广东湛江红树林生态系统空间结构优化研究

红树林生态系统是处于海洋生态系统与陆地生态系统之间经长期演替形成的一种系统结构稳定、生产力高的特殊森林生态系统,在生物多样性与减灾防灾功能上具有不可替代的作用,在保护和恢复红树林中,如何优化空间结构,恢复红树林的功能,发挥减灾防灾作用成为当前最为迫切需要解决的问题。 本文以广东湛江红树林为研究对象,通过17个林分类型的调查木和周围四株相邻木的调查数据和收集资料,从林分和景观两个层次研究红树林生态系统经营的空间途径。研究方法包括森林可持续经营理论、系统科学理论、景观生态学、森林空间结构理论、观测数据非线性时间分布理论和方法、数据挖掘技术和数理统计、非线性多目标规划等。从结构与功能关系入手,以保护生态系统和森林类型的多样性,保持森林景观的完整性和稳定性为目标,在景观层次研究广东湛江红树林空间结构优化经营方案；以林分为经营单位,分析包含空间信息的林分结构因子,通过合理经营,优化系统内部空间结构。主要研究内容和研究结论如下： (1)林分空间结构均质性指数研究。依据景观生态学斑块内部均质性的原理,提出了林分空间结构优化经营的均质性目标,从混交、竞争、空间分布格局、树种优势状态和林木生长状况等方面筛选目的树种指数、角尺度、健康指数、大小比数、空间密度指数、混交度、竞争指数等7个空间因子,应用多目标规划方法定义了描述均质性目标的指标参数-均质性指数。 (2)林分均质性指数关联度研究。应用粗糙集理论和灰色关联度法分类和筛选与均质性指数相关的空间因子,精简指标体系,删除了包括“开敞度”、“枝下高”、“树高”和“冠幅”等无关的因子,获得各影响因子与均质性指数的关联度大小和优先度位序为：竞争指数0.716>混交度0.686>空间密度指数0.670>目的树种指数0.644>角尺度0.638>大小比数0.616>健康指数0.607。 (3)红树林林分均质性影响因子特征分析。对林分均质性影响因子及相关属性分析,湛江红树林具有如下特性：①不同林分、不同树种种群高度和冠幅结构的差异较大,且随个体胸径增大而呈正相关,密度呈现负增长；②树种组成简单,多样性较低,整体表现为中庸向优势树种过渡的状态,树种隔离程度不高,属于弱度混交与中度混交的过渡类型,不同潮带间的林分混交强弱有明显区别,大小分化和大小组合的差异也很大；③分布格局整体呈随机分布偏向不均匀分布(团状分布)；④林分整体竞争强度差异不明显,且随着林木径级的增大而减小；⑤树种优势状态差异不显著,优势树种数量有限,现有林分林木生长状况差异性不大,枯死木和受病虫危害的林木较少。 (4)红树林林分空间结构均质性评价。根据林分均质性指数的意义,定义了评价林分空间结构特征的量化指标—林分均质性评价指数,并将林分均质性特征划分7个不同等级；湛江红树林林分平均均质性评价指数不到0.15,在17个林分中均质性评价等级为2级的只有4个林分,其余均为1级,说明湛江红树林各林分整体上在空间结构、生长状况和树种优势状态等方面不具有明显优势,离理想结构差距较大。 (5)红树林林分空间结构优化模型的建立与应用。以林分空间结构均质性指数为目标函数,设置林分结构8个指标为约束条件,从择伐和补植两个经营手段分别建立红树林林分空间结构优化模型。应用两个模型进行优化经营实践,经营后的空间结构能得到较大改善,使红树林林分空间结构朝理想结构状态转化。模型实际使用简单,可操作性强。 (6)红树林景观空间结构优化研究。分析红树林景观空间结构与功能关系,在景观层次上,筛选出与景观功能密切相关的森林类型多样性、森林年龄结构、森林面积比例、森林空间分布等因子建立湛江红树林景观空间结构优化模型。根据模型,从目标层、策略层、措施层和子措施层四个层次提出广东湛江红树林景观空间结构优化经营方案,在保持景观类型多样性的前提下,通过对红树林面积、年龄结构、斑块空间配置各要素的调整向“合理面积”、“异龄”、“混交”,“斑块嵌套“的格局发展。 本文首次提出林分空间结构优化的均质性目标,定义了量化指标—林分均质性指数。根据均质性指数建立了林分择伐和补植两个空间结构优化模型。通过对湛江红树林林分类型的均质性特征分析以及优化模型的应用实例分析表明林分均质性指数对空间结构的评价符合客观实际。均质性目标量化标准的提出使林分空间结构优化经营有了新的突破。优化模型易于操作,可释性强,具有一定的实用价值和现实意义。在景观层次上,应用与红树林景观功能密切相关四个因子建立景观空间结构优化模型,根据优化模型提出了湛江红树林景观空间结构优化经营方案,为红树林景观尺度的森林经营提供了理论依据。