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大兴安岭地区兴安落叶松的高径比模型

应用生态学报 2023年第2期34卷 342-348页

作者：邵威威董灵波东北林业大学林学院森林生态系统可持续经营教育部国家重点实验室哈尔滨150040

基于大兴安岭地区翠岗林场兴安落叶松天然林的56块样地数据,以指数衰减函数为基础模型,利用再参数化的方法以林木分级为哑变量构建大兴安岭地区兴安落叶松的高径比模型,为大兴安岭地区兴安落叶松不同等级的树木和林分稳定性的评估提供... 详细信息

基于大兴安岭地区翠岗林场兴安落叶松天然林的56块样地数据,以指数衰减函数为基础模型,利用再参数化的方法以林木分级为哑变量构建大兴安岭地区兴安落叶松的高径比模型,为大兴安岭地区兴安落叶松不同等级的树木和林分稳定性的评估提供科学依据。结果表明:除胸径以外,优势树高、优势胸径、单木竞争指数与高径比有显著相关性,加入后明显提升模型的拟合精度,而且兴安落叶松高径比广义模型的调整系数、均方根误差和平均绝对误差分别为0.5130、0.1703 m·cm^(-1)和0.1281 m·cm^(-1);将林木分级哑变量添加到广义模型的参数∂_(0)和∂_(2)上时,模型的拟合效果进一步提高,其高径比模型的3个统计量依次为0.5171、0.1696 m·cm^(-1)和0.1277 m·cm^(-1)。经过比较分析,以林木分级为哑变量的广义高径比模型拟合效果最好,不仅优于基础模型,且具有较好的预测精度和适应性。

关键词：林木分级再参数化哑变量高径比

凉水自然保护区森林类型斑块的空间格局及关联性动态

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林业科学 2019年第10期55卷 138-151页

作者：董灵波王鹤智刘兆刚东北林业大学林学院森林生态系统可持续经营教育部重点实验室哈尔滨150040 国家林业和草原局调查规划设计院北京100714

【目的】定量研究凉水自然保护区不同森林类型斑块的空间格局及关联性在近40年内的动态变化特征,以期为保护区有效管理提供理论依据和技术支撑。【方法】以凉水自然保护区1974—2009年共4期森林资源二类调查数据为基础,采用O-ring统计... 详细信息

【目的】定量研究凉水自然保护区不同森林类型斑块的空间格局及关联性在近40年内的动态变化特征,以期为保护区有效管理提供理论依据和技术支撑。【方法】以凉水自然保护区1974—2009年共4期森林资源二类调查数据为基础,采用O-ring统计函数分析该地区6种森林类型(即天然红松林PK、天然红皮云杉-冷杉混交林PA、天然山杨-白桦混交林PB、天然针叶混交林CF、天然针阔混交林CB和天然阔叶混交林BF)斑块的空间分布格局及关联性随时间的动态变化。【结果】1974—2009年间,研究区域不同森林类型面积发生显著变化,其中PK和PA面积基本保持不变,而其他类型(即非林地以及少量的兴安落叶松人工林、红松人工林)和PB面积显著减小,大量转化为CF、CB和BF;因早期森林采伐和复杂生境的影响,各森林类型斑块在不同时期均呈显著随机分布特征,约占总体的92.74%;各森林类型斑块对间的关联性以空间不关联为主,约占总体的71.29%,且随恢复时间的增加而降低,而空间负关联所占比例则随恢复时间有所增加,但空间正关联所占比例则始终保持稳定,平均为6.56%;15组森林类型斑块对间的空间关联性可分为3类,第Ⅰ类的空间关联性由早期的无关联性逐渐向后期的小尺度不关联而大尺度正关联的格局过度,包括PK&PA,第Ⅱ类空间关联性由早期的无关联性逐渐向后期的负关联或波动于不关联和负关联之间的格局演变,此类包括9组(PK&CB、PK&BF、PA&PB、PA&BF、PB&CB、PB&BF、CF&CB、CF&BF和CB&BF),而第Ⅲ类的空间关联性则始终以空间不关联为主,包括5组(PK&PB、PK&CF、PA&CF、PA&CB和PB&CF)。【结论】经过60余年(1952年停止采伐)的有效保护,凉水自然保护区内森林类型的面积结构得到显著优化,但其景观结构仍处于恢复阶段,区域内各森林类型斑块在不同时期均呈显著的随机分布特征,不同森林类型斑块对间的空间关联性仍相对较弱且不稳定,仍有待进一步的严格保护。

关键词：自然保护区斑块类型空间格局空间关联性 O-ring统计

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大兴安岭不同演替阶段天然林不对称性竞争

生态学杂志 2024年

作者：肖云友董灵波东北林业大学林学院森林生态系统可持续经营教育部重点实验室

不对称性竞争在种群空间分布、群落结构转变和森林演替的稳定性中起着关键的作用。本研究以大兴安岭地区3个不同演替阶段（即白桦林、白桦-兴安落叶松混交林和兴安落叶松林）的1 hm2固定样地调查数据为基础，采用单、双变量成对相关函数... 详细信息

不对称性竞争在种群空间分布、群落结构转变和森林演替的稳定性中起着关键的作用。本研究以大兴安岭地区3个不同演替阶段（即白桦林、白桦-兴安落叶松混交林和兴安落叶松林）的1 hm2固定样地调查数据为基础，采用单、双变量成对相关函数g（r）和单、双变量标记变异函数γ（r）量化各演替阶段中不同树种（白桦和兴安落叶松）和不同等级（幼树、中树和大树）林木的空间分布格局及竞争不对称性。结果表明：优势树种在多尺度下表现显著的聚集分布，种内主要呈现明显的对称性竞争，显著的不对称性竞争仅在白桦林的0～1 m尺度上发现；混交林中白桦与兴安落叶松在2～3 m尺度存在显著的种间对称性竞争，且在0～3 m尺度显示空间负相关。随着林木等级的增加，各演替阶段的林木空间分布格局均呈现由幼树聚集分布向大树随机分布转变的规律。白桦林中，同等级和不同等级个体以对称性竞争为主，而不对称性竞争仅存在中树与大树之间的10～12 m尺度上，等级间空间关联性以负相关和不相关为主。白桦-兴安落叶松混交林中，同等级个体仅有幼树在10和20 m尺度附近存在显著不对称性竞争，大树对中树和幼树均存在明显对称性竞争，等级间空间关联性以正相关为主。兴安落叶松林中，同等级和不同等级个体主要为对称性竞争，显著不对称性竞争存在于幼树与大树之间的多尺度上，等级间空间关联性主要为不相关。同种和同等级对称性竞争是不同演替阶段天然林群落林木空间分布格局的重要影响因素。

关键词：大兴安岭对称性竞争不对称性竞争标记变异函数天然林

基于形态结构特征参数的樟子松人工林单木可视化研究

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北京林业大学学报 2011年第5期33卷 20-27页

作者：董灵波刘兆刚东北林业大学林学院

为更加直观地展示樟子松人工林单木的整个生长过程,将系统分析方法和数学建模技术应用于樟子松人工林单木的形态模拟。通过对樟子松人工林单木形态数据的定量分析,结合前人的研究成果,构建了樟子松人工林单木形态模拟模型,并以VC++6.0... 详细信息

为更加直观地展示樟子松人工林单木的整个生长过程,将系统分析方法和数学建模技术应用于樟子松人工林单木的形态模拟。通过对樟子松人工林单木形态数据的定量分析,结合前人的研究成果,构建了樟子松人工林单木形态模拟模型,并以VC++6.0为开发平台,利用OpenGL构建了樟子松人工林单木生长模拟系统,整个系统由形态模型模块、树冠结构模块、生长模型模块、可视化模块、场景控制模块、数据库和人机交互界面组成。系统运行结果表明:该系统实现了樟子松人工林单木生长机制与形态特征可视化表达的有机融合,展示了树冠结构模型、生长模型与可视化有机融合的思路;该系统不仅能很好地模拟樟子松人工林单木的形态特征,还能较逼真地实现樟子松人工林单木生长过程的模拟。樟子松人工林单木的可视化为人工林的可视化经营提供了基础,同时对于其他树种的可视化表达也有很好的借鉴意义。

关键词：樟子松人工林生长模型树冠结构模型形态模型可视化

竞争对兴安落叶松天然林单木生物量模型预估精度的影响

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应用生态学报 2024年第6期35卷 1474-1482页

作者：王意董灵波史景宁东北林业大学林学院森林生态系统可持续经营教育部重点实验室哈尔滨150040 河北农业大学经济管理学院河北保定071000

量化竞争对单木生物量及其分配格局的影响,可以为提高林木生物量模型预估精度提供基础。本研究以大兴安岭地区盘古林场18块固定样地中50株兴安落叶松的生物量调查数据为基础,采用非线性联立方程组构建含不同竞争因子(与距离有关的简单... 详细信息

量化竞争对单木生物量及其分配格局的影响,可以为提高林木生物量模型预估精度提供基础。本研究以大兴安岭地区盘古林场18块固定样地中50株兴安落叶松的生物量调查数据为基础,采用非线性联立方程组构建含不同竞争因子(与距离有关的简单竞争指标CI和与距离无关的林木相对直径R_(d))的对数尺度单木聚合型二元可加性生物量模型M-2和M-3,并与传统一元可加性生物量模型M-1进行比较,量化竞争因子对兴安落叶松天然林单木生物量模型预估精度及其分配格局的影响。结果表明:3种可加性模型的调整后确定系数为0.694~0.974,平均预测误差为-0.017~0.021,平均绝对误差为0.152~0.357。引入R_(d)可以提高绝大多数生物量模型的拟合效果和预测能力,而引入CI对绝大多数生物量模型拟合效果和预测能力的影响不显著。3种模型中,M-3对各部分生物量具有较好的拟合效果和预测能力,可以对兴安落叶松单木生物量进行较好的估计。模拟结果显示,生物量随胸径的变化受CI、R_(d)等级的影响,其中R_(d)较CI影响更大;CI对树根和树干生物量影响较大,对树枝、树叶生物量影响较小;R_(d)对树枝、树叶生物量的影响较树根、树干生物量更大。

关键词：兴安落叶松可加性模型单木生物量竞争

基于模拟退火算法逆转搜索的森林空间经营规划

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林业科学 2019年第11期55卷 52-62页

作者：孙云霞刘兆刚董灵波东北林业大学林学院森林生态系统可持续经营教育部重点实验室哈尔滨150040 黑龙江头雁创新团队计划——森林资源高效培育技术研发团队哈尔滨150040

【目的】研究逆转搜索策略对模拟退火算法性能的提升作用,为复杂森林经营规划问题的优化求解提供技术支撑。【方法】以大兴安岭塔河林业局盘古林场森林空间收获安排问题为例,以模拟退火算法1-邻域和2-邻域技术为基础构建逆转搜索过程,... 详细信息

【目的】研究逆转搜索策略对模拟退火算法性能的提升作用,为复杂森林经营规划问题的优化求解提供技术支撑。【方法】以大兴安岭塔河林业局盘古林场森林空间收获安排问题为例,以模拟退火算法1-邻域和2-邻域技术为基础构建逆转搜索过程,并将其应用于具体的森林经营规划实践。规划模型以10年规划期内的木材均衡收获为目标函数,根据经营措施选用不同空间约束形式,对抚育措施采用面积限制模型,对皆伐措施采用单位限制模型,2种模型均满足3年的绿量约束期。【结果】对于最小化森林经营规划问题而言,逆转搜索中不同邻域间的交互次数对规划结果影响不显著,但其平均目标函数值均显著低于传统模拟退火算法1-邻域(P<0.01)和2-邻域(P<0.01),而算法优化时间分别比1-邻域和2-邻域增加约5和2倍,逆转搜索策略具有显著的优越性能和广泛的应用前景;最优森林经营方案表明,整个规划期(10年)内预计可收获木材约5.00×10^5 m^3,其中抚育出材量3.12×10^5 m^3,抚育林分面积占林场总面积的10.94%,皆伐出材量1.88×10^5 m^3,皆伐林分面积占林场总面积的1.02%,该方案能够满足森林可持续经营的目标。【结论】逆转搜索是一种高效、稳定的优化求解技术,能够满足复杂森林经营规划问题的需要,可为森林经营方案的编制提供技术支撑。

关键词：模拟退火算法逆转搜索经营规划邻接约束绿量约束

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森林健康评价及其多尺度转换方法

南京林业大学学报（自然科学版） 2021年第3期45卷 206-216页

作者：董灵波刘兆刚东北林业大学林学院森林生态系统可持续经营教育部重点实验室黑龙江哈尔滨150040

【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... 详细信息

【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(Hm)、标准差(Hsd)、变异系数(Hcv)、偏度(Hpd)和峰度(Hfd),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,Hm、Hsd、Hcv、Hpd和Hfd预测模型的确定系数R2分别达到0.4643、0.3056、0.9096、0.2981和0.4485,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(Hm)为0.6234,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Hm、Hcv、Hpd和Hfd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Hsd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。

关键词：森林健康评价尺度转换森林冠层度量误差模型空间分布

基于森林空间规划问题的模拟退火算法参数敏感性研究

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林业科学研究 2018年第4期31卷 9-17页

作者：董灵波刘兆刚东北林业大学林学院黑龙江哈尔滨150040

[目的]以森林空间收获安排问题为基础,系统探讨模拟退火算法参数(初始解数量、初始温度、降温速率和每温度下重复次数)设置对森林空间规划问题目标解质量的影响。[方法]规划模型以10个5年规划分期内的最大化木材收获为基本目标,同时满... 详细信息

[目的]以森林空间收获安排问题为基础,系统探讨模拟退火算法参数(初始解数量、初始温度、降温速率和每温度下重复次数)设置对森林空间规划问题目标解质量的影响。[方法]规划模型以10个5年规划分期内的最大化木材收获为基本目标,同时满足均衡收获和最大连续采伐面积约束。模拟数据由5个假设的栅格数据组成,共产生了3 300 81 600个0-1型决策变量。[结果]表明:各规划问题目标函数值的平均变异系数仅在0.18%14.95%间波动,说明模拟退火算法优化结果的高度稳定性;每温度下重复次数和初始温度分别与林分数量呈显著的多项式(R^2=0.85)和指数(R^2=0.66)关系,而降温速率则与林分数量倒数呈显著的多项式(R^2=0.98)关系,初始解数量虽不受林分数量影响,但至少应维持在500次以上。同时,研究还表明规划问题规模不仅显著影响各参数的取值,同时还显著影响算法获得满意解概率(PN)和求解效率(RE),其中满意解概率随林分数量的增加而呈显著线性增加趋势(R^2=0.98),但求解效率则呈显著线性下降趋势(R^2=0.55)。[结论]模拟退火算法优化结果具有高度稳定性,能够适应复杂森林规划问题的需求;模拟退火算法优化结果对参数设置和林分数量具有高度的敏感性,因此森林经营决策人员在采用模拟退火算法解决具体的森林规划问题时应慎重选择各参数的取值,以确保规划结果的稳定性和可靠性。

关键词：参数敏感性模拟退火空间规划邻接约束均衡约束

采伐限额对大兴安岭盘古林场森林碳汇强度的长期影响

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林业科学 2024年第10期60卷 1-11页

作者：董灵波蔺雪莹刘兆刚东北林业大学林学院森林生态系统可持续经营教育部重点实验室哈尔滨150040

【目的】探明采伐限额对林场尺度森林碳汇强度及其持续时间的影响规律和机制,量化不同采伐限额对林场尺度森林多目标经营决策的影响,为全面提升森林质量和碳汇功能提供理论基础。【方法】以大兴安岭塔河林业局盘古林场为例,模拟退火为... 详细信息

【目的】探明采伐限额对林场尺度森林碳汇强度及其持续时间的影响规律和机制,量化不同采伐限额对林场尺度森林多目标经营决策的影响,为全面提升森林质量和碳汇功能提供理论基础。【方法】以大兴安岭塔河林业局盘古林场为例,模拟退火为优化算法,考虑活立木、枯死木、枯落物、木材产品、采伐/加工以及替代效应的碳库,建立以木材生产、生物质能源和碳汇综合收益最大化为目标的经营规划模型,并量化不同采伐限额(情景1:每分期0 m^(3);情景2:每分期19000 m^(3);情景3:每分期38000 m^(3);情景4:每分期56000 m^(3))对100年规划期(10个分期,每分期10年)内经济收益、木材产量、生物质能源产量、碳汇量以及经营措施的综合影响。【结果】当仅考虑碳汇收益时,规划期内盘古林场的总经济收益为15416.19×10^(4)yuan;随着采伐限额的增加,规划期内总经济收益呈明显增加趋势,情景2,3和4分别较情景1增加19.74%、39.14%和58.81%;各分期净碳汇量随着规划分期的增加呈明显降低趋势,而各分期林地碳储量呈明显增加趋势;整个规划期内平均碳汇量0.16~0.24 t·hm^(-2)a^(-1),规划期末林地碳储量高达77.47~77.90 t·hm^(-2),较规划期初增加约48.07%;规划期内中径材蓄积比例呈增加趋势(从5.80%到36.18%),而小径材比例呈明显下降趋势(从45.74%到16.09%),但短小材比例则相对稳定(平均43.98%);各情景中生物质能源产量与木材产量密切相关,其比值分别为0.2437、0.2497和0.2477,整体以收获树干(45.70%)和树根(36.03%)中的生物质能源为主;情景2~4中,平均每分期采伐面积分别为890、1742和2385 hm2,整体以轻度择伐为主(从75.08%到67.65%),但中度(从17.98%到22.25%)和重度(从6.95%到10.10%)择伐面积比例呈明显增加趋势。【结论】长远来看,适当增加大兴安岭地区的森林采伐限额不仅能够增加森林的碳汇强度,还能够显著延长碳汇的持续时间。

关键词：采伐限额碳汇强度木材生产生物质能源模拟退火算法