间伐强度对桉树人工林林分的影响进行了实测研究分析,首先阐述研究区概况、样地设置和实验方法,再根据林分因子实验数据,分析了不同抚育间伐强度对林分胸径、林分树高和林分材积的影响,结果表明：林分胸径方面,强度间伐样地的总生长量和连年生长量均为最高,分别是20.62 cm和2.67 cm,说明强度抚育间伐对抚育间伐后桉树胸径的增长效果最好,并且抚育间伐有利于促进桉树胸径平均生长量的增长;林分树高方面,强度间伐样地的总生长量和平均生长量均为最高,分别是27.84 cm和3.58 cm,说明不同间伐强度对桉树人工林林分树高的生长有促进作用,但是作用较小;林分材积方面,强度间伐样地的总生长量、连年生长量和平均生长量均为最高,分别是0.4321、0.0656和0.0636 cm,说明间伐强度的越大,桉树人工林林分单株材积总生长量越大,并且抚育间伐对于桉树林分单株材积的影响较大,研究旨在为类似桉树人工林的营林发展提供助力。     

基于单木位置的杉木林分空间竞争关系研究

研究林木竞争关系,有助于了解林木生长规律,帮助制定科学有效的营林措施。本文基于树冠因子的林木竞争指数,提出了一种顾及林分地形因子的树冠竞争指数,并把这两种指数与基于交角的林木竞争指数以及简单竞争指数在不同林分中的适应性进行对比。同时用这四种指数计算不同树种组成的林分以及杉木林中不同龄组、坡向、坡度的林分中单木受到的平均竞争。结果表明四种指数中简单竞争指数的相关性最高,顾及地形的树冠竞争指数次之,基于交角的林木竞争指数相关性最低;在不同树种组成的林分中马褂木样地单木受到的平均竞争最大,马褂木杉木混交林最小,其它两种林分次之;在杉木林分中,中龄林单木受到平均竞争要大于成熟林,阴坡样地中单木受到平均竞争要大于阳坡,单木受到的平均竞争随坡度增大而增大。因此四种指数中简单竞争指数的适用性最好;在杉木林经营中,中龄林需要及时间伐;在造林过程中阴坡的林地造林密度要适当小于阳坡、坡度级大的林地要小于坡度级小的林地。     

抚育间伐对人工红松林生长效应的影响

利用不同间伐强度后40 a的人工红松林,连续抚育3次的长期定位观测资料,分析了抚育间伐对人工红松单木胸径和材积、林分断面积和蓄积、林分枯损和总收获量的影响。研究结果表明:间伐可以增加单木平均胸径和材积的生长率,且不同间伐强度表现为相同的规律,即中度(33.2%)强度(43.4%)弱度(23.1%)对照(0.0%);间伐后林分的断面积和蓄积生长率,具有相似的自然规律,间伐样地的生长率均高于对照;林木枯损率随间伐强度的增加而降低;间伐后的林分总收获量平均增加11.6%,间伐林分之间差别不明显。在整个研究阶段,不同的抚育阶段表现不同的规律,抚育间伐可以延缓单木胸径和材积生长速度的降幅;而不同抚育阶段内,林分断面积和蓄积生长率均为增长,也就是说,在一定阶段内间伐可以有效地提高林分平均断面积和蓄积生长率;从林分枯损状况来看,应该减少间伐间隔期。     

基于单木过程模型的杉木林分生长模拟研究

基于林分尺度的3-PG模型原理,在考虑单木林分生理生态过程的基础上,改进了生物量积累和分配子模型,建立适应于单木生长的生理生态过程模型,实现基于单木过程模型的林分生长预测。选择胸径和树高生长量2个指标与实测值对比分析,结果表明:改进模型对胸径和树高生长量的模拟平均精度分别为95.57%和91.16%,均明显高于3-PG模型对应的89.4%和85.18%的平均模拟精度,改进模型的模拟精度显著提高,模拟效果更好。     

基于地基激光雷达胸径提取的单木位置精确测量

[目的 ]为将单木位置匹配至更精确的树干中心处,本研究发展了一种基于地基激光雷达提取胸径中心位置的空间校正方法。[方法 ]对高密度地基激光雷达点云数据,使用霍夫变换的方法提取单木胸径及圆心点,以外业调查的胸径数据作为精度控制基础,再用空间点校正方法将外业测量的样地单木相对空间位置匹配至提取的单木胸径中心点处,最后通过数字冠层高度模型特征分析实现单木位置的地理位置匹配。[结果 ]以黑龙江佳木斯孟家岗林场为研究区,对比分析3种不同株数密度的落叶松样地,提取胸径误差在1 cm之内,高、中、低株数密度样地单木位置在空间点校正时胸径误差2 cm误差范围内位置正确匹配率分别为91%、92.5%、98.6%。全部匹配的外业调查单木相对空间位置误差控制在1 m之内,且与机载激光雷达数字冠层模型影像地理位置匹配误差在0.5 m内。[结论 ]基于地基激光雷达提取胸径匹配单木空间位置的方法,极大地提高了单木空间位置测量精度。此方法的发展,不仅为局部样地单木分割等提供精确位置信息,也为大范围遥感数据提供可靠地面基础位置验证数据,是可靠的单木位置测量和多源数据匹配方法。     

竞争和气候及其交互作用对杉木人工林胸径生长的影响

【目的】构建包含竞争指标和气候因子的胸径生长模型,分析竞争和气候及其交互作用对杉木人工林胸径生长的影响,为气候变化背景下模拟抚育间伐、择伐后保留木的生长变化奠定基础,为森林适应性经营中科学合理地对杉木人工林进行间伐、择伐提供依据。【方法】基于江西省赣州市南康区、崇义县和上犹县杉木人工林固定样地数据,采用潜在生长量修正法构建胸径生长模型。利用分位数回归模拟潜在生长量,运用7个环境因子(5个气候因子:调查间隔期的平均温度、最高温度、最低温度、降水量和大于5℃的积温; 2个地形因子:海拔和坡度)反映立地质量对潜在生长量的影响,依据参数显著性和方差膨胀因子确定可作为自变量的环境因子。采用指数函数形式构建修正函数,修正函数的竞争因子包括3个林分密度指标和3个单木竞争指标(2个与距离无关的竞争指标和1个与距离有关的竞争指标),筛选出最优竞争因子后考虑其与5个气候因子间的交互作用对估计精度的影响。通过模型评价,选出估计精度最高的模型添加样地水平随机效应参数,用于分析竞争和气候及其交互作用对杉木人工林胸径生长的影响。使用平均绝对误差(MAE)、平均相对误差绝对值(RMAE)和平均预估误差(MPE)评价模型估计精度。【结果】海拔、调查间隔期的最低温度和降水量对杉木人工林胸径潜在生长量具有显著影响。胸径20 cm时,潜在生长量达到最大值,调查间隔期的最低温度和降水量对潜在生长量最大值呈正向影响,而海拔则呈负向影响。对比各竞争指标构建的胸径生长模型估计精度发现,含与距离无关的竞争指标的生长模型估计精度最高,其次是含与距离有关的竞争指标的生长模型。鉴于气候和竞争的交互作用可提升模型估计精度,对比只在修正函数中考虑竞争因子的模型,考虑交互作用的生长模型MAE降低0.60%～18.69%,MPE降低0.12%～9.72%。竞争因子选用大于对象木的断面积之和,对应的气候因子选用平均温度、最高温度和最低温度进行交互作用的模型估计精度最好,以其作为基础模型并添加样地水平随机效应参数构建最终胸径生长模型,模型估计精度较好,MAE为0.071 1 cm、RMAE为20.37%、MPE为4.90%。基于最终模型发现,除承受竞争压力很小和竞争压力较大的林木外,温度变化可加剧竞争对胸径潜在生长量的修正效应。【结论】分位数回归对胸径潜在生长量的模拟效果较好,气候和竞争的交互作用也可提升模型估计精度,如果建模区域气候变化较大,构建单木生长模型时,建议在模型中考虑气候和竞争的交互作用。     

青冈栎次生林林木综合竞争压力指数研究

以研究青冈栎林木竞争、掌握青冈栎林分竞争结构规律、为评价林木竞争压力状况提供新方法为目的。以中南林业科技大学芦头林场青冈栎次生林为研究对象,构建青冈栎优势木冠幅模型,并采取平均离差百分数调整法对模型进行调整得到青冈栎自由树冠幅模型。分别利用样地偏移法和影响力因子判别法确定对象木和竞争木。基于单木影响圈构建单木影响体,同时结合竞争压力指数(CSI)提出综合竞争压力指数(C-CSI)概念。分析得到CSI、C-CSI以及简单竞争指数CI与胸径均为指数函数关系。三个竞争指数均表明林木胸径越大其受到的竞争压力越小,但综合竞争压力指数C-CSI比CSI和CI有更高的相关性,说明竞争指数考虑树高的必要性,用C-CSI评价林木在林分中受到的竞争压力要优于CSI和CI。     

抚育间伐强度对兴安落叶松中龄林测树因子的影响

为更好的了解抚育间伐对天然兴安落叶松中龄林树高、胸径和冠幅等因子的影响,充分掌握林分消长动态,为森林更好的经营提供理论依据。本文以大兴安岭新林林业局平均林龄在52 a的落叶松天然次生中龄林为研究对象,在林地内设置4块(20 m×30 m)不同抚育间伐强度的样地,依次为对照样地(CK,0%)、低强度间伐样地(Z1,16.75%)、中强度间伐样地(Z2,25.48%)、高强度间伐样地(Z3,34.38%)。分别对各样地进行每木检尺,调查样地中所有乔木,包含树种、株数、树高、胸径和冠幅等测树因子。采用通径分析的方法分析不同抚育间伐强度下测树因子的变化规律及其相关性。结果表明:在中等强度间伐下,冠幅主要分布在1.5~4.0m之间,平均冠幅2.5m;冠高率主要分布在0.3~0.8之间,平均冠高率为0.54;胸径对冠幅和冠高率促进作用最大,胸径对冠形率抑制作用较小;树高对冠幅和冠高率抑制作用最小,树高对冠形率促进作用较大。因此,在中强度间伐Z2(25.48%)时,树高、胸径和冠幅等均达到最大。     

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。     

人工杉木中幼林经营措施

人工杉木中幼林经营以林分密度调控为主，当小径木的比例达到30％，自然整枝高度达1／3，郁闭度达到0．8以上时为间伐的起始期，根据培育目标确定间伐强度及间隔期，间伐采用下层抚育法进行间伐，效果明显，在16立地指数条件下，同样的造林密度，12年生林分，间伐强度为46．9％，间伐后平均胸径在20．48cm以上。未间伐的林分平均胸径为15.5cm；每公顷蓄积高于未间伐的5．2％，间伐蓄积97．93m^3，增加蓄积124.02m^3。     

华北落叶松人工林生长对抚育间伐的响应及其与土壤因子的关系

[目的]探讨不同间伐强度对林木生长的影响并找出影响林分生长的关键土壤因子。[方法]在山西省沁源县好地方林场华北落叶松人工林设置12块抚育间伐试验样地,开展轻度(间伐强度15%)、中度(间伐强度35%)、重度(间伐强度50%)抚育间伐并设置对照样地,以树木平均胸径、平均树高、平均枝下高、平均冠幅、乔木层生物量与生产力为林木生长指标,利用方差分析与多重比较分析不同间伐强度林分生长特征,结合土壤因子运用相关性分析研究林木生长量与土壤因子的关系。[结果]表明:华北落叶松人工林经中度、重度间伐2年与4年后,各树木生长指标与对照样地相比均显著增加;间伐在减少林分内乔木层生物量的同时能显著提高乔木层生产力,各时间段及间伐强度下乔木层生产力均表现为重度中度轻度对照;间伐可提高土壤有机碳(SOC)、土壤全氮(TN)、土壤全磷(TP)含量,减缓土壤养分的流失;华北落叶松人工林平均胸径生长量与SOC、TN呈显著正相关,平均冠幅生长量与土壤含水率(MC)、SOC、TN、TP显著正相关。[结论]间伐可促进华北落叶松人工林单株林木胸径和冠幅生长,增大林木单株冠径比与生产力,在本研究的3个间伐强度中,50%的重度间伐是最适间伐强度。华北落叶松人工林内土壤有机碳与土壤全氮含量较为丰富,土壤全磷含量较少,土壤pH为弱酸性,SOC、TN、TP是影响华北落叶松人工林生长的重要土壤因子。     

基于间伐调整的湖南楠木次生林结构化经营技术

以湖南省一类清查样地为基础数据,用全混交度、大小比数、角尺度、竞争指数等空间结构指标作为建模变量,采用乘除法基本思想构建楠木次生林结构目标函数,通过林分相容性收获预估模型拟合结果来确定各年龄阶段林分最适断面积,将最适断面积作为确定间伐量的约束指标,构建湖南省楠木次生林结构化经营模型,通过间伐调整,提出楠木次生林结构化经营技术,促进森林提质增量。以3470号样地为例,进行结构化经营模拟。根据优化模型确定间伐木共23株,株数间伐强度为16.3%,经营后林分树种空间隔离程度增加,全混交度由原来的0.365增加到0.395,林木所受的竞争压力大幅减小,其竞争指数在原来的基础上减小了51.4%,林分空间分布格局趋近于随机分布。通过对林分未来10年生长进行预测,将林分断面积调整到最适状态时断面积、蓄积定期生长量均高于未间伐林分以及较低密度林分。说明本次经营活动在对林分结构进行改善的同时林分生长活力也有所提高,经营措施可行,可为湖南地区楠木次生林提质增量提供科学依据。     

抚育间伐对栓皮栎人工林直径和树高分布的影响

[目的]以河南登封林场栓皮栎人工林为研究对象,研究抚育间伐对林分不同生长阶段林木株数、林木直径分布和树高分布的影响,为制定科学合理的抚育经营措施奠定理论和技术基础.[方法]在株数强度为31.55％的间伐林分和条件基本一致的未间伐林分内,分别设置1个1 hm2样地,间伐作业2 a后获取每木检尺数据,分别利用Normal分...     

不同间伐强度对阔叶混交林生长及径级结构的影响

通过对辽东山区阔叶混交林进行抚育间伐试验,结果表明:适度的抚育间伐可促进阔叶混交林林木胸径和蓄积生长,林分平均胸径和蓄积生长率随着间伐强度的增加先升高后降低,其中弱度间伐区林分平均胸径生长率最大,中度间伐区林分蓄积量生长率最大。间伐效果表现在伐后最初几年,随着时间的推移,林分平均胸径和蓄积生长率逐渐降低,各间伐区差异逐渐变小。随着间伐强度和林龄的增加,峰值向大径级位置偏移,分布范围明显地向大径级扩展。由不同间伐强度林分径级分布范围看,伐后4~21a,经过间伐的林分,径级分布峰值比对照区提高1~2径级。与对照区相比,各间伐区林分自然径级最大值、极差和直径离散度均有所增加,总体上表现出随着间伐强度和林龄增加而加大的趋势。综合考虑,中度间伐最有利于提高林分生产力,改善林分直径结构。     

马尾松人工林间伐密度效应的研究

以河南省薄山林场马尾松林分为研究对象，设计了4种不同的林分保留密度，每种密度林分设计3块样地。研究分析了不同间伐保留密度对马尾松林分平均胸径、林分平均高度、平均单株材积及林分蓄积量的影响，并用方差分析做显著性比较。研究结果及方差分析表明：间伐能促进林分生长，随着间伐保留密度的减小，林分胸径、单株材积增大显著；间伐能促进林分平均高、林分蓄积量增加，但影响并不显著；马尾松中龄林适合的保留密度为1750株／hm2。