森林空间结构分析系统
基于GIS技术的森林景观空间格局分析——以贵州省安顺市西秀区为例
基于GIS技术的森林景观空间格局分析——以贵州省安顺市西秀区为例刘国海;陈华江;罗多;田亮【摘要】以贵州省安顺市西秀区森林资源为研究对象，利用GIS技术对安顺市西秀区森林资源基本图进行相关处理。
利用景观分析方法的对相关的指数进行比较分析，为该区的森林资源管理决策提供一定的科学依据。
根据数据分析得出安顺市西秀区森林资源各类景观都受到人为干扰，大部分森林景观生态系统较简单。
%In this paper, Anshun City, forest resourceo for the study, the use of GIS technology to forest resources in Anshun City, Xi Xiuqu basic graph-related processing. Landscape analysis methods u- sing the relevant index for comparative analysis of forest resource management for the area to provide some scientific basis for decision-making. Analysis of the data obtained Anshun City, Xi Xiuqu forest resources are subject to various types of landscape disturbance, most of the forest landscape ecosystem is relatively simple.【期刊名称】《贵州师范大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2011(029)003【总页数】6页(P19-24)【关键词】GIS;森林资源;景观分析;生态系统【作者】刘国海;陈华江;罗多;田亮【作者单位】贵州省安顺市西秀区林业局,贵州安顺561000 ;贵州省安顺市西秀区林业局,贵州安顺561000 ;铜仁市漾头中学,贵州铜仁554312 ;福泉市林业局,贵州福泉550500【正文语种】中文【中图分类】P208森林作为陆地生态系统的主体和重要的可再生资源，在人类发展历史中起着不可替代的基础保障和支持作用。
长白山过伐林区云冷杉针阔混交林空间结构分析
＊“ 国家科技攻关项 目（ ０ ｔ Ａ １１ ７ 资助 十五” ２０ Ｂ ５ ０３ ） ０ 贾秀红， 女，ｔ７ ９ ６年生， 士．Ｅ作 位 ： 硕 华中农业大学 园艺林学学院 ， 武汉 ４ ０ ７ ３００
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第 ２卷 第 ４ ５ 期 ２ ０ 年 ８月 ０６
文章编号
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中 农
业
大
学 学
报
Ｖｏ． ５ Ｎｏ ４ １２ ．
Ａｕ ０ ６ ４ ６ ４ ０ ｇ２ ０ ， ３ —４
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＨｕｚ ｏ ｇ Ａｇ ｉｕｔ ｒｌＵｎｖ ｒｉｙ ｏ ｒ ａ ａ ｈ ｎ ｒｃ ｌｕ ａ ｉｅ ｓｔ ｏ
小ｌ 。因此 ， ２ ］ 为了更好地保护和经营过伐林 ， 促进其 林下土壤以棕色森林土为主， 腐殖质层较厚 ， 一般都
生态系统的健康稳定 ， 必须清楚地 了解林分的空 间 在 １ ｍ以上 。试验地的立地条件较好 ， ５ｃ 还保持着 结构 现状 。 部分原始植被和土壤状态Ｆ４ ３］ ，。
摘要
用角尺度 、 混交度和大小 比数 ３ 个林 分空间结 构参数 ， 分析了长 自山过伐林 区云冷杉针 阔混交林 的
空间结构 。结果表 明 ： 该林分的平均角尺度为 ０５４林 木分布格 局为 随机 分布 ， 分 的平均 混交度为 ０８。 ．０ ， 该林 ．１
说明它是一个 由不同树 种呈现强度混 交结构状态组成 的复杂森林群落 。针叶树 种具 有胸径和树高 的优势， 尤其
大小、 分布等空间关系。林分空间结构决定了树木 ３０ ５ Ｉ ｈ ）林 分 株 数 分 布 以小 径木 为多 。 ５ ￣４０Ｉ。 ｍ ， Ｔ／
之 间 的竞 争势 及其 空 间 生 态位 ， 在 很 大 程度 上 决 根据 １９ 它 ９ ０年 ４月 ～ ２０ ０ １年 ５月 的调 查 资料 ， 验 试 定 了林 分 的稳 定 性 、 展 的 可 能 性 和 经 营 空 间 大 地 的树种组 成均 为 ２ ２云 ２红 ２ １ １ 。其 发 冷 椴 色 枫
森林生态系统组成与结构
7．3 食物链和食物网
生产者所固定的能量和物质，通过一系列取食和被取食的关 系而在生态系统中传递，各种生物按其取食和被取食的关系 而排列的链状顺序称为食物链(food chain)
浮游植物→浮游动物→食草性鱼类→食肉性鱼类。 植物→青虫→蝗虫→蛙→蛇→鹰。
• 例如:
第1营养级 第2营养级 第3营养级 第4营养级 级
第5营养
生产------------食草------------食肉-----------二级肉食--------顶极肉食
者
动物
动物
动物
动物
2、营养级的能量是逐级减少
生态系统中的能流是单向的，通过各个营养级的能量是 逐级减少的，减少的原因是：
• 摄食量(I)：表示一个生物所摄取的能量。对于植物来 说，它代表光合作用所吸收的日光能；对于动物来说， 它代表动物吃进的食物的能量。
• 同化量(A)：对于动物来说，它是消化后吸收的能量； 对于分解者是指对细胞外的吸收能量；对于植物来说， 它指在光合作用中所固定的能量，常常以总初级生产量 表示。
• 呼吸量(R)：指生物在呼吸等新陈代谢和各种活动中消 耗的全部能量。
① 各营养级消费者不可能百分之百地利用前一营养级 的生物量，总有一部分会自然死亡和被分解者所利用；
② 各营养级的同化率也不是百分之百的，总有一部分变 成排泄物而留于环境中，为分解者所利用；
③各营养级生物要维持自身的生命活动，总要消耗一部 分能量，这部分能量变成热能而耗散掉。
3、营养级一般只有四、五级
• 生产量(P)：指生物在呼吸消耗后净剩的同化能量值， 它以有机物质的形式累积在生物体内或生态系统中。对 于植物来说，它是净初级生产量；对于动物来说，它是 同化量扣除呼吸量以后净剩的能量值，即P=A—R。
油松林林分空间结构分析及评价指数构建
西北林学院学报2020,35(5):166-172J o u r n a l o f N o r t h w e s t F o r e s t r y U n i v e r s i t yd o i :10.3969/j.i s s n .1001-7461.2020.05.26油松林林分空间结构分析及评价指数构建收稿日期:2020-04-14 修回日期:2020-05-15基金项目:国家重点研发计划(2017Y F D 060050104);国家重点研究发展计划项目(2016Y F D 0600203)㊂ 作者简介:张君钰㊂研究方向:森林可持续经营㊂E -m a i l :z h a n g j u n yu k e e @163.c o m *通信作者:郝红科,博士,讲师㊂研究方向: 3S 技术在林业中的应用㊂E -m a i l :h h k 2018@126.c o m张君钰1,杨培华1,2,李卫忠1,李显鲜1,郝红科1*(1.西北农林科技大学林学院,陕西杨陵712100;2.国家林业和草原局油松工程技术研究中心,陕西杨陵712100)摘 要:分析油松生态公益林林分空间结构并进行评价,用客观数据直观的表现林分空间结构的特点,为培育多功能生态公益林奠定理论基础㊂以古城林场油松林100mˑ100m 的样地实测数据为基础,根据林木坐标位置生成V o r o n o i 图,确定空间结构单元㊂选取角尺度㊁大小比数㊁开敞度㊁林层指数4个空间结构参数对林分空间结构进行基础性分析㊂对各个空间结构参数采用乘除法进行多目标规划,并以变异系数法的思想根据各林分空间结构参数内部标准差的大小确定参数权重,提出林分空间结构评价指数,再根据该油松林生态公益林的特点,将评价指数值划分为5个等级㊂结果表明,角尺度的均值为0.35,整个林分处于随机分布的状态㊂大小比数的均值为0.50,整个林分大小分化不严重,林木的胸径差异不明显㊂开敞度均值为0.40,整个林分透光条件平均水平较好㊂林层指数均值为0.55,有73%的林木林层指数>0.50,表明该林分中林木绝大多数都与相邻木处于不同林层㊂该林分空间结构评价指数均值为0.48,林分空间结构整体状态一般㊂对林分空间结构的分析与空间结构评价指数的构建,不仅能了解到林分空间结构各个方面的状况,也能得知林分空间结构的整体状况,并为森林空间结构优化调整提供理论基础㊂关键词:油松;生态公益林;V o r o n o i 图;空间结构评价指数中图分类号:S 791.254 文献标志码:A 文章编号:1001-7461(2020)05-0166-07A n a l y s i s o f S t a n d S pa t i a l S t r u c t u r e a n d C o n s t r u c t i o n o f E v a l u a t i o n I n d e x o f P i n u s t ab u l i fo r m i s F o r e s t Z H A N G J u n -y u 1,Y A N G P e i -h u a 1,2,L I W e i -z h o n g 1,L I X i a n -x i a n 1,H A O H o n g-k e 1*(C o l l e g e o f F o r e s t r y ,N o r t h w e s t A&F U n i v e r s i t y ,Y a n g l i n g 712100,S h a a n x i ,C h i n a ;2.S t a t e F o r e s t r y an d G r a s s l a n d A d m i n i s t r a t i o n E n g i n e e r i n g T e c h n o l o g y R e s e a r c h C e n t e r o f P i n u s t a b u l i f o r m i s ,Y a n g l i n g 712100,S h a a n x i ,C h i n a )A b s t r a c t :T o a n a l y z e a n d e v a l u a t e t h e s t a n d s p a t i a l s t r u c t u r e o f P i n u s t a b u l i fo r m i s e c o l o g i c a l p u b l i c w e l f a r e f o r e s t ,a n d t o d i r e c t l y s h o w t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f s t a n d s p a t i a l s t r u c t u r e w i t h o b j e c t i v e d a t a ,s o a s t o l a y at h e o r e t i c a l f o u n d a t i o n f o r t h e c u l t i v a t i o n o f m u l t i -f u n c t i o n a l e c o l o gi c a l p u b l i c w e l f a r e f o r e s t .B a s e d o n t h e m e a s u r e d d a t a o f t h e s a m p l e p l o t s o f P .t a b u l i fo r m i s f o r e s t e a c h w i t h a s i z e o f 100mˑ100m o f i n G u c h e n g F o r e s t F a r m ,t h e V o r o n o i d i a g r a m w a s g e n e r a t e d a c c o r d i n gt o t h e t r e e c o o r d i n a t e p o s i t i o n ,a n d t h e s p a t i a l s t r u c t u r e u n i t w a s d e t e r m i n e d .F o u r s p a t i a l s t r u c t u r e p a r a m e t e r s ,i n c l u d i n g u n i f o r m a n gl e i n d e x ,n e i g h b o r h o o d c o m p a r i s o n ,o p e n d e g r e e a n d s t a n d l a y e r i n d e x w e r e s e l e c t e d t o a n a l y z e t h e s pa t i a l s t r u c t u r e o f t h e s t a n d .T h e m u l t i p l i c a t i o n a n d d i v i s i o n m e t h o d w a s u s e d f o r m u l t i -ob j ec t i v e p r o g r a mm i n g of e a c h s p a t i a l s t r u c t u r e p a r a m e t e r ,a n d t h e p a r a m e t e r w e igh t w a s d e t e r mi n e d a c c o r d i n g to t h e i n t e r n a l s t a n d a r d d e v i a t i o n o f e a c h s t a n d s p a t i a l s t r u c t u r e p a r a m e t e r a c c o r d i n gt o t h e i d e a o f c o e f f i c i e n t o f v a r i a t i o n m e t h o d ,a n d t h e s t a n d s p a t i a l s t r u c t u r e e v a l u a t i o n i n d e x w a s p u t f o r w a r d .A c c o r d i n g t o t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e e c -o l o gi c a l p u b l i c w e l f a r e f o r e s t ,t h e e v a l u a t i o n i n d i c e s w e r e d i v i d e d i n t o 5g r a d e s .T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t t h em e a n u n i f o r m a n g l e i n d e x w a s0.35,a n d t h e w h o l e s t a n d w a s i n t h e s t a t e o f r a n d o m d i s t r i b u t i o n.T h e n e i g h b o r h o o d c o m p a r i s o n w a s0.5,t h e s i z e d i f f e r e n t i a t i o n o f t h e w h o l e s t a n d w a s n o t o b v i o u s,a n d t h ed i f fe r e n c e of D B H o f t r e e s w a s n o t o b v i o u s.T h e o p e n d eg r e e o f m e a n v a l u e w a s0.40,th e li g h t c o n d i t i o n o fe n t i r e s t a n d w a s o v e r a l l g o o d.S t a n d l a y e r i n d e x a v e r a g e w a s0.55,w i t h73%of s t a n d l a y e r i n d e xg r e a t e r th a n0.50,s h o wi n g t h a t m o s t o f t h e t r e e s i n t h e s t a n d w e r e i n d i f f e r e n t l a y e r s w i t h a dj a c e n t t r e e s.T h e e-v a l u a t i o n g r a d e o f t h e s p a t i a l s t r u c t u r e o f t h e s t a n d w a s g r a d eⅢ.T h r o u g h t h e a n a l y s i s o f s t a n d s p a t i a l s t r u c t u r e a n d t h e c o n s t r u c t i o n o f e v a l u a t i o n i n d e x o f s t a n d s p a t i a l s t r u c t u r e,w e c a nk n o w n o t o nl y t h e s i t u-a t i o n o f a l l a s p e c t s o f s t a n d s p a t i a l s t r u c t u r e,b u t a l s o t h e o v e r a l l s i t u a t i o n o f s t a n d s p a t i a l s t r u c t u r e,a n d l a y a t h e o r e t i c a l f o u n d a t i o n f o r t h e o p t im i z a t i on a n d a d j u s t m e n to f f o r e s t sp a t i a l s t r u c t u r e.K e y w o r d s:P i n u s t a b u l i f o r m i s;e c o l o g i c a l p u b l i c w e l f a r e f o r e s t;V o r o n o i d i a g r a m;e v a l u a t i o n i n d e x o f t h e s p a t i a l s t r u c t u r e林分结构是树木在林分中的分布状态㊂人工林或天然林在未遭受严重干扰的情况下,林分内部都具有一定的分布状态且表现出较为稳定的结构规律性,即林分结构规律[1]㊂林分空间结构是目前国内外学者研究的热点也是难点㊂许多学者从多个方面提出了分析林分空间结构的参数[2-5],但总的来说是从林分水平分布格局㊁大小分化程度和混交度3个方面展开描述[2]㊂目前关于林分空间结构分析的研究较多[6-9],许多学者选取多个参数对不同的林分展开其空间结构的分析,而空间结构参数的计算依赖于基本结构单元的划分,传统构建空间结构单元的方法是固定邻近木株树为4,近年来许多学者采用V o r o n o i创建空间结构单元,此方法每个结构单元的大小不同,具有动态针对性,并且一些学者开展了基于V o r o n o i图的林分空间结构分析的基础性研究[10-13]㊂目前关于林分空间结构评价的研究相对较少,曹小玉等[14]采用乘除法对多个空间结构参数进行多目标规划,建立了空间结构优化目标函数,但并未确定指标权重㊂张连金等[15]根据林分中不满足标准指标占总指标数的比例建立了经营迫切性评价指数㊂以古城林场油松人工林为对象,在以V o r o n o i图确定林分空间结构单元的基础上,选取林分空间结构参数对该油松林进行林分空间结构分析,在钱颂迪[16]乘除法的思想上,对各个空间结构参数进行多目标规划,并通过变异系数法[17]确定林分空间结构各指标权重,建立评价体系,对该林分空间结构进行评价㊂旨在充分了解该地油松林林分情况,为该地区油松的科学经营提供理论依据㊂1材料与方法1.1研究区概况洛南县古城林场(33ʎ52'~34ʎ05'N,110ʎ20'~ 110ʎ29'E),位于陕西省商洛市东北部,地处秦岭东段,海拔900~1200m㊂年平均气温11.1ħ,1月平均气温-2.0ħ,7月平均气温23ħ左右㊂气候属于暖温带于亚热带过渡型,四季分明,雨量充沛㊂全年降水量在770mm左右,相对湿度60%~80%,雨量主要集中在7-9月㊂气候温和,降水充分,冬暖夏凉㊂土壤类型主要有黄棕壤和棕壤,呈中性偏酸㊂在中国植被区划中,归属暖温带植被垂直带,洛南县内主要的森林类型有油松林和栓皮栎林,其中油松是洛南县分布广㊁数量多㊁木材蓄积量大的一个森林类型㊂1.2数据获取2018年7-8月,在陕西省商洛市洛南县古城林场油松林进行全面踏查后,利用全站仪在油松生态公益林中设置了1块100mˑ100m的正方形样地,对样地内所有胸径ȡ2c m的林木进行全林定位,同时对定位林木测量其胸径㊁树高㊁活枝下高㊁南北冠幅和东西冠幅等因子,并记录每株林木的健康状况㊂该油松人工林为异龄纯林,油松纯林林分基本结构概况表1,林分株数密度为1448株㊃h m-2,平均胸径16.61c m,平均树高14.66m,平均冠幅3.22m㊂1.3研究方法1.3.1空间结构单元的确定利用A r c G I S10.2的泰森多边形工具将树的点图层生成泰森多边形,每个泰森多边形内只包含1棵树,泰森多边形的边数即是该中心木对应的邻近木的株数㊂此法确定的空间结构单元对比传统的固定邻近木株树为4,确定空间结构单元更灵活㊂1.3.2消除边缘效应边缘效应指在2个或2个以上不同性质的生态系统交互处,即位于样地边界的林木其邻近木不在该样地内,由于林分之间的差异和协和作用,而引起林分空间结构发生的较大变化㊂为了消除边界林木对系统的影响,又能充分利用样地数据,本研究以样地中所有2个相邻样木之间的平均距离为依据[18],选择在该样地四周设置了761第5期张君钰等:油松林林分空间结构分析及评价指数构建3m 宽的带状缓冲区,缓冲区内的林木只作为相邻木(图1)㊂1.3.3 空间结构参数的选取 选取角尺度反映林木空间分布格局,采用李际平等[13]建立的基于V o r o n o i 图计算角尺度的相关标准,表示如下:W i =1n ðnj =1z ij(1)式中,W i 为中心木角尺度,Z i j 取值为:Z i j=1当第j 个α角小于标准角α0;0否则㊂α角为邻近木的较小夹角,α0为角尺度的标准角,取值为360ʎ/(n +1),α0随着邻近木株树n 的变化而变化㊂W i ɪ[0,1],将其取值划分为[0,0.327)㊁[0.327,0.357]㊁(0.357,1]3个区间,分别表示均匀分布㊁随机分布㊁团状分布㊂大小比数是反映树种大小分化程度的参数[4],用公式表示:U i =1nðnj =1k i j(2)式中,U i 为中心木大小比数,k i j 取值为:k i j =1当邻近木j 的胸径大于中心木i 的胸径;0否则㊂据公式可得U i ɪ[0,1],其值越小,则说明比中心木胸径大的相邻木越少㊂将U i 的取值划分为0㊁(0,0.25]㊁(0.25,0.5]㊁(0.5,0.75]㊁(0.75,1]5个区间,对应林木在空间结构单元内处于优势㊁亚优势㊁中庸㊁劣势和绝对劣势状态㊂选取林层指数[19-21]描述林层多样性,公式为:S i =z i3ˑ1n ðn j =1s i j(3)式中,S i 为中心木林层指数;Z i 为中心木i 的空间结构单元内的林层数;S i j 取值为:S i j =1当中心木i 于第j 株邻近木不属同层;0当中心木i 与第j 株邻近木在同一层㊂表1 油松林林分基本结构概况T a b l e 1 T h e b a s i c s t r u c t u r e o f P i n u s t a b u l i fo r m i s s t a n d 株树密度/(株㊃h m -2)胸径/c mDm i nD m a xD g树高/mH m i nH m a xH枝下高/m 最大值最小值均值南北冠幅/mP m i nP m a xP东西冠幅/mP m i nP m a xP14482.581.116.61.923.814.70.211.53.78.83.20.69.53.3图1 基于林木点图层生成的泰森多边形F i g .1 T y s o n p o l y g o n b a s e d o n t r e e p o i n t l a ye r 明显S i ɪ(0,1],当林层指数越接近于1,说明该林分的林层多样性越复杂㊂本研究参考应用I U F R O(国际林联)的标准划分林层,依据林分的优势高,将林分内林木划分为3个林层㊂而优势高则为林分中最高10株树的均值,此处为20.7m ,下层林木<1/3优势高(此处为H ɤ6.9m ),中层林木介于优势高的861西北林学院学报35卷1/3~2/3(此处为6.9m<H <13.8m ),上层林木则>2/3优势高(此处H ȡ13.8m )㊂开敞度[20]是反映林木生长空间的主要参数,计算公式为:K i =1n ðn j =1D i jH i j(4)式中,K i 为中心木开敞度;D i j 为对象木i 与第j株相邻木的水平距离;H i j 为相邻木j 的树高㊂K i ɪ(0,+ɕ],将K i 的取值划分为(0,0.2]㊁(0.2,0.3]㊁(0.3,0.4]㊁(0.4,0.5]㊁(0.5,+ɕ)5个区间,分别对应林木或林分透光条件或生长空间严重不足㊁不足㊁基本充足㊁充足和很充足的5个状态㊂计算林分或某一树种的角尺度㊁大小比数㊁林层指数和开敞度,即为林分内或某一树种所有单木的角尺度㊁大小比数㊁林层指数和开敞度均值㊂1.3.4 空间结构评价指数的构建 根据油松林复层异龄纯林的特点,以及要实现多功能生态公益林的目标㊂本研究从林木空间分布格局㊁林木大小分化层度㊁林层多样性参数以及林木透光条件4个方面考虑,及选取上文中角尺度㊁大小比数㊁林层指数和开敞度4个参数建立油松林的评价函数㊂根据钱颂迪[16]的乘除法思想,对4个参数进行多目标规划㊂该思想即以正效益指数乘以负效益指数的倒数,使其整体目标以取大为优㊂根据乘除法的思想,建立目标函数Q (g):Q (g )=q (g 1)q (g 2) q (g m )q (g m +1)q (g m +2) q (n )(5)式中,g 是决策向量,当在n 个目标q (g 1),q (g 2)q (g n )中,有m 个目标q (g 1)q (g 2)...q (g m )要求取大为优,其余q (g m +1)q (g m +2)...q (g n )要求取小为优,且q (g 1),q (g 2) q (g n )>0㊂在本研究中林层指数以取大为优,大小比数以取小为优㊂对于角尺度的取值,由于树木均匀分布有利于充分利用光照㊁减少林木之间冠层重叠㊁地表连续覆盖等优点,因此角尺度以取小为优㊂开敞度不宜小,也不宜过大,本研究以0.4为优,在开敞度的基础上减去0.4,并取绝对值,将其换算为[0,0.6]之间的数值,使其取小为优㊂根据变异系数法的思想[17]确定参数权重㊂该思想是通过计算各参数数据内的差异程度来确定指标权重的大小,差异程度越大,其权重也越大㊂本研究以4个参数的标准差确定权重,如确定角尺度的权重E w :E w =σw /ð(σw +σu +σk +σs )(6)式中,σw ㊁σu ㊁σs 和σk 分别为角尺度㊁大小比数㊁林层指数和开敞度的标准差㊂其他参数确定权重同上㊂最终建立林分空间结构评价指数的公式P (a ):P (a )=1+S (a ) ㊃E s1+W (a ) ㊃E w ㊃1+U (a ) ㊃E u ㊃1+K (a ) ㊃E k(7)式中,U (a )㊁S a ㊁W (a )分别为单木的大小比数㊁林层指数㊁角尺度,K (a )为经过上述处理和换算后的单木开敞度㊂E w ㊁E u ㊁E s ㊁E k 分别为角尺度㊁大小比数㊁林层指数和开敞度权重㊂其评价指数值越大,表明林分空间结构越接近经营者想要的理想状态㊂最后应用归一化处理,将各单木的林分空间结构评价指数值换算到[0,1]范围内:x 'i=x i -x m i n x m a x -x m i n(8)式中,x m a x ㊁x m i n分别为数据组中的最大值和最小值,x i ㊁x 'i 分别为处理前后的值㊂2 结果与分析2.1 油松林林分空间结构分析角尺度的均值为0.35,该油松林林分水平分布格局处于随机分布的状态(图2)㊂大小比数的均值为0.50,整个林分处于中庸状态,竞争程度一般,林木的大小分化程度不严重,由图3可见,5种大小比数状态的林木占比相差不大㊂在林分中处于被压状态的林木与优势木数量相当㊂开敞度的均值为0.40,整个林分透光条件平均水平较好,林分整体的生长空间处于基本充足到充足的过渡状态,由图4可见,5种开敞度状态的林木占比相差不大,生长空间严重不足和不足的林木占到38%,说明林分中有近4层的林木处于生长空间不足,生长空间很充足的林木(开敞度>0.5)占到24%㊂林层指数的均值为0.55㊂由图5可见,单木所在空间结构单元只包含1层林层的只有2%,而其所在结构单元包含3层林层的至少有34%(林层指数>0.67的林木),有73%的林木林层指数>0.50㊂以上分析表明,该林分中的林木绝大多数都与相邻木处于不同林层㊂从表2可看出,不同径阶下,角尺度变化不大,小树处于随机分布的状态,大树处于随机分布或随机分布向团状分布的过渡态㊂各径阶的大小比数基本随着径阶变大而变小,符合客观规律㊂各径阶林木的开敞度和林层指数相差不大,说明各径阶的林木均匀分布于林分中,但林层指数随着径阶变大呈现出变大的现象,这是由于中小径木的空间结构单元中不一定包含大径木,而大径木下常常伴随中小径阶林木的原因㊂961第5期张君钰等:油松林林分空间结构分析及评价指数构建图2 角尺度频率分布F i g .2 R e l a t i v e f r e q u e n c y d i s t r i b u t i o n o f u n i f o r m a n gl e i n d ex 图3 大小比数频率分布F i g .3 R e l a t i v e f r e q u e n c y d i s t r i b u t i o n o f n e i g h b o u r h o o d c o m pa r i s on 图4 开敞度频率分布F i g .4 R e l a t i v e f r e q u e n c y d i s t r i b u t i o n o f o p e n d e gr ee 图5 林层指数频率分布F i g .5 R e l a t i v e f r e q u e n c y d i s t r i b u t i o n o f s t a n d l a ye r i n d e x 2.2 油松生态公益林林分空间结构的评价通过变异系数法确定角尺度㊁大小比数㊁林层指数㊁开敞度4个空间参数的权重分别为0.15㊁0.36㊁0.28㊁0.21㊂其中大小比数的权重最大,林层指数次之,大小比数对评价指数的影响最大㊂根据上述林分空间结构分析的结果,评价指数的取值范围[0,1],将评价指数划分为5组,按照等距分组划分为[0,0.2]㊁(0.2,0.4]㊁(0.4,0.6]㊁(0.6,0.8]㊁(0.8,1],分别对应林分空间结构评价等级的Ⅰ级到Ⅴ级,从Ⅰ级到Ⅴ级单木空间结构越来越接近理想状态,根据上文建立的各林分空间结构参数与林分空间结构评价指标的关系,可得各评价等级的单木在其结构单元内空间结构特点,见表3㊂各评价等级单木在样地中的位置见图6㊂通过式(7)㊁式(8)得出该林分的空间结构评价指数均值为0.48(图7),单木在其结构单元空间结构等级属于Ⅰ级㊁Ⅱ级㊁Ⅲ级㊁Ⅳ级和Ⅴ级的空间结构单元分别为5%㊁38%㊁31%㊁18%㊁8%,有近1/2的林木在其结构单元的空间结构并没有达到理想状态,林分整体空间结构状况一般㊂表2 油松各径阶空间结构参数T a b l e 2 S pa t i a l s t r u c t u r e p a r a m e t e r s o f e a c h d i a m e t e r o r d e r o f P .t ab u l i fo r m i s 径阶空间结构参数W iU iK iS i4c m0.340.860.400.508c m0.350.660.400.5112c m0.330.450.430.5616c m 0.350.360.380.5720c m0.350.240.400.5824c m0.340.180.380.5828c m0.310.100.370.6232c m0.350.140.400.6436c m0.380.060.450.62ȡ38c m0.380.020.490.63标准差σ0.140.340.260.203 结论与讨论选取参数对空间结构进行分析可以得知林分各个方面的状况,但各个参数的分析是独立的,通过林分空间结构评价可以得知林分空间结构的整体状况㊂结果表明,油松生态公益林的水平分布格局总体呈随机分布,从单木角度来说林分中的空间结构单元内林木少部分呈随机分布的状态,呈团状分布与均匀分布的空间结构单元数相当㊂整个林分的大小分化程度不严重,处于中庸状态㊂林分整体的透光条件较好,但透光条件不均衡,有的林木生长空间过于拥挤,有的林木生长空间过足㊂林分中的绝大多数林木与相邻木处于不同林层,林层指数无论从林分平均条件或是单木角度分析都比较理想,林层多样性较丰富㊂各径阶的开敞度和林层指数值都接近林分整体的均值,说明各径阶的林木在林分中分布比较均匀㊂该油松生态公益林林分的空间结构评价指数为0.48,近1/2的林木在其空间结构单元内空间结构71西北林学院学报35卷图6 各评价等级单木在样地中的位置F i g .6 L o c a t i o n d i a g r a m o f s i n g l e t r e e o f e a c h e v a l u a t i o n g r a d e i n t h e s a m pl e p l o t 表3 单木所在结构单元空间结构评价等级划分T a b l e 3 E v a l u a t i o n g r a d e d i v i s i o n o f s p a t i a l s t r u c t u r e o f s t r u c t u r a l u n i t w h e r e s i n gl e t r e e i s l o c a t e d 林分空间结构评价指数值评级等级空间结构特征ɤ0.2Ⅰ单木所在结构单元内空间结构条件差㊂林木聚集分布,单木处于被压状态,透光条件差,林层单一>0.2~0.4Ⅱ单木所在结构单元内空间结构条件较差㊂林木聚集分布,单木处于被压状态,透光条件较差,林层多样性一般>0.4~0.6Ⅲ单木所在结构单元内空间结构条件一般㊂林木随机分布,单木处于中庸状态,透光条件一般,林层多样性较好>0.6~0.8Ⅳ单木所在结构单元空间结构条件较好㊂林木随机分布,单木处于优势状态,透光条件较好,林层多样性丰富>0.8~1Ⅴ单木所在结构单元空间结构条件好㊂林木处于均匀分布的理想状态;林层结构复杂,多为三层的复层林;林木透光条件理想图7 评价指数频率分布F i g .7 R e l a t i v e f r e q u e n c y d i s t r i b u t i o n o f s t a n d l a ye r i n d e x 条件不理想,空间结构等级为Ⅰ㊁Ⅱ级的林木有43%,林分空间结构有很大提升空间㊂林分中大小比数在(0.75,1],且开敞度在(0.5,+ɕ)的林木(即在林分中处于被压状态,且透光条件处于很充足状态的林木),它们当中的林木有90%的空间结构评价等级为Ⅰ级或Ⅱ级,可在这些空间结构单元内进行补植㊂林分中大小比数在[0,0.25],且开敞度在(0,0.2]的林木(即林分中处于优势或亚优势状态,且透光条件严重不足的林木),有18%的林木空间结构等级处于Ⅰ级或Ⅱ级,可在这些空间结构单元内进行抚育间伐优化调整㊂本研究应用变异系数法的思想确定林分空间参数的权重,此法完全基于对实际数据的定量分析,属于客观赋权法㊂以此确定权重的优点是计算简单㊁方便实用,且充分利用了样本数据,确定的参数权重具有绝对客观性㊂缺点是完全根据参数内数据的差异性确定权重,忽视了参数本身对总体目标的重要程度,不能体现经营决策者对参数在总体目标中重要性的理解㊂因此读者可以尝试利用主客观赋值法171第5期张君钰等:油松林林分空间结构分析及评价指数构建相结合确定指标权重,使林分空间结构评价更加符合林分的实际情况㊂通过对油松林林分空间结构的分析,能够将复杂的林分空间结构通过各项参数指标直观表现出来,本研究以单木为基础构建林分空间结构评价指标,结合林木编号与坐标图,能确切的知道具体林木的空间结构条件,为森林空间结构优化调整提供针对性的建议㊂参考文献:[1]孟宪宇.测树学[M].北京:中国林业出版社,1996.[2]惠刚盈.角尺度 一个描述林木个体分布格局的结构参数[J].林业科学,1999,35(1):39-44.[3]惠刚盈,胡艳波.混交林树种空间隔离程度表达方式的研究[J].林业科学研究2001,14(1):23-27.HU I G Y,HU Y B.M e a s u r i n g s p e c i e s s p a t i a l i s o l a t i o n i n m i x e d f o r e s t[J]F o r e s t R e s e a r c h,2001(1):23-27.(i n C h i n e s e) [4]惠刚盈,G A D OW K V,A L B E R T M.一个新的林分空间结构参数 大小比数[J].林业科学研究,1999,12(1):4-9. 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森林的生态系统
森林的生态系统森林是地球上最为广袤和多样化的生态系统之一。
它们是由树木、植物、动物和微生物组成的复杂交互作用网络。
森林提供了许多生态服务，包括氧气产生、碳封存、水循环调节和生物多样性维护。
本文将介绍森林的生态系统结构、功能，以及对人类和环境的重要性。
一、森林的生态系统结构森林的生态系统结构包括四个主要组成部分：森林植被、动物群落、土壤和微生物。
在森林植被中，不同种类的树木构成了林冠、林下和林地层。
林冠由大型乔木组成，林下由矮小的灌木植物和藤蔓构成，而林地层则由地被植物、草本植物和苔藓组成。
这些层次不仅提供了丰富的栖息地，还形成了森林的空间纵深结构。
动物群落是森林生态系统的另一个重要组成部分。
森林中存在着各种不同类型的生物，包括鸟类、兽类、爬行动物、两栖动物和昆虫等。
它们之间形成了复杂的食物链和食物网，构建了森林生态系统的动态平衡。
土壤是森林生态系统中的关键部分。
森林土壤富含有机质和微生物，在水分保持、养分循环和植物生长等方面发挥着重要作用。
森林土壤通常分为表土层、次表土层和深层土壤，每一层都承担着不同的功能。
微生物是森林生态系统中令人瞩目的组成部分。
它们包括细菌、真菌和其他微生物。
微生物在分解有机物、氮固定和养分循环等方面发挥着关键作用。
它们与植物根系形成了共生关系，促进了植物生长和健康。
二、森林的生态系统功能1. 碳封存与气候调节森林通过光合作用吸收大量二氧化碳，将其转化为有机物质，并储存于树木和土壤中。
这使得森林成为重要的碳汇，有助于缓解全球气候变化。
此外，森林通过蒸腾作用释放水蒸气，调节气候和水循环。
2. 生物多样性维护森林是地球上最为丰富的生物多样性之一。
它们提供了各种栖息地和食物资源，为众多动植物提供繁衍生息的条件。
同时，森林还对外来物种入侵具有天然屏障作用，维护了生态系统的完整性。
3. 水资源保护森林树木的根系可以有效地吸收和保持水分，减少水土流失和洪水的风险。
此外，森林还可以过滤水体中的污染物质，维护水质清洁。
崇左市常绿阔叶林不同种植环境林木空间结构特征分析
2023年第10期现代园艺崇左市常绿阔叶林不同种植环境林木空间结构特征分析黄莹（崇左市林业发展中心，广西崇左532200）摘要院明确崇左市常绿阔叶林不同种植环境林木的发生情况及空间分布特点，为制定崇左市生态调控措施提供科学依据。
在广西崇左市江州区和扶绥县境内的常绿阔叶林林木中，选取城郊、河流及山地3种不同类型种植环境，利用五点取样法，系统调查林木群密度及空间分布情况，采用四分位法，分析不同种植环境中林木的发生情况。
同时，进一步使用聚集度指标、Taylor幂法、Iwao回归模型，分析不同种植环境林木的空间分布，并利用种群聚集均数分析林木聚集原因。
结果显示，河流种植环境下的林木群密度较大，城郊种植环境下的林木群密度较小，不同种植环境中林木均呈聚集分布，这主要是由于林木周围环境的作物及非作物等因素引起，在中期，3种种植环境主要分布在林木边缘区域。
通过采取科学有效的措施，优化崇左市常绿阔叶林林分空间结构，持续改善森林环境，使之达到稳定的群落状态。
关键词院崇左市；常绿阔叶林；林木；空间结构特“森林空间结构”主要是指树木在林地的分布格局，指代林木分布、树种等群落树木间的空间关系，一定程度上对森林林分的可能性、稳定性以及空间决定性等林分空间结构实施定量分析，有利于提升林分经营决策的精准性[1-2]。
伴随社会绿色生态环境的不断发展，森林持续经营对精确、可靠的信息需求增加，需要进一步研究林分空间结构[3]。
作为森林信息的重要组成部分，林分空间结构是最能直观表现的核心因素，且渐次成为国内外研究森林结构时的热点话题[4-6]。
天然常绿阔叶林林分物种繁多、结构复杂，对于保护生物多样性及维持全球碳平衡等方面具有不可取代的效用[7]。
广西崇左市自然保护区是我国西南部常绿阔叶林较好的地区之一，是我国亚热带常绿阔叶林的重要组成部分，在我国中亚热带地区中具有极强代表性、典型性[8]。
区内常绿阔叶林生物资源丰富、生长茂盛、种类繁多、组成结构复杂，研究其天然林林分空间结构，能更清晰地了解森林结构特征和优势种群组成数量，从而培育出更加健康的森林。
优化林分空间结构的森林经营方法分析
优化林分空间结构的森林经营方法分析【摘要】本文旨在探讨优化林分空间结构的森林经营方法。
首先分析了当前森林经营现状，指出了优化森林林分空间结构的重要性。
随后探讨了现有方法以及利用林分多样性和植被结构来优化空间结构的途径。
结合实际案例，提出了实现优化森林林分空间结构的具体方法和展望。
通过本文的研究，可以有效提高森林资源的利用率，促进森林生态环境的持续稳定发展，为未来森林经营提供可行的方向和策略。
【关键词】森林经营、林分空间结构、优化、多样性、植被结构、实现途径、展望、总结、研究背景、研究意义、研究目的、现状分析、方法探讨、空间分布。
1. 引言1.1 研究背景森林是地球上重要的生态系统之一，对维护生物多样性、保护水源、减缓气候变化等生态功能起着至关重要的作用。
随着人类社会的不断发展和城市化进程的加快，森林资源遭受到了越来越大的压力和破坏。
森林经营方法的优化和改进迫在眉睫，以提高森林的生产力和生态效益，实现可持续发展。
目前，我国森林经营存在着诸多问题和挑战。
林分空间结构不合理、植被结构单一等问题导致了森林生态系统的失衡和功能退化，严重影响了森林的生态效益和经济效益。
研究如何优化森林林分空间结构，提高森林资源的综合利用效益，已成为学术界和实践者关注的焦点。
本文旨在探讨优化林分空间结构的森林经营方法，通过分析森林经营现状、探讨优化空间结构的重要性以及各种方法和技术的应用，为森林资源的合理利用和保护提供理论支持和实践指导。
希望通过本文的研究，能够为森林经营管理工作提供新的思路和方法，推动我国森林资源的可持续发展和管理。
1.2 研究意义森林是地球上重要的自然资源，对维持生态平衡、保护生物多样性、调节气候等方面都具有重要的作用。
优化林分空间结构是森林经营中一个关键的环节，对于提高森林的生产力、经济效益和生态效益都具有重要意义。
优化林分空间结构可以提高林木的生长速度和质量，增加木材和其他林产品的产量。
通过调整林木间的距离、密度和结构，可以改善林分内部的光照、通风和土壤水分环境，促进树木的健康生长，提高森林的经济效益。
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图1. 系统构架图
象木周围的固定半径的范围内查询。
这种方法有些缺点，比如：圆的半径有多种尺寸，很难统一。
使用Voronoi图就没有这样的缺点，因为一个点对应一个多边形，这样确定的邻木是确定的、唯一的。
森林空间结构分析系统，运用ArcGIS 强大的空间分析功能及3D展示技术，研究森林空间结构特征。
系统成功地应用了ArcGIS Engine及GeoProcessing、3D展示技术，实现数据管理、森林业务相关的空间分析功能等模块的开发。
基于Voronoi 图（泰森多边形）分析、随机样方分析、分形关联维数分析开发的也非常不错。
系统采用插件式开发技术，可随意定制及扩展系统功能，并可进行有效的团队开发，也是一处不 错的亮点。
但有几点建议：系统界面上有些部分略显简单，如能在分析完成后根据分析结果输出专题图，实用效果会更佳。
另外相关设计文档略显单薄。
间结构分析：生成基于植物坐标的Voronoi图，确定植物的生存范围并计算植物的竞争指数、混交度指数、空间分布指数。
通过分形关联维数及样方分析分析森林空间图2. 系统功能图
图1. 系统客户端总体结构。