论文摘要
本研究利用帽儿山天然次生林区2007年所调查的30块标准地和176株解析木的数据,共获得样木4237株,剔除枯死木,剩余3628株;获得枝条3401个,其中标准枝694个。测量样木的胸径、树高、冠幅、坐标和活枝高度等因子,并对解析木分段进行了枝解析和叶量的收集。用2915株样木建立了单木冠长率模型,其余713株作为检验数据;用枝解析的数据建立了次生林各树种的枝条解析模型,分析枝条梢头的着生位置建立了树冠轮廓模型,根据叶量在树冠相对高度上的累积百分比建立了叶量模型。研究次生林内几种空间结构指标,并根据多样性混交度、聚集指数、竞争指数和树冠叠加指数建立了天然次生林择伐空间优化模型,采用数学规划的思想对其求解,并应用到现实林分中。研究的主要内容包括:1、根据次生林内树木的大小（SIZE）、竞争（COMP）和立地（SITE）3个方面因子组的分析,利用Logistic的形式来建立10个树种单木的冠长率模型,并用多重决定系数砰来判断各个因子组对模型的贡献率。参数的拟合结果表明,三个因子组中林木的大小和竞争对树木的冠长率影响较大,而立地条件相对较小。树种的冠长率随着胸径的增大而增大,与树木的冠幅之间也是递增的关系,也是与树木的年龄成正比的。各个树种的冠长率模型的检验结果表明,10个树种的预估精度都超过了91%,除了枫桦和色木,都通过了置信椭圆F检验。几种偏差值都较小,尤其是ME和MAE值很小。多数树种的相关系数R相对较低,只有白桦和枫桦较高,超过了0.9。2、用分段的多项式所建立的枝条基径的三种模型,得出基径和枝条的着枝深度、胸径、树高和冠长之间有密切关系:建立的三种枝长模型是以树木的着枝深度、胸径和树高为自变量的;弦长与枝长之间是极显著的线性关系,可用对数形式来描述;枝条的着枝角度与总着枝深度、树木胸径、实测树冠半径、树高等因子的关系可以用多元线性方程来表示;着枝角普遍都分布在20～50度之间,这个区间的分布比例一般都能达到枝条数量的60%以上,不同树种的比例不太相同。而小于20度的枝条一般在20%左右变化,大于60度的枝条非常少,70～80度之间的枝条十分稀少,大于80度的枝条可能是测量的误差。着枝角的分布与着枝深度有密切的关系,着枝角度在树冠的上层时一般都较小,而随着树冠深度的增加,中层的枝条的枝长开始增大,枝条的重量随着基径和枝长在增大,着枝角度会明显增大,因此在这个范围内的分布最广,占了大多数。而到了树冠的下层时,枝条的着枝角度也较大,但是数量较少。对基径、枝长和弦长模型进行了检验,检验的结果较好,有较高的相关系数和预估精度。3、本研究认为阔叶树种的树冠轮廓并不是简单的从梢头到冠底增加的,根据分层枝解析的结果,把树冠分成2个部分,上层和中层作为一部分,用三次反抛物线式来建立h高度处树冠半径与冠内相对高度的模型;把树冠的下层的枝条作为一部分,也是用抛物线的不同形式建立不同树种的树冠轮廓模型。这些形式能较好的用几何位置来表现阔叶树种的树冠轮廓。4、用传统的三参数Weibull分布等形式无法很好的说明阔叶树种的叶量分布特点,而对数正态分布能描述这种特点。本研究用“S”曲线的形式来建立树冠内累积叶量百分比CF%和树冠内枝条相对高度RPC的模型,效果良好。并且得出,每个树种在树冠内相对高度上的叶量的垂直分布是不同的,天然次生林阔叶树种的叶量在树冠的上部（0.3CL以下）所占比例很小,约占10%左右;在树冠的中部以及中下部（0.4CL～0.8CL）,叶量所占比例最大,几乎集中了整个树冠60%～75%的叶量;而在树冠的下部（0.8CL以下）,几乎占很少的叶量,大约10%左右。5、采用Hegyi竞争指数来表现次生林内林木的竞争关系,并且根据竞争圈的大小和林木在竞争圈内的分布位置、大小与距离来计算有效的竞争木,并不是传统意义上的全部竞争木;本研究提出用树冠叠加指数（Crown area overlap index）来表示林木与周围树木的树冠竞争情况,并采用等树冠投影面积法把树冠分为5级,这样计算的树冠叠加指数更加与现实林分相符。6、本研究基于乘除法的思想,用多样性混交度、聚集指数、竞争指数和树冠叠加指数构建了天然次生林择伐空间优化模型,设计了10个与林学意义相一致的约束条件,并采用0-1整数规划的思路,在LINGO9.0软件中使用了隐枚举法对目标函数求得最优解。7、以M702标准地为应用实例,具体计算出了每株采伐木,经过择伐后,目标函数值按模型设计的要求发生了极大的改变,增加了5倍多,说明了最后这个解的优良性,满足了设计的要求。径阶数、树种数都保持不变,Shannon-Weiner指数增加了3.5%。约束条件中的q值减小了约6.6%,次生林的多样性混交度和聚集指数分别增加了2.5%和4.1%,竞争指数和树冠叠加指数分别减小了19.99%和50.93%。采伐量是小于林分的总生长量的,林木的蓄积减少了27.03%。目标函数的10个约束条件在经过择伐优化模型的求解后,都得到了满足,目标函数值显著的增加,在符合了设计的要求的同时,也与林分的林学意义相一致。本研究首次建立了天然次生林冠长率的模型,研究了次生林内主要阔叶树种的枝条的特征,建立了多种适用于阔叶树种枝条解析的模型,并且首次尝试建立阔叶树种的树冠轮廓模型,这些都取得了较理想的模拟效果。提出树冠叠加指数来描述林木树冠之间的竞争关系,更好的解释并量化了树木对光环境的适应能力。最后,以应用实例来描述次生林空间结构的特点,确定了采伐木,优化了林分的空间结构。这些理论和实践相结合的思路为次生林的经营提供了科学、数量化的经营理念,是对继承与发展传统方法的一次有益尝试。
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