洞庭湖湿地森林生态系统经营的空间途径研究

100多年来，洞庭湖湖泊逐渐萎缩及水情和生态环境的日益恶化，森林植被面积急剧减少，天然耐水湿乔灌木树种的不断灭绝以及外来入侵树种显著增多。在保护和恢复洞庭湖湿地森林生态系统中，如何重构森林空间结构，恢复湿地森林的功能，发挥其抗风防浪、护堤固岸、涵养水源、改善水质等效用成为当前最为迫切需要解决的问题。因此，开展湿地森林空间理论和生态系统恢复的研究具有重要的理论意义和现实指导意义。以生态学、森林经理学、系统工程、森林生态系统近自然经营等理论为依据，利用数据挖掘、多目标规划和3S技术手段，从洞庭湖湿地森林生态系统结构与功能的关系出发，在林分尺度上研究森林生态系统结构和生长演替规律；分析描述包含空间信息的林分结构，选择科学的空间指标体系，建立理想的林分空间结构模式；提出空间结构优化的均质性目标并应用优化算法进行多目标规划，建立洞庭湖典型森林类型结构优化模型，指导洞庭湖湿地森林生态系统的保护和恢复。

以生态学、森林经理学、系统工程理论为依据，利用多目标规划、人工智能和3S技术手段，在分析洞庭湖湿地森林生态系统结构与功能关系的基础上，在林分尺度上研究了洞庭湖湿地森林生态系统经营空间途径的理论和方法。其主要成果包括：.（1）应用树种组成、混交、多样性指数、垂直结构等指标对洞庭湖天然阔叶林结构进行了分析，结果表明：天然阔叶林多样性指数差别性明显，林分直径分布成反J型曲线，株数随径阶的增加而减少，具有明显的异龄林特征。.（2）提出了基于空间密度指数分析森林生态系统空间结构的方法，克服了传统方法与林木距离无关的不足，南洞庭湖次生林实例分析表明，该方法能较全面和客观分析天然次生林空间结构。.（3）提出了基于Voronoi图的格局分析方法，洞庭湖湿地森林群落应用可知，该方法在空间上表征了林木的生长繁育特性、种内种间关系、资源分布特征，为计算几何方法应用于林分空间分析提供了新思路。.（4）提出了林层指数、自然构成指数、干扰指数模型，并运用粗糙集理论和变异系数法构建了森林自然度的计量模型。洞庭湖三种混交林自然度评价表明，青椆、苦槠和檫木混交林自然度分别为0.741，0.727，0.593，均处于森林自然度的Ⅰ、Ⅱ级，属于明显人为干扰的天然林和处于演替后期的次生群落类型。.（5）借鉴生态学系统内部均衡和均质原理，从混交、竞争、分布格局三方面提出了林分空间优化的均质性指数、均质性评价方法和评价标准。洞庭湖区域15个天然次生林群落评价结果表明，其均质性评价指数平均为0.2517，基本处于1、2级，离理想空间结构差距明显。.（6）基于遗传算法建立森林生态系统理想空间结构模型，从林分空间整体出发，在多维空间并行搜索解集，产生多组林分空间结构最优解，为结构化森林经营提供了量化的标准。 .（7）综合群落内林木空间信息特征，建立了间伐指数模型，应用于洞庭湖龙虎山林场经营实践，结果表明由林木间伐指数获得的间伐木决策方案科学合理。.（8）从传统林分结构、林分空间结构、林分垂直结构三个层面构建了森林生态系统经营的目标结构，利用改进粒子群算法将林分多目标空间规划转化为粒子群体迭代寻优，提出天然次生林结构多目标优化模型。针对西洞庭湖水源涵养林输出的目标树空间结构单元制定了周密的经营策略，经模拟和现实林分经营调控后，林木点结构指标和林分整体指标有了明显变化。