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森林经营从广义上讲,指围绕森林的一切经营活动。森林经营受经济环境、社会环境的制约,是森林与人类活动相互作用、相互联系而构成的有机整体。森林经营是一个长期的实践过程,必须以系统的观点建立科学的森林经营体系,其关键在于合理配置与规划森林斑块,通过空间结构优化导向合理的森林经营。森林景观“斑块耦合网络”,即以森林景观斑块作为调控节点,以斑块间功能流作用关系作为网络边,构造反映斑块及其相互耦合作用的网络,是一种复杂网络,也是景观生态学中“景观功能网络”的拓展,充分考虑了林分、景观和自然地理区域3个逐渐增大的可行尺度,从森林经营角度,有助于多角度地认识森林的系统性和复杂适应性特征,探讨森林与环境及森林自身子系统的耦合机制,对森林可持续经营,实现传统林业向现代林业转变具有重要的指导意义。
1 森林經营理论与实践进展
森林经营的目的是培育健康的多功能森林生态系统。伴随着人类对森林认识的不断深化,森林经营思想与理念不断地演变,从永续利用思想发展到森林可持续经营,经历了从早期强调经营方法与森林经济效益优先,到注重森林生态效益、强调三大效益兼顾的转变和发展过程。型林产业以及社会林业等理论的提出。
2 森林景观“斑块耦合网络’’的本质内涵与构成
森林景观是一个异质的复杂系统,在不同的时空尺度下,通过内部组分的相互作用,其结构与功能构成了多个层次水平的等级体系。对于森林景观,以斑块信息特征作为调控节点,以斑块间相互作用大小作为网络边,提出了“斑块耦合网络”的概念。“斑块耦合网络”是代表“斑块的耦合体”空间格局的骨架,有助于阐释森林景观的系统性和复杂性。由于森林景观的时空结构上表现为互相镶嵌分布、结构与功能全方位交错,表现为非线性、远离平衡、混沌与分形。斑块作为景观组分,受到来自斑块自身与外部环境的影响,在斑块之间存在着复杂的生态过程,是某种载于斑块结节之间的连接。“斑块耦合网络”反映了景观、斑块关系,通过功能性逻辑映射出的空间组织关系,体现了斑块间生态过程耦合作用,描述了景观生态流的相互作用形式。
斑块耦合网络主要研究发生在景观、斑块间多尺度的生态过程,是立足于森林经营的一种视角,从一种更广更宽的角度考虑经营森林的稳定性和综合效益。森林景观“斑块耦合网络”的本质,就是以林分为调控单元,研究斑块耦合体的生态规律,剖析斑块间的耦合机理,通过生态流的内部关联,使斑块间形成耦合状态,呈现出对结构、功能和行为的不同程度调节和控制,进而实现森林景观在特定时空与功能下的优化。
3 森林景观“斑块耦合网络”的森林经营实践应用
3.1异质性经营
异质性是景观系统生态学变量在空间的变异程度或强度,表现为生态系统的斑块性和环境梯度性。森林本原是一种异质性景观,由于植物的内因性演替与环境的异质性,造成其生态位的时空异质性,决定了森林景观的异质性。森林经营的本质是维持和促进森林景观异质性,提高景观多样性与稳定性,实现森林的可持续经营,机制假说上可从“保险”假说与“冗余”理论进行解释。“保险”假说表明物种丰富度高的系统对外界干扰更具“弹性”,物种丰富的系统抗干扰的能力强,而“冗余”理论认为,丰富的冗余类型组合可相互补充与替代,使系统对外界干扰更具“弹性”。因此,斑块异质性具有抗干扰的可塑性,有利于消除环境的干扰,异质性森林更具有稳定性,但对于森林异质程度仍存在争议。目前森林经营决策采用定量的优化决策方法较多,一般构造森林生长经营模型,用于优化森林经营措施,在经营过程中同步调整并优化各种森林结构。以自然干扰、斑块镶嵌、和林隙动态为基础的理论近年来在森林经营实践中有着非常广泛的应用。至于景观异质性程度达到什么标准,才能实现空间优化规划,进而合理地配置和规划森林,达到森林系统结构稳定性与功能优化,却是森林经营工作进一步研究的内容。
3.2适应性经营
从森林复杂适应性理论来看,森林斑块通过感知环境,在结构与功能上改变自身以动态适应环境,甚至体现在主动改变环境方面,斑块间生态流的流动与适应行为又对环境产生反作用,并对所依附的生态环境进行能动的改变,使得周围环境更加适合自身的生存。森林景观自组织结构,就是通过斑块的“适应性”,不断地趋向于维持自身的稳定状态,或者在出现新环境状况下选择适合自身生存发展的新的有序状态。
3.3跨尺度经营
森林是一种多层次结构。不同层次的结构具有不同的功能,整体功能体现在系统中多层次结构的协调与适应。传统的法正林、检查法与森林生态系统经营理念,不同程度地体现了多尺度经营的思想,已有的森林经营实践进行了区域、景观、林分等多尺度观测,但由于尺度效应与尺度推绎的不确定性,多尺度的结构特征难以揭示跨尺度机理,使跨尺度经营面临众多挑战。
4 现代森林经营对“斑块耦合网络”研究的启示与展望
在森林经营过程中,对于森林景观“斑块耦合网络”优化,表达的是复杂网络的演化问题。建立森林景观斑块耦合网络逻辑结构与空间结构优化模型,实质是保持森林生态系统的完整性、生境的多样化和森林景观动态的平衡。分析网络结构参量的调节效应,实质是森林景观格局调控方案设计。因此,必须从斑块耦合网络结构中复杂网络属性与斑块耦合体系统生态功能优化的关系着手,揭示斑块耦合网络优化的森林经营机制。
1 森林經营理论与实践进展
森林经营的目的是培育健康的多功能森林生态系统。伴随着人类对森林认识的不断深化,森林经营思想与理念不断地演变,从永续利用思想发展到森林可持续经营,经历了从早期强调经营方法与森林经济效益优先,到注重森林生态效益、强调三大效益兼顾的转变和发展过程。型林产业以及社会林业等理论的提出。
2 森林景观“斑块耦合网络’’的本质内涵与构成
森林景观是一个异质的复杂系统,在不同的时空尺度下,通过内部组分的相互作用,其结构与功能构成了多个层次水平的等级体系。对于森林景观,以斑块信息特征作为调控节点,以斑块间相互作用大小作为网络边,提出了“斑块耦合网络”的概念。“斑块耦合网络”是代表“斑块的耦合体”空间格局的骨架,有助于阐释森林景观的系统性和复杂性。由于森林景观的时空结构上表现为互相镶嵌分布、结构与功能全方位交错,表现为非线性、远离平衡、混沌与分形。斑块作为景观组分,受到来自斑块自身与外部环境的影响,在斑块之间存在着复杂的生态过程,是某种载于斑块结节之间的连接。“斑块耦合网络”反映了景观、斑块关系,通过功能性逻辑映射出的空间组织关系,体现了斑块间生态过程耦合作用,描述了景观生态流的相互作用形式。
斑块耦合网络主要研究发生在景观、斑块间多尺度的生态过程,是立足于森林经营的一种视角,从一种更广更宽的角度考虑经营森林的稳定性和综合效益。森林景观“斑块耦合网络”的本质,就是以林分为调控单元,研究斑块耦合体的生态规律,剖析斑块间的耦合机理,通过生态流的内部关联,使斑块间形成耦合状态,呈现出对结构、功能和行为的不同程度调节和控制,进而实现森林景观在特定时空与功能下的优化。
3 森林景观“斑块耦合网络”的森林经营实践应用
3.1异质性经营
异质性是景观系统生态学变量在空间的变异程度或强度,表现为生态系统的斑块性和环境梯度性。森林本原是一种异质性景观,由于植物的内因性演替与环境的异质性,造成其生态位的时空异质性,决定了森林景观的异质性。森林经营的本质是维持和促进森林景观异质性,提高景观多样性与稳定性,实现森林的可持续经营,机制假说上可从“保险”假说与“冗余”理论进行解释。“保险”假说表明物种丰富度高的系统对外界干扰更具“弹性”,物种丰富的系统抗干扰的能力强,而“冗余”理论认为,丰富的冗余类型组合可相互补充与替代,使系统对外界干扰更具“弹性”。因此,斑块异质性具有抗干扰的可塑性,有利于消除环境的干扰,异质性森林更具有稳定性,但对于森林异质程度仍存在争议。目前森林经营决策采用定量的优化决策方法较多,一般构造森林生长经营模型,用于优化森林经营措施,在经营过程中同步调整并优化各种森林结构。以自然干扰、斑块镶嵌、和林隙动态为基础的理论近年来在森林经营实践中有着非常广泛的应用。至于景观异质性程度达到什么标准,才能实现空间优化规划,进而合理地配置和规划森林,达到森林系统结构稳定性与功能优化,却是森林经营工作进一步研究的内容。
3.2适应性经营
从森林复杂适应性理论来看,森林斑块通过感知环境,在结构与功能上改变自身以动态适应环境,甚至体现在主动改变环境方面,斑块间生态流的流动与适应行为又对环境产生反作用,并对所依附的生态环境进行能动的改变,使得周围环境更加适合自身的生存。森林景观自组织结构,就是通过斑块的“适应性”,不断地趋向于维持自身的稳定状态,或者在出现新环境状况下选择适合自身生存发展的新的有序状态。
3.3跨尺度经营
森林是一种多层次结构。不同层次的结构具有不同的功能,整体功能体现在系统中多层次结构的协调与适应。传统的法正林、检查法与森林生态系统经营理念,不同程度地体现了多尺度经营的思想,已有的森林经营实践进行了区域、景观、林分等多尺度观测,但由于尺度效应与尺度推绎的不确定性,多尺度的结构特征难以揭示跨尺度机理,使跨尺度经营面临众多挑战。
4 现代森林经营对“斑块耦合网络”研究的启示与展望
在森林经营过程中,对于森林景观“斑块耦合网络”优化,表达的是复杂网络的演化问题。建立森林景观斑块耦合网络逻辑结构与空间结构优化模型,实质是保持森林生态系统的完整性、生境的多样化和森林景观动态的平衡。分析网络结构参量的调节效应,实质是森林景观格局调控方案设计。因此,必须从斑块耦合网络结构中复杂网络属性与斑块耦合体系统生态功能优化的关系着手,揭示斑块耦合网络优化的森林经营机制。