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东北地区落叶松人工林生物量转换与扩展因子空间自回归模型

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林业科学 2021年第10期57卷 49-58页

作者：何潇雷相东中国林业科学研究院资源信息研究所北京100091

【目的】基于东北地区落叶松人工林森林资源连续清查固定样地数据,探讨生物量转换与扩展因子(BCEF)的最优模型形式,建立落叶松人工林BCEF空间自回归模型,为生物量精准估算提供模型支撑和依据。【方法】选择多种模型形式建立BCEF普通回... 详细信息

【目的】基于东北地区落叶松人工林森林资源连续清查固定样地数据,探讨生物量转换与扩展因子(BCEF)的最优模型形式,建立落叶松人工林BCEF空间自回归模型,为生物量精准估算提供模型支撑和依据。【方法】选择多种模型形式建立BCEF普通回归模型,从中选择拟合效果最好的模型,运用空间误差模型(SEM)和空间滞后模型(SLM)2种空间自回归方法重新拟合模型,采用决定系数(R^(2))、均方根误差(RMSE)和相对均方根误差(rRMSE)对模型进行评价,使用莫兰指数(MI)检验各变量和BCEF模型残差的空间自相关性。【结果】1)BCEF存在明显的空间自相关性,空间距离较小时,同一省内的落叶松人工林BCEF属性相似,随着空间距离增大,各省之间的BCEF属性差异逐渐体现出来,最终趋向随机分布;2)在普通回归模型中,异速生长模型、对数模型和双曲线模型拟合效果较好,不同自变量对应的最优模型形式不同;林分平方平均直径(Dg)是解释能力最高的变量,以Dg为自变量的有效模型的R^(2)在0.945~0.958之间;其次是林分平均高和蓄积量,其有效模型的R^(2)在0.60以上;林分平均年龄的解释能力略低,其有效模型的R^(2)仅0.50左右;林分断面积(BA)和密度(N)对BCEF的解释能力较差,R^(2)均不超过0.50;以Dg为自变量的普通回归模型的残差存在明显空间自相关性;3)以Dg为自变量的双曲线空间自回归模型最优,且SEM优于SLM,与对应普通回归模型相比,SEM的R^(2)提高3%,RMSE和rRMSE分别降低33%和35%,模型残差的MI不超过0.02,可较好消除空间自相关性。【结论】双曲线是BCEF最稳定的模型形式,Dg是解释BCEF的最优变量,建议采用以Dg为预测变量的双曲线函数空间误差模型估算BCEF。

关键词：生物量转换与扩展因子空间自回归模型林分平方平均胸径落叶松人工林

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森林生态系统多功能性及经营优化途径

中南林业科技大学学报 2022年第10期42卷 1-8页

作者：项文化雷相东中南林业科技大学生命科学与技术学院湖南长沙410004 湖南会同杉木林生态系统国家野外科学观测研究站湖南会同438107 中国林业科学研究院资源信息研究所北京100091

人类活动、全球变化和生物多样性丧失将对生态系统功能、服务和稳定性造成严重影响。提升森林质量,增强生态系统多种功能(如固碳增汇、水源涵养),是生态文明建设(尤其是实现碳中和目标)的重大战略需求。本文主要目的是基于生态系统多功... 详细信息

人类活动、全球变化和生物多样性丧失将对生态系统功能、服务和稳定性造成严重影响。提升森林质量,增强生态系统多种功能(如固碳增汇、水源涵养),是生态文明建设(尤其是实现碳中和目标)的重大战略需求。本文主要目的是基于生态系统多功能性评价方法,在林分和景观尺度上探讨森林质量提升策略和途径,系统总结和分析生态系统多功能性概念和评价方法、生物多样性对生态系统多功能性的影响机制。目前,对森林生态系统中生物多样性与单个功能(如生产力)的关系及作用机理已有较为清晰的认识,但生物多样性对生态系统同时提供多种功能(多功能性)的影响及维持机制仍缺乏深入理解。特别是在现实自然条件下,森林群落结构复杂,树种组成的构建呈现非随机性,生物类群间相互作用及其对各功能的贡献不同,生态系统多功能性受树种组成、林龄、群落结构和环境(气候、土壤)等诸多生物和非生物因素的影响,解析树种组成、生物多样性对森林多功能性的影响及维持机制是亟待突破的难点。在景观尺度上,按照森林类型和自然条件的空间分割(Spatial segregation),依据分类—分享经营策略(Sparing-sharing strategy),对单功能林和多功能林进行空间格局优化,提升景观整体的多功能性。在林分水平上,针对森林的优先经营目标,采用不同的经营策略。保护性(Protective)森林以近自然过程恢复生物多样性;生产性(Productive)森林通过集约经营提高森林生产力;多功能林通过轻度经营增强生态系统多功能性。

关键词：森林生态系统生态系统多功能性生物多样性树种组成气候变化分类-分享策略可持续经营

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天山中部雪岭云杉林多功能权衡与协同关系

林业科学 2019年第11期55卷 9-18页

作者：兰洁雷相东张毓涛北京林业大学林学院北京100083 新疆林业科学院森林生态研究所乌鲁木齐830063 中国林业科学研究院资源信息研究所北京100091

【目的】分析森林供给(生产力)、调节(固碳释氧和涵养水源)、支持(生物多样性)功能间的权衡和协同性,为森林多功能经营提供理论依据。【方法】以新疆天山中部雪岭云杉林为研究对象,基于42块样地调查数据和板房沟林场森林资源二类调查117... 详细信息

【目的】分析森林供给(生产力)、调节(固碳释氧和涵养水源)、支持(生物多样性)功能间的权衡和协同性,为森林多功能经营提供理论依据。【方法】以新疆天山中部雪岭云杉林为研究对象,基于42块样地调查数据和板房沟林场森林资源二类调查1170个小班数据,采用随机森林法对小班生产力、固碳释氧、涵养水源和生物多样性进行预测,分析林分4种功能间及平均林龄、平均树高、平均胸径、郁闭度、坡度、海拔、植被盖度和蓄积量8个林分因子与功能的关联特征。【结果】对生产力、涵养水源、固碳释氧、生物多样性影响较大的因子有林分平均胸径、蓄积量、植被盖度、平均年龄和郁闭度。林分平均年龄、平均树高、平均胸径、郁闭度、蓄积量与生产力、涵养水源、固碳释氧、生物多样性和综合功能间呈正相关,相关系数为0.225~0.917(P相关,相关系数为0.167~0.393(P相关,相关系数为-0.264^-0.143(P相关关系,相关系数分别为0.237和0.081(P相关关系,相关系数为0.228~0.645(P相关程度最高;林分功能间均呈协同关系。【结论】雪岭云杉林生产力、涵养水源、固碳释氧、生物多样性4种功能间呈协同关系,通过合理的森林经营可实现多种功能的协调。

关键词：多功能权衡协同随机森林法雪岭云杉林

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中国森林经理学研究进展与展望

林业科学 2020年第9期56卷 130-142页

作者：张会儒雷相东李凤日中国林业科学研究院资源信息研究所北京100091 国家林业和草原局森林经营与生长模拟重点实验室北京100091 东北林业大学哈尔滨150040

森林经理学是林学的重要组成部分,是研究如何有效组织森林经营活动的应用基础理论、方法、技术和工艺的一门科学,在林业建设中发挥着重要作用。森林经理学20世纪初从日本引入中国,逐渐形成了一个学科群,包括森林经理学、测树学、遥感和3... 详细信息

森林经理学是林学的重要组成部分,是研究如何有效组织森林经营活动的应用基础理论、方法、技术和工艺的一门科学,在林业建设中发挥着重要作用。森林经理学20世纪初从日本引入中国,逐渐形成了一个学科群,包括森林经理学、测树学、遥感和3S技术、信息管理和系统科学在森林经理中的应用等。本文从森林经营理论与技术模式、森林资源调查监测与管理、林业统计与森林生长收获模型、森林经营计划与优化决策、林业遥感技术与应用、林业信息技术应用6方面对中国森林经理学60多年来的研究进展进行综述。在森林经营理论与技术模式方面,提出人工林多功能经营和结构化森林经营技术体系,森林经营理论与技术处于森林可持续经营指导下的近自然经营、多功能经营等实践探索和理论验证阶段。在建立和完善中国森林资源连续清查体系过程中,森林经理学科的研究提供重要技术支撑。随着现代统计学方法的应用逐步深入,提出一套完整的建立相容性立木地上生物量模型方法。建立气候敏感的林分生长模型,将碳储量作为经营目标成为森林多目标经营规划研究的一项重要内容,以满足气候变化背景下的生长收获预测和适应性经营需要。遥感技术发展迅速,在森林参数定量反演方面,主要进展集中在激光雷达以及多模式遥感数据的综合反演技术等;无人机在森林调查中也开始得到应用;研制高分林业遥感服务平台和应用系统,促进自主高分遥感数据的应用。研发大量森林资源管理应用系统,实现包含遥感影像、地理信息、小班区划和林地属性信息的全国林地“一张图”管理。尽管中国森林经理学在上述方面均已取得显著进展,但存在尚未形成中国特色的森林经营理论与技术体系、森林经营基础研究薄弱、森林资源监测体系时效性差、缺乏森林经营的计划工具等问题,总体上处于“跟跑”地位。森林的多功能及其实现是森林经理学研究的严峻挑战,也是森林经理学发展的难得机遇,需要发挥多学科综合交叉研究与产学研相结合的优势,开展森林经营的理论研究、应用基础研究以及技术和工艺研究,以适应现代林业发展需求。

关键词：森林经理调查监测经营规划生长模型遥感信息管理系统

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加强森林经营,实现森林保护与木材供应双赢

中国科学：生命科学 2014年第3期44卷 223-229页

作者：唐守正雷相东中国林业科学研究院资源信息研究所北京100091

中国森林目前面临木材自给和生态安全的严重挑战.我国用1.2×108 hm2耕地养活了13亿人口,能否用2×108 hm2森林提供13亿人的用材,实现木材基本自给和森林保护的"双赢"?本文在分析我国林业的基本形势和实现木材自给必要性的基础上,从生... 详细信息

中国森林目前面临木材自给和生态安全的严重挑战.我国用1.2×108 hm2耕地养活了13亿人口,能否用2×108 hm2森林提供13亿人的用材,实现木材基本自给和森林保护的"双赢"?本文在分析我国林业的基本形势和实现木材自给必要性的基础上,从生产潜力和技术方面论证了实现木材自给和生态服务双赢的可能性.认为只要坚持以"森林经营"为核心,以培育稳定健康的森林生态系统为目标,以模拟森林的自然过程为手段重建森林生态系统,科学编制和执行森林经营规划,并加强林区基础建设和完善相应的林业政策,中国完全有可能实现生态保护与木材自给的"双赢".

关键词：森林经营木材自给森林保护模拟自然目标树经营体系

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不同群落蒙古栎种群空间格局的地统计学分析

应用生态学报 2018年第5期29卷 1542-1550页

作者：陈科屹张会儒雷相东中国林业科学研究院资源信息研究所北京100091

以蒙古栎天然次生林中的蒙古栎种群为研究对象,在吉林省汪清林业局塔子沟林场设置2块1 hm^2的处于不同演替阶段的样地(A、B).采用相邻网格调查法将每块样地划分为100个10 m×10 m的调查单元,对单元内每株林木的空间坐标进行精确定位,调... 详细信息

以蒙古栎天然次生林中的蒙古栎种群为研究对象,在吉林省汪清林业局塔子沟林场设置2块1 hm^2的处于不同演替阶段的样地(A、B).采用相邻网格调查法将每块样地划分为100个10 m×10 m的调查单元,对单元内每株林木的空间坐标进行精确定位,调查所有胸径≥1 cm的林木基本信息.采用地统计学分析的半方差函数法和分维数对蒙古栎种群各林木属性的空间异质性程度、组成、尺度、方向进行分析;运用克里格插值法对具有空间自相关的树木属性进行无偏估计并绘制分布图,分析其空间分布格局.结果表明:两块样地各林木属性的最优半方差函数以指数模型和球状模型为主,呈聚集分布,但样地A较样地B的空间自相关程度更高,空间连续性更大;两块样地内部,胸径和东西冠幅均表现出较强的空间异质性和空间自相关性.两块样地各林木属性均在南北方向上表现出较强的空间异质性.此外,样地A在西北-东南方向上也存在较强的空间异质性,而样地B则在东北-西南方向存在较强的空间异质性.两者相比,样地A的空间异质性强度更高、尺度更大.样地A中胸径和东西冠幅变异明显,而样地B中东西冠幅和南北冠幅变异明显.分维数值反映的结果与标准半方差函数值的结果基本一致.样地A各林木属性变量以斑块状和条带状分布为主,空间分布格局和变化趋势明显,而样地B各林木属性变量分布破碎,格局复杂.上述结果说明,种群属性特征、群落发育程度、空间尺度大小和空间水平方向可能影响种群的空间格局.基于地统计学的分析方法有助于定量、直观地描述种群的生长现状和发展趋势,可为东北林区大面积的蒙古栎天然次生林的可持续经营提供理论基础.

关键词：蒙古栎空间格局地统计学半方差函数空间插值

目标树抚育间伐对蒙古栎天然次生林生长的初期影响

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林业科学 2020年第10期56卷 83-92页

作者：张晓红张会儒卢军雷相东中国林业科学研究院资源信息研究所国家林业和草原局森林经营与生长模拟重点实验室北京100091

【目的】探讨目标树抚育间伐对蒙古栎天然次生林林分和单木生长的影响,为更加合理地开展森林经营活动、促进天然次生林恢复和可持续经营提供科学依据。【方法】2013年8月,在吉林省汪清林业局塔子沟林场选择立地条件和生长情况基本一致... 详细信息

【目的】探讨目标树抚育间伐对蒙古栎天然次生林林分和单木生长的影响,为更加合理地开展森林经营活动、促进天然次生林恢复和可持续经营提供科学依据。【方法】2013年8月,在吉林省汪清林业局塔子沟林场选择立地条件和生长情况基本一致的蒙古栎天然次生林,设置16块面积0.09 hm2(30 m×30 m)的样地开展目标树抚育间伐试验,根据间伐强度设计弱度(5%)、轻度(10%)、中度(20%)和对照4种处理,每种处理4次重复。基于2016年复测数据,比较分析不同抚育间伐强度对林分和单木生长的初期影响。【结果】经目标树抚育间伐3年后,间伐样地的林分断面积和蓄积定期生长率均显著高于对照样地,不同间伐强度间无显著差异;间伐样地的单木胸径和材积定期生长率均显著高于对照样地,且随间伐强度增加而增大,中度抚育间伐下蒙古栎和红松的单木胸径定期生长率分别是对照的1.51和1.67倍;抚育间伐可显著促进幼树、小树、中龄树的单木胸径和材积生长,对大径木无显著影响;目标树单木胸径和材积定期生长量均显著大于对照,且目标树胸径定期生长量是非目标树的1.28~1.32倍,目标树材积定期生长量是非目标树的2.13~2.69倍;随着目标树自由生长空间增加,目标树胸径和材积定期生长量增大。【结论】基于单株目标树的抚育间伐不仅可促进林分断面积和蓄积生长、降低枯损木平均胸径、增加进界木株数,而且能显著提高单木胸径和材积生长,特别是单株目标树生长。影响单株目标树生长的决定因素是目标树的自由生长空间。在蒙古栎次生林中选择蒙古栎、紫椴、水曲柳作为目标树时,适合开展4个方向的完整树冠释放活动,而选择林下红松作为目标树时,适合开展2~3个方向的不完整树冠释放活动。

关键词：目标树抚育间伐天然次生林蒙古栎自由生长空间

基于BIOME-BGC模型的长白落叶松林净初级生产力模拟参数敏感性

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应用生态学报 2016年第2期27卷 412-420页

作者：何丽鸿王海燕雷相东北京林业大学林学院北京100083 中国林业科学研究院资源信息研究所北京100091

基于植被生理生态过程的模型包含较多参数,合理的参数取值能够极大地提高模型的模拟能力.参数敏感性分析可以全面分析模型参数对模拟结果的影响程度,在筛选模型敏感参数过程中起到重要作用.本研究以模拟吉林省汪清林业局长白落叶松林净... 详细信息

基于植被生理生态过程的模型包含较多参数,合理的参数取值能够极大地提高模型的模拟能力.参数敏感性分析可以全面分析模型参数对模拟结果的影响程度,在筛选模型敏感参数过程中起到重要作用.本研究以模拟吉林省汪清林业局长白落叶松林净初级生产力(NPP)为例,分析了BIOME-BGC模型的参数敏感性.首先利用样地实测NPP数据与模拟值进行对比分析,检验模型对长白落叶松林NPP的模拟能力;然后利用Morris法和EFAST法筛选出BIOME-BGC模型中对长白落叶松林NPP影响较大的敏感参数.在此基础上,通过EFAST法对所有筛选出的参数进行定量的敏感性分析,计算了敏感参数的全局敏感性指数、一阶敏感性指数和二阶敏感性指数.结果表明:BIOME-BGC模型能够较好地模拟研究区内长白落叶松林NPP的变化趋势;Morris法可以在样本量较少的情况下实现对BIOME-BGC模型敏感参数的筛选,而EFAST法可以定量分析BIOME-BGC模型中单个参数以及不同参数之间交互作用对模拟结果的影响程度;BIOME-BGC模型中对长白落叶松林NPP影响较大的敏感参数为新生茎与叶片的碳分配比和叶片碳氮比,且二者之间的交互作用明显大于其他参数之间的交互作用.

关键词： BIOME-BGC 敏感性分析 Morris法 EFAST法净初级生产力

长白落叶松人工林地位指数及立地形的比较研究

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北京林业大学学报 2018年第6期40卷 1-8页

作者：沈剑波雷相东雷渊才李玉堂中国林业科学研究院资源信息研究所北京100091 吉林省林业调查规划院吉林长春130022

【目的】以吉林省长白落叶松人工林为对象,分析立地形与地位指数及其与林分生产力之间的关系,检验立地形评价长白落叶松人工林立地质量的可行性。【方法】基于168块固定样地的314个观测数据,提出了基准胸径确定的方法,即以胸径-年龄的... 详细信息

【目的】以吉林省长白落叶松人工林为对象,分析立地形与地位指数及其与林分生产力之间的关系,检验立地形评价长白落叶松人工林立地质量的可行性。【方法】基于168块固定样地的314个观测数据,提出了基准胸径确定的方法,即以胸径-年龄的逻辑斯蒂方程为基础,求其拐点纵坐标(即为基准胸径)。以理查兹生长方程分别拟合优势高-年龄、优势高-优势胸径的导向曲线,分别计算各样地的地位指数与立地形,并分析立地形与地位指数以及二者与林分生产力之间的关系。【结果】立地形与地位指数回归方程的决定系数R2为0.362 7,RMSE为1.993 0 m,平均绝对误差MAE为1.563 2 m。地位指数、立地形与生产力的相关系数分别为0.676 4和0.320 3。采用等距划分的方法将计算所得的地位指数与立地形划分为8个等级,地位指数从1至8级各等级所占比例分别为0.64%、3.82%、12.74%、24.84%、32.48%、19.43%、5.10%、0.96%;立地形从1至8级各等级所占比例分别为0%、1.59%、9.24%、42.36%、44.90%、1.91%、0%、0%。【结论】对于落叶松人工林来说,立地形只能解释36.27%的地位指数变异;地位指数与生产力的相关性远大于立地形与生产力的相关性。对立地形与地位指数采用等距划分的方法进行立地质量等级划分,立地质量等级均呈现出中间多、两头少的趋势,但各等级的样地数量差异较大。总体来说,本研究中立地形不宜作为长白落叶松人工林立地质量评价的指标。

关键词：长白落叶松人工林地位指数立地形基准胸径