基于森林空间收获问题的模拟退火算法邻域搜索技术比较

邻域搜索是当前提高启发式算法求解效率的核心技术之一,然而近期关于该搜索策略的性能却产生了较大争议。模拟退火算法作为一种典型的启发式算法,已广泛应用于一系列的林业规划问题。为此,本研究以模拟退火算法为例,系统评估2种不同邻域搜索技术在森林空间收获安排问题中的应用效果。规划模型以50年规划周期(10个规划分期)内的最大化木材收获为目标函数,以蓄积均衡收获、蓄积期末存量、单位限制模型和绿量限制等为主要约束条件。测试方法以模拟退火算法为原型,以每次优化过程中随机选择的小班数量为标准,共包括1-邻域和2-邻域2种不同的搜索技术。模拟规划数据由3个假设的栅格数据集组成,其共产生了3293个(林分Ⅰ)、29536个(林分Ⅱ)和81625个(林分Ⅲ)0-1型决策变量。研究结果表明:模拟退火算法2-邻域搜索技术能够提高各规划问题的最大目标函数值;但当规划问题的决策变量数(或小班数量)较大时(即林分数量≥3600),单纯增加邻域范围并不能提高规划问题的平均目标函数值。因此,鉴于模拟退火算法的优化结果对规划问题具有较高的敏感性,因此森林经营决策人员应慎重选择模拟退火算法邻域搜索作为相关规划问题的优化求解技术。      

森林可持续经营规划探究

文章围绕我国森林可持续经营规划进行分析,探讨规划的目的、基本原则及经营规划过程中所需注意的难题。同时,提出一些解决问题的策略和建议,帮助有关研究人员完善森林可持续经营规划,使森林能够更好地发展与进步。     

森林生态系统经营规划决策的研究

以带岭林业局东方红林场森林为例,进行了中、长期的森林生态系统规划决策的研究。在规划中以恢复地带性顶极群落作为经营目标,以各种林分类型向相应的顶极群落演替所需要的相对时间长短作为距离系数建立目标函数。在研究了该区域天然林经营与替模型基础上,把东方红林场森林划分为８个森林经营类型组,分析和定义了决策变量及约束条件。进行线性规划求解。研究结果认为,这种森林规划兼顾森林的经济和生态效益。适应性经营与一体化森林规划体系是控制和纠正这种森林规划风险性的技术手段。     

森林经营规划与森林经营方案探讨

在总结汉中市汉台区森林经营管理的基础上,对森林经营规划与森林经营方案的定义、地位、作用进行了说明,就两者的总体思路、原则要求、主要任务进行了比较,进而从相应的编制程序、编制方法、编制成果、实施要求等方面探讨了两者之间的异同,为编制好新时期森林经营规划和森林经营方案做出一些积极的努力。     

基于碳和木材目标的森林空间经营规划研究

以大兴安岭地区塔河林业局盘古林场为例,以模拟退火算法为优化技术,以经济收益为基础,建立能够兼顾森林木材生产、碳储量和经营措施时空分布的多目标规划模型。规划周期由3个10年的分期组成,目标函数包括最大化木材和碳储量贴现净收益、最小化采伐成本,而约束条件则主要涉及最小收获年龄、收获次数、收获均衡以及空间邻接约束等。同时,还评估了一系列碳价格对规划结果的影响。结果表明:由于规划模型中空间和非空间约束的限制,规划期内获得的各种经济收益、木材产量以及碳储量等均随着碳价格的增加呈显著的非线性变化趋势;与碳价格为0元/t时的规划结果相比,当碳价格为我国当前现行碳交易的平均(25元/t)和最高(50元/t)价格时,规划期末的总经济收益分别增加了2.06%和3.91%,但规划期内木材产量和碳储量却无显著差异;如果仅从经济角度考虑,则能够使规划期末单位面积碳储量增加的最低碳价格为1 000元/t。同时,研究结果还表明碳价格虽然显著影响规划期内不同经营措施的采伐面积比例,但规划结果均满足均衡收获约束。      

永安市森林可持续经营规划执行力评价

该文在分析总结永安市森林经营规划实施5a来阶段性成效的基础上,研究了森林经营规划实施评价体系,构建了规划执行力考核评价体系,分别从规划实施和规划成效2个方面对经营规划进行了考核、评价。结果表明:永安市森林经营规划理念有了较高的认识,实施力度逐年加大,规划得到全面实施,森林的生态、社会、经济效益得到明显提高,促进了永安市森林的可持续经营。     

森林可持续经营现状及规划策略

森林可持续发展至关重要。介绍了森林可持续经营的内涵,分析了森林可持续经营现状及面临的问题,并提出森林的可持续经营的规划策略。     

基于空间约束的村级森林收获调整研究

【目的】探索建立具有空间相邻约束的森林收获调整模型的方法,为制定乡村集体林的采伐规划、实现森林资源的可持续利用提供方法和依据。【方法】以福建省永安市洪田村的杉木用材林为研究对象,利用森林资源档案数据,将空间相邻约束纳入到森林采伐作业中,运用混合整数规划方法,构建村级森林收获调整的空间优化模型。【结果】在未来10年内,洪田村杉木用材林的最大允许采伐量为8 623.5m3;根据最优可行解可以确定各小班的采伐决策和具体地点,有效阻止采伐相邻斑块,保证利用成熟林、过熟林而避免采伐未成熟林;2个分期的木材收获量分别为4 106.5和4 517m3,实现了木材的均衡生产。【结论】村级森林收获调整的空间优化模型在保证最优采伐量的同时,有效保护了当地生态环境,促进了森林保护与利用的良性循环。     

东岔林场森林经营思考

针对森林资源结构不合理、林地生产力低的特点,以天然林保护工程为契机,通过公益林建设项目,改善水土流失和生态环境,提高森林生产综合效益。     

森林经营管理多目标规划模型研究

森林管理实践及多方面的森林规划需求在森林资源管理和规划研究中十分重要。本研究利用多目标粒子群优化算法提出了HPSO框架,该框架能够通过分布式资源和多样化的约束条件提供经营管理规划元数据。HPSO框架由森林资源元数据模型、管理实际剖面模型和使用规划需求模型3个子部分组成,包括一个利用这些子模型的架构。基于这个框架,设计了一个多角度-信息解译-多信息的整合概念验证平台,对森林资源的经营管理规划做了适当改进。在原有物理属性粒子群的基础上增加结构质量属性粒子群,以粒子群总体的统计特征、统计分布特征等为划分亚粒子群的依据;将森林资源属性维度化、尺度化、动态化;还充分考虑了资源弹性经营、森林服务、森林文化、森林遗产、森林碳平衡等目标;结合生态方面的知识,将生态采伐、碳管理、水安全、木材安全、环境安全等作为未来的规划方向。     

不同密度人工云杉林土壤质量评价

以甘肃白龙江林区沙滩林场5个不同密度等级(800、1 200、1 600、1970、2 400株·hm^-2)的人工云杉林为对象,对比分析各密度林分土壤物理指标、pH值、有机质及各养分元素含量等16个指标的差异,并基于主成分分析对土壤质量进行评价,旨在为该区域人工云杉林的合理经营提供理论依据。结果表明,在不同密度长期经营下人工云杉林林地土壤理化性质出现差异,并呈现一定的变化规律。在5个密度等级中,1 600株·hm^-2时土壤含水率和孔隙度最大,容重最小,土壤物理性质最佳,土壤pH值随林分密度增大而逐渐减小,有机质及各养分元素含量随林分密度增大呈先增大后减小的变化趋势。相同密度下,表层土壤(0~20 cm)物理性质最佳,有机质及养分元素呈明显的“表聚”特征,即表层土壤理化性质最佳。对不同密度人工云杉林土壤质量进行评价发现,土壤质量指数随林分密度增大先增大后减小,在1 600 株·hm^-2时达到最大,为0.566 4,土壤质量最高。说明适宜的密度能改善土壤质量,1 600 株·hm^-2为本区域人工林云杉的最适经营密度,因此今后本区域人工云杉林经营或间伐可以1 600 株·hm^-2为参考标准。     

不同退化程度的人工梭梭林地土壤理化特征

采用聚类分析法将民勤荒漠绿洲过渡带12个人工梭梭林样点划分为4个退化程度,以空间代替时间,研究了人工梭梭林退化对土壤理化性质的影响。结果表明:1)随着人工梭梭林的退化,梭梭枯枝率显著增大,梭梭活株比例、新稍长与长势显著降低。2)各土层中阳离子以Na^+与Ca^2+为主,阴离子以SO4^2-为主,各养分含量总体上随土层深度增加而逐渐降低。除容重外,土壤各物理指标间均存在显著相关性,土壤各化学指标间以及各化学指标与物理指标间的相关性普遍不显著。3)随着人工梭梭林的退化,土壤机械组成、含水率、全盐含量、Na^+、Ca^2+、Mg^2+、Cl^-、SO2^-4、速效N、速效P、全P和阳离子代换量在3个土层间均无显著差异,pH值、有机质和全N含量在各土层间的差异由显著变为不显著,K^+与NO^-3含量在各土层间的差异由不显著变为显著。随着人工梭梭林退化程度的加剧,土壤有机质和速效P含量显著减小,表明有机质和速效P含量的降低是人工梭梭林退化的原因之一。     

不同营林措施对马尾松林物种组成及空间结构的短期影响

为揭示常规营林措施对人工马尾松林分物种组成和空间结构的影响,以三峡库区马尾松飞播林为研究对象,按照未采伐、除灌、伐除非马尾松、伐除优势马尾松4种营林措施建立固定监测样地,分析了马尾松林群落的物种组成和数量特征,并运用角尺度、大小比数、混交度3个林分结构参数,研究不同营林措施处理对马尾松林分空间结构的影响。结果表明：不同营林措施对马尾松林物种组成和优势程度存在明显影响,乔木层生物多样性降低,林下灌草层多样性明显提升。除灌对林木空间分布格局未造成显著改变,伐除非马尾松和伐除优势马尾松均提高了林分空间结构的聚集程度,且林木平均聚集程度随着采伐强度增加而增加。不同营林措施对林分整体大小分化程度影响不大,但采伐明显改善了林分的混交程度。单纯调整某个树种或单个层次的结构来开展森林经营,不利于林分空间结构的整体优化,应根据各树种生物学特性以及功能地位来综合确定采伐木和保留木,并采用中度择伐强度更有利于林分结构调整。     

兼顾碳贮量和木材生产目标的森林经营规划研究

以吉林省汪清林业局金沟岭林场为对象,基于小班调查数据,以木材生产和碳增量净现值最大为规划目标,考虑采伐量不大于生长量、均衡采伐、生长模型等约束,建立了多目标规划模型。通过LINGO软件求解,得到了50a规划期的最优经营方案,并进行了灵敏度分析。结果表明:各个森林类型在不同分期间伐强度在1%～15%之间,择伐强度在1%～35%之间。规划期木材总采伐量为182.33万m3,规划期末地上碳贮增量为47.92万t;规划期总收益为95 434.40万元,其中木材净现值91 895.10万元,碳贮增量净现值3 539.30万元。多目标经营方案可以同时满足对木材生产和碳贮增量的需求,是一个折衷的方案。与木材生产经营方案相比,多目标经营方案和碳贮增量经营方案在规划期内的木材净现值分别减少2.67%、45.43%,但地上碳贮增量净现值分别增加29.88%、50.42%。因此增加碳贮增量要以减少木材采伐量为代价。分析了低、中、高3种碳价格对多目标经营方案的影响,表明整个规划期内木材采伐量随着碳价格的增加而减少,而碳贮增量随着碳价格的增加而增加。     

基于生态系统经营的林分采伐决策方法

根据生态系统经营的目的,提出了以空间多样性指数、大小比数、角尺度、空间密度指数、目的树种指数、健康指数等6个空间结构因子为基础的经营决策因子,并建立了以顶极群落为目标,以维持生态系统健康和功能持续为目的,以林窗分布为特征的森林生态系统经营决策模型。结果表明,除多样性指数外,经营后所有的空间指数都有改善,健康指数和目的树种指数均达到1.00;大小比数提高了0.02～0.04;林窗面积扩大了136.6～180.9m2;角尺度趋近于0.5。通过本决策模型,可以极大地改善系统的空间结构,有利于森林生态系统的更新,形成自适应机制,维持生态的完整和健康,发挥系统的整体效应。     

两种人工林土壤物理性质时空变异性

运用经典统计学方法,对东北林业大学哈尔滨实验林场白桦(Betula platyphylla Suk.)和落叶松(Larix gmelini Rupr.)人工林林地土壤物理性质时空异质性进行了研究.结果表明:两林地在垂直方向上土壤非毛管孔隙度和毛管孔隙度均值差异性不显著,而在时间序列上的变化则差异性显著,非毛管孔隙度变异性属于中等变异,毛管孔隙度变异属于弱变异,但其变异性不论在深度方向上还是在时间序列上均未达到显著水平;两林地总孔隙度均值随土层深度先增加后减小,但这一变化未达到显著水平,而在时间序列上总孔隙度的变化差异性显著,总孔隙度变异系数存在差异,但未达到显著水平,属于弱变异性;两林地土壤密度均值随土层深度先减小后增加,但差异未达到显著水平,在时间序列上土壤密度差异性显著,7、8、9月份较低,土壤密度变异属于弱变异,变异系数存在差异,但未达到显著水平;两林地毛管持水量和饱和持水量均值随土层深度先增加后减小,但差异未达到显著水平,在时间序列上差异性显著,呈季节性变化,毛管持水量和饱和持水量变异既有弱变异也有中等变异,变异系数存在差异,但均未达到显著水平.     

近自然森林经理计划技术体系研究

随着我国林业发展战略从“以木材生产为中心”到“以生态环境建设为中心”的转变,森林经理学需要从原有的木材永续利用为目标的体系向以森林生态系统多功能可持续经营目标的体系改革和发展,面临着调整发展目标、更新指导理论和创新计划方法的挑战。通过探讨多功能可持续森林经营的3个基本问题,提出了在森林生态系统多功能可持续经营目标指导下的近自然森林经理计划技术要素,包括群落生境分析制图、森林发展类型设计、目标树作业方法、垂直结构导向的经营周期计划模式等4个主要技术要素的基本概念;提出一种实现多功能生态林业目标的,具有理论基础完备、技术要素先进和作业实施可操作特征的新型森林经理计划模式,并分析了在我国林业生态建设和发展中应用的前景。     

清水江山林管护文书的分类及其与人工营林周期的关联性探究

目前整理出版的清水江文书中包含大量以山林管护为内容的文书,全面地反映了林业生产管护的周期过程,但学界对此类文书的研究和整理尚显不足,未能形成一个统一的分类标准。以林业生产管护周期为线索,清水江山林管护文书按照其内容和性质可分为租佃契约、买卖契约、分山契约、官方法令与民间习惯法、其他五大类。对其进行分类和整理,是进一步推动研究清水江文书中山林管护相关问题的前提和基础。