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油松和樟子松人工林水分生产函数及结构调控模型的研究

作　者: 于显威
导　师: 王百田
学　校: 北京林业大学
专　业: 生态环境工程
关键词: 人工林水量平衡水分生产函数结构调控模型
分类号: S791.254
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

水分是干旱半干旱地区人工林培育的主导因子。只有在充分考虑水资源环境容量的前提下,建立以水分因子为核心的林分结构管理体系,才能维持人工林的林分稳定性,发挥人工林的综合效益。为流域的林业生产布局及林分设计管理提供理论基础,促进研究区域林业建设的可持续发展。笔者认为,深入研究林木的耗水特性,建立林木的水分生产函数,继而构建与之相应的林分结构调控模型,可以为干旱半干旱区域的林业生产布局及林分设计管理提供理论基础,促进研究区域林业建设的可持续发展。本研究在山西省吉县和方山县、辽宁省的彰武县、阜新县和建平县,以油松(Pinus tabulaeformmis)和樟子松(Pinus sylvestris var.mongolica)人工林为研究对象,在样地调查、样芯分析、和气象资料研究的基础上,探讨了气候因子对两种树木生长的影响,建立了水分生产函数,并在水分因子的基础上建立了林分结构调整模型。主要结论如下：1、吉县未间伐林分、方山的各个密度林分、阜新未经间伐的林分,其直径分布偏离正分布,说明林分密度均超过了适宜密度。山西吉县和方山油松纯林的物种Shannon-Wiener指数随林分密度的增大而逐渐减少；而辽宁西部油松密度在730-2430株/hm2时,林分的密度对林下植被多样性的影响较小。山西试验地,影响林下植物多样性最大的因子为林分密度,其次是林下辐射和坡位,林龄、坡向和坡度也是较为重要的指标；辽宁试验地,降水的空间差异起到最明显的作用,同样影响水分空间分配的坡位和坡度,对植物多样性的影响也较大,而密度的作用相对较弱。2、各研究地点的油松胸径与密度呈幂函数关系,吉县为D=269.665N-0.438,方山为D=208.212N-0.407,辽宁的关系为D=177.375N-0.380；樟子松的胸径和密度呈现D=236.562N-0.407。3、树木的生长具有地域性特征,其样本间的一致性、样本的敏感性都呈现地域性差异；坡度、坡位、坡向等立地条件的差异,抚育间伐产生的人为扰动,造林密度引起的竞争程度,都会影响人工林样本间的一致性。4、利用dendroclimate工具软件,分析了油松和樟子松两个树种径向生长与当地降水、温度两个重要气候因子之间的关系,整体看来,在两个省份的五个研究地点上,油松年轮生长与临近气象站点的月降水大致呈正相关关系,与月平均气温呈负相关关系,符合干旱-半干旱地区树木生长与气候响应的模式。5、分析了降水的保证频率和降水可用量的坡向分布特征,研究了林木的耗水特性,建立了油松和樟子松的单木和林分耗水模型,对典型林分耗水与供水进行了对比分析,探讨了水分供耗平衡点出现的时间。6、负指数去趋势和直线去趋势,是消除年龄影响最常用的方法。其中,以负指数去趋势为主,占ARSTAN分析样本的70%左右。据此,提出了单木生长过程的方程。7、在单木生长过程曲线、胸径密度关系曲线、轮宽与气候因子关系的基础上构建了五个试验地点的油松水分生产函数和彰武地区樟子松的水分生产函数。8、在确立以水分作为确定林分结构主要依据和标准的基础上,提出了基于水量平衡、以时间和降水为自变量的林分密度模型,模型具有N=aPcA-b的形式；建立了以水量平衡分析为基本思路,具有存贮模型特征的林分结构调整模型；最后,从实证和经验的角度出发,提出了两个树种可以适用于较大地理空间的降水-年龄-密度关系模型。三个模型以不同的侧重角度回答了初始密度、间伐强度、间伐时间三个关于林分调控的关键性问题。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-12
1. 绪论  12-26
  1.1. 研究目的及意义  12
  1.2. 国内外研究现状  12-23
    1.2.1. 水分生产函数的研究  12-14
    1.2.2. 环境与树木生长关系的研究  14-16
    1.2.3. 树木生长模型的研究  16-19
    1.2.4. 人工林结构及优化的研究  19-23
  1.3. 研究展望  23-26
    1.3.1. 以林业生态建设工作为驱动力的发展方向  23-24
    1.3.2. 以认知体系完满性为驱动力的发展方向  24-26
2. 研究方法与思路  26-32
  2.1. 研究的总体思路  26-27
    2.1.1. 研究的目标  26
    2.1.2. 研究的内容  26-27
    2.1.3. 研究的技术路线  27
  2.2. 研究方法  27-32
    2.2.1. 野外实验  27-30
    2.2.2. 室内实验  30
    2.2.3. 数据处理与分析  30-32
3. 采样点布局及研究区概况  32-40
  3.1. 采样点布局  32
  3.2. 研究区地形地貌  32-33
  3.3. 研究区气候状况  33-35
  3.4. 研究区土壤状况  35-36
  3.5. 研究区植被状况  36-37
  3.6. 研究区人工林经营状况  37-40
4. 人工林的结构特征  40-66
  4.1. 人工林的直径特征  40-44
    4.1.1. 油松林的直径特征  40-44
    4.1.2. 樟子松林的直径特征  44
  4.2. 胸径与密度的关系  44-47
    4.2.1. 油松林平均胸径与林分密度的关系  44-46
    4.2.2. 樟子松林平均胸径与林分密度的关系  46-47
  4.3. 油松人工林下的植物多样性  47-53
    4.3.1. 林下植物多样性  48-50
    4.3.2. 多样性影响因子主成分分析  50-52
    4.3.3. 林分密度与植物多样性  52-53
  4.4. 油松林冠特性  53-57
    4.4.1. 不同密度林分的林下辐射  54-56
    4.4.2. 不同密度林分透光比  56-57
    4.4.3. 不同密度油松林的LAI  57
  4.5. 胸径分化的空间格局  57-61
    4.5.1. 胸径分化的距离特征  58-60
    4.5.2. 油松胸径分化的空间尺度分析  60-61
  4.6. 合理密度的模糊聚类分析  61-63
    4.6.1. 指标体系的建立  61-62
    4.6.2. 最佳林分指标的确定  62
    4.6.3. 聚类分析  62-63
  4.7. 小结  63-66
5. 油松、樟子松生长与气候相关性分析  66-82
  5.1. COFECHA结果分析  66-71
    5.1.1. 样方内样本的相关性分析  66-67
    5.1.2. 样方内油松样本的敏感度分析  67-68
    5.1.3. 标记样本的统计描述  68
    5.1.4. 样本标记与环境因子的对应分析  68-70
    5.1.5. COFECHA结果的影响因素分析  70-71
  5.2. 树轮年表的特征分析  71-75
    5.2.1. 样本对总体的代表性  73
    5.2.2. 平均敏感度  73
    5.2.3. 自相关  73
    5.2.4. 标准差  73-74
    5.2.5. 树木间相关系数  74
    5.2.6. 信噪比  74
    5.2.7. 第一特征向量百分比  74-75
  5.3. 油松与温度和降水的相关性  75-80
    5.3.1. 与月降水的相关性  75-78
    5.3.2. 与月均温度的相关性  78-80
  5.4. 樟子松径向生长与温度和降水的关系  80-81
  5.5. 小结  81-82
6. 降水与林分耗水研究  82-98
  6.1. 降水及主要特征指标分析  82-84
    6.1.1. 降水的时间分配  82-83
    6.1.2. 降水变率  83
    6.1.3. 降水保证率  83-84
  6.2. 水分的空间分配  84-88
    6.2.1. 水分在不同坡向上的变化特征  85-86
    6.2.2. 土壤含水量坡向分布模型  86-87
    6.2.3. 土壤含水量坡向分布指数  87-88
  6.3. 油松的耗水特性  88-95
    6.3.1. 林木耗水的计算与测定  89-92
    6.3.2. 油松单木耗水量方程  92-93
    6.3.3. 油松林分耗水量方程  93-95
  6.4. 降水与油松耗水的比较  95-96
    6.4.1. 林分耗水量与多年平均降水量和75%保证率降水的比较  95
    6.4.2. 不同坡向林分耗水与多年平均降水量的比较(以晋西为例)  95-96
  6.5. 小结  96-98
7. 树木水分生产函数的研究  98-112
  7.1. 水分生长函数的类型  98-99
  7.2. 树木水分生产函数的探讨  99-102
    7.2.1. 树木水分生产函数作用的探讨  99-100
    7.2.2. 树木水分生产函数形式的探讨  100-102
  7.3. 油松的水分生产函数  102-107
    7.3.1. 油松的径向生长趋势  102-103
    7.3.2. 影响油松生长的气候因子  103-104
    7.3.3. 吉县试验地油松的水分生产函数  104-105
    7.3.4. 方山试验地油松的水分生产函数  105
    7.3.5. 彰武试验地油松的水分生产函数  105-106
    7.3.6. 阜新试验地油松的水分生产函数  106
    7.3.7. 建平试验地油松的水分生产函数  106-107
  7.4. 樟子松水分生产函数  107-110
    7.4.1. 樟子松的径向生长与生长趋势  107-109
    7.4.2. 樟子松的径向生长水分生产函数  109-110
  7.5. 水分生产函数的检验  110-111
  7.6. 小结  111-112
8. 以水分为主导因子的人工林林分结构调控模型  112-128
  8.1. 人工林密度的调控依据  112-114
    8.1.1. 造林密度确定的依据  112-113
    8.1.2. 密度合理性的参照标准与评判方法  113-114
  8.2. 基于水量平衡的林分密度模型  114-117
    8.2.1. 油松的林分密度模型  115-116
    8.2.2. 樟子松的林分密度模型  116-117
  8.3. 水资源容量存贮模型  117-122
    8.3.1. 基本假设  118-119
    8.3.2. 模型的基本形式与构成要素  119-120
    8.3.3. 简化形式  120-121
    8.3.4. 最佳间伐强度  121
    8.3.5. 间伐强度与郁闭度之间的关系  121-122
  8.4. 大空间尺度降水密度关系模型  122-127
    8.4.1. 油松的降水密度关系模型  122-125
    8.4.2. 樟子松的降水密度关系模型  125-127
  8.5. 小结  127-128
9. 结论与展望  128-130
  9.1. 研究结论  128-129
  9.2. 研究特色与创新点  129
  9.3. 存在的问题与不足  129
  9.4. 展望  129-130
参考文献  130-142
个人简介  142-143
导师简介  143-144
获得成果目录  144-145
致谢  145-146
附录  146-160

油松和樟子松人工林水分生产函数及结构调控模型的研究

内容摘要

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