基于多功能經(jīng)營(yíng)的杉木生態(tài)公益林空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究.pdf

1、生態(tài)公益林是改善和維護(hù)生態(tài)環(huán)境，保護(hù)生物多樣性、保持生態(tài)平衡和保護(hù)國(guó)土安全等生態(tài)需求為主體功能的森林，處在生態(tài)區(qū)位重要的杉木人工林被劃分為生態(tài)公益林經(jīng)營(yíng)，杉木（Cunninghamia lanceolata）生態(tài)公益林樹種結(jié)構(gòu)單一，生物多樣性和生產(chǎn)力低下，病蟲害嚴(yán)重，使杉木生態(tài)公益林多功能效益低下。因此，提高生態(tài)公益林的多功能效益已經(jīng)成為當(dāng)前林業(yè)工作者需要解決的一個(gè)迫切問題。結(jié)構(gòu)決定功能，合理的調(diào)整林分結(jié)構(gòu)，從角尺度、混交度和大小比數(shù)對(duì)

2、林分空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)林分多功能效益的提高。
　　本文以湖南省平江縣福壽國(guó)有林場(chǎng)杉木生態(tài)公益林為研究對(duì)象，利用幼齡林、中齡林和近熟林3個(gè)齡組18塊樣地的林分結(jié)構(gòu)和多功能數(shù)據(jù)，從水土保持與水源涵養(yǎng)、物種多樣性、固碳、生產(chǎn)力四個(gè)方面功能共18個(gè)指標(biāo)，構(gòu)建了多功能評(píng)價(jià)體系，對(duì)林分的結(jié)構(gòu)特征和多功能進(jìn)行分析，對(duì)林分進(jìn)行空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化，建立間伐優(yōu)化方案和補(bǔ)植優(yōu)化方案。林分空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，再對(duì)增加3年生長(zhǎng)期后3個(gè)齡組杉木生態(tài)公益林進(jìn)行多功能

3、分析與評(píng)價(jià)，并與優(yōu)化前進(jìn)行多功能對(duì)比分析，研究方法包括GIS技術(shù)應(yīng)用、Weibull分布擬合、Delphi法、胸徑加權(quán)Voronoi圖、樹種隔離程度分析、競(jìng)爭(zhēng)分析、林分空間分布格局分析、Delaunay三角網(wǎng)、ANOVA方差分析、LSD（最小顯著差數(shù)法）多重比較法。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論分述如下:
　　(1)杉木生態(tài)公益林林分結(jié)構(gòu)分析。運(yùn)用Weibull分布分析林分的直徑和樹高結(jié)構(gòu)，結(jié)果表明:直徑結(jié)構(gòu)隨齡組的增加標(biāo)準(zhǔn)差依次增大，幼齡林

4、偏向小徑階，分布比較集中，中齡林、近熟林偏向中小徑階，分布相對(duì)離散。幼齡林中沒有符合Weibull分布曲線的，中齡林的7號(hào)和10號(hào)樣地以及近熟林的15和16號(hào)樣地符合Weibull分布曲線。樹高結(jié)構(gòu)隨齡組的變化標(biāo)準(zhǔn)差依次增大，幼齡林偏向幼樹，分布集中，中齡林、近熟林偏向高樹，分布集中，幼齡林4塊、中齡林2塊和近熟林2塊符合Weibull分布函數(shù)，林分直徑與樹高分布不合理。采用角尺度、混交度和大小比數(shù)3個(gè)林分空間結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行空間結(jié)構(gòu)分析，

5、結(jié)果顯示林分空間隔離程度整體偏低，競(jìng)爭(zhēng)狀態(tài)屬于中等競(jìng)爭(zhēng)，空間分布格局為團(tuán)狀分布，杉木生態(tài)公益林林分空間結(jié)構(gòu)不合理，需對(duì)空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。
　　(2)杉木生態(tài)公益林多功能分析。從水土保持與水源涵養(yǎng)功能、物種多樣性功能、固碳功能和生產(chǎn)力功能四個(gè)方面，對(duì)空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化前杉木生態(tài)公益林進(jìn)行多功能分析，結(jié)果表明:水土保持與水源涵養(yǎng)功能的土壤持水量近熟林高于幼齡林和中齡林，且有顯著性差異，土壤孔隙度隨林齡的增加呈先增加后減少的趨勢(shì)，土壤容重

6、隨林齡的增加呈遞增趨勢(shì)。物種多樣性功能隨林齡的增加呈遞增趨勢(shì)，近熟林的物種多樣性功能最高。林分固碳功能的喬木層、灌木層和枯枝落葉層碳儲(chǔ)量隨林齡的增加呈遞增趨勢(shì)，草本層碳儲(chǔ)量呈遞減趨勢(shì)，土壤層碳儲(chǔ)量呈先增加后減少的趨勢(shì)，生產(chǎn)力功能與固碳功能變化趨勢(shì)一樣。綜合來看，不同齡組杉木生態(tài)公益林多功能整體偏低，沒有充分發(fā)揮公益林的多功能效益。
　　(3)杉木生態(tài)公益林林分空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化。以角尺度、混交度和大小比數(shù)為空間結(jié)構(gòu)約束條件，構(gòu)建杉木生態(tài)

7、公益林間伐優(yōu)化方案，以Delaunay三角網(wǎng)表示林木周圍的空白區(qū)域?yàn)榛A(chǔ)，將補(bǔ)植位置確定在林木構(gòu)建的Delaunay三角網(wǎng)中面積最大的三角形的內(nèi)心，并選取當(dāng)?shù)剜l(xiāng)土樹種為補(bǔ)植對(duì)象，提出杉木生態(tài)公益林補(bǔ)植優(yōu)化方案，提高林分樹種多樣性，調(diào)整林分水平分布格局，減少林木競(jìng)爭(zhēng)。進(jìn)行空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，不同齡組杉木生態(tài)公益林的空間結(jié)構(gòu)都得到了優(yōu)化，降低了林木競(jìng)爭(zhēng)，林分水平分布格局趨于合理化，樹種多樣性顯著提升。
　　(4)杉木生態(tài)公益林林分空間結(jié)構(gòu)

8、優(yōu)化前后多功能對(duì)比分析。對(duì)3個(gè)齡組杉木生態(tài)公益林空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化前林分多功能進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果表明:隨林分年齡的增加經(jīng)營(yíng)樣地的林分多功能效益得到顯著提升，對(duì)照樣地多功能提升效果不顯著，部分功能有所下降。經(jīng)營(yíng)樣地的土壤持水量和土壤孔隙度平均值分別提升了32.57％和8.40％，對(duì)照樣地土壤持水量提升7.31％，土壤孔隙度下降13.99％，經(jīng)營(yíng)樣地的土壤容重下降19％，對(duì)照樣地土壤容重下降12.73％。經(jīng)營(yíng)樣地的物種多樣性指數(shù)SDCI平均值相對(duì)

9、于空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化前提升了20.27％，對(duì)照樣地的物種多樣性指數(shù)SDCI平均值降低了26.64％，說明通過對(duì)杉木生態(tài)公益林進(jìn)行空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化，對(duì)提升林分物種多樣性有顯著效果。地上部分固碳量經(jīng)營(yíng)樣地提升28.19％，對(duì)照樣地提升15.55％，土壤固碳量經(jīng)營(yíng)樣地提升15.05％，對(duì)照樣地提升3.51％，經(jīng)營(yíng)樣地固碳能力提升高于對(duì)照樣地。經(jīng)營(yíng)樣地生產(chǎn)力相對(duì)于空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化前提升21.64％，對(duì)照樣地提升16.16％，經(jīng)營(yíng)樣地提升效果顯著。
　　

10、(5)杉木生態(tài)公益林空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化前后多功能評(píng)價(jià)。運(yùn)用構(gòu)建的杉木生態(tài)公益林評(píng)價(jià)體系，分別對(duì)空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化前后杉木生態(tài)公益林進(jìn)行多功能評(píng)價(jià)，結(jié)果表明:空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化前多功能評(píng)價(jià)優(yōu)等和良等水平的沒有，中等水平的5塊，近熟林有3塊，幼齡林和中齡林各1塊，差等的13塊，占72.2％，幼齡林和中齡林居多?？臻g結(jié)構(gòu)優(yōu)化后良等的樣地達(dá)到9個(gè)，其中經(jīng)營(yíng)樣地的幼齡林2個(gè)，中齡林3個(gè)，近熟林3個(gè)，對(duì)照樣地的近熟林1個(gè)，占整個(gè)杉木生態(tài)公益林的50％，差等的樣地減少