【摘 要】
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森林结构是指构成森林的植物个体分布及其属性的连接方式,量化描述最近相邻木之间关系是认识和理解森林结构本质特征的前提和关键,林分状态合理与否直接关系到森林经营的紧迫性和必要性,因此,森林结构的全面系统解译及林分状态的综合评价至关重要。以往研究偏重强调林分状态的累加性或侧重林分整体或单方面结构特征,并未包含林木其它属性或形成系统完整的林分空间结构解译体系,如何有效整合空间和非空间结构信息,并在在林分状
【基金项目】
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“十三五”国家重点研发计划“人工林结构调控与稳定性维持机制及其生产力效应”(2016YFD0600203)和“区域森林生态系统多目标平衡恢复、重建技术研究与示范”(2017YFC050400501);
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森林结构是指构成森林的植物个体分布及其属性的连接方式,量化描述最近相邻木之间关系是认识和理解森林结构本质特征的前提和关键,林分状态合理与否直接关系到森林经营的紧迫性和必要性,因此,森林结构的全面系统解译及林分状态的综合评价至关重要。以往研究偏重强调林分状态的累加性或侧重林分整体或单方面结构特征,并未包含林木其它属性或形成系统完整的林分空间结构解译体系,如何有效整合空间和非空间结构信息,并在在林分状态综合评价中科学地测度林分状态各方面发展的均衡性仍需深入研究。有鉴于此,本文以甘肃小陇山锐齿栎天然林(Quercus aliena var.acuteserrata natural forest)为示例,基于角尺度(W)、混交度(M)、大小比数(U)和密集度(C)相互独立且取值等级有限,试图采用其零元分布、一元分布和多元分布全面系统解译林分整体、单方面和多方面3个不同分辨率水平的空间结构异质性信息;其次,尝试采用垂直投影降维和边际分布函数探讨林分空间结构参数不同分布之间的数量关系及其直观表达方式;然后,尝试构建耦合多元分布函数(耦合方法)同时量化描述林分空间和大小结构特征;最后,以锐齿栎天然林和吉林蛟河阔叶红松林(Broad-leaved Pinus koraiensis mixed forest)林分状态综合评价为例,基于等周定理和等圆定理试图提出林分状态不同指标之间均衡性测度指标并构建兼顾林分状态累加性和均衡性的综合评价方法(改进单位圆法),以全面评估林分整体质量并有效促进其均衡发展。主要获得以下结论:(1)锐齿栎天然林整体及林分内大多数林木呈随机分布、混交良好、较为密集;该林分空间结构最突出特点表现为:不同空间结构参数(W、U、M和C)组合状态下林分内大多数林木呈随机分布或混交良好。因此,W-U-M-C四元分布可同时全面地描述林木空间分布格局、树种隔离程度、密集程度和大小分化程度4个方面空间结构特征;望远镜方法可系统解译林分整体、单方面和多方面3个不同分辨率水平空间结构异质性信息。(2)空间结构参数N元分布的边际概率分布和垂直投影累积分布均对应于若干N-1元分布。因此,基于垂直投影降维和边际概率分布函数可实现林分空间结构参数四元分布→三元分布→二元分布→一元分布→零元分布(均值)的逐步递推,但该过程不可逆;空间结构参数N元分布之间在量化描述林分空间结构特征方面相辅相成、优势互补。双坐标轴3D图直观展现空间结构参数多元分布所解译的空间结构异质性信息。(3)锐齿栎天然林不同林木大小等级变量和/或空间结构参数组合状态下50%以上林木混交良好或呈随机分布,不同空间结构特征林木多为中小径木或中下层林木,尤其是6-7 m树高级和/或6 cm径阶林木;相同分布格局、混交度或密集度等级林木径阶分布呈倒J形,而其树高级-径阶之间关系呈非对称山状曲线。由此可见,耦合方法可有效地同时刻画林分空间和大小结构特征,有助于全面认知和理解森林结构。(4)若干模拟林分比较证实累加性指标ωi1可有效刻画评价对象各方面功能大小,3个均衡性指标αi2、βi2和γi2可有效测度不同评价指标之间协调性,且其评价结果趋势一致,综合评价函数Fi可全面评判评价对象整体的优劣。4个天然林林分状态累加性、均衡性及综合评价结果均表现为:d>a>c>b,说明阔叶红松林d状态最优,其次是锐齿栎天然林a和阔叶红松林c,锐齿栎天然林b状态最差。由此可见,αi2、βi2和γi2可有效地测度评价对象不同指标之间的均衡性,兼顾林分状态累加性和均衡性的改进单位圆综合评价方法更为全面客观,其评价结果对林分状态问题诊断和森林经营决策具有明显的启示作用,可有效地全面提升森林质量并促进其均衡发展。
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