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量化描述和分析森林结构是近年来现代森林经营领域的研究热点和发展趋势,基于相邻木关系的森林空间结构量化指标如混交度(Mingling)、大小比数(Dominance)及角尺度(Uniform angle index)等,在国内外关于森林空间结构分析、林木竞争与优势度计算、物种多样性测度以及结构恢复重建与优化调整等研究中广泛使用,并取得了良好的效果。虽然,基于相邻木关系研究森林空间结构的方法为分析森林结构特征及变化规律奠定了坚实的理论基础与方法依据,但是森林空间结构分析是一个新的研究方向,许多理论和方法问题尚需进一步深入研究和解决。结构量化指标完善、评价方法探索及软件工具研发等方面已成为森林空间结构研究的主要内容。本研究以秦岭中山带火地塘林区10种典型次生森林类型为研究对象,从树种组成及物种多度分布,探讨了秦岭中山带典型次生林的群落构建及物种共存机制;提出了系统的森林空间结构指标体系及空间结构异质性评价方法,并通过R语言编程实现了森林空间结构分析软件的开发。在基础理论和实践应用方面取得如下进展:(1)参照生态系统健康评价VOR模型的理念,从活力(Vigor)、组织结构(Organization)及恢复力(Resilience)三个方面,提出了林分尺度森林健康评价指标体系,其中包括生物量分布、林分密度、树种多样性、胸径分布、树高分布、演替特性、单木质量及空间分布格局等8个要素。为森林空间结构异质性评价中结构指标的选取及构建提供了可靠的框架与依据。(2)基于相邻木关系,参照混交度、大小比数及角尺度等指标的原理及方法,研究提出了两个新的森林空间结构参数,即差异化(Differentiation)和理想态(Ideal state),分别表征林分内部林木属性的差异化程度及社会地位。(3)提出了一套系统的森林空间结构量化评价指标体系,包括生物量大小比数(Biomass dominance)、密集度(Crowding)、树种混交度(Species mingling)、胸径大小比数(Diameter dominance)、林层差异化(Storey differentiation)、演替理想态(Succession ideal state)、单木质量理想态(Tree quality ideal state)、角尺度(Uniform angle index)8个指标。(4)针对以往森林空间结指标均值在反映空间结构指标分布时有可能造成数据偏差的问题,研究提出了优度系数(Preference value)的概念及计算方法来修正空间结构指标均值导致的数据偏差,该指数能够有效反映现实林分的空间结构参数或指标向理想结构点逼近或远离的趋势,进行标准化后便于不同空间结构指标间的比较,对每株林木构成的结构单元进行评价,实现了空间结构指标的精准分析。在此基础上,构建了两个森林空间结构异质性评价模型,分别为指标均值评价(Index average value evaluation,IAVE)和指标优度评价(Index preference value evaluation,IPVE),实现了森林空间结构多指标综合评价,能够有效反映林分质量或整体水平,为制定合理的森林经营规划及具体的森林经营措施提供科学依据。(5)结合美国森林健康监测中树冠因子的调查方法,从树冠、树干、树根3个方面提出了系统的、可操作性强的单木质量调查方法,并应用层次分析法及综合指数法构建了统一的单木质量评价体系。(6)调查的10种次生森林类型包括5686株林木(DBH≥5 cm),50个树种,隶属于16科,30属。其中,桦木林带包括2934株林木,43个树种,隶属于16科27属;松栎林带包括2752株林木,41个树种,隶属于14科28属。锐齿栎(Quercus aliena var.acutiserrata Maxim.)、华山松(Pinus armandii Franch.)、漆树(Toxicodendron vernicifluum(Stokes)F.A.Barkl.)、鹅耳枥(Carpinus turczaninowii Hance)这4个树种分布广泛,在10种调查森林类型中均有分布。桦木林带中的优势树种为红桦(Betula albo-sinensis Burk.)、华山松、青榨槭(Acer davidii Franch.)和漆树。松栎林带中的优势树种为锐齿栎、油松(Pinus tabuliformis Carr.)、华山松和漆树。桦木林带及松栎林带具有丰富的树种组成及相似的区系组分,但是群落结构截然不同。(7)指标均值评价结果处于0.467~0.611(均值为0.549),指标优度评价结果处于0.431~0.592(均值为0.529)。这两种评价方法均显示所调查的10种次生森林类型的森林空间结构异质性大多处于中等水平,只有少量处于良好等级。表明秦岭山地次生林的空间结构异质性差,生态恢复效果不理想。(8)以R语言为载体,编程开发了森林空间结构分析系统(forestSAS程序包),共计包括R程序22个,可支持用户方便地完成森林空间结构分析与评价工作。主要功能包括:边缘校正、最近邻体分析、森林空间结构指标计算、空间结构异质性评价、模拟森林采伐及植被重建。具有开源、简洁明了,操作简单等优点。