森林是一个复杂系统,结构与健康密切相关,影响因子繁多,涉及面广,维数多。从包含空间信息的森林结构及其优化调整研究森林健康经营的理论、方法和技术是国内外林学、生态学研究的热点和难点。我国南方,特别是长江以南,南方淡水湖泊周边森林群落,多年以来,湖泊不断萎缩,周边森林面积逐年缩小,生物资源急剧减少,外来树种增多,森林群落类型正快速从原生群落向人工群落演变,使这一地区森林生态系统的服务功能遭受了严重破坏,甚至影响到长江流域经济社会的可持续发展。因此,依据系统工程结构功能关系原理,从森林空间途径研究南方森林健康及其经营,通过调整森林空间结构,恢复森林生态系统功能,维持森林健康稳定,对提高研究区森林经营水平,构建“两型社会”和低碳经济社会具有重要的理论和现实意义。森林健康影响因子众多,经营措施各异,森林健康经营实际上是一个非线性多目标规划问题,国内外为对其研究也缺少系统和科学性。本文以长沙市大围山自然保护区、浏阳湖国有林场、长沙黑麇峰国家森林公园、长沙市湖南省森林植物园、沅江市龙虎山林场和湖北省崇阳县桂花林场典型阔叶混交林为研究对象,依据森林健康、生态学和系统工程等理论,从结构、功能与森林健康的关系入手,在森林生态系统尺度分析影响长沙市森林健康各因子,分析森林健康状况以及存在的问题,提出森林空间结构合理性评价标准和评价方法。应用数据挖掘、智能进化算法研究生态系统健康经营空间结构调控策略,在智能进化算法求解多目标规划问题的基础上,研究森林健康经营多目标空间结构优化问题,确定目标空间结构,建立长沙市典型森林类型健康经营空间结构优化模型,在此研究基础上,并提出了相应改善措施,调整森林生态系统空间结构,制定正确的经营思想和经营目标及措施。主要研究内容和研究结论如下：(1)基于Voronoi图的林分空间结构分格局分析方法研究。以研究区大围山自然保护区、浏阳湖国有林场、望城区黑麇峰国家森林公园,湖南省森林植物园天然次生林为对象,提出基于Voronoi图的林分空间结构分格局分析方法,研究结果表明,基于Voronoi图的格局分析方法同样能有效刻画林木空间分布特征,可从不同的时空尺度上描述了林分主要树种的空间格局动态。(2)基于多目标优化的森林空间结构综合评价研究。借鉴生态学有关生态系统内部均衡和均质原理,在森林生态系统(斑块)尺度,从空间结构的混交、竞争、空间分布格局三个方面分析提出森林空间综合评价方法和评价标准-林分均质性评价模型。长沙市大围山自然保护区、浏阳湖国有林场、长沙黑麇峰国家森林公园、长沙市湖南省森林植物园典型次生林林分空间结构综合评价结果表明：13个典型次生林林分平均空间结构均质性评价指数仅为0.25,均质性评价的五个等级中处于1级和2级的林分为12个,占77%,处于3级的林分只有3个,仅占23%。离理想空间结构1.00差距明显,说明研究区包含有空间信息的森林结构特征中存在的不合理性因素较多。这一结论较真实地反映了研究区次生林资源现状,按照不同海拔,林分空间结构均质性特征逐渐增强。与长期以来的自然和人为干扰、保护与恢复乏力有着密切的关系。森林生态系统空间优化均质性目标及均质性指数的提出是森林可持续经营空间途径的拓展,为森林经营的理想空间结构及其表达探索一条新途径。(3)提出了基于林木空间结构单元的自然构成指数和林分干扰指数。以处于演替高级阶段的树木在森林中所受到的竞争压力小于处于演替低级阶段的树木在森林中所受到的竞争压力为思想,通过对空间结构单元中参照树与相邻木的生长优势作对比,提出了反映森林现状与森林进展演替的差异程度的林分自然构成指数。桂花林场典型苦槠混交林分实例应用表明：自然构成指数为优化林分结构,促进林分更快的向顶级群落演替提供了理论指导。为综合衡量次生林受干扰程度,基于林木空间结构单元,采用林木现实冠幅与理想冠幅之比,提出了林分综合干扰指数,龙虎山林场青椆混交林实例分析表明,林分干扰指数可较好地描述次生林受自然和人为干扰状况,对明确森林空间结构优化目标提供新的思路。(4)林分空间结构多目标优化模型。综合考虑影响森林功能的林木水平分布格局、树种混交、种内及种间竞争、多层次垂直结构的基础上,提出基于系统论和结构化森林经营的天然次生异龄林空间结构多目标优化的经营模型,利用PSO算法搜索林分空间的薄弱环节,巧妙地将林分多目标空间规划问题转化为粒子群体迭代寻优问题。模型通过大围山自然保护区天然阔叶次生林实际应用,从研究结果来看,应用PSO算法求解林分空间结构多目标优化具有明显的效果,通过优化模型经营实例表明,模型突破了传统森林经营模式,在保持非空间结构树种、径阶、龄级分布均不变的基础上,林分空间结构各项指标(除林层指数外)均得到改善,从整体上提高林分空间结构的均质性目标,对促进生态系统的健康和稳定,恢复森林生态功能具有重要的实际意义。为智能信息技术在森林空间经营中的应用提供了新的思路。(5)长沙市典型森林生态系统健康评价。通过分析研究区典型森林类型林分结构功能特征,以及其生态系统健康概念和健康评价实践,确定森林生态系统健康不是简单的线性关系。遵循评价指标体系构建原则,建立了森林健康评价指标体系,评价标准,借助湖南省森林资源二类调查、典型样地调查、湖南省森林资源管理信息系统,选取了单位面积蓄积量、年凋落物量、年蓄积生长量、活立木生物量、叶面积指数、物种多样性、平均树高、年龄结构、平均胸径、乔木郁闭度、灌木盖度、草本盖度、枯落物盖度、空间结构均质性指数、人为干扰强度、火险等级、病虫害程度、近自然度、木质产品生产能力、非木质产品生产能力、水源涵养能力、水土保持能力、政策完善与产权明晰度、林农参与度、森林监管与保护等25个指标建立了基于森林(小班)的森林健康评价模型,依据因子分析方法中的方差贡献率大小确定指标权重,计算各林分健康得分并对其进行健康分级。在所选的110个典型森林生态系统(林分)中,优质林分2个,健康林分8个,亚健康林分71个,不健康小班4个,劣质林分2个,分别占总数的1.8%,22.7%,64.5%,7.3%和3.6%。研究区域森林生态系统总体处于亚健康状态。(6)森林健康评价与结构调控评价系统。以研究区典型森林类型为对象,在分析森林健康评价与结构优化评价系统特征的基础上,应用综合集成研讨厅技术,研究开发了基于智能进化算法的森林健康评价与结构调控智能系统。主要包括智能系统开发平台的设计、系统体系结构设计、软件架构设计以及评价与调控系统架构、模块分解等关键技术的开发。集成定性和定量的综合分析与综合评价诸多模型和方法。经测试,系统运行良好,智能化辅助决策程度较高。本文针对森林健康经营空间途径首次提出了基于Voronoi图的林木空间格局分析方法和林分空间结构多目标优化的均质性目标,为评价森林空间特征中存在的不合理性,确定合适的经营措施提供了理论依据；同时研究将智能进化算法空间搜索功能应用到森林空间结构调控的定位,使森林空间结构多目标优化有了新的突破研究开发的基于智能进化算法的森林健康评价与结构调控智能系统经调试和运行效果良好,可望为森林健康经营提供智能化系统支持平台。