基于多功能经营的杉木-闽楠混交林林分空间结构优化研究

发布时间：2020-10-29 20:32

　　 森林的多功能意味着需要充分发挥森林的社会、经济、生态价值,满足人类生产生活的需求,进而提升森林的整体效益。因此,越来越多的林业学者开始探求怎样把目前生态系统较为脆弱的森林转化成能够发挥多重效益的森林。林分的空间结构及非空间结构极大的影响了森林的多功能,而最直观的展现形式及最基本的调控因子就是森林的空间结构指标,这些结构指标影响了林木之间的竞争情况与空间生态位,同样也决定间伐木的选择。合理的结构决定着森林的功能,从林分的全混交度、大小比数、开阔比数、林层指数以及角尺度出发对其空间结构进行优化,进而提高森林的多功能效益。本文基于多功能森林经营理论,以永州市祁阳县金洞林场杉木-闽楠混交林为研究对象,分析该林分的空间结构与植物多样性功能、土壤水源涵养功能、固碳能力与生产力水平,并建立空间结构参数及多功能指标之间的数学模型,并运用多目标优化的方法得到基于整体功能的理想空间结构模式。利用乘除法的思想构建空间结构综合指数,筛选出空间结构综合指数的较低的林木进行模拟优化,对样地进行空间结构优化模拟。通过SketchUp软件对样地空间结构进行可视化模拟,最后提出相应的多功能经营措施。主要研究结果如下:(1)杉木-闽楠混交林空间结构与多功能指标分析。基于四株木法确定空间结构单元,选取全混交度、大小比数、开敞度、林层指数与角尺度5个参数分析空间结构。12块样地5个结构指标的平均值分别为:0.33、0.50、0.76、0.20、0.64,相对应的处于中度混交状态、中庸状态、较高开敞度、较低分化程度及团状分布状态。选取土壤水源涵养功能、植被多样性功能、固碳功能及生产力功能作为多功能分析指标,运用CRITIC法计算出土壤持水量、土壤孔隙度及土壤容重之间的权重,计算出土壤水源涵养综合指数S1为0.50,处于中等水平;计算丰富度指数、Shannon-Wiener指数及Pielou均匀度指数之间的权重,确定物种多样性功能综合指数S2为0.49,处于中等水平;杉木-闽楠混交林样地林分平均碳储量为140.25t/hm2;林分平均生物量为41.59 t/hm2。(2)通过多目标优化的思想得到基于整体功能最优的空间结构模式。首先利用多元二次回归构建4个功能指标与空间结构参数的模型,再运用MATLAB软件计算出4个基于单一主导功能的理想空间结构模式及空间结构综合指数,进而确定单一主导功能的最大值。最后依据多目标优化的思想,使目标函数的加权偏差变量达到最小值,求解出整体最优功能的空间结构模式为{0.34,0.59,0.78,0.08,0.574},此时空间结构综合指数为21.89。(3)林分空间结构择伐模拟。构建了择伐木筛选模型,在实验区选择样地对林分进行模拟优化后表明:林分全混交度达到0.21,较优化前提高了 10.5%;优化后林分林层指数不变,林分垂直分层变化幅度不大;林分大小比数达到0.51,较择伐前降低了3.8%;开阔比数增加了6.8%,说明林分的透光条件得到改善。林分空间结构综合指数提高了24.9%,达到19.12,接近基于整体功能的空间结构综合指数21.89。将优化前后的空间结构参数带入4个基于单一主导功能的空间结构模型,得到各个多功能指标模拟优化后的变化情况:土壤水源涵养功能预测值增加12.08%,物种多样性功能预测值增加9.48%,生产力功能预测值增加11.40%,固碳功能预测值增加8.26%。说明森林的空间结构开始向理想状况转化,但由于林分的生长是一个动态的过程,无法一次性实现森林的多功能效益最大化,因此在当前阶段下的择伐措施达到的多功能指标与理想值还有差距。
【学位单位】：中南林业科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S718.5
【部分图文】：

中南林业科技大学硕士学位论文基于多功能经营的杉木－闽楠混交林林分空间结构优化研宂??２材料与方法??２．１研究区概况??２．１．１自然地理情况??（１）地理位置??研宄地点位于湖南祁阳县金洞林场（２６°２＇１０＂？２６°２１３７＂，丨丨０°５３４３＂？丨１２°丨３３７＂）??内，总面积约６４０ｍ２。东临衡阳常宁市，南靠双牌县、宁远县、新田＆、桂阳县，西??抵永州市零陵区，北接永州祁阳县。??

尺测算各株编号的林木在小样格中的相对位置坐标（Ｘ，Ｙ），依据六个小样格在整个标??准地内的排列情况，对每株林木相对位置坐标进行转化，得到林木在整个样地中的坐??标，进而确定每株编号木在整个标准地中的相对位置（如图２．２）。????（Ｆ??Ｔ?ｆｐ＝ｉ￣￣￣￣＾｜ａ．Ｓ，６个腿??乎?ｉ?＾?３??１０?ｍ?ｖ?［］－????Ｉ?一＂?＾?▲?了卜－Ｉ叫??１?＊?〇?１二二一—丨?＾??＜?????＇〇??２０?ｍ?口?????￣一?ＣＡ，?３?个?ｌｘｌｍ??＿＿?ｒｉ??－Ｂ?％．?３?个?ＳｘＳｍ??丨：?１盼?＿???１０?ｒ、?＾??图２．２样地设置??Ｆｉｇ．２．２?Ｐｌｏｔ?ｓｅｔ??２．２．２数据调查??乔木层调查是从每个标准地内六个距离原点最近的树开始记录，按照Ｓ型路线进??行每木检尺，记录每株树的位置（Ｘ，?Ｙ）、冠幅、树高及胸径等常规测树指标（具??体情况见表２．１），且把调查单元内每一株树进行编号及挂牌处理，便于复查。??（１）

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【参考文献】

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本文编号：2861418