边缘校正方法对空间结构参数影响的尺度效应*

于 帅 蔡体久 张丕德 任铭磊 张海宇 琚存勇

（1. 东北林业大学林学院 森林生态系统可持续经营教育部重点实验室 哈尔滨 150040；2. 东宁市林业和草原局闹枝沟林场 牡丹江 157299）

森林空间结构体现了林分中树木在林地上的分布格局及其属性在空间上的排列方式，是影响林木生长过程的驱动因素，在很大程度上决定着经营空间的大小、林分的稳定性和发展的可能性，对发挥森林生态功能、增强森林抵御自然灾害的能力、提高生产力等具有重要作用（辛力，2011；Ali，2018；Nguyenet al.，2018）。目前，尚无森林空间结构的统一定义（汤孟平，2010；魏红洋等，2019），常用的描述森林空间结构的参数包括角尺度、混交度、大小比数等，计算这些参数时，首先需确定调查样地，测定树木位置坐标，调查其种名、高度、胸径等属性信息，然后以中心木与其近邻树构成一个结构单元分别进行（Pommerening，2002；曹小玉等，2016）。近年来，结构单元的近邻树如何选择、选择多少存在很大争议，比较流行的是基于Voronoi 图确定空间结构单元（郝月兰等，2011；宋语涵等，2021）以及中心木与最近的4 株树构成结构单元（4 近邻法）（赵中华等，2013；惠刚盈等，2016a；Ghalandarayeshiet al.，2017）。

（3）区分核算对象。医疗服务项目和各种科研项目都是医院成本核算的对象。其中，医疗服务项目通常按临床诊疗类、综合医疗服务类、中医及其他诊疗类、医技诊疗类等类别来区分，而科研项目的区分依据则应该是项目的名称。

无论采用何种方法确定结构单元，均须考虑样地边缘木如何处理的问题，即在计算空间结构参数时，必须考虑边缘效应的影响（汤孟平等，2003；周红敏等，2009），否则可能导致结构参数计算产生偏差（Lillelehtet al.，2014）。为减轻甚至消除边缘效应，需对样地进行边缘校正，以将边缘木（即在样地之外有相邻木的边界邻木）从目标树中识别出来并予以排除（Radtkeet al.，1998；安慧君等，2005）。目前，常用的林地边缘校正方法有镜像复制法（邵国凡等，1995）、八邻域平移复制法（邵国凡等，1995；汤孟平，2003）、缓冲区校正法（Diggle，2003）、Voronoi 图近邻校正法（陈军等，2003；李际平等，2014）、NN 近邻校正法（Pommereninget al., 2006）等，不同边缘校正方法计算的结构参数不同，而现有研究较少涉及边缘校正方法的比较（Pommereninget al., 2006；周红敏等，2009；刘帅等，2017），且多基于固定大小样地。鉴于此，本研究选取不同大小样地，以4 近邻法确定结构单元，采用3 种边缘校正方法（缓冲区校正法、Voronoi 图近邻校正法和NN 近邻校正法）消除边缘效应，计算样地空间结构参数，比较不同边缘校正方法计算的空间结构参数随样地大小的变化情况，判断不同边缘校正方法在不同样地上的适用性，以期为边缘校正方法选择、森林空间结构分析提供理论依据。

1 研究区概况

研究区位于黑龙江省鸡东县境内凤凰山国家级自然保护区，44°54′42″—45°03′50″N，131°04′41″—131°14′38″E，总面积约26 570 km2。属中温带大陆性季风气候，年均气温3.8 ℃。冬季寒冷，降雪量可达2 000 mm；夏季短而热，雨量充沛，年均降水量800 mm 左右。研究区毗邻俄罗斯，森林群落多为几乎未经干扰的原始林结构。保护区内植物种类资源丰富，主要乔木有兴凯赤松（Pinus densifloravar.ussuriensis）、 红松（Pinus koraiensis）、 白桦（Betula platyphylla）、冷杉（Abies fabri）、紫椴（Tilia amurensis）、鱼鳞云杉（Picea jezoensis）、 水曲柳（Fraxinus mandshurica）、 暴马丁香（Syringa reticulatavar.amurensis）、 枫桦（Betula costata）、 青楷槭（Acer tegmentosum）、色木槭（Acer pictum）等，灌木有平榛（Corylus heterophylla）、胡枝子（Lespedeza bicolor）、尖叶杜鹃（Rhododendron mucronatum）等，草本有羊胡苔草（Carex rigescens）等。

2 研究方法

2.1 边缘校正方法

2.1.1 缓冲区校正法 缓冲区校正法指在样地周围设置固定宽度的带状缓冲区，缓冲区内树木只作为近邻树而不作为中心木，缓冲区包围核心区域的所有树木均作为中心木，并进行结构参数计算。带状缓冲区宽度应该足够大，以此减小来自边界的干扰，但最佳缓冲区宽度是不容易做到的，如果宽度太小，边缘效应仍然存在；如果宽度太大，有价值的中心木会被淘汰。参考以往研究，本研究将缓冲区宽度设为样地边长的5%（曹小玉等，2016；万盼等，2020；和敬渊等，2020）。

简单混交度仅注重近邻树与中心木为非同种的概率，即如果结构单元内5 株树均为同一种树，那么简单混交度为0，如果4 株近邻树与中心木不属同一种，那么简单混交度为1，其计算公式为：

2.1.2 Voronoi 图近邻校正法 根据样地内每株树的坐标信息，运用ArcMap 软件建立林木Voronoi 图，每个多边形中心就是每株树所在位置，查找以样地边界为边的多边形，其所代表的树只作为近邻树而不作为中心木参与结构参数计算（刘帅等，2017；宋语涵等，2021）。

2.1.3 NN 近邻校正法 NN 近邻校正法是一种专门为近邻特性而设计的边缘校正方法，其通过比较样地内树木到边界的距离和到其结构单元内近邻树的距离确定边缘树和中心木，只有当中心木与边界的距离大于中心木与最远近邻树的距离时才被作为中心木，否则只当作近邻树进行计算（Pommereninget al., 2006）。

2.2 样地设置

通过查询林相图与实地调查，在几乎未经干扰的原始林区选择针阔混交林设置100 m×100 m 固定样地，为调查方便，样地共分成100 个10 m×10 m 样方，按样方进行每木检尺，记录所有胸径大于4 cm 的乔木树种胸径、树高和坐标等信息，调查完成后每株树的坐标统一换算成以样地西南角点为原点的坐标。将相邻样方合并成不同尺寸样地，分析边缘校正方法的尺度效应。设置20 m×20 m、30 m×30 m、40 m×40 m、60 m×60 m、80 m×80 m、100 m×100 m 共6 个梯度，除了100 m×100 m 外，其他5 个梯度分别以固定样地3角点为基准向样地内部延伸形成3 个重复，取3 个重复的参数平均值作为梯度样地相应参数值。

从铝股在最大应力状态下的塑性情况判断，3个仿真方案的铝股塑性区比例与对比项接近。研究证明1 660 mm2导线过张力机后塑性区比例小于13.7%为可接受值[15]。同时，方案3中进入塑性区的铝股数量较方案1，2增加较多，所以从减小夹嘴长度来减重及保护导线考虑，夹嘴长度应不小于325 mm。

2.3 空间结构参数选取

选取3 个常见的森林空间结构参数——角尺度、大小比数和混交度测试边缘校正方法对空间结构参数的影响，空间结构参数计算以1 株中心木与4 近邻法确定的4 株近邻树构成的结构单元为基础，不同尺度样地的结构参数为样地内所有中心木的平均值。

样地内调查到胸径大于4 cm 的乔木（含亚乔木）共1 089 株，分属11 科15 属24 种，最丰富的物种为白桦，占总个体的20.94%，其次是冷杉，占总个体的18.55%，紫椴和红松分别占总个体的14.33%和8.63%（表1）。乔木平均高度为12.6 m，平均胸径为16.6 cm，接近中位数14.5 cm。

式中：当第j个α 角小于标准角α0时zij=1，否则zij=0；wi=1 表示近邻树在中心木周围为聚集分布；wi=0 表示近邻树在中心木周围为均匀分布；2 个α 角小于标准角α0时wi=0.5，表示近邻树在中心木周围为随机分布（惠刚盈等，1999；Donget al，2020）。