福建杉木人工林经营密度控制图研制及应用研究

摘要

杉木是我国南方主要造林树种，杉木人工林经营的好坏直接影响着我国南方集体林区森林可持续经营的成败。密度调控是人工林经营的主要手段，合理的密度管理是提高人工林生产力和最大发挥森林功能的重要途径。因此，对杉木人工林密度调控的研究显得十分必要。本研究以构建杉木收获预估密度控制图为研究主线，构建了不同杉木树高模型，并采用Cross-validation方法对最优模型进行了筛选。分析对比了不同龄组杉木人工林的土壤性质，特别是土壤持水能力，为构建水源涵养密度控制图提供了前期基础。构建了不同立地条件下的自然稀疏方程，并证明了方程的斜率随立地条件而改变，为不同立地下密度控制图的研建提供了理论依据。在上述研究的基础上，构建了收获预估密度控制图以及水源涵养密度控制图，并采用收获预估密度控制图对不同初始密度下不同采伐方式进行了模型，进而确定最优经营方案。最后，根据福建省将乐县杉木人工林当前密度状态，建立了该县杉木人工林密度预警图，并对相应密度的林分提出了基于空间结构的经营建议。
　　本研究得出主要结论可以归纳如下:
　　1)不同龄组土壤物理性质对比分析
　　针对不同龄组的杉木人工林，从土壤容重、土壤持水量，土壤孔隙度、土壤含水量等方面进行了对比分析。其结果表明:从幼龄林到成熟林，土壤物理性质呈现出先下降后上升的趋势，其中土壤物理性质优劣顺序为:幼龄林、中龄林、成熟林、近熟林。造成近熟林的物理性差的原因可能与前不久的抚育间伐有关。
　　2)最优树高模型的筛选
　　在系统总结了国内外常用的31个树高模型的基础之上，采用模型精度、模型偏度、模型拟合效率(R2)以及残差图初步筛选出4个较好的模型，但是上述指标并不能甄别最优模型。本研究采用留一验证法(Leave-One-Out Cross-Validation)最终筛选出Richard（模型23）为最优模型，并采用本模型为杉木密度控制图的树高进行精准的预估。
　　3)不同立地条件下自然稀疏方程的研究
　　本研究的结果有悖于自然稀疏方程关于稀疏斜率恒定不变的经典理论。研究结果表明自然稀疏方程的斜率随立地的不同而发生相应的变化，进而指出不区分立地条件来构建林分密度控制图，会造成有偏估计，势必会造成对经营活动的错误引导。本文对不同立地建立了相应的自然稀疏方程，为将来构建不同立地条件下的密度控制图提供前提基础。
　　4)杉木人工林经营密度控制图的研建及应用
　　本研究针对筛选出完满立木度林分，采用RMA回归，构建了杉木林分自然稀疏线。并根据当地杉木经营的实践经验，构建了杉木林分最优生长密度上下线以及杉木林分郁闭线。此外，我们还构建了杉木优势高模型、杉木材积模型、立地指数模型作为密度控制图的辅助方程。应用密度控制图，模拟了3种常见密度下杉木林分的3种不同的经营措施（1.不进行任何经营措施;2.进行合理的抚育间伐;3.对照性抚育间伐），并获得不同经营措施下林分总收获量、林分总枯损量、林分年平均收获量等林分参数以及相应的林分年龄，为合理安排经营密度提供参考。
　　5)杉木人工林分密度预警图研制及相应经营建议
　　根据杉木密度控制图，将福建省将乐县杉木人工林分为高密度林分、合理密度林分、低密度林分3部分。以地理信息系统技术为基础，研建福建省将乐县密度预警图，从而实现从空间上定量描述杉木林分密度合理程度，为合理开展经营提供依据。针对高密度林分，本研究提出了基于空间结构信息的采伐木确定方法，期待对森林量化经营提供借鉴作用。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究目的和意义

1．2 研究综述

1．2．1 自然稀疏规律研究

1．2．2 林分经营密度研究

1．2．3 林分密度控制图的研究

1．3 空间结构下杉木林抚育间伐

1．4 主要研究内容和研究目标

1．4．1 研究目标

1．4．2 研究内容

1．5 技术路线

2 研究区域与研究方法

2．1 自然稀疏方程及密度控制图研究区域

2．2 土壤物理性质及树高最优模型研究区域

2．3 研究方法

2．3．1 杉木林样地布设及土壤物理性质数据获取

2．3．2 最优树高模型筛选

2．3．3 完满立木度样地确定方法

2．3．4 自然稀疏方程及拟合方法

2．3．5 经营密度控制图及密度预警图的研制方法

2．3．6 林分空间结构指数

2．3．7 采伐木确定方案

3 不同龄组土壤物理性质对比研究

3．1 土壤容重

3．2 土壤孔隙度

3．3 土壤持水量

3．4 小结与讨论

3．4．1 讨论

3．4．2 土壤管理建议

4 基于Cross-validation的树高曲线方程

4．1 最优模型的初选

4．2 基于Cross-validation的最优模型的确定

4．3 小结与讨论

5 杉木人工林自然稀疏方程斜率恒定验证

5．1 立地因子与林分密度关系

5．2 不同坡度林分自然稀疏方程

5．3 不同坡位下林分自然稀疏方程

5．4 不同坡度坡位组合下林分自然稀疏方程

6 杉木人工林经营密度图的研建与应用

6．1 收获预估密度控制图构建

6．2 收获预估密度控制图应用研究

6．2．1 自然稀疏过程中枯损量计算

6．2．2 低密度林分在收获预估密度控制图中应用

6．2．3 中密度林分在收获预估密度控制图中应用

6．2．4 高密度林分在收获预估密度控制图中应用

6．2．5 密度控制图中应用小结

6．3 水源涵养密度控制图的研建及应用

7 基于收获预估密度控制图的林分密度预警图研制

7．1 杉木收获预估密度控制图预警图的研制

7．2 基于收获预估预警图的杉木人工林经营建议

8 基于收获预估密度控制图的杉木中幼龄林抚间伐模拟

8．1 伐前的林内竞争及空间分布格局

8．2 采伐木的确定

8．3 伐后的林内竞争及空间分布格局

8．4 小结

9 结论与展望

9．1 结论

9．2 展望

参考文献

在读期间发表的学术论文(2011-2014)

作者简介

致谢