基于多功能經(jīng)營的杉木生態(tài)公益林空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究

張平

【摘要】：當(dāng)前在我國生態(tài)文明建設(shè)的倡導(dǎo)下，社會各行業(yè)紛紛開始將發(fā)展的重點放在開展生態(tài)環(huán)境方面，此舉措的開展有利于提高資源利用率，減少環(huán)境污染，進而促進社會的健康可持續(xù)發(fā)展。然而生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域之中，生態(tài)公益林對改善生態(tài)環(huán)境的影響巨大，其中保護生物多樣性，維持生態(tài)平衡都作為生態(tài)公益林的主要功能。而處在生態(tài)區(qū)內(nèi)重要的森林物種---杉木正因結(jié)構(gòu)單一，生物多樣性較差面臨著生態(tài)公益林空間結(jié)構(gòu)較低，病蟲害嚴(yán)重等問題的摧殘。因而如何提高杉木的成活率，帶給生態(tài)公益林更多的效益成為當(dāng)前社會林業(yè)工作者迫切的發(fā)展需求。因此本文基于多功能經(jīng)營的杉木生態(tài)公益林結(jié)構(gòu)優(yōu)化展開詳細的探究，分別從：當(dāng)前我國多功能經(jīng)營的杉木生態(tài)公益林空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化的意義與研究背景、當(dāng)前國際間多功能經(jīng)營的杉木生態(tài)公益林空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化模式的進展、淺析多功能經(jīng)營的杉木生態(tài)公益林空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化的具體方法、杉木生態(tài)公益林空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化的綜合分析等四方面進行分析。以此闡述一些對杉木生態(tài)公益林空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化的獨到見解，為實現(xiàn)生態(tài)林多功能效益提供參考性依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】：多功能經(jīng)營；杉木生態(tài)公益林；空間結(jié)構(gòu)

【前言】：

現(xiàn)今社會，經(jīng)濟技術(shù)的日新月異，帶動了生產(chǎn)企業(yè)的繁榮發(fā)展，同時人民物質(zhì)生活水平為適應(yīng)經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展需求也不斷增強，開始越來越重視生態(tài)環(huán)境的發(fā)展。畢竟生態(tài)環(huán)境作為人們賴以生存的必要前提，環(huán)境的好壞程度直接影響著人們的工作與生活，生態(tài)公益林作為生態(tài)環(huán)境建設(shè)中最重要的內(nèi)容其多功能效益成為當(dāng)前環(huán)境發(fā)展的重中之重。目前我國的生態(tài)林區(qū)主要以種植杉木為主，因結(jié)構(gòu)較為單一，因而杉木存在較為嚴(yán)重的健康問題。當(dāng)前林業(yè)工作者迫切需要研究出新型技術(shù)有效的對杉木生態(tài)公益林空間結(jié)構(gòu)進行合理優(yōu)化，力求探尋杉木的實際生長規(guī)律，并與網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)相結(jié)合，合理預(yù)測出杉木生態(tài)公益林合理的空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案。以此改善杉木的生存條件以及健康情況，提高生態(tài)林的多功能效益，促進生態(tài)環(huán)境建設(shè)的健康可持續(xù)發(fā)展。

1.當(dāng)前我國多功能經(jīng)營的杉木生態(tài)公益林空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化的意義與研究背景

1.1研究意義

生態(tài)公益林作為改善生態(tài)環(huán)境，提高生態(tài)資源利用率的有效措施，因其功能的多樣性與復(fù)雜性長期以來備受社會各行各業(yè)的廣泛關(guān)注[1]。其中生態(tài)林生物多樣性與生態(tài)平衡程度作為當(dāng)前生態(tài)環(huán)境重點要完善的內(nèi)容，當(dāng)前已經(jīng)開始對其進行系統(tǒng)的優(yōu)化。雖然在優(yōu)化的初級階段，發(fā)展勢頭良好，但也不乏出現(xiàn)一些不足，其中杉木生態(tài)公益林因其種植杉木樹種結(jié)構(gòu)較為單一，因而生態(tài)服務(wù)的功能較差，樹種植被覆蓋程度不足影響杉木的健康，進而無法滿足國家既定的生態(tài)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致生態(tài)林的多功能效益下降。首先，杉木在生長過程中環(huán)境因素是最主要的條件，環(huán)境條件差會導(dǎo)致生態(tài)林的生產(chǎn)經(jīng)營無法發(fā)揮其最主要的功能。其次，杉木生態(tài)林空間結(jié)構(gòu)能夠直接反映出空間內(nèi)部樹種之前的關(guān)系，進而能夠準(zhǔn)確預(yù)測出林區(qū)的內(nèi)部空間特征分布，最大程度的保障林區(qū)內(nèi)杉木樹種的穩(wěn)定性。第三，杉木生態(tài)林因所種杉木樹種結(jié)構(gòu)單一，因而長期以來遭受病蟲害的侵蝕，導(dǎo)致生物多樣性較低。因此，如何提高杉木生態(tài)空間結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，加強生態(tài)林多功能效益成為當(dāng)前社會各界特別是林業(yè)部門工作發(fā)展的重要課題。應(yīng)結(jié)合現(xiàn)階段生態(tài)林發(fā)展的實際情況制定出科學(xué)有效的生態(tài)林區(qū)空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化的策略，發(fā)揮生態(tài)林的多功能綜合效益是當(dāng)今我國林業(yè)研究的重要意義。

1.2研究背景

多功能經(jīng)營的杉木生態(tài)公益結(jié)構(gòu)不僅對于國內(nèi)生態(tài)環(huán)境的建設(shè)有著重要的意義，同時對于國外生態(tài)環(huán)境的健康發(fā)展也有積極的促進作用[2]。上世紀(jì)中期，根據(jù)國外學(xué)者研究表明，林業(yè)生態(tài)空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化主要依靠于模型的演變，不同層次出現(xiàn)的模型對于不同區(qū)域的林業(yè)產(chǎn)生有效的制約。其中主要包括全林分土壤優(yōu)化模型、林區(qū)層次優(yōu)化模型以及空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型，這三類模型也是在現(xiàn)實林區(qū)生產(chǎn)經(jīng)營過程中較為常見的三類，巧妙運用模型進行優(yōu)化也成為現(xiàn)代社會研究生態(tài)環(huán)境發(fā)展的新聞熱點。但由于當(dāng)前我國領(lǐng)取層次優(yōu)化模型應(yīng)用的較少，因林區(qū)內(nèi)杉木植被結(jié)構(gòu)較為單一，進而多層次的優(yōu)化類型無法在短期內(nèi)得以運用，導(dǎo)致我國目前并沒有找到充分適合生態(tài)林發(fā)展提升空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化率的有效模式，還處于一直不斷探索的時期。而國外對于空間優(yōu)化模型的運用就較為穩(wěn)定，以上世紀(jì)中期，德國生態(tài)林空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型為例，德國充分的分析林區(qū)生態(tài)結(jié)構(gòu)的實際情況，細致的分辨出樹種的優(yōu)良層次，適時的結(jié)合調(diào)查進行優(yōu)化調(diào)整，以可持續(xù)發(fā)展為生產(chǎn)經(jīng)營的主要目標(biāo)指定空間優(yōu)化模型，逐漸發(fā)展壯大，此模型的精髓主要還是以分析為主，對生態(tài)林結(jié)構(gòu)進行具有針對性的優(yōu)化。

2.當(dāng)前國際間多功能經(jīng)營的杉木生態(tài)公益林空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化模式的進展

2.1全林分土壤優(yōu)化模式

全林分土壤優(yōu)化模式最早起源于19世紀(jì)的歐洲，此種模式系統(tǒng)探討了生態(tài)公益林植被的生長規(guī)律，系統(tǒng)的預(yù)測出生態(tài)林的多功能效益，并且被世界各國林業(yè)學(xué)者廣泛應(yīng)用[3]。全林分土壤優(yōu)化模式可以細化為兩類：正常收獲以及經(jīng)驗收獲。首先，正常收獲是以林區(qū)杉木的生長結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，制定出杉木的自然發(fā)育過程，也被成為是林區(qū)杉木植被密度評估，在我國以及俄羅斯，此種模式被運用的幾率較多，具體用途對被用在日常對林區(qū)進行檢查，以及階段后評價等。其次，經(jīng)驗收獲更多的是將研究的重點放在實踐工作上，以林區(qū)內(nèi)實際調(diào)查出的不同密度的杉木為基礎(chǔ)進行綜合的預(yù)測，其工作的重點并不是杉木生態(tài)公益林的植被生長過程，而是將重點放在具體的種植上，從根本上改善杉木的生長條件。

2.2林區(qū)層次優(yōu)化模式

林區(qū)層次優(yōu)化模式相較于全林分土壤優(yōu)化模式，最大的區(qū)別在于前者將發(fā)展的核心放在理論上，以理論為基礎(chǔ)并結(jié)合實踐，根據(jù)林區(qū)環(huán)境內(nèi)部杉木的結(jié)構(gòu)空間劃分杉木年齡的變化情況。進而獲得與總體收獲量不同樹種的所占面積比例，將生態(tài)林內(nèi)部的具體信息動態(tài)化的處理，充分預(yù)測杉木生產(chǎn)經(jīng)營的主要自變量與因變量。此種模式的主要研究原因可以從兩點進行分析：第一點原因是受杉木樹干胸徑與樹干體積的價值之和影響，判斷生態(tài)林多樣化效益的經(jīng)濟依據(jù)。第二點原因是杉木胸徑在林區(qū)調(diào)查資料中可以較為容易的找到，極易進行后期的測量。加之未來林區(qū)層次優(yōu)化模式會被大量的應(yīng)用在林區(qū)生態(tài)結(jié)構(gòu)優(yōu)化上，在此基礎(chǔ)上，需要精準(zhǔn)的對生態(tài)林杉木密度進行預(yù)測。

2.3空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化模式

空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化模式與前兩個模式相比，具有明顯的優(yōu)勢，此種模式較為簡單直接，不需要進行繁瑣的步驟就可以評估出預(yù)測的結(jié)果。因此，被世界各國廣泛應(yīng)用，此種模式的主要原則是以某一株特定的杉木為研究的對象，不需要對林區(qū)大面積植被進行規(guī)劃，在方法上靈活性較好，評估結(jié)果具有一定的精準(zhǔn)度，從特定杉木在整個杉木林區(qū)的競爭機制入手，分析每一株杉木的生長環(huán)境。自20世紀(jì)開始就有學(xué)者研究杉木的空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化模式，隨著當(dāng)前經(jīng)濟全球化的影響以及網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的加速發(fā)展，此種模式基于這樣的背景下，發(fā)展成果取得了突飛猛進的提高。此外空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化模式的優(yōu)勢是充分考慮杉木之間的主要競爭規(guī)律，將這種良性競爭作為具體依據(jù)引入到整個生態(tài)公益林空間模型之中，林業(yè)學(xué)者可以運用此種模式結(jié)合實踐活動加以研究，或者是在此模式的基礎(chǔ)上研究出更高層次的模式進行綜合的評定。

3.淺析多功能經(jīng)營的杉木生態(tài)公益林空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化的具體方法

3.1間伐優(yōu)化

杉木生態(tài)公益林空間優(yōu)化在當(dāng)前生態(tài)環(huán)境多功能經(jīng)營過程中的具體方法主要分為兩個層面：杉木生態(tài)林間伐優(yōu)化方法和杉木生態(tài)林補植優(yōu)化。首先，間伐優(yōu)化方法是對林區(qū)杉木空間結(jié)構(gòu)進行具體的分析，著重將重點放在杉木的分布格局調(diào)整中，在不斷調(diào)整中增大杉木的混合種植程度，減小杉木的外形不均比重，將杉木空間的分布結(jié)構(gòu)進行系統(tǒng)隨機的調(diào)整，充分了解杉木的生長優(yōu)勢，以及在整體生態(tài)林的競爭壓力。制定一套針對于以上多種因素的應(yīng)對計劃，弱化杉木樹種隔離的程度以及在整體之中競爭過于激烈的程度，加強杉木生態(tài)公益林空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化的進程。

3.2補植優(yōu)化

其次，補植優(yōu)化方法與間伐空間優(yōu)化方法相比，沒有后者重要，但也具有其他方法所不具備的特點。主要是以杉木在林區(qū)內(nèi)的具體分布特點生成形似三角形的探測區(qū)域，也稱之為三角網(wǎng)。并按照三角形區(qū)域的分布面積從大到小順序排列，充分觀察分布的特點，將三角網(wǎng)中角度最大的那面作為杉木的補植范圍，在進行補植的過程中，充分考慮與需補植杉木相鄰的樹種形狀，用以確定需要補植的杉木形狀分布，并充分觀察在補植過程中，三角區(qū)域是否發(fā)生變化，每對杉樹進行補植時應(yīng)重新構(gòu)建三角補植區(qū)域，謹(jǐn)防同一區(qū)域多次應(yīng)用，加強資源的合理利用率，在根本上加強杉木生態(tài)公益林空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化的落實。

3.3多功能指標(biāo)構(gòu)建

目前，杉木生態(tài)公益林空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化的多功能指標(biāo)應(yīng)充分考慮水土與水源涵養(yǎng)的保持程度。其中針對土樣、土壤容量與土壤持水量有一特定的計算公式：

（公式一）

由公式可見：Y為土壤容量；W0為土壤持水量；P1為土壤縫隙；V為內(nèi)部環(huán)刀容積；g為濕度樣本；W為含水量比重：P0為內(nèi)部干土質(zhì)量：Pt為內(nèi)部濕土質(zhì)量。并且還應(yīng)充分考慮杉木生態(tài)公益林空間結(jié)構(gòu)物種的多樣性，根據(jù)實際情況對物種多樣性進行綜合分析，全面考慮多樣性結(jié)構(gòu)內(nèi)部的眾多指標(biāo)，應(yīng)用到計算公式上具體表現(xiàn)為： （公式二）其中Pi為杉木個體數(shù)占總體中的比重；S為區(qū)域內(nèi)杉木樹種的變化規(guī)律。

4.杉木生態(tài)公益林空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化的綜合分析

4.1林區(qū)內(nèi)部杉木直徑結(jié)構(gòu)分析

表1林區(qū)內(nèi)部杉木直徑結(jié)構(gòu)分布表

根據(jù)上述表1進行分析，從表中給定的數(shù)據(jù)可以看出，幼齡林1-6樣地標(biāo)準(zhǔn)差在2厘米以內(nèi)，總體相差幅度不大，偏度系數(shù)沒有負數(shù)值，而峰度系數(shù)除5、6樣地為負數(shù)，其余均為正數(shù)。而中齡林7-12樣地標(biāo)準(zhǔn)差在3.5左右徘徊，總體變化幅度相對幼齡林較大，偏度系數(shù)正負數(shù)都有，且近似于零。偏度系數(shù)都為負數(shù)值。直徑明顯呈平坦分布。

4.2林區(qū)內(nèi)部杉木樹高結(jié)構(gòu)分析

表2林區(qū)內(nèi)部杉木樹高結(jié)構(gòu)分布表

根據(jù)上述表2進行分析，從表中給定的數(shù)據(jù)可以看出，幼齡林1-6號樣地樹高大小形狀較為集中，無負數(shù)，整體幅度相差不大，且數(shù)值近似于1，較為穩(wěn)定。而中齡林7-12號樣地樹高大小形狀較為分散。雖同樣無負數(shù)值但整體變化幅度較大，呈現(xiàn)不穩(wěn)定的狀態(tài)。從偏度系數(shù)來看，幼齡林整體系數(shù)均大于零樹高均值在既定的標(biāo)準(zhǔn)之上，而中齡林卻均為負數(shù)值樹高較為分散不集中。從峰度系數(shù)來看，幼齡林樹高均值大于峰值標(biāo)準(zhǔn)，而中齡林峰度較為穩(wěn)定，分布呈平穩(wěn)狀態(tài)。

4.3林區(qū)內(nèi)部杉木空間結(jié)構(gòu)綜合分析

表3林區(qū)內(nèi)部杉木空間結(jié)構(gòu)綜合分布表

根據(jù)上述表3進行分析，從表中給定的數(shù)據(jù)可以看出，幼齡林經(jīng)營林分與對照林分綜合結(jié)構(gòu)最大值為0.49，平均值為0.34，綜合結(jié)構(gòu)混交度呈中等趨勢。而中齡林經(jīng)營林分與對照林分綜合結(jié)構(gòu)最大值為0.58，平均值為0.25，綜合結(jié)構(gòu)混交度呈弱度趨勢，并且杉木空間結(jié)構(gòu)混交度最大值呈現(xiàn)從低到高上升階段，而平均值則呈有大到小遞減趨勢，不同年齡的杉木空間結(jié)構(gòu)的分布也不盡相同。

結(jié)論：綜上所述，杉木生態(tài)公益林結(jié)構(gòu)優(yōu)化對于生態(tài)環(huán)境發(fā)展進程起到至關(guān)重要的推動作用。本文主要以杉木生態(tài)公益林為具體的分析對象，對其空間結(jié)構(gòu)的多樣性進行優(yōu)化，力求實現(xiàn)生態(tài)效益最大化，并推動社會生態(tài)環(huán)境的健康可持續(xù)發(fā)展。主要提出以下方面：一是當(dāng)前我國多功能經(jīng)營的杉木生態(tài)公益林空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化的意義與研究背景：研究意義；研究背景。二是當(dāng)前國際間多功能經(jīng)營的杉木生態(tài)公益林空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化模式的進展：全林分土壤優(yōu)化模式；林區(qū)層次優(yōu)化模式；空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化模式。三是淺析多功能經(jīng)營的杉木生態(tài)公益林空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化的具體方法：間伐優(yōu)化；補植優(yōu)化；多功能指標(biāo)構(gòu)建。四是杉木生態(tài)公益林空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化的綜合分析：林區(qū)內(nèi)部杉木直徑結(jié)構(gòu)分析；林區(qū)內(nèi)部杉木樹高結(jié)構(gòu)分析；林區(qū)內(nèi)部杉木空間結(jié)構(gòu)綜合分析。望此次研究的內(nèi)容與結(jié)果能夠得到林業(yè)部門的廣泛關(guān)注，共同為構(gòu)建我國生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定發(fā)展貢獻力量。

【參考文獻】：

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