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金沟岭林场三种林型最优林分结构的研究

作　者: 孔雷
导　师: 亢新刚
学　校: 北京林业大学
专　业: 森林经理学
关键词: 直径结构 树高结构 树种空间隔离度 空间格局 竞争结构 林分蓄积模型 单木成熟
分类号: S758.53
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


本文以金沟岭林场云冷杉针阔混交林、杨桦次生林和人工落叶松三种林型为研究对象,基于14块皆伐标准地、检查法样地274个样点、40块速生丰产林样地、12块杨桦次生林样地和22株大径级解析木数据,运用森林经理学和统计学的方法,构建了金沟岭林场3种林型最优直径结构、最优树高结构、最优树种空间隔离度、最优空间格局和最优竞争结构。得到的主要结论有：(1)针叶树种：红皮云杉数量成熟龄112.5年、鱼鳞云杉数量成熟龄135年、冷杉数量成熟龄150年和落叶松数量成熟龄47年。阔叶树种：白桦数量成熟龄46年、枫桦数量成熟龄144年、山杨数量成熟龄43年、椴树数量成熟龄146.5年、水曲柳数量成熟龄160年和色木数量成熟龄186.5年。(2)提出并且验证了两种估算林分蓄积的方法——平均实验形数法和地理权重回归分析法。本研究第一次以数学推理角度,理论证明实验形数法的合理性,从树种胸高形率和树干曲线方程理论推导出实验形数方程。本文推算11个树种的实验形数与经验实验形数法得到的差别不大。第一次证明影响实验形数取值的只有树种,常数项K趋于3(变异系数为0.02)。利用平均实验形数法估算林分蓄积精度也很高,其中di为0.46,di为1.34,Srf为1%,saf为3%, R2为0.97,AIC为24.1,预估精度为0.98。同时利用地理权重回归分析模型(GWR)构建二元材积公式。从空间分析角度,研究了模型的胸径、树高与材积三者的关系。地理权重回归分析法(R2=0.94；p=0.92)优选模型的拟合度、预测能力都要高于最小二乘法拟合的优选模型(R2=0.93；p=0.91)。地理权重回归分析模型的变量参数可以反映出在样地内的空间分布规律及其稳定性,地理权重回归分析法反映局部空间信息的能力为最小二乘法所不及。基于地理权重回归分析法拟合得到精度较高的单木材积模型,进而推算得到林分蓄积。(3)在估算单木成熟和林分蓄积之后,利用经验和理论模型拟合得到三种林型能够生长达到的每公顷最大胸高断面积,并分成<10、10～20、20～30、30～40、40～50m/hm25个胸高断面积区间,分别比较求算各胸高断面积区间的蓄积生长量。最后利用负指数模型,结合林木径阶能够持续生长的情况,拟合出云冷杉针阔混交林和杨桦次生林最优直径结构；利用weibull分布模型,拟合出人工落叶松林最优直径结构。云冷杉针阔混交林最大胸高断面积约为60m2/hm2,当林分胸高断面积为40m2/hm2,平均Q值为1.4时,林分蓄积生长量最大,为10.5m3/hm2.a。杨桦次生林最大胸高断面积约为45m2/hm2,当林分胸高断面积为20m2/hm2,平均Q值为1.5时,林分蓄积生长量最大,为5.7m3/hm2.a。人工落叶松林最大胸高断面积约为45m2/hm2,当林分胸高断面积为30m2/hm2,平均Q值为1.45时,林分蓄积生长量最大,为8.99m3/hm2.a。(4)由于人工落叶松林通过确定林分胸高断面积即可确定空间最优,所以本研究仅讨论云冷杉针阔混交林和杨桦次生林树种的空间隔离度,空间格局和竞争关系。通过系统聚类方法和树种多样性混交度研究两种林型物种空间隔离度和林分畜积生长量的关系。在立地条件、株数密度、混交比、树种种类和树种数量相同时,云冷杉针阔混交林固定样地内林分蓄积生长量与树种空间隔离度呈正比关系：天然杨桦次生林固定样地内林分蓄积生长量与树种空间隔离度呈反比关系。两种林型的大径级林木呈均匀分布,中小径级林木呈聚集分布的格局为最优；林木竞争能力由四周向中心依次增强的排列,即呈锥形的竞争结构为最优。(5)基于天然混交林分结构特点,构建适用于当地情况的竞争因子--树种耐阴性竞争指数：并且建立天然混交林竞争指数计算系统。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-12
1. 绪论  12-38
  1.1. 引言  12-14
    1.1.1. 研究背景  12-13
    1.1.2. 研究目的和意义  13-14
  1.2. 国内外研究现状  14-35
    1.2.1. 林分蓄积估算方法综述  14-18
    1.2.2. 天然林林分直径结构研究方法综述  18-22
    1.2.3. 天然林林分空间分布格局研究方法综述  22-28
    1.2.4. 天然林林分物种空间隔离度研究方法综述  28-31
    1.2.5. 天然林林木竞争研究方法综述  31-35
  1.3. 研究目标和主要研究内容  35-36
    1.3.1. 研究目标  35
    1.3.2. 主要研究内容  35-36
  1.4. 研究技术路线  36-38
2. 研究区自然概况与研究方法  38-56
  2.1. 研究区自然概况  38-39
    2.1.1. 自然条件  38
    2.1.2. 资源状况及社会条件  38-39
  2.2. 样地设置与数据  39-41
    2.2.1. 检查法样地数据  39
    2.2.2. 速生丰产林样地数据  39-41
    2.2.3. 皆伐样地数据  41
    2.2.4. 杨桦次生林样地数据  41
  2.3. 研究方法  41-56
    2.3.1. 林分蓄积量计算  41-45
    2.3.2. 天然混交林最优直径结构和最优树高结构的构建  45-48
    2.3.3. 天然混交林空间格局分析  48-49
    2.3.4. 天然混交林树种空间隔离度对林分生长研究  49-50
    2.3.5. 天然混交林最优竞争指标的研究  50-54
    2.3.6. 数据处理  54-56
3. 金沟岭林场三种林型林分蓄积量的估计  56-66
  3.1. 基于树种胸高形率的实验形数法推算林分蓄积量研究  56-61
    3.1.1. 不同树种的平均胸高形率、平均实验形数和K项  56-57
    3.1.2. 各树种的单木实验形数和胸高形率  57
    3.1.3. 不同树高级的单木实验形数和胸高形率  57-58
    3.1.4. 实验形数估算林分蓄积  58-59
    3.1.5. 小结  59-61
  3.2. 基于地理权重回归的金沟岭林场云冷杉二元材积式构建  61-66
    3.2.1. 林木材积空间自相关分析  61-62
    3.2.2. 林木材积模型选择  62-63
    3.2.3. 参数比较  63
    3.2.4. 残差分析  63-64
    3.2.5. 空间分布的分析  64-65
    3.2.6. 小结  65-66
4. 金沟岭林场主要树种单木成熟径阶和年龄的研究  66-76
  4.1. 解析木的基本概况  66-67
  4.2. 金沟岭林场主要树种数量成熟龄的确定  67-75
    4.2.1. 金沟岭林场阔叶树种数量成熟龄的确定  67-72
    4.2.2. 金沟岭林场针叶速生树种数量成熟龄的确定  72-73
    4.2.3. 金沟岭林场针叶顶级耐阴树种数量成熟龄的确定  73-74
    4.2.4. 金沟岭林场各树种单木成熟径阶和年龄的差异  74-75
  4.3. 小结  75-76
5. 金沟岭林场三种林型林分最优直径结构和最优树高结构的构建  76-98
  5.1. 云冷杉针阔混交林最优直径结构和最优树高结构  76-84
    5.1.1. 林分每公顷最大胸高断面积  76-78
    5.1.2. 林分平均Q值的变化与林分蓄积生长量的关系  78-79
    5.1.3. 不同林分胸高面积等级与林分蓄积生长量的关系  79-80
    5.1.4. 林分各径阶的枯损和进阶  80-82
    5.1.5. 最优林分直径分布  82-83
    5.1.6. 树高曲线和最优林分树高分布  83-84
  5.2. 杨桦次生林最优直径结构和最优树高结构  84-89
    5.2.1. 林分每公顷最大胸高断面积  84-86
    5.2.2. 不同林分胸高断等级、林分平均Q值与林分蓄积生长量的关系  86-87
    5.2.3. 林分各径阶的枯损率  87
    5.2.4. 最优林分直径分布  87-88
    5.2.5. 树高曲线和最优林分树高分布  88-89
  5.3. 人工落叶松林最优直径结构和最优树高结构  89-95
    5.3.1. 林分每公顷最大胸高断面积  89-92
    5.3.2. 不同林分胸高断面积等级、林分平均Q值与林分蓄积生长量的关系  92-93
    5.3.3. 林分各径阶的枯损率  93-94
    5.3.4. 最优林分直径分布  94
    5.3.5. 树高曲线和最优林分树高分布  94-95
  5.4. 小结  95-98
6. 金沟岭林场两种林型树种空间隔离度对林分生长研究  98-108
  6.1. 云冷杉针阔混交林树种空间隔离度对林分生长研究  98-103
    6.1.1. 树种多样性和均匀度  98-99
    6.1.2. 林分密度和树种多样性聚集分析  99-101
    6.1.3. 树种空间隔离度对林分生长量的影响  101-102
    6.1.4. 不同生活史树种空间隔离度对林分生长量的影响  102-103
  6.2. 杨桦次生林树种空间隔离度对林分生长研究  103-106
    6.2.1. 树种多样性和均匀度  103-104
    6.2.2. 树种多样性聚集分析  104-105
    6.2.3. 树种空间隔离度对林分生长量的影响  105
    6.2.4. 不同生活史树种空间隔离度对林分生长量的影响  105-106
  6.3. 小结  106-108
7. 金沟岭林场两种林型林木空间水平分布格局对林分生长研究  108-118
  7.1. 云冷杉针阔混交林林木空间分布格局对林分生长研究  108-112
    7.1.1. 林木的水平空间分布格局  108-109
    7.1.2. 顶级树种与先锋树种的种间关联性  109-111
    7.1.3. 水平空间格局对林分蓄积生长的影响  111-112
  7.2. 杨桦次生林林木空间分布格局对林分生长研究  112-116
    7.2.1. 林木的水平空间分布格局  112-114
    7.2.2. 顶级树种与先锋树种的种间关联性  114-115
    7.2.3. 水平空间格局对林分蓄积生长的影响  115-116
  7.3. 小结  116-118
8. 金沟岭林场天然混交林最优竞争指标及结构的研究  118-128
  8.1. 云冷杉针阔混交林最优竞争指标及结构的研究  118-122
    8.1.1. 变量的选择  118-119
    8.1.2. 竞争指标的选择  119-120
    8.1.3. 树种耐阴性竞争指数的灵敏性  120-121
    8.1.4. 竞争结构  121-122
  8.2. 杨桦次生林最优竞争指标及结构的研究  122-127
    8.2.1. 变量的选择  122-123
    8.2.2. 竞争指标的选择  123-124
    8.2.3. 树种耐阴性竞争指数的灵敏性  124-126
    8.2.4. 竞争结构  126-127
  8.3. 小结  127-128
9. 金沟岭林场天然混交林竞争指数计算系统  128-134
  9.1. 生长空间重叠类竞争指数算法  128-131
  9.2. 基于Excel VBA金沟岭林场天然林林木竞争指数程序  131-132
    9.2.1. 流程图  131-132
    9.2.2. 用户界面  132
  9.3. 小结  132-134
10. 结论与讨论  134-138
  10.1. 结论  134-135
  10.2. 创新点  135
  10.3. 展望  135-138
参考文献  138-146
个人简介  146-147
导师简介  147-148
获得成果目录  148-149
致谢  149

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