农林复合的基本原理总结
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4
生态系统的组成成分
六大组成成分
• • • • 无机物 有机化合物 非生物成分 气候因素 生产者 (producer) • 消费者 (consumer) 生物成分 • 分解者 (生物群落) (还原者) (decomposer)
三大功能群
①生产者：自养生物，主 要是各种绿色植物，也包 括蓝绿藻和一些能进行光 合作用的细菌。 ②消费者：异养生物，主 要指以其他生物为食的各 种动物。 ③分解者：异养生物，把 复杂的有机物分解成简单 无机物，包括细菌、真菌、 放线菌和动物等。
22
生态系统学原理及其应用
V 种间他感作用原理（例）
23
生态系统学原理及其应用
V 种间他感作用原理（例）
原料 刺槐根 介质 水 对象 茅草根茎 小麦种子 茶树种子 指标 生根、发芽 萌发 结果 抑制 出处 王九龄 1986
泡桐根、苹果根、 水 杨树根和桃树根 橡胶叶片 芒萁植株 水 水
抑制，桃根 > 杨树根 > 苹果树 祝心如等 1997 根>泡桐根 曹潘荣等 1997 叶居新等 1987
它包括基因多样性、物种多样性和生态系统多样 性三个层次。
森林生态系统 农田生态系统
草地生态系统 荒漠生态系统
抵抗力稳定性
恢复力稳定性
28
生态系统学原理及其应用
VII 生物多样性与稳定性原理（例）
东北地区野生人参濒临绝迹，但通过林参复合系 统进行人参的人工栽培，有助于保存人参的基因， 因而为维护生物多样性作出贡献。
(group
iii 生态位部分重叠
iv 生态位邻近 v 生态位完全分开
2
) 资wenku.baidu.com轴(group 1)
12
生态系统学原理及其应用
II 生态位原理——生态位的重叠与竞争
假设：环境已充分饱和
i 生态位完全重叠 ii 生态位包含
iii 生态位部分重叠
iv 生态位邻近 v 生态位完全分开
13
生态系统学原理及其应用
Shagar 和 Patten(1972) 提出以生态位位置、生态位 宽度及种群在最适生境的丰富度作为描述混合种 群内各物种间相互关系的生态位格局
16
生态系统学原理及其应用
II 生态位原理——生态位格局（例）
沈泽昊, 方精云. 2001. 基于种群分布地形格局的两种 水青冈生态位比较研究. 植物生态学报, 25(4): 302-308.
II 生态位原理——生态位测度(measure)
i 生态位宽度 任何一个有机体单位对资源利用的多样化程度
Bi 1
2 p ia a 1 n
( Levins,1968 )
Pia表示物种i利用资源a的比例；n为资源状态数
Pia N ia
ii 生态位体积 iii 生态位重叠 iv 生态位距离
N
19
生态系统学原理及其应用
IV 种间竞争与互补关系原理（例）
8 6 4 2 0 0 -2 -4 2 4 6 8 10 12
y = -0.8389x + 6.1715 R² = 0.936
20
生态系统学原理及其应用
IV 种间竞争与互补关系原理（例）
双方受益型
单方受益型
双方受损型
损益互存型
Mead等(1980)提出利用土地当量值(LER)来表示
29
生态系统学原理及其应用
VIII 生态场理论
物理学中的场是指力的作用空间和范围 生态干涉力的作用空间范围即为生态场 生态干涉力是生物内部、生物与环境之间相互作用 存在的内在原因
应用——种植密度 影响植物种群密度的因素主要有： ① 种群的结构和繁殖特性； ② 光、温度、水分、大气、土壤等物理环境因子； ③ 种内和种间因素。
农林复合原理与技术
Agroforestry
西北农林科技大学资源环境学院 水土保持与荒漠化防治工程系
生态
王进鑫 李 明
农业
环境
1
第二章 基本原理(Fundamental)
农林复合经营作为一种土地利用方式，其规划设计、 结构配置和模式优化、可持续经营管理等实践过程同 样也离不开科学的理论指导，这些理论涉及系统论、 生态学、生理生态学、景观生态学、系统工程学以及 经济学、农村社会学等相关学科和领域。
5
生态系统学原理及其应用
概念(Definition)：
生态系统是指一定时间、某一空间内所有生物(包括动、 植物和微生物 )及其环境 (包括光、热、水、土、气候、 地貌等)，通过各组成要素间的物质循环和能量流动以 及信息传递而形成的相互依存、相互制约、具有统一 功能的综合体。
系统的基本特性：
组成成分方面 动态平衡特性 开放性 结构特性 系统演替 组分间相互作用
生态系统学原理及其应用
VI 边缘效应原理
Beeher(1942) 在鸟类研究中发现，在群落交错地 带鸟的数量比邻近群落的多 两个或多个不同生物地理群落交界处的复杂结构， 不同生境的各类共生种群密度变化较大、某些物 种特别活跃、生产力亦相应较高的现象称为边缘 效应。
一是边缘效应带的群落结构复杂
二是边缘效应使边缘地带常具有较高的生产力 三是边缘效应以强烈竞争开始，以和谐的共生结束
( N sn N sn 1 ) /(t n t n1 ) rs N sn 1 (K s N sn 1 N mn 1 ) / K s
( Nmn Nmn1 ) /(tn tn1 ) rm Nmn1 (Km Nmn1 Nsn1 ) / Km
6
生态系统学原理及其应用
I 结构与功能原理： 结构决定功能，功能是系统结构的反映。
n
W＞ pi i 1,2,, n
i 1
W pi 0 i 1, 2,3,
i 1
n
, n
乔灌结合的防护林系统 W＜ pi 0i 1,2,3,, n
n i 1
7
W代表整体功能，Pi为第i组分的功能，n为系统组分数目。
东北地区东部山坡地，选择红松、落叶松、云杉、 水曲柳等树种进行带状混交，形成较大的边缘地 带，实践证明，不仅森林病虫害明显减少，而且 获得了较高产量，实现了长短结合。
黑龙江省宝清县兴国村的稻—苇—鱼—鹅—貂生 物循环系统。
27
生态系统学原理及其应用
VII 生物多样性与稳定性原理
生物多样性是指在一定时间和一定地区所有生物 （动物、植物、微生物）物种及其遗传变异和生 态系统的复杂性总称。
8
生态系统学原理及其应用
II 生态位原理——生态位的重叠与竞争
假设：环境已充分饱和
i 生态位完全重叠 资 源 轴
(group 2 ) 资源轴(group 1)
9
生态系统学原理及其应用
II 生态位原理——生态位的重叠与竞争
假设：环境已充分饱和
i 生态位完全重叠 ii 生态位包含 资 源 轴
(group 2 ) 资源轴(group 1)
生态学原理
系统论与系统工程学
2
生态系统工程学原理 社会经济学原理
第一节 系统论原理 (Systems theory)
构成一个系统必须具备3个条件： ①具有组成系统的多种要素； ②要素之间相互作用，形成一个有机的整体； ③组成要素的有机整体各具特定功能。
系统的基本特性：
目的性 有序性 集合性 层次性 相关性 整体性
萌发，幼苗生 低浓度促进，高浓度抑制 长 马尾松、猪屎豆、 天 兰 苜 蓿 、 紫 花 萌发 对马尾松促进，其他抑制 苜蓿等
他感作用随受体植物种类和生长发育阶段也有所变化
我国在这方面的研究尚处于起步阶段，有待进一步拓宽和深入。 Luo S. 2013. Allelopathy in South China Agroecosystems. Allelopathy. 145-157. 24
生态要素2 w x 10 15 10 5
y 5 12
求： (1) A、B物种分别对于生态要素1和2的生态位宽度及归一化 生态位宽度 (2) A、B物种的整体生态位宽度及归一化的整体生态位宽度 (3) A、B物种分别对于生态要素1和2的生态位重叠度及整体重叠 15 度
生态系统学原理及其应用
II 生态位原理——生态位格局
Ln((K-N)/N)=a-rt
dN1 K 1 N 1 N 2 rm1 N 1 K1 dt dN K N N 2 1 2 r N 2 m2 2 dt K 1
Ln((K N ) / N ) a rt
生态系统学原理及其应用
II 生态位(niche)原理——概念 Grinnell于1917指出生态位表示栖息地再划分的 空间单位，定义其为是指物种的生物群落中的 地位和作用。 Elton(1927) 关系 Dice(1952) 空间 生态位（ecological niche)是指一个种群在生态系 统中，在时间空间上所占据的位置及其与相关 种群之间的功能关系与作用。
LER 品种A的单位面积间作产量 品种B的单位面积间作间产量 品种A的单位面积单作产量 品种B的单位面积单作产量21
生态系统学原理及其应用
V 种间他感作用原理
种间作用方式： 物理机械作用、生物物理作用和生物化学作用 生物化学关系又称为他感作用，是指供体植物通 过分泌生化活性物质对受体植物产生毒害作用或 促进作用。 萜类化合物和酚类化合物 根、叶、果实为主 渗透、挥发、淋洗
j1
n
ij
14
生态系统学原理及其应用
II 生态位原理——生态位测度1
物种 A B a 15 1 生态要素1 b c d 5 13 12 3 5 8
Bi
e 10 20
2 p ia a 1
n
( Levins,1968 ) N ia Pia n N ij
j1
物种 A B
q 5 10
17
生态系统学原理及其应用
III 食物链原理
大鱼吃小鱼，小鱼吃麻虾，麻虾吃泥巴 i 加环 ii 减耗 iii 交换链
18
生态系统学原理及其应用
IV 种间竞争与互补关系原理
逻辑斯蒂增长模型(Logistic growth model) dx/dt=rx(1-p)
K1 N1 dN1 rm1 N 1 dt K 1 K2 N2 dN 2 rm2 N 2 K dt 2
30
生态系统学原理及其应用
VIII 生态场理论（例）
合理密植可以使植株充分利用光、水、肥等资源，是提高玉米 产量的重要环节。 种得太稀难以高产、高效；种得太密易造成的空秆、秃尖，遇 到不良环境条件还会出现倒伏、病害重等情况，同样会造成减 产。那么，究竟该怎样确定玉米的合理种植密度呢？
一般情况下，平展型玉米品种单株生产能力强，但不耐密植， 适宜种植密度为每667平方米3000～3500株； 耐密型玉米品种主要靠群体优势发挥增产潜力，适宜种植密 度为每667平方米4000～5000株； 半紧凑型玉米品种的单株生产能力和耐密性介于平展型和紧 凑型之间，适宜种植密度为每667平方米3500～4000株。
25
生态系统学原理及其应用
VI 边缘效应原理
i 加成效应 生态位扩宽 ii 协合效应
新有机整体的协同作用 iii 富集效应 向边缘区域移动
26
生态系统学原理及其应用
VI 边缘效应原理（例）
在混交林中，不同混交树种其混交边缘行林木生 长量有的高于纯林，有的低于纯林。可见，树种 间关系是否适应决定着边缘效应的正负效应。
3
生态系统学原理及其应用
概念(Definition)：
生态系统是指一定时间、某一空间内所有生物(包括动、 植物和微生物 )及其环境 (包括光、热、水、土、气候、 地貌等)，通过各组成要素间的物质循环和能量流动以 及信息传递而形成的相互依存、相互制约、具有统一 功能的综合体。
系统的基本特性：
组成成分方面 动态平衡特性 开放性 结构特性 系统演替 组分间相互作用
10
生态系统学原理及其应用
II 生态位原理——生态位的重叠与竞争
假设：环境已充分饱和
i 生态位完全重叠 ii 生态位包含 资 源 轴
(group 2 ) 资源轴(group 1)
11
iii 生态位部分重叠
生态系统学原理及其应用
II 生态位原理——生态位的重叠与竞争
假设：环境已充分饱和
i 生态位完全重叠 ii 生态位包含 资 源 轴
31
生态系统学原理及其应用
VIII 生态场理论（例）
树种 杉木 柳杉 水杉 池杉 密度(株/亩) 74-167 74-167 64-110 18-110 株行距(m) 3×3—2×3—1.4×4—2×2 3×3—2×3—2×2 3×3.5—1.5×4—2×3 3.5 × 10.5 — 4 × 6 — 3.5 × 3.5 — 3 × 4 — 3 × 3— 2× 3 — 1.5 × 4 — 1.5 × 2 × 6 （宽 窄行） 3×4—1.5×4—2×3 1.5×2.8—1.5×2—1.3×2（林-参间作）
生态系统的组成成分
六大组成成分
• • • • 无机物 有机化合物 非生物成分 气候因素 生产者 (producer) • 消费者 (consumer) 生物成分 • 分解者 (生物群落) (还原者) (decomposer)
三大功能群
①生产者：自养生物，主 要是各种绿色植物，也包 括蓝绿藻和一些能进行光 合作用的细菌。 ②消费者：异养生物，主 要指以其他生物为食的各 种动物。 ③分解者：异养生物，把 复杂的有机物分解成简单 无机物，包括细菌、真菌、 放线菌和动物等。
22
生态系统学原理及其应用
V 种间他感作用原理（例）
23
生态系统学原理及其应用
V 种间他感作用原理（例）
原料 刺槐根 介质 水 对象 茅草根茎 小麦种子 茶树种子 指标 生根、发芽 萌发 结果 抑制 出处 王九龄 1986
泡桐根、苹果根、 水 杨树根和桃树根 橡胶叶片 芒萁植株 水 水
抑制，桃根 > 杨树根 > 苹果树 祝心如等 1997 根>泡桐根 曹潘荣等 1997 叶居新等 1987
它包括基因多样性、物种多样性和生态系统多样 性三个层次。
森林生态系统 农田生态系统
草地生态系统 荒漠生态系统
抵抗力稳定性
恢复力稳定性
28
生态系统学原理及其应用
VII 生物多样性与稳定性原理（例）
东北地区野生人参濒临绝迹，但通过林参复合系 统进行人参的人工栽培，有助于保存人参的基因， 因而为维护生物多样性作出贡献。
(group
iii 生态位部分重叠
iv 生态位邻近 v 生态位完全分开
2
) 资wenku.baidu.com轴(group 1)
12
生态系统学原理及其应用
II 生态位原理——生态位的重叠与竞争
假设：环境已充分饱和
i 生态位完全重叠 ii 生态位包含
iii 生态位部分重叠
iv 生态位邻近 v 生态位完全分开
13
生态系统学原理及其应用
Shagar 和 Patten(1972) 提出以生态位位置、生态位 宽度及种群在最适生境的丰富度作为描述混合种 群内各物种间相互关系的生态位格局
16
生态系统学原理及其应用
II 生态位原理——生态位格局（例）
沈泽昊, 方精云. 2001. 基于种群分布地形格局的两种 水青冈生态位比较研究. 植物生态学报, 25(4): 302-308.
II 生态位原理——生态位测度(measure)
i 生态位宽度 任何一个有机体单位对资源利用的多样化程度
Bi 1
2 p ia a 1 n
( Levins,1968 )
Pia表示物种i利用资源a的比例；n为资源状态数
Pia N ia
ii 生态位体积 iii 生态位重叠 iv 生态位距离
N
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生态系统学原理及其应用
IV 种间竞争与互补关系原理（例）
8 6 4 2 0 0 -2 -4 2 4 6 8 10 12
y = -0.8389x + 6.1715 R² = 0.936
20
生态系统学原理及其应用
IV 种间竞争与互补关系原理（例）
双方受益型
单方受益型
双方受损型
损益互存型
Mead等(1980)提出利用土地当量值(LER)来表示
29
生态系统学原理及其应用
VIII 生态场理论
物理学中的场是指力的作用空间和范围 生态干涉力的作用空间范围即为生态场 生态干涉力是生物内部、生物与环境之间相互作用 存在的内在原因
应用——种植密度 影响植物种群密度的因素主要有： ① 种群的结构和繁殖特性； ② 光、温度、水分、大气、土壤等物理环境因子； ③ 种内和种间因素。
农林复合原理与技术
Agroforestry
西北农林科技大学资源环境学院 水土保持与荒漠化防治工程系
生态
王进鑫 李 明
农业
环境
1
第二章 基本原理(Fundamental)
农林复合经营作为一种土地利用方式，其规划设计、 结构配置和模式优化、可持续经营管理等实践过程同 样也离不开科学的理论指导，这些理论涉及系统论、 生态学、生理生态学、景观生态学、系统工程学以及 经济学、农村社会学等相关学科和领域。
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生态系统学原理及其应用
概念(Definition)：
生态系统是指一定时间、某一空间内所有生物(包括动、 植物和微生物 )及其环境 (包括光、热、水、土、气候、 地貌等)，通过各组成要素间的物质循环和能量流动以 及信息传递而形成的相互依存、相互制约、具有统一 功能的综合体。
系统的基本特性：
组成成分方面 动态平衡特性 开放性 结构特性 系统演替 组分间相互作用
生态系统学原理及其应用
VI 边缘效应原理
Beeher(1942) 在鸟类研究中发现，在群落交错地 带鸟的数量比邻近群落的多 两个或多个不同生物地理群落交界处的复杂结构， 不同生境的各类共生种群密度变化较大、某些物 种特别活跃、生产力亦相应较高的现象称为边缘 效应。
一是边缘效应带的群落结构复杂
二是边缘效应使边缘地带常具有较高的生产力 三是边缘效应以强烈竞争开始，以和谐的共生结束
( N sn N sn 1 ) /(t n t n1 ) rs N sn 1 (K s N sn 1 N mn 1 ) / K s
( Nmn Nmn1 ) /(tn tn1 ) rm Nmn1 (Km Nmn1 Nsn1 ) / Km
6
生态系统学原理及其应用
I 结构与功能原理： 结构决定功能，功能是系统结构的反映。
n
W＞ pi i 1,2,, n
i 1
W pi 0 i 1, 2,3,
i 1
n
, n
乔灌结合的防护林系统 W＜ pi 0i 1,2,3,, n
n i 1
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W代表整体功能，Pi为第i组分的功能，n为系统组分数目。
东北地区东部山坡地，选择红松、落叶松、云杉、 水曲柳等树种进行带状混交，形成较大的边缘地 带，实践证明，不仅森林病虫害明显减少，而且 获得了较高产量，实现了长短结合。
黑龙江省宝清县兴国村的稻—苇—鱼—鹅—貂生 物循环系统。
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生态系统学原理及其应用
VII 生物多样性与稳定性原理
生物多样性是指在一定时间和一定地区所有生物 （动物、植物、微生物）物种及其遗传变异和生 态系统的复杂性总称。
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生态系统学原理及其应用
II 生态位原理——生态位的重叠与竞争
假设：环境已充分饱和
i 生态位完全重叠 资 源 轴
(group 2 ) 资源轴(group 1)
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生态系统学原理及其应用
II 生态位原理——生态位的重叠与竞争
假设：环境已充分饱和
i 生态位完全重叠 ii 生态位包含 资 源 轴
(group 2 ) 资源轴(group 1)
生态学原理
系统论与系统工程学
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生态系统工程学原理 社会经济学原理
第一节 系统论原理 (Systems theory)
构成一个系统必须具备3个条件： ①具有组成系统的多种要素； ②要素之间相互作用，形成一个有机的整体； ③组成要素的有机整体各具特定功能。
系统的基本特性：
目的性 有序性 集合性 层次性 相关性 整体性
萌发，幼苗生 低浓度促进，高浓度抑制 长 马尾松、猪屎豆、 天 兰 苜 蓿 、 紫 花 萌发 对马尾松促进，其他抑制 苜蓿等
他感作用随受体植物种类和生长发育阶段也有所变化
我国在这方面的研究尚处于起步阶段，有待进一步拓宽和深入。 Luo S. 2013. Allelopathy in South China Agroecosystems. Allelopathy. 145-157. 24
生态要素2 w x 10 15 10 5
y 5 12
求： (1) A、B物种分别对于生态要素1和2的生态位宽度及归一化 生态位宽度 (2) A、B物种的整体生态位宽度及归一化的整体生态位宽度 (3) A、B物种分别对于生态要素1和2的生态位重叠度及整体重叠 15 度
生态系统学原理及其应用
II 生态位原理——生态位格局
Ln((K-N)/N)=a-rt
dN1 K 1 N 1 N 2 rm1 N 1 K1 dt dN K N N 2 1 2 r N 2 m2 2 dt K 1
Ln((K N ) / N ) a rt
生态系统学原理及其应用
II 生态位(niche)原理——概念 Grinnell于1917指出生态位表示栖息地再划分的 空间单位，定义其为是指物种的生物群落中的 地位和作用。 Elton(1927) 关系 Dice(1952) 空间 生态位（ecological niche)是指一个种群在生态系 统中，在时间空间上所占据的位置及其与相关 种群之间的功能关系与作用。
LER 品种A的单位面积间作产量 品种B的单位面积间作间产量 品种A的单位面积单作产量 品种B的单位面积单作产量21
生态系统学原理及其应用
V 种间他感作用原理
种间作用方式： 物理机械作用、生物物理作用和生物化学作用 生物化学关系又称为他感作用，是指供体植物通 过分泌生化活性物质对受体植物产生毒害作用或 促进作用。 萜类化合物和酚类化合物 根、叶、果实为主 渗透、挥发、淋洗
j1
n
ij
14
生态系统学原理及其应用
II 生态位原理——生态位测度1
物种 A B a 15 1 生态要素1 b c d 5 13 12 3 5 8
Bi
e 10 20
2 p ia a 1
n
( Levins,1968 ) N ia Pia n N ij
j1
物种 A B
q 5 10
17
生态系统学原理及其应用
III 食物链原理
大鱼吃小鱼，小鱼吃麻虾，麻虾吃泥巴 i 加环 ii 减耗 iii 交换链
18
生态系统学原理及其应用
IV 种间竞争与互补关系原理
逻辑斯蒂增长模型(Logistic growth model) dx/dt=rx(1-p)
K1 N1 dN1 rm1 N 1 dt K 1 K2 N2 dN 2 rm2 N 2 K dt 2
30
生态系统学原理及其应用
VIII 生态场理论（例）
合理密植可以使植株充分利用光、水、肥等资源，是提高玉米 产量的重要环节。 种得太稀难以高产、高效；种得太密易造成的空秆、秃尖，遇 到不良环境条件还会出现倒伏、病害重等情况，同样会造成减 产。那么，究竟该怎样确定玉米的合理种植密度呢？
一般情况下，平展型玉米品种单株生产能力强，但不耐密植， 适宜种植密度为每667平方米3000～3500株； 耐密型玉米品种主要靠群体优势发挥增产潜力，适宜种植密 度为每667平方米4000～5000株； 半紧凑型玉米品种的单株生产能力和耐密性介于平展型和紧 凑型之间，适宜种植密度为每667平方米3500～4000株。
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生态系统学原理及其应用
VI 边缘效应原理
i 加成效应 生态位扩宽 ii 协合效应
新有机整体的协同作用 iii 富集效应 向边缘区域移动
26
生态系统学原理及其应用
VI 边缘效应原理（例）
在混交林中，不同混交树种其混交边缘行林木生 长量有的高于纯林，有的低于纯林。可见，树种 间关系是否适应决定着边缘效应的正负效应。
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生态系统学原理及其应用
概念(Definition)：
生态系统是指一定时间、某一空间内所有生物(包括动、 植物和微生物 )及其环境 (包括光、热、水、土、气候、 地貌等)，通过各组成要素间的物质循环和能量流动以 及信息传递而形成的相互依存、相互制约、具有统一 功能的综合体。
系统的基本特性：
组成成分方面 动态平衡特性 开放性 结构特性 系统演替 组分间相互作用
10
生态系统学原理及其应用
II 生态位原理——生态位的重叠与竞争
假设：环境已充分饱和
i 生态位完全重叠 ii 生态位包含 资 源 轴
(group 2 ) 资源轴(group 1)
11
iii 生态位部分重叠
生态系统学原理及其应用
II 生态位原理——生态位的重叠与竞争
假设：环境已充分饱和
i 生态位完全重叠 ii 生态位包含 资 源 轴
31
生态系统学原理及其应用
VIII 生态场理论（例）
树种 杉木 柳杉 水杉 池杉 密度(株/亩) 74-167 74-167 64-110 18-110 株行距(m) 3×3—2×3—1.4×4—2×2 3×3—2×3—2×2 3×3.5—1.5×4—2×3 3.5 × 10.5 — 4 × 6 — 3.5 × 3.5 — 3 × 4 — 3 × 3— 2× 3 — 1.5 × 4 — 1.5 × 2 × 6 （宽 窄行） 3×4—1.5×4—2×3 1.5×2.8—1.5×2—1.3×2（林-参间作）