基于模拟退火算法的森林空间经营规划

【目的】评估不同空间约束形式对森林规划结果的影响,以期为我国森林资源的可持续经营提供科学依据【方法】以大兴安岭地区塔河林业局盘古林场数据为例,以模拟退火算法作为优化求解技术,建立了3种不同的森林收获安排模型(即非空间模型、单位限制模型(URM模型)和面积限制模型(ARM模型)),以定量分析不同空间约束形式对森林规划结果的影响。3类规划模型均以规划期内的最大化木材收益为目标函数,其中非空间规划模型不包含任何的空间信息;在非空间规划模型的基础上,URM模型要求在相同规划分期内相邻林分不允许被同时采伐;而在ARM模型中则允许相邻林分在相同规划分期内被同时采伐,但其最大连续面积应受到约束。此外,这3类规划模型还涉及收获均衡、最小采伐年龄以及采伐次数等约束。【结果】模拟结果表明,模拟退火算法的优化结果具有较好的稳定性,其平均变异系数仅为0.06%~3.97%,因此该算法能够适应复杂的森林规划问题。与非空间规划问题相比,当加入ARM约束时,平均目标函数值虽略有增加(0.08%),但差异不显著(P=0.35);而当加入URM模型时,平均目标函数值显著下降约5.11%(P0.01),但森林经营措施的时空分布更为合理。最优森林经营方案表明各规划分期的平均采伐面积均相对较小,平均仅占总面积的0.44%,能够满足森林可持续经营的需求。【结论】空间约束不仅增加了森林规划模型的复杂性,而且也在很大程度上降低了森林经营的木材收益,但其输出结果更符合森林可持续经营的理念。同时,以模拟退火算法为代表的启发式算法能够满足复杂森林规划问题的需求。     

森林健康评价及其多尺度转换方法

【目的】森林生态系统具有明显的层级结构,如何将样本点或样本区健康评价结果推广到区域尺度上是一个亟待解决的关键问题。为此,本研究尝试采用统计学方法实现森林健康评价结果在单木、林分和区域尺度间的转换,为森林健康经营提供理论依据和技术支撑。【方法】以大兴安岭地区盘古林场51块样地和森林资源二类调查数据为基础,采用熵值-AHP法构造单木尺度健康评价模型,并汇总得到林分尺度健康评价结果,即平均值(H_m)、标准差(H_sd)、变异系数(H_cv)、偏度(H_pd)和峰度(H_fd),进而采用度量误差模型建立林分尺度健康综合评价模型。最后,借助所建模型和森林资源二类调查数据以及DEM数据进行区域尺度森林健康得分空间分布制图,并分析其空间分布规律。【结果】所建林分尺度健康综合评价模型的预估精度相对较高,H_m、H_sd、H_cv、H_pd和H_fd预测模型的确定系数R²分别达到0.464 3、0.305 6、0.909 6、0.298 1和0.448 5,能够基本满足森林健康评价的需求;单木、林分和区域尺度评价结果均表明该地区森林整体处于亚健康水平,其中林分因子(树高、优势高、树种数量、株树密度、断面积和单位蓄积)与地形因子(海拔、坡度、坡位)共同影响林分健康得分及其分布情况;盘古林场森林健康得分平均值(H_m)为0.623 4,整体处于亚健康水平;各评价指标均具有明显的空间分布趋势,其中H_m、H_cv、H_pd和H_fd较大的区域主要集中在林场北部且靠近居民点和交通便利的地区,而在南部偏远地区则普遍较低,但H_sd的空间分布格局则完全相反,表明适当的森林经营有助于提升森林的健康水平。【结论】统计学方法能够实现森林健康评价结果从单木、林分到区域尺度的有效转换。     

大兴安岭中部地区不同林分类型结构复杂性评价

【目的】通过对不同林分类型结构复杂性的评价来确定影响林分结构的主要因素，为后续森林结构经营的精准调整提供理论依据。【方法】以大兴安岭地区翠岗林场的不同林分类型(白桦林、兴安落叶松-白桦混交林和兴安落叶松林)为研究对象，基于不同林分类型的30块固定样地调查数据，从林分结构、林木大小多样性、林分活力和土壤状况4个方面选取13个指标，采用雷达图法对不同林分类型结构复杂性状况进行评价。【结果】3个林分类型林分直径分布均为倒“J”形；林分整体呈随机或轻微均匀分布；林木大小分化呈劣势和中庸分化状态；林分密集程度从中等状态向密集状态转变；林分混交度、Simpson多样性指数、Shannon-Wiener指数和Pielou均匀度指数均在兴安落叶松-白桦混交林有最大值，而林分蓄积和健康木占比在兴安落叶松林有最大值；林下天然更新数量、土壤有机质含量、土壤腐殖质层厚度在不同林型间则无显著差异(P>0.05)。林分结构复杂性评价指数大小依次是兴安落叶松-白桦混交林(0.45)>兴安落叶松林(0.37)>白桦林(0.31),其中混交度、Simpson多样性指数、健康木占比是影响林分结构复杂性的...