落叶松人工林空间结构优化经营及可视化模拟的研究

摘要

本研究以15年生长白落叶松(Larix olgensis Henry)人工林为研究对象，针对人工纯林普遍具有的混交度低、水平分布格局均匀等特点，着重从树冠结构，林木竞争机制来探讨人工林空间结构。运用树冠重叠系数、Hegyi竞争指数和生长空间指数作为林分空间结构优化指标来描述林木之间的空间关系;模拟空间结构优化经营。根据22块不同年龄、不同密度及不同立地条件下的标准地中95株标准木的树干解析、枝解析及节子剖析数据，基于理论生长或经验生长方程，构建落叶松树冠结构静态模型及树冠动态生长模型。将结构模型、生长模型与林木三维可视化软件3DTree相结合，探讨林分的可视化显示和经营模拟，进一步分析了间伐林隙动态填充过程。研究结果表明:
　　(1)Hegyi竞争指数，树冠重叠指数和生长空间指数三者对于林木生长状况优劣的反映是一致的，可作为空间优化指标。(2)15％左右为15年生落叶松人工林最优的间伐强度，空间优化达到最佳，优化后林分竞争态势减小，生长空间利用程度增大，林分空间结构得到改善，模拟20年、25年生林分空间结构优化经营，最优的间伐强度为15％、10％左右。(3)以理论生长方程为基础，采用非线性回归模型构建基于枝条和林木变量的枝条大小与分枝结构静态模型，模型包括:一级枝条的基径、枝长、着枝角度、弦长、树冠半径的预测模型。所建模型可以很好地预估落叶松人工林的的树冠分枝结构，在静态模型中引入年龄因子建立了枝条生长动态模型。(4)树冠一级枝条总枝条数可以采用单方程直接预估，一级枝条的垂直分布服从反J型分布，水平分布服从均匀分布。(5)枝下高、树冠半径动态生长可用Schumacher方程来预估，冠长动态生长可用Korf方程来预测。(6)15年生林分间伐木形成的林隙具有面积小，填充年限短等特点，可在1-3年内完成填充。(7)实现了基于实测数据和静态模型的单木和林分的三维可视化显示。(8)实现了基于实测数据和动态生长模型的林分生长动态和可视化模拟。
　　本研究为落叶松人工林空间结构优化经营探索出新的理论和方法，对调整人工林林分水平分布格局，改善林木竞争关系有一定的理论和现实意义。基于树冠结构三维模拟模型的单木、林分静态和动态三维图形可视化模拟，为实现虚拟间伐、林分空间格局调整等三维可视化模拟措施提供参考。

目录

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 课题来源与主要研究内容

1．3 研究的目的、意义

1．4 国内外研究综述

1．4．1 林分空间结构研究的概述

1．4．2 林分三维图形可视化研究的概述

2 研究区概况及数据整理

2．1 研究地区自然概况

2．2 数据收集及测定方法

2．3 数据整理

3 研究方法

3．1 林分空间结构优化

3．1．1 树冠重叠系数

3．1．2 林木竞争指标

3．1．3 空间优化指标的应用及不同间伐强度下林分空间结构分析

3．1．4 林分空间结构优化经营模拟

3．2 树冠结构三维模拟模型

3．2．1 模型的拟合和检验

3．2．2 落叶松人工林树冠结构静态模型

3．2．3 落叶松人工林树冠结构动态规律研究

3．3 落叶松人工林树冠三维可视化模拟研究

3．3．1 树冠三维图形显示及不同间伐经营模拟

3．3．2 间伐林隙动态填充及可视化模拟研究

4 结果与分析

4．1 林木树冠重叠系数

4．2 竞争指标

4．2．1 Hegyi竞争指数

4．2．2 生长空间指数

4．3 空间优化指标运用及不同问伐强度对林分空间结构影响的分析

4．4 林分空间结构优化经营模拟分析

4．5 落叶松人工林树冠结构静态模型

4．5．1 树冠形状预估模型

4．5．2 树冠结构静态模型

4．6 落叶松人工林树冠结构动态生长模型

4．6．1 一级枝条基径和枝长生长模型

4．6．2 树高和胸径动态生长模型

4．6．3 枝下高和冠长、树冠半径动态生长模型

4．7 落叶松人工林树冠静态三维图形显示

4．8 落叶松人工林树冠三维可视化模拟

4．8．1 林分空间优化经营可视化模拟

4．8．2 林分间伐经营可视化模拟

4．8．3 间伐林隙动态填充分析及可视化模拟

结论与讨论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

声明