基于FVS的北京地区油松人工林树冠及林下植被的研究

论文摘要

第七次全国森林资源清查结果显示我国森林覆盖率达到了20.36%,与第六次清查相比,人工林面积净增8.4311×106 hm2,人工林面积位居世界首位。人工造林面积不断扩大,对我国的生态环境建设和经济发展发挥着巨大的作用,但由于长期沿用传统粗放的经营管理方式,使得我国人工林质量低下,生态功能较差。油松（Pinus tabulaeformis）是北京山区主要的造林树种,面积为7.9468×104hm2,绝大部分为人工林,人工林面积为6.1×104hm2,约占油松林总面积的77%,但由于经营管理水平低下,出现了造林密度偏大、树木生长缓慢、林分总体质量较差等一系列严重问题。本文首次尝试应用美国森林资源清查体系FIA （Forest Inventory Analysis）中的树冠调查指标并对北京山区油松人工林进行树冠调查,通过样地调查和数学建模等方法,分析树冠生长与林木生长的关系,并建立了冠幅模型、冠幅—林下植被多样性指数模型、冠幅—林下生物量模型、并使用FVS （Forest Vegetation Simulator）系统模拟了油松人工林在不同抚育措施下林分生长的情况,同时对树冠生长及林下植被的生长进行了模拟预测。主要研究结果如下：1.通过相关性分析得出,林分密度是影响树冠因子变化的重要因素。油松人工林（40-50a）林分密度应控制在1500株.hm-2左右,这样有利于树冠的健康生长,也有利于林木的生长。2.拟合了树冠圆满度与林木生长因子之间的模型,结果如下：DBH=29.248e-1.478Rc；H=13.58 e-1.121Rc;V=0.3715 e-3.308Rc；相关指数R2都达到了0.7以上。3.基于枝解析的结果,建立了树冠生物量与胸径之间的幂函数模型,模型拟合结果如下：WC=0.4087DBH2.21 R2=0.8204；经检验,模型拟合效果良好。4.建立了油松人工林胸径-冠幅模型,以二次曲线模型的拟合结果最佳,拟合方程为：CW=-0.7133+0.3714×DBH-0.0037×DBH2 R2=0.6959；检验结果表明,该模型拟合效果和预估效果良好,且预测精度较高。5.建立了冠幅与林下植被多样性Shannon-Wiener指数H′的模型,以指数函数的拟合效果最优,拟合结果：H′=1.232e0.0912CW R2=0.7699；经检验,模型拟合效果良好。6.建立了冠幅与林下草本生物量、灌木生物量的模型,以三次方模型的拟合结果最好。冠幅与草本生物量方程：W草=244.192—117.488×CW+60.196×CW2—6.015×CW3；当冠幅为5.5m,草本生物量达到最大值,为418.2kg·hm-2；冠幅与灌木生物量方程：W灌=2.559×103—1.494×103×CW+716.935×CW2—74.763×CW3；当冠幅为5.1m,灌木生物量有最大值,为3669.7kg·hm-2；模型均通过检验,说明拟合模型有良好的模拟和预测效果。7.使用FVS-BJ系统对油松典型样地进行了自然生长及不同疏伐措施（下层疏伐和上层疏伐）下生长情况的可视化动态预测,同时对树冠及林下植被生长进行了模拟,并可得到合理的预测结果。本研究可为油松人工林的科学经营管理提供参考,研究方法还可为拓宽该系统的应用尺度范围提供了借鉴。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 缩略词及中文全称
• 前言
• 1 树冠与林下植被研究进展
• 1.1 研究现状
• 1.1.1 树冠结构
• 1.1.2 树冠分级
• 1.1.3 树冠与林木生长之间的关系研究
• 1.2 树冠动态模型研究
• 1.2.1 树冠率模型
• 1.2.2 树冠宽模型
• 1.2.3 树冠在生长模型中的应用
• 1.3 树冠指标及健康性评价研究
• 1.4 树冠与林下植被的研究
• 1.5 展望
• 2 研究地概况
• 2.1 自然地理条件
• 2.2 气候条件
• 2.3 土壤条件
• 2.4 北京市森林资源基本情况
• 2.5 油松分布的总体情况
• 3 研究目的与方法
• 3.1 研究目的
• 3.2 数据来源
• 3.2.1 北京市固定复位样地数据
• 3.2.2 临时样地数据
• 3.3 样地调查
• 3.3.1 样地自然概况
• 3.3.2 每木检尺
• 3.3.3 树冠指标调查方法
• 3.3.3.1 基本调查指标
• 3.3.3.2 复合指标
• 3.3.4 林下植被多样性及生物量调查
• 3.3.5 树冠生物量及生长量调查
• 3.4 技术路线
• 4 油松人工林树冠及林下植被生长研究
• 4.1 树冠生长与林分密度的关系
• 4.1.1 树冠基本指标
• 4.1.2 树冠复合指标
• 4.1.3 树冠指标间相关性
• 4.2 树冠生长与立地条件的关系
• 4.2.1 树冠基本指标
• 4.2.2 树冠复合指标
• 4.2.3 树冠指标间相关性
• 4.3 树冠指标与林分生长指标的相关性
• 4.4 树冠圆满度与林木生长的关系
• 4.4.1 树冠圆满度与胸径的关系
• 4.4.2 树冠圆满度与树高的关系
• 4.4.3 树冠圆满度与单株材积的关系
• 4.5 树冠生物量研究
• 4.5.1 单枝条生物量估算
• 4.5.2 树冠生物量估算
• 4.5.3 树冠生长量估算
• 4.6 林下植被生长的研究
• 4.6.1 林分密度对植物多样性的影响
• 4.6.2 林分密度对林下植被生物量的影响
• 5 冠幅与林下植被生长关系的研究
• 5.1 冠幅模型的优化
• 5.1.1 模型建立
• 5.1.2 模型检验
• 5.2 冠幅与林下植被的关系
• 5.2.1 冠幅与Shannon-Wiener多样性指数H′的关系
• 5.2.1.1 模型建立
• 5.2.1.2 模型检验
• 5.2.2 冠幅与林下植被生物量的关系
• 5.2.2.1 模型建立
• 5.2.2.2 模型检验
• 6 基于FVS的油松人工林树冠及林下植被生长预测
• 6.1 油松模拟试验林的生长情况
• 6.2 油松人工林的自然生长与抚育措施下的生长预测
• 6.2.1 自然生长
• 6.2.2 下层抚育
• 6.2.3 上层抚育
• 6.2.4 两种抚育措施的比较
• 7 结论与建议
• 参考文献
• 个人简介
• 导师简介
• 致谢