基于拓扑关系的混交林空间结构稳定性及其对树木生长的影响研究

In recent years, studies of forest spatial structure dynamics have showed that forest spatial structure has relative stability. However, the reason of forest spatial structure stability and its effects on tree growth are unclear by until now. In this study, two typical mixed forests, evergreen broadleaved forest and mixed conifer broad-leaved forest, will be used as research objects, one big permanent plot with size of 100m×100m was established for each forest and continuous positioning measurement will be carried out every 5 years. According to topological relationship, spatial structure stability and its effects on tree growth in mixed forest will be studied based on GIS technology, including: (1) Relationship between topological relationship and forest spatial structure. Based on Voronoi diagram, topological adjacency is assumed the most basic topological relationship. Then, the actual survey data will be used to verify and illuminate the relationship between topological adjacency and topological association or topological containing and its effects on spatial structures. (2) Stability and difference analysis of different spatial structures of mixed forests. K-S test and dynamic rate will be used to compare the stability differences of varied spatial structures affected by topological adjacency for two mixed forests. (3) Effects of spatial structure stability on tree growth in mixed forests. Based on stability analysis of spatial structures in mixed forests, the main spatial structure factors causing tree death will be found, and individual tree topological growth models containing topological growth driving factor will be established.

近年来对森林空间结构动态研究发现，森林空间结构具有相对稳定性，但稳定性的原因及其对树木生长的影响尚不清楚。本研究以浙江天目山国家级自然保护区两种典型混交林常绿阔叶林和针阔混交林为对象，各建立1个100m×100m大型固定标准地，按5年间隔期连续定位调查，依据拓扑关系分析方法，在GIS支持下，研究揭示混交林空间结构稳定性及其对树木生长的影响，主要内容：（1）拓扑关系与森林空间结构的关系。基于Voronoi图，假设拓扑邻接是最基本拓扑关系，用实际调查数据验证和阐明拓扑邻接与拓扑关联、拓扑包含的关系及对空间结构的影响。（2）混交林不同空间结构稳定性及差异分析。用K-S检验和动态比率，比较两种混交林在拓扑邻接影响下不同空间结构稳定性差异。（3）混交林空间结构稳定性对树木生长的影响。在两种混交林空间结构稳定性分析基础上，找出导致树木死亡的主要空间结构因子，建立包含拓扑生长驱动因子的单木拓扑生长模型。

近年来对森林空间结构动态研究发现，森林空间结构具有相对稳定性，但稳定性的原因及其对树木生长的影响尚不清楚。本研究以浙江天目山国家级自然保护区两种典型混交林常绿阔叶林和针阔混交林为对象，各建立1个100m×100m大型固定标准地，按5年间隔期分别在2005年～2020年、2006年～2021年连续进行4次调查，依据拓扑关系分析方法，在GIS支持下，研究混交林空间结构稳定性及其对树木生长的影响。主要研究内容：拓扑关系与森林空间结构的关系、混交林不同空间结构稳定性及差异性和混交林空间结构稳定性对树木生长的影响。重要结果、数据及科学意义：（1）森林拓扑关系有拓扑邻接、拓扑关联和拓扑包含。拓扑邻接是最基本的拓扑关系，两种混交林对象木的平均最近邻木株数均为6，表明不同森林有相同拓扑邻接特征，可用于森林经营合理空间结构配置。拓扑关联是不同树种之间的竞争关系或相互隔离关系，两种混交林均为中度混交，竞争态势均不稳定，种内竞争是主要原因，较高竞争强度是导致林木枯死的共同原因。拓扑包含是树木之间的树冠重叠关系，混交林的树冠重叠度增长比郁闭度增长快。常绿阔叶林在垂直方向上的树冠重叠度增加较快，而针阔混交林侧重水平方向上的林冠扩展。（2）两种混交林共同稳定的空间结构特征：平均最近邻木株数为6株、显著聚集分布、中度混交、树冠重叠度增长比郁闭度增长快。两种混交林不稳定的空间结构特征：常绿阔叶林的种内、种间和林分竞争（平均值和中位数）加剧，针阔混交林的种内、种间和林分竞争（中位数）降低，主要原因均为种内竞争；常绿阔叶林全混交度降低，而针阔混交林全混交度增加；常绿阔叶林比针阔混交林的树冠重叠度增加幅度大。（3）空间结构因子的稳定性与其对树木生长的影响呈相反关系，稳定性高的最近邻木株数、林木空间分布格局、全混交度是维持混交林结构稳定的基础，竞争是最不稳定的空间结构因子，但它是影响树木生长的最主要空间结构因子。