基于Voronoi图的杉木生态公益林空间结构研究

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森林的空间结构影响着森林这一复杂巨系统多种功能的正常发挥,制约着林木间的竞争状况及空间生态位,对森林的多样性及生境具有决定性的作用,在一定程度上决定着森林生态系统的健康性、稳定性及其发展方向。本研究以福寿国有林场内24年生杉木(Cunninghamia lanceolata)生态公益林为研究对象,以森林可持续经营及森林近自然经营等经营思想为理论指导,通过胸径加权Voronoi图确定各中心木的邻近木,计算混交度、大小比数、角尺度、聚集指数、林层指数、和开敞度6个空间结构指数,全面分析了该林分的空间结构特征,主要研究内容及结果如下:(1)基于Voronoi图计算角尺度,分析林木空间分布格局。本文通过1000次实验,模拟产生了1000个随机分布面积为1hm2的大样地,确定了基于Voronoi图研究角尺度的标准角为3600/(n+1),通过拉依达准则确定了随机分布时角尺度均值的取值范围为[0.327,0.357],并结合角尺度的定义推理出,均匀分布时角尺度均值的取值范围为[0,0.327),团状分布时角尺度均值的取值范围为(0.357,1]。(2)林分空间结构指数的统计学分析。基于不同确定林分基本空间结构单元的方法计算的各空间结构指数之间存在一定的差异,但是差异性不大,3种方法之间是相互独立的,即基于加权Voronoi图确定林分基本空间结构单元是一种不同于基于4株邻近木和Voronoi图确定林分基本空间结构单元的新方法。(3)杉木生态公益林空间结构特征分析。该群落内主要存在12种不同大小的空间结构单元,其中以1株中心木具有5株邻近木的形式最为常见;林分平均混交度为0.23,为弱度混交,不同树种间的相互隔离程度较低,空间配置较简单;林木大小比数分布存在波动性变化,乔木层树种稳定性大;林分的平均Voronoi角尺度为0.344,平均聚集指数为1.06,林木总体上处于由均匀分布向随机分布演替的过渡阶段;林分平均林层指数为0.24,林木在垂直空间上的配置较为简单;林分平均开敞度为0.23,林木生长空间不足。(4)杉木生态公益林空间结构调控措施。该杉木生态公益林群落外貌简单,种类较为单一,单一树种所占比例过大,杉木的空间结构特征基本上代表了整个群落的空间结构状态,为了尽快消除该林分混交度低、大小比数分布不合理、分布格局均匀、垂直分层结构较为简单以及林木生长空间不足等弊端,从优化林分空间结构的角度,通过森林抚育间伐、人工补植乡土阔叶树种等措施来提高林分生物多样性,增加林分稳定性。
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