基于模拟退火算法的林分多目标经营动态可视化模拟

[目的]基于模拟退火算法,研究一种考虑林分结构健康状况和目标平均胸径的多目标森林经营方法,同时结合单木生长方程,基于Unity3D可视化引擎实现林分经营动态可视化模拟。[方法]以湖南省攸县黄丰桥国有林场5块杉木人工纯林2012—2017年样地连年调查数据为数据源,考虑林分分布状况、竞争程度、营养空间,以平均角尺度、平均大小比、林分拥挤度3个结构参数建立空间结构函数。在此基础上,以健康林分结构和平均胸径为经营目标,以竞争指数为参考初步筛选出的间伐木组合排列的结果作为经营方案的集合,通过模拟退火算法进行最优间伐经营方案解的选择。最后,通过建立考虑Hegyi竞争指数的可变生长率的单木生长方程,以结构分析-经营-生长三者不断迭代的方式并基于Unity3D渲染引擎实现林分经营动态可视化模拟。[结果]通过对5号样地(初始林分230株,年龄16 a,平均胸径20.21 cm)以健康林分结构和30 cm林分平均胸径为经营目标进行经营动态可视化模拟,结果表明林分年龄在21、26、31 a分别进行过间伐模拟,当林分年龄31 a间伐后,林分平均胸径达到30.10 cm,林分平均角尺度为0.64,林分拥挤度为0.74,林分结构接近健康水平。[结论]本研究提出的基于模拟退火算法的林分多目标经营动态可视化模拟方法能够模拟在多目标经营需求下的林分动态,并且形象直观,可以进一步为林业科研和生产提供支持。     

用动态规划方法确定华北落叶松最优轮伐期及最佳林分密度

本文采用Richards函数的修正式拟合林分胸高断面积生长方程,并考虑株数密度对断面积生长的影响;用每公顷胸高断面积和每公顷株数作为状态变量,用森林纯收益作为指标函数,建立了离散确定性动态规划模型,确定了塞罕坝林场华北落叶松人工林的最优轮伐期,并为各地位指数及不同年龄、不同初始状态的林分提供了确定最适经营密度的方法。     

应用动态规划决策林分最佳收获

<正> 一、应用动态规划确定林分最佳密度一个整体系统的最佳决策往往包括几个阶段的决策。动态规划就是通过多阶段决策最终使整体系统达到最佳状态的一种数学方法。动态规划用来决策林分密度时,按其基本原理,将林分生长过程划成几个阶段,确定状态变量和决策变量,以及目标函数,然后据此建立求解最佳方案的递推方程。     

杉木人工林最优经营密度模型的研究

在同一优势高生长阶段,林分价值随密度增加而增加;当密度增加到某一数值时,林分价值达到最高,尔后随密度的增加而下降。林分价值与密度的关系呈中间高两边低的山状曲线的变化规律,其间的理论关系可用密度二次效应模型表示。采用杉木人工林标准地材料建立林分价值的密度二次效应模型,拟合效果极显著,模型回归优度达93.68%,复相关系数达0.9679。以林分价值的密度二次效应模型为基础,采用连续状态的动态规划方法建立林分经营密度模型,符合杉木人工林林分生长规律,可在林分密度控制和管理中推广应用。     

柳杉人工林林分密度的研究

选择6种方程建立冠幅与胸径间的相关关系,求得最佳数学模型为:Cw=1.39566437+0.07697314266D+0.00218574065D~2,由此得到冠幅面积预测方程及不同胸径的理论密度,进而采用5种方程拟合理论密度——胸径数学模型.首次提出以方程1/N=a+bD+CD~2拟合林分密度与胸径间的关系能获得较佳的效果,最后,依所测定的树冠重叠系数(K=1.21)求得林分最大密度,并计算了经营密度0.6—0.8的柳杉人工林林分密度,以便于生产上对柳杉人工林林分密度进行管理.     

马尾松人工林经营密度模型及其应用的研究

收集288块马尾松人工林标准地材料，以密度二次效应模型为基础，用连续状态的动态规划方法建立可变间伐间隔期的林分经营密度模型。模拟结果表明该模型反映了马尾松人工林林分的密度动态，符合林分生长的一般规律，可为指导抚育间伐等经营措施提供科学依据。     

东北林区天然混交林的随机生长与演替模拟系统研究

从固定样地资料出发 ,构造地位指数函数、胸径生长历程函数、林分枯损函数等基础模型。在林分状态结构的极限分布是在正态分布条件下 ,建立林分状态动态结构的Weibull分布模型。通过建立密度、地位阻尼因子 ,实现基础模型向现行密度、地位模型的非线性过渡。通过定义树种重叠效应系数 ,成功地解决混交林按纯林模型有机的复合。本文以完全或不完全的初始胸径结构文件 ,形成t时刻的各组成树种广义林分结构向量。通过智能化模拟技术 ,重现 16 0年间红松林生长和演替过程 ,并完成区域性森林资源动态实时预测。     

略谈间伐出材常数律

从林分开始间伐至主伐的整个周期,平均胸径每增加一厘米,单位面积应伐除蓄积是个常数(近似值)。林分林木胸径的增长,树冠面积的扩大,必然引起林分内单位面积上立木株数的减少。根据这个规律,得出了落叶松人工林的立木株数(密度)与胸径的相关方程,利用这个相关方程计算了不同胸径生长阶段的林分最大密度及经营密度(最适密度)。把胸     

日本落叶松生长过程与林分结构特征研究

以长岭岗林场日本落叶松为研究对象,通过调查分析不同龄级林分胸径、树高及材积等生长量指标,以揭示日本落叶松生长过程和林分特征。结果表明,日本落叶松胸径生长拟合方程D=5.838 lnt-5.241 1;树高拟合方程为H=1.110 3t~(0.8917),树高与胸径之间拟合方程H=2.474 6e~(0.1527D),材积拟合方程V=0.000 1t~(2.2518),各拟合方程效果显著(R~2大于0.98)。从胸径、树高株数累积分布曲线和平均生长量来看,日本落叶松幼龄林胸径、树高生长较快,但由于林分密度大,胸径生长没有达到最优状态;中龄林胸径、树高生长稳定;近熟林分胸径生长量和高生长量都放缓,林分内枯立木、濒死木占有一部分,其林分健康状况欠佳;成熟林多为日本落叶松与柳杉行间混交,林分状况良好。     

基于固碳增汇的日本落叶松经营技术研究

全球碳排放一直是大众关注的重点。近几年随着我国不断出台的碳排放政策,配套的相关研究也出现很高的热度。以日本落叶松林为对象,为探究日本落叶松林生长发育规律以及最优碳汇增长模式,以固碳增汇模式规划其抚育方式,设计了经营方案。采用划分林分生长阶段,在固碳增汇经营目标指导下,规划出不同林龄、不同林分应该对应的不同固碳增汇经营方式。主要研究结论如下：(1)根据前期调查结果,根据现有林分特征从林木类型划分、目标直径确定、目标树密度确定、目标林相预期、抚育采伐、林下更新与植物保护等方面探讨了日本落叶松林固碳增汇经营技术要素;(2)基于固碳增汇技术与理论,结合日本落叶松林木生长规律,将其划分为4个固碳增汇经营阶段,并将4个阶段与普通森林群体的生长发育阶段相结合,针对不同立地条件,给出适用于不同阶段的经营措施;(3)提出日本落叶松林固碳增汇经营技术,该技术能有效改善林分碳汇增长量,实现碳汇价值,通过阶段性抚育作业,实现单调的用材目标向碳汇用材双目标的转变;(4)通过调查不同初植密度下10年生日本落叶松单株碳汇量,发现当初值密度为2400～2500株/hm²时10年单株碳汇量最高,公...     

退化森林生态系统中林分碳储量的驱动因素——以内蒙古大兴安岭为例

[目的]确定退化森林生态系统中林分碳储量的驱动因素,为其碳汇功能的恢复提供参考。[方法]基于调查数据,使用逐步回归的方差分析法和结构方程模型(SEM)法,考虑林分因子和非生物环境因子(地形、气候),探究林分碳储量的驱动因素。[结果]2种方法得到的结果基本一致:方差分析法的确定系数为0.890,林分因子中的平均胸径和株数密度,非生物环境中的月平均最高温和月平均最低温以及干扰类型对林分碳储量有显著影响;SEM中林分碳储量部分的模型确定系数为0.757,林分因子中的平均胸径和株数密度对林分碳储量的影响最大,其中株数密度既有正向的直接作用,也有负向的间接作用,而非生物环境中,月平均最高温对林分碳储量有间接的负向影响,各变量对林分碳储量的影响大小排序为平均胸径(0.94)>月平均最高温(-0.52)>株数密度(0.12)。[结论]综合2种方法得到的结果,在退化森林生态系统中,林分因子和气候因子均对林分碳储量有影响,而地形因子却对其无显著影响。研究结果可为大兴安岭森林碳库探究提供数据参考和借鉴。     

川西米亚罗林区云冷杉林健康状况评价

采用目标法和专家咨询法,建立一套结构由目标层、准则层和指标层组成的森林群落健康评价指标体系,其中准则层包括群落结构完整性、林分稳定性、林分生长状况3个方面,指标层包括郁闭度、下木总盖度、建群种平均胸径等9个指标.以森林小班为评价单元,对四川省阿坝州川西林业局301林场云、冷杉林进行森林群落健康状况评价.结果显示:301林场健康林分占有比例最小,其中健康云杉林面积占云杉林面积的13.82%,健康冷杉林面积占冷杉林面积的1.46%.亚健康林分比例最大,亚健康云杉林面积占云杉林面积的83.46%,亚健康冷杉林面积占冷杉林面积的76.03%.不健康林分比例也比较小,不健康云杉林面积占云杉林面积的2.71%,不健康冷杉林面积占冷杉林面积的22.51%.最后初步分析造成目前这种森林群落健康状况的主要原因.     

鄂西南鹅掌楸天然林林分结构特征

以鄂西南鹤峰县鹅掌楸天然林为研究对象,通过对林分空间结构(角尺度、大小比、混交度)和林分非空间结构 (径级结构、树高结构、重要值)的研究与分析,直观地反映其林分结构的特征,查清该区鹅掌楸种群的发展现状,为鹅掌楸 天然林的合理保护与科学经营提供依据 。在鹅掌楸天然林集中生长的代表性地段建立 17个 20mx20m调查样地,进行 每木定位与检尺调查,应用 Excel2019、Winkelmas2.0软件对样地调查数据进行处理与分析 。结果表明:研究区鹅掌楸 天然林中共 73个树种,鹅掌楸为该群落的优势种,生长处优势地位( =0.17),种群整体呈轻微聚集分布(为 0.56),同 时该种群在林分中呈现极强度混交状态( =0.85):种群整体径级、树高分布都呈右偏正态分布,小径级林木株数很少, 种群整体呈现稳定型一衰退型 。FSI均值为 0.82,FSD 均值为 0.30,林分空间结构为接近于理想状态(41.18%)或达 到理想状态(58.82%)。鹅掌楸天然林处于演替后期,林分结构整体上较为理想,可对处于聚集分布的林木进行适当调整, 辅以 一定人为促进更新的措施,促使鹅掌楸林分结构更加合理。     

干旱和涝渍胁迫对入侵物种喜旱莲子草生长的影响

苦郎树是一种沿海防沙固堤的半红树植物，不仅在红树林群落中具有重要的生态价值，叶片提取物还有一定的医药价值。本研究通过4种光响应模型对苦郎树光响应曲线拟合，计算光合参数进行对比分析，评估最适拟合模型，并研究其光合特性。结果表明：不同模型对苦郎树光响应拟合存在差异，四种模型拟合优度均在0.996以上，苦郎树气孔导度随光合辐射增加而增加，在1800 μmol·m-2·s-1有效光合辐射下达到最大；在500 μmol·m-2·s-1有效光合辐射下水分利用效率最高，胞间二氧化碳维持在一个不变的浓度，与大部分植物的光合特性相似。非直角双曲线模型对苦郎树拟合效果最佳，如何精确拟合光饱和点还需进一步研究，应需要根据实际情况选用最适宜的光响应拟合模型，为海岸生态、防风固堤和园林绿化等工作提供理论依据。     

毛竹天然混交林空间结构特征研究

为探讨毛竹天然混交林的林分空间结构特征,对不同林分组成的天然混交林生长因子进行了调查。结果表明:毛竹天然混交林的空间利用比较合理,群体结构相对稳定,其中8竹1杉1阔混交林林分密度和平均胸径较适中,分别为1 970株/hm²和10.8 cm,平均冠幅、竹冠空间分布容积和竹冠水平分布面积以及竹叶面积、叶面积指数等因子均大于纯竹林,分别为纯竹林的111.7%、118.5%和130.5%以及111.4%、111.4%;7竹3杉+阔混交林林分密度和平均胸径次之,分别为1 542.2株/hm²和10.1 cm,平均冠幅、竹冠空间分布容积和竹冠水平分布面积均大于纯竹林,分别为纯竹林的114.7%、107.8%和100.0%,叶面积指数与纯竹林相差甚小,竹林生长良好,体现了冠幅与胸径、林分密度之间的密切相关规律。不同林分组成的天然混交林各种树冠水平分布面积均大于纯竹林的树冠水平分布面积,其中4竹4松1杉1阔混交林的树冠水平分布面积最大,为6 861.2 m²/hm²,是纯竹林的17.48倍,对光利用率较高,生产的物质较多。     

马尾松天然次生林间伐效应研究

于平均年龄为23年生、地位指数为14和12的2种立地的马尾松天然次生林中,分别设置固定标准样地,并分别设计5个和6个密度水平,对其抚育间伐4年后的间伐效应进行研究。结果表明:不同地位指数的林分,其间伐前或间伐后立木径级分布均呈现正态分布的规律;间伐前林分分化强烈,立木径级大小悬殊;间伐后林分最小株距和平均株距较接近,大径级林木比例提高;间伐4年后平均径级左右的立木比例明显增加。间伐4年后,当14地位指数林分的密度大于1 500株/hm2,12地位指数林分的密度大于1 950株/hm2时,其胸径离散度较间伐当年间伐后的反而明显增大;平均胸径和单株材积的增长均随保留密度的加大而减小,但单位面积蓄积量增长则在其适宜密度时最大;不同保留密度各处理间平均胸径、单株材积以及单位面积材积增长的差异均达极显著,但树高和比重增长的差异均不显著;间伐各处理的平均胸径、单株材积以及单位面积材积增长均大于对照;14地位指数马尾松林以保留密度为1 500/hm2处理的单位面积材积增长最大,增长30.29%;12地位指数马尾松林以保留密度为1 950/hm2处理的单位面积材积增长最大,增长24.38%。     

STUDY ON THE METHOD OF CONSTRUCTING VARIABLE-DENSITY YIELD TABLE

Growth of stand average DBH is discussed bassed on relationship between standgrowth and stand density.Growth equation of stand average DBH is fitted with data of 65 plotsand 130 stem analyses of site index 18 meter of old-growth Larch(Larix gmeliniiRupr.)collectedin Great Xing'an Mountain m Inner Monglia.Variable-density yield tables of old—growth Larchare constructed based on growth equation of stand average DBH and relationship between standaverage DBH and the other stand attributes.     

江西九连山不同恢复模式林分的物种多样性特征

[目的 ]分析人工恢复和自然恢复两种恢复模式下林分结构、物种组成与原始林的差异,了解不同恢复模式下森林生物多样性的变化规律,为森林生态系统人工恢复和重建提供理论和实践依据。[方法 ]选择九连山境内由人工种植杉木自然恢复36年形成的针阔混交林、皆伐后自然恢复32年的亚热带次生常绿阔叶林和未受人为干扰的原始森林(以下分别简称为杉木林、次生林、原始林)为研究对象,分析3种林分不同生长发育阶段(幼树1 cm≤DBH<5 cm、小树5 cm≤DBH<10 cm和成年树DBH≥10 cm)的物种组成、物种多样性及优势度、群落结构和功能群变化等,探究不同恢复模式下亚热带森林物种多样性恢复的特征变化。[结果 ]杉木林共有木本植物4 983株,隶属于29科75种;次生林共有2 879株,隶属于26科73种;原始林共有4 770株,隶属于38科126种。原始林与杉木林幼树的胸高断面积为次生林的2倍;小树阶段3种林分无显著差异;次生林和杉木林成年树的胸高断面积分别为原始林的37%和70%。杉木林与次生林在种-面积、种-多度及种-物种等级上的变化趋势大致相同;幼树阶段,次生林物种数随着抽取个体数增...     

基于异速生长和理论生长方程的广东省木荷生物量动态预测

【目的】将异速生长方程与理论生长方程相结合,预测广东省木荷生物量动态,为广东省木荷林碳汇计量提供模型和方法,为其他树种碳汇计量提供可借鉴的方法学支持。【方法】基于实测样木生物量调查数据,包括40株树干解析资料,构建由胸径和年龄的理论生长方程以及地上生物量和胸径的异速生长方程组成的模型系,利用非线性度量误差联立方程组,在胸径生长速度分级情况下拟合模型参数;基于3期森林资源连续清查固定样地样木数据,对广东省木荷生物量动态进行预测。采用决定系数( R 2)和均方根误差(RMSE)评价模型拟合效果,通过生物量存量估计误差和增量估计误差判断模型预测效果。【结果】在胸径生长速度分级情况下,理论生长方程中年龄对胸径的解释率达0.95以上,比不分级提高0.166 3,均方根误差下降到1.97 cm,降低2.16 cm以上,预测胸径对地上生物量的解释率提高到近0.82;接近独立异速生物量模型中实测胸径对地上生物量的解释率达0.88以上,比不分级提高近0.30,均方根误差下降到51 kg左右,下降30 kg以上。在胸径生长速度不分级情况下,各期生物量存量估计误差变动幅度在-46.31%~77.45%之间,而分级情况下下降到-16.13%~7.06%;在尺度上,分级与不分级均呈相同规律,即单木误差小于林分误差、林分误差小于区域误差。不分级时,单木水平和区域尺度间的误差不大于10%,而分级时小于8%。不同间隔期生物量增量估计误差,不分级时估计值普遍偏大,在32.57%~115.45%之间,而分级时下降到-6.57%~15.77%之间,在单木尺度上不超过±10%;随着尺度增大,增量估计误差不断增加,不分级时单木水平和区域尺度间的误差介于10%~15%之间,分级时稳定在8%左右。【结论】对于理论生长方程和异速生长方程组成的模型系,分级可极大提高模型精度,减小预测估计误差;生长速度不分级时,仅利用胸径或年龄数据,分级时,则可利用2期胸径数据或1期胸径和年龄数据,就可预测未来生物量动态,简单方便,在森林资源连续清查和碳汇造林的碳汇量计量中具有极大应用价值,区域尺度上的估计误差也可基本满足精度要求。     

杉木、拟赤杨混交对杉木持续生长的影响

杉木[Cunning hamia lanceola ta(Lamb.) Hook. ]是我国南方主要造林树种之一, 但近20来因不合理的栽培制度如炼山、大面积纯林经营、连栽等导致森林生态环境的恶化、地力衰退、林分稳定性下降, 严重影响杉木人工林的持续经营。在认识树种生物学特性的基础上,通过运用人为措施促进自然趋同, 有意识、有目的地营造针阔混交林, 可形成具有地带性群落特点的稳定性强、产量高的人工林。