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结合大斑啄木鸟生境适宜性的林分空间结构优化

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北京林业大学学报 2021年第5期43卷 24-32页

作者：盛琪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 黑龙江省森林资源高效培育技术研发团队黑龙江哈尔滨150040

【目的】优化林分空间结构,提高现有林分质量的同时更好地保护野生动物栖息地,为帽儿山地区的森林经营提供理论依据。【方法】本文以帽儿山林场为研究对象,根据全混交度、角尺度、竞争指数、林层指数4个空间结构指标和生境适宜性指数,... 详细信息

【目的】优化林分空间结构,提高现有林分质量的同时更好地保护野生动物栖息地,为帽儿山地区的森林经营提供理论依据。【方法】本文以帽儿山林场为研究对象,根据全混交度、角尺度、竞争指数、林层指数4个空间结构指标和生境适宜性指数,采用乘除法思想构建林分空间优化模型。生境适宜性指数以大斑啄木鸟为例根据2016年帽儿山林场森林资源二类调查数据进行计算。利用R语言进行林分优化模拟,比较不同采伐强度下林分结构和生境适宜性指数的变化,分析将生境适宜性指数融入到优化模型中的可行性。【结果】通过对比不同采伐强度(10%、20%、30%)下各指标和目标函数值(Q)的变化,确定最优采伐强度为20%。最优采伐强度下Q值的最大值为73.28,平均值为49.59,郁闭度为0.62,林分结构平均状态达到最佳,采伐木主要集中于林木密集区域共计采伐133株;林分空间结构优化后林分全混交度和林层指数提高,竞争指数减小,角尺度介于[0.475,0.517]之间,由聚集分布状态调整为随机分布状态;并且生境适宜性指数由0.52提高到0.57属于较适宜区域。【结论】表明本次优化模拟将生境适宜性指数融入到林分空间优化模型中,在优化林分结构和提高林分质量的基础上,一定程度上提高了生境适宜性指数;为空间结构优化调整和保护帽儿山野生动物的生存环境提供科学依据。

关键词：林分结构生境适宜性指数优化模拟

基于系统动力学的帽儿山实验林场可持续发展水平预测

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森林工程 2023年第1期39卷 11-20页

作者：李泓莹董灵波刘兆刚森林生态系统可持续经营教育部重点实验室(东北林业大学) 哈尔滨150040

建立可持续发展评价体系是研究可持续发展水平的重要手段,然而多数相关研究仅对研究区域现状进行分析,对区域未来的可持续发展趋势进行仿真预测的研究相对较少。为此,以帽儿山实验林场2004年和2016年的2期森林资源二类调查数据为基础,... 详细信息

建立可持续发展评价体系是研究可持续发展水平的重要手段,然而多数相关研究仅对研究区域现状进行分析,对区域未来的可持续发展趋势进行仿真预测的研究相对较少。为此,以帽儿山实验林场2004年和2016年的2期森林资源二类调查数据为基础,结合前人经验从经济、环境和社会等方面选择23项指标建立经营单位尺度可持续发展评价指标体系;通过熵权法和层次分析法(AHP)确定指标权重,采用指数加权法计算得到评价结果;并借助系统动力学方法,采用Vensim PLE软件绘制系统动力学流程图,寻找变量间的关系,构建系统动力学模型,对未来至2035年5种不同发展路径下林场的可持续发展水平进行预测。结果表明,2004年可持续发展水平为0.597,2016年为0.833,表明帽儿山实验林场已经由弱可持续阶段提升到了初级可持续阶段,呈现出了良好的发展趋势;在模拟的5种发展路径中,综合发展型可使林场的可持续发展水平于2035年达到0.924,相比于保持现状型路径(模拟水平0.899)及其他发展路径,其为更优的发展路径。

关键词：帽儿山实验林场可持续发展熵权法 AHP法系统动力学

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大兴安岭盘古林场森林碳汇木材复合经营规划

北京林业大学学报 2020年第8期42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黑龙江哈尔滨150040 黑龙江省森林资源高效培育技术研发团队黑龙江哈尔滨150040

【目的】长期以来,我国森林经营研究主要集中在林分(或样地)尺度上,以期总结出适用于各种林型的最优经营模式,而忽略了不同经营选项的时空配置问题。因此,本文将在传统木材收获规划模型的基础上引入碳增量目标建立能够兼顾不同择伐强度... 详细信息

【目的】长期以来,我国森林经营研究主要集中在林分(或样地)尺度上,以期总结出适用于各种林型的最优经营模式,而忽略了不同经营选项的时空配置问题。因此,本文将在传统木材收获规划模型的基础上引入碳增量目标建立能够兼顾不同择伐强度时空配置的多目标空间经营规划模型,以期为我国森林资源的多目标经营管理提供理论依据和技术支撑。【方法】本研究在森林分类经营思想指导下,以大兴安岭塔河林业局盘古林场为研究对象,以规划周期内木材生产和地上乔木层碳增量的经济收益为经营目标,以规划期内木材均衡收获、期末碳储量及择伐措施时空分布为主要约束,最后采用模拟退火算法建立经营单位尺度森林多目标空间经营规划模型;基于该模型,在我国当前碳贸易和木材市场的双重约束下,确定盘古林场50年规划期内最优森林经营方案,分析最优森林经营方案内各分期木材收获量、碳增量以及择伐措施的时空分布特征。【结果】当碳价格为120元/t时,盘古林场50年规划周期内碳汇木材复合经营的经济收益可达1.54×10^8元,其中木材收益1.37×10^8元,碳收益0.17×10^8元;规划期内木材产量累计达1.78×106 m3,碳增量达1.68×106 t,期末碳储量达5.99×106 t,单位面积平均碳储量较规划期初增加了约38.98%;规划期内受保护面积44.36%,总择伐面积48.01%,未经营面积7.63%,其中重度择伐面积约占研究区域总面积的41.78%;同时,各分期内不同择伐作业方式的配置存在显著差异,其中重度择伐作业的收获蓄积、择伐面积以及择伐小班数量均占各自总体的90%以上;最优森林经营方案具有显著的空间分布特征,但均符合规划模型的各项约束条件。【结论】森林碳汇木材复合经营规划结果具有多方面优势:(1)均衡收获能够保证整个经营单位在规划期内始终获得相对稳定的经济收入,从而保障林区经济社会的可持续发展;(2)期末碳储量约束能够有效避免森林资源的过度采伐,进而确保森林碳汇效益的持续发挥;(3)规划模型能够在兼顾森林木材生产和碳汇功能的同时合理安排经营措施的时空分布,这些均对我国森林资源的多目标经营管理具有重要借鉴意义,但进一步研究和确定恰当的约束参数是构建切实可行的森林多目标经营规划的关键。

关键词：碳增量木材生产经营规划空间约束模拟退火算法

应用GIS对野生动物生境适宜性的评价——以大兴安岭盘古林场紫貂为例

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东北林业大学学报 2020年第6期48卷 157-162页

作者：盛琪董灵波刘兆刚东北林业大学林学院哈尔滨150040 东北林业大学哈尔滨150040

紫貂作为国家一级重点保护动物和中国濒危物种,为了更好的对其进行保护,以大兴安岭盘古林场为研究区域,基于2012年大兴安岭盘古林场森林资源二类调查数据,结合GIS空间分析技术对紫貂的生境适宜性进行评价分析。分别选取海拔、坡度、坡... 详细信息

紫貂作为国家一级重点保护动物和中国濒危物种,为了更好的对其进行保护,以大兴安岭盘古林场为研究区域,基于2012年大兴安岭盘古林场森林资源二类调查数据,结合GIS空间分析技术对紫貂的生境适宜性进行评价分析。分别选取海拔、坡度、坡位、坡向及与水源距离5个地理环境因子;植被类型、郁闭度、林分年龄、平均胸径和平均树高5个生物环境因子;人类干扰因子中的与道路距离等共11个因子,采用层次分析法确定各因子的权重,构建适用于大兴安岭盘古林场的紫貂生境适宜性评价指标。利用生境适宜性指数(IHS)对大兴安岭盘古林场紫貂的生境适宜性进行评价,得到大兴安岭盘古林场紫貂生境适宜性综合评价等级分布图。结果表明:研究区域内紫貂的适宜生境特征为:海拔在800~1300 m,坡向为阳坡,坡度小于15°的中下坡,距水源距离在0~500 m,而距道路距离大于1500 m;郁闭度在0.4~0.8之间,平均胸径在20 cm以上,平均树高大于等于20 m且以落叶松为优势树种的成、过熟针叶林。根据生境适宜性指数(IHS)将研究区域的评价结果分为适宜[1.6~2.0]、较适宜[1.0~1.6)和不适宜[0~1),其占研究区域总面积分别为:2.46%,72.74%和24.8%。通过合理的经营可使较适宜区域调整为适宜区域,适宜区域的面积由28.31 km2增加到149.94 km^2。综合以上评价结果说明大兴安岭盘古林场适宜紫貂生存的潜在生境面积总量比较显著。

关键词：大兴安岭森林生态紫貂生境适宜性

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依据不同空间约束的人工林森林经营规划模拟

东北林业大学学报 2022年第2期50卷 17-22页

作者：宋博董灵波刘兆刚森林生态系统可持续经营教育部重点实验室(东北林业大学) 哈尔滨150040

以孟家岗林场人工落叶松林和人工樟子松林为研究对象,基于2016年森林资源二类调查数据,建立4种不同约束条件的森林规划模型,分析不同空间约束对规划结果的影响。4种规划模型均以规划期内木材产量最大化为经营目标,均含有最小收获年龄、... 详细信息

以孟家岗林场人工落叶松林和人工樟子松林为研究对象,基于2016年森林资源二类调查数据,建立4种不同约束条件的森林规划模型,分析不同空间约束对规划结果的影响。4种规划模型均以规划期内木材产量最大化为经营目标,均含有最小收获年龄、蓄积均衡收获、各分期蓄积收获限额、采伐次数及[0-1]型决策变量等约束,其中非空间模型仅包含以上非空间约束,其他3种空间模型除上述约束外,邻接模型不允许相邻小班在同一规划分期内同时采伐,T_(m)=1模型不允许相邻小班在相邻的一个分期内被采伐,T_(m)=2模型不允许相邻小班在相邻的两个规划分期内被采伐。基于Lingo11.0软件求解的结果分析可知,与非空间模型相比,3种空间规划模型的目标函数值分别较非空间模型减少了约0.53%、4.39%和18.12%,经T检验可得,非空间模型、邻接模型及T_(m)=1模型之间无明显差异,T_(m)=2模型与其余3种规划模型之间均差异显著,4种约束条件下规划期末龄级面积分配均有所改善,其中T_(m)=1模型龄级调整效果最好。在森林规划过程中加入空间信息,虽然会降低木材产量,但经营措施的时空分布更加合理化。空间约束中考虑不同的绿量期会对规划结果有不同程度的影响,因此,森林决策者应当根据实际情况和经营需求做出相应的抉择。

关键词：森林经营规划邻接约束绿量约束

兼顾碳汇和木材生产的长白落叶松人工林最优轮伐期

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林业科学 2022年第5期58卷 18-30页

作者：董灵波蔺雪莹张一帆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 黑龙江省森林资源高效培育技术研发团队哈尔滨150040 中船(浙江)海洋科技有限公司舟山316100

【目的】针对当前人工林经营重木材收益、轻碳汇效益的问题,探究兼顾碳汇和木材生产的人工林最优轮伐期,为人工林多目标经营提供理论依据。【方法】以黑龙江省东北林业大学帽儿山实验林场35块长白落叶松人工林样地为研究对象,以Faustman... 详细信息

【目的】针对当前人工林经营重木材收益、轻碳汇效益的问题,探究兼顾碳汇和木材生产的人工林最优轮伐期,为人工林多目标经营提供理论依据。【方法】以黑龙江省东北林业大学帽儿山实验林场35块长白落叶松人工林样地为研究对象,以Faustmann-Hartman模型为基础,综合考虑乔木层生物量碳库、生物质能源碳库、采伐剩余物碳库和木材产品碳库,构建长白落叶松人工林碳汇木材复合经营的最优轮伐期确定模型;设计4种模拟情景,情景1考虑木材收益、生物质能源收益和经营成本,情景2—4分别在情景1的基础上依次加入乔木层生物量碳库、采伐剩余物碳库和木材产品碳库,对各模拟情景分别量化不同碳价格、贴现率、枝叶生物质能源比例等因素对长白落叶松人工林最优轮伐期、木材产量、碳汇量以及林地期望值的影响。【结果】基准情景下(碳价格100元·t^(-1),贴现率5%,枝叶生物质能源比例20%),林地期望值整体随林分年龄增加呈先增加后减小的趋势,可采用二次多项式进行模拟(R_(a)^(2)>0.60)。情景1—4的最优轮伐期均为35年,其所对应的林地期望值分别为50288、53638、53263和53071元·hm^(-2),情景2—4的林地期望值分别较情景1增加约6.66%、5.92%和5.53%。对于情景2—4来说,能够使长白落叶松人工林最优轮伐期延长1年的最低碳价格分别为1500、1000和1000元·t^(-1) C,其对应的林地期望值可分别达到100667元·hm^(-2)、80171元·hm^(-2)和78266元·hm^(-2),较情景1显著增加约87.7%、50.5%和47.5%;当贴现率从5%增至9%时,最优轮伐期提前约4年,林地期望值减少约49200元·hm^(-2);对同一贴现率而言,不同模拟情景下最优轮伐期和林地期望值的差异均不显著。【结论】在当前木材和碳交易市场约束下,长白落叶松人工林经营仍以木材收益占绝对主导地位,碳库种类增加对最优轮伐期改变不明显,但显著影响林地期望值。碳价格和贴现率显著影响长白落叶松人工林的最优轮伐期和林地期望值,其中能够使长白落叶松人工林最优轮伐期延长1年的最低碳价格至少应为1000元·t^(-1)。

关键词：长白落叶松碳汇轮伐期 Faustmann-Hartman模型碳库

基于林木分级的大兴安岭天然兴安落叶松树高曲线研究

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北京林业大学学报 2023年第5期45卷 88-96页

作者：董灵波邵威威田栋元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】基于林木分级构建大兴安岭地区兴安落叶松的树高曲线模型,为该地区兴安落叶松的生长规律提供理论依据及森林可持续经营提供技术支撑。【方法】以大兴安岭地区翠岗林场56块固定样地数据为基础,根据单木相对直径(d)把林木分为了... 详细信息

【目的】基于林木分级构建大兴安岭地区兴安落叶松的树高曲线模型,为该地区兴安落叶松的生长规律提供理论依据及森林可持续经营提供技术支撑。【方法】以大兴安岭地区翠岗林场56块固定样地数据为基础,根据单木相对直径(d)把林木分为了优势木、平均木、被压木3个等级,依据调整决定系数(R^(2)_(adj))最大、均方根误差(RMSE)和赤池信息量(AIC)最小的标准筛选出天然兴安落叶松各等级林木的最优树高曲线基础模型,并进一步评价和比较分位数回归和哑变量回归对兴安落叶松不同等级林木树高曲线模型模拟精度的影响。【结果】天然兴安落叶松树高曲线的最优基础模型均为Wykoff方程;当将林分分级哑变量同时添加在Wykoff方程的参数a和b上时,模型的拟合效果最好,其中兴安落叶松树高曲线模型的调整系数(R^(2)_(adj))、均方根误差(RMSE)和赤池信息量(AIC)分别为0.8588、1.6424和2081.902;兴安落叶松中的不同等级林木对应的最优分位数模型与林分整体无差别,均表现为中位数模型最优(即τ=0.5),其树高曲线的3个统计量则依次为0.8498、1.6938和2211.037。经过比较分析可知,以林木分级为哑变量的树高曲线模型拟合效果最好。【结论】含林木分级哑变量的大兴安岭兴安落叶松的树高曲线模型拟合效果优于基础模型,并且具有较好的预测精度和适应性,能反映不同林木等级下的树高、胸径的生长差异,可以为大兴安岭地区兴安落叶松的经营和生长预估提供理论依据。

关键词：林木分级分位数回归哑变量树高曲线

基于Landsat TM数据的大兴安岭盘古林场森林健康评价

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北京林业大学学报 2021年第4期43卷 87-99页

作者：董灵波高小龙朱宇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 中南林业科技大学生命科学与技术学院南方林业生态应用技术国家工程实验室湖南长沙410004

【目的】健康评价是实施森林资源健康经营的前提和基础,但现有研究多从单一尺度开展,未充分考虑森林生态系统的层级结构。为此,该文以林木冠层特征为基础,结合Landsat TM数据和统计学方法实现森林健康评价的多尺度转换,为我国森林健康... 详细信息

【目的】健康评价是实施森林资源健康经营的前提和基础,但现有研究多从单一尺度开展,未充分考虑森林生态系统的层级结构。为此,该文以林木冠层特征为基础,结合Landsat TM数据和统计学方法实现森林健康评价的多尺度转换,为我国森林健康经营提供理论依据和技术支撑。【方法】以大兴安岭盘古林场50块固定样地单木健康调查数据为基础,采用熵值-AHP综合指数法构建单木健康评价模型,并汇总得到样地尺度健康得分的平均值(H_(m))、标准差(H_(std))、变异系数(H_(cv))、偏度(H_(pd))和峰度(Hfd)共5项统计指标,结合Landsat TM和地形数据并采用非线性度量误差联立方程组模型构造区域尺度森林健康评价综合反演模型,实现了森林健康从单木-林分-区域的多尺度综合评估。【结果】样地调查结果表明:盘古林场单木健康得分均值为0.6638±0.0912,整体处于亚健康水平,其中亚健康树木所占比例最高(79.43%);区域内不同树种健康等级间差异显著,主要表现为云杉>白桦>兴安落叶松>山杨>樟子松;林分尺度健康得分的H_(m)、H_(std)、H_(cv)、H_(pd)和Hfd值分别为0.6633、0.0841、12.84%、-0.6076和0.8460,表明该地区约78.43%的林分中单木健康得分呈明显左偏尖削状正态分布;遥感反演结果表明:区域内森林健康得分H_(m)均值约为0.6194±0.0543,其主要受地形(DEM)、植被指数(RVI、DVI、EVI和Green)和原始波段(B1、B3)等多种因素的综合影响,所建模型的预估精度可达到75%以上,能够满足森林健康评价的需求;林场范围内林木健康得分整体呈现南低北高的格局,且H_(m)较高区域主要集中在居民点、道路沿线等交通便利地区。【结论】盘古林场森林整体以亚健康为主,亟待开展科学的健康经营;同时,该文提出的以林木冠层特征为基础并充分结合遥感数据和统计学方法,能够有效实现森林健康的多尺度评价。

关键词： TM数据森林健康度量误差模型空间分布大兴安岭

大兴安岭盘古林场森林景观的空间分布格局及其关联性

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林业科学 2015年第7期51卷 28-36页

作者：董灵波刘兆刚李凤日东北林业大学林学院哈尔滨150040

【目的】分析大兴安岭地区主要森林景观类型的空间分布格局及其关联性,以期阐明该地区森林景观形成和维持的内在机制,为该地区森林景观的健康经营提供理论依据。【方法】基于塔河林业局盘古林场2008年森林资源二类调查数据,采用Arc Map1... 详细信息

【目的】分析大兴安岭地区主要森林景观类型的空间分布格局及其关联性,以期阐明该地区森林景观形成和维持的内在机制,为该地区森林景观的健康经营提供理论依据。【方法】基于塔河林业局盘古林场2008年森林资源二类调查数据,采用Arc Map10.0软件中的核密度分析和Programita软件（2010版）中的O-ring统计方法研究该地区主要森林景观类型（天然落叶松林、天然白桦林、针叶混交林和针阔混交林）的空间分布格局及其关联性。【结果】核密度分析结果表明,该地区各主要森林景观类型在空间上呈明显聚集分布,其平均斑块密度为0.73~1.57 km-2,空间变异系数高达99.75%~119.67%;点格局O-ring分析结果表明,4种景观类型均在小尺度上呈现显著聚集分布,之后随研究尺度的增大逐渐呈随机分布的趋势;各景观类型之间均在小尺度上显著负关联,在中等尺度上呈现出无关联性,而在大尺度上又有显著的正关联性;森林采伐、林火干扰以及道路网等因素是森林景观格局变化的主要驱动因素。【结论】大兴安岭地区由于极端的气候条件以及长期的采伐和林火干扰等因素,森林景观已经呈现出明显的破碎化趋势。为此,对于森林植被的恢复,可在小尺度上采取连片造林方式,而在大尺度上采用随机造林模式;对树种的选择,应优先选择乡土树种,并注重各树种的合理空间配置;而对于森林采伐,则应采取以择伐和间伐为主的方式;同时,严格控制人类自身活动（如采伐方式、道路安排等）对森林景观的影响,进而从景观水平上创建健康、稳定的森林生态系统。

关键词：森林景观空间点格局空间关联性 O-ring函数核密度函数