小流域尺度防护林体系空间配置调整方法

的理想模式, 即在森林覆盖率、 植被类型比例和树种 比例等方面达到理想的指标。现有防护林体系的空 间配置往往是不理想的, 因此需要施以一定的调整 措施 , 诸如封山育林、 幼林抚育、 管护、 抚育间伐、 造 林更新和补植等 , 并落实到具体的小班 , 逐渐导向既 定的目标状态。显然 , 这样的目标 , 可以对应很多种 不同的空间布局 , 它们在防护效益上的差别可认为 不显著。例如 , 假定最佳的森林覆盖率为 60% , 而 60% 面积的森林可以生长在不同的地方 , 因此, 以此 为目标, 可以有多个不同的空间布局, 它们对应的防 护效益可能会有差别, 但是与较低的森林覆盖率的 防护效益相比, 这些差别可以被忽略。这样, 对于一 个理想模式 , 意味着空间布局的调整路径可能存在 很多个。 1 2 调整期与调整分期 调整是一个wk.baidu.com间过程 , 调整期通常有两种设定 : 第一种是规定一个固定的时间长度 , 例如 50 年。由 于森林生长的特点, 调整期通常比较长 , 在调整期结 束的时候, 防护林体系的空间配置有可能达到或者 接近于理想模式。第二种是从调整开始至达到理想
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文献标识码 : A
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文章编号 : 1000 1522( 2008) 增刊 2 0041 06
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WANG Chun ling ; SONG T ie ying ; YU Xin xiao Regulation method of spatial allocation for protection forest system at small watershed scale . Journal of Beijing Forestry University ( 2008) 30( Supp. 2) 41 46[ Ch, 9 ref. ] 1 College of Information, Beijing Forestry University, 100083, P. R. China; 2 Key Laboratory for Soil and Water Conservation & Combat ing Desertification of Ministry of Education, Beijing Forestry University, 100083, P. R. China. Based on the analyses of the research status and existing problems of spatial allocation for protection forest system, the authors studied the elements, steps, main ideas and technology line of its regulation, and established 0 1 int eger programming regulat ion model in a regulation period. The model can provide the regulation scheme through choosing a group of subcompartments that need to be regulated, aiming at their protection efficiency maximization, constraining its operation costs and improving its existing status. This study enriches the theory of the spatial allocation regulation for protection forest system, and has the pract ical guiding reference for the protection forest management . Key words protection forest system; spatial allocation; regulation method; 0 1 integer programming; regulation model; watersheds 防护林体系空间配置是指防护林体系的土地利 用结构、 林种结构和树种结构。防护林体系的空间 配置是影响防护林体系防护效益发挥的关键因素 ; 经营防护林的最主要目标就是调整其空间配置 , 使 之在 区 域发 展 的土 地 利用 约束 下 达 到防 护 效益 最优。 目前 , 国内外对于防护林体系空间配置的研究 主要在区域和小流域 2 个尺度上进行
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王春玲等 : 小流域尺度防护林体系空间配置调整方法
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整措施也不同。而且对于需要实施同一调整措施的 小班 , 如造林更新, 种植的树种也会根据立地条件有 所不同。在当地林业经营部门和林业专家指导下 , 将小班的现状划分为 m 类、 调整目标划分为 n 类、 经营措施划分为 s 类 , 并建立相互之间的对应关系。 例如, 小班 x1 的现状是小班类型 1( 低阳薄松立地 的针叶林) , 调整目标是第 2 类 ( 针阔混交林 ) , 调整 措施是第 3 类 ( 补植) 。在确定调整措施的同时 , 结 合研究区域的现状, 给出相应的调整成本。
。区域尺度
的防护林体系空间配置, 主要解决的是最佳森林覆 盖率问题, 即森林植被覆盖率达到多少才能够满足 区域发展的全面需求。以最佳森林覆盖率为核心的
收稿日期 : 2008 06 02 http: www . bjfujournal. cn, htt p: journal. bjf u. edu. cn 基金项目 : 十一五 国家科技支撑计划项目 ( 2006BAD03A02) 、 北京市科委博士论文资助专项基金项目 ( ZZ0718) 。 第一作者 : 王春玲 , 博士生 , 讲师。主要研究方向 : 林业信息技术。电话 : 13366687098 Email : wangchl @ bjfu. edu. cn 大学水土保持学院。 地址 : 100083 北京林业
模式所需要的时间长度设定为调整期。如何寻找最 短的调整期, 是一个动态优化的问题。到目前为止, 这样的空间格局的动态优化问题 , 只能采用枚举的 方法来实现, 而对成千上百个小班的调整采用枚举 法, 其计算量的问题难以解决。调整分期是一个短 期的调整阶段 , 例如 5 年。一个调整分期的调整目 标设定为通过一个分期的调整使得整个防护林体系 的防护效益最大, 这个问题是一个静态优化问题 , 可 以用数学规划的方法来求解。如果依次使逐个调整 分期的防护效益都达到最大, 则这些调整分期组成 的调整路径, 就有可能接近或达到理想模式。这样, 达到理想模式所需的时间实质上就是调整期长度。 把研究重点放在调整 分期的优化上也具有现 实意 义, 因为经营者当前最关心的是如何在近期内最大 程度地提高防护效益 , 而不是几 十年以后的状 况。 因此 , 本文的研究立足于调整分期的调整。 1 3 调整单元 防护林体系空间配置的调整要落实到具体的地 块上 , 从林业生产经营的实施来说 , 一般的经营措施 如封山育林、 幼林抚育、 管护、 抚育间伐、 造林更新、 补植等均以小班为单位实施。目前 , 森林资源监测 和调查的数据也是以小班为基本单元的, 所以在本 文的模型中, 以小班作为防护林体系空间配置调整 的基本调整单元。 1 4 小班调整的优先度 在一个防护林体系里有成千上百个小班, 这些 小班全部进入调整模型计算 , 是不必要的。从防护 效益出发 , 并不是所有的小班都应该进行调整, 因此 需要分析小班调整的优先度, 目的是为每个调整分 期产生一批待选的优先调整小班。 将小班划分为 4 级: 结构合理的小班、 优先调整 的小班、 次优先调整的小班和不适宜调整的小班。 1) 结构合理的小班: 在小流域二类调查数据的 基础上, 结合已有的立地类型与其适宜树种的研究 成果 , 如果某小班的立地类型与其适宜树种相吻 合或接近吻合 , 且为近熟林或成熟林, 则认为该小班 的结构合理, 暂时不进行调整。 2) 调整的优先顺序: 在需要调整的小班中 , 根据 防护林体系经营的目标 , 结合研究 区域的自然、 社 会、 经济特点 , 本文提出以交通条件、 土壤侵蚀度、 生 态重要性为依据的小班调整优先顺序选择的标准, ( 见表 1) 。在一个调整分期里 , 只有优先级最高的 小班参加调整 , 这样就确保了调整的高效性。 1 5 调整的措施 被选中进入调整的小班的现状通常是多样的, 具有不同的立地类型和植被类型 , 对它们实施的调
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调整要素
对于涉及到大量空间点的动态调整问题 , 必须
对问题进行必要的精简, 才能找到解决问题的途径。 经过分析, 本研究认为防护林体系空间配置调整的 关键要素包括调整目标、 调整期、 调整单元、 调整优 先度、 调整措施及防护效益权重 6 个方面 , 对于这 6 个要素必须首先加以明确的分析和定义。 1 1 调整目标 设定防护林体系经营的目标是要达到空间配置
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Vol. 30, Supp. 2 Nov. , 2008
2008 年 11 月
JOURNAL OF BEIJING FORESTRY UNIVERSITY
小流域尺度防护林体系空间配置调整方法
王春玲
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宋铁英
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余新晓
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( 1 北京林业大学信息学院
2 北京林业大学水土保持学院 )
摘要 : 该文在分析防护林体系空间配置的研究现 状及存在问题 的基础上 , 提 出了防 护林体系 空间配 置调整 的要素 和步骤 , 研究了小流域尺度防护林体系空间配置 调整的主要思 路和技术 路线 , 构建 了调整分 期内的 防护林 体系空 间配置调整的 0 1 整数规划模型。该模型选择一组 需要进入调整分期的小班 , 以最 大限度地 发挥了防护 林体系的 防护 效益为目标 , 经营成本和改进现有的空间配置为 约束 , 生成可 供决策 者参考 的调整 方案。该研 究充实 了防护 林体系空间配置的关于现有状态调整的理论研究 , 同时对于防护林管理部门的生产实践具有实际指导意义。 关键词 : 防护林体系 ; 空间配置 ; 调整方法 ; 0 1 整数规划 ; 调整模型 ; 流域 中图分类号 : S757 4
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第 30 卷
置的理想模式。 与防护林体系空间配置的理想模式相比较 , 现 有的防护林体系的空间配置存在着相当多不合理的 成分 , 例如栽植树种的防护效益不理想、 树种比例不 合理等。防护林体系空间配置的调整, 就是研究如 何利用各种经营手段改造现有防护林体系的空间配 置, 使之逐步达到理想的模式。这个问题是防护林 经营部门必须面对的实际问题 , 也是防护林体系空 间配置研究的关键问题。一个调整方案是一个时间 点组成的序列, 在每个时间点的若干指定空间点上 ( 小班 ) 进行指定的经营活动。一个防护林体系有成 千上百个小班, 如何进行有序地调整, 使得在成本和 经营能力的约束下, 确保整个防护林体系的防护效 益随时间平稳增加, 尽快达到或接近理想的模式, 这 是一项复杂的系统工程, 也是本研究要探讨解决的 问题。
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区域尺度防护林体系空间配置的研究 , 在宏观上为 区域森林资源的合理配置提供了数量上的依据, 但 并不能为防护林体系在林种或树种的空间布局方面 提供具体的理论依据。因此, 一些学者对小流域尺 度的防护林体系空间配置进行了研究。小流域尺度 的防护林体系空间配置, 主要是从研究不同树种和 不同植被群落的水文、 水质、 泥沙效应入手, 分析诊 断不同小流域生态系统的特点, 根据不同防护林体 系的防护机制 , 以小流域为单元, 确定植被类型和树 [2 4] 种面积最优的比例结构 。在本研究中, 将这种理 论上的最优比例结构称之为流域防护林体系空间配