【摘要】：適地適樹(shù)是森林經(jīng)營(yíng)中樹(shù)種選擇的一個(gè)基本原則,也是林學(xué)的經(jīng)典問(wèn)題。傳統(tǒng)的適地適樹(shù)研究重點(diǎn)關(guān)注鄉(xiāng)土樹(shù)種,依靠專家經(jīng)驗(yàn)和定性評(píng)價(jià),且多用于人工林。天然林的樹(shù)種組成、分布和生長(zhǎng)狀況是人工造林、天然林恢復(fù)和結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要參考。然而,長(zhǎng)期以來(lái),天然林經(jīng)營(yíng)中目的樹(shù)種選擇和目標(biāo)林相確定也多以專家經(jīng)驗(yàn)為主,缺少定量研究。將森林類型(樹(shù)種)潛在分布適宜性和潛在生產(chǎn)力相結(jié)合,為適地適樹(shù)研究提供了新的思路。本文以吉林省為對(duì)象,將適地適樹(shù)的概念引入天然林類型選擇,針對(duì)天然林類型分布和生長(zhǎng)適宜性缺乏定量化評(píng)價(jià)的問(wèn)題,利用吉林省一類清查樣地?cái)?shù)據(jù)、汪清林業(yè)局二類調(diào)查數(shù)據(jù)和環(huán)境因子數(shù)據(jù),開(kāi)展了基于森林類型(樹(shù)種)潛在分布適宜性和潛在生產(chǎn)力的綜合性定量適地適樹(shù)研究,為東北林區(qū)的天然林恢復(fù)和結(jié)構(gòu)調(diào)整中的目標(biāo)樹(shù)種或類型選擇提供參考。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下:1、天然林樹(shù)種和森林類型的潛在分布適宜性模擬基于吉林省第八次一類清查樣地中的天然林?jǐn)?shù)據(jù),劃分出16個(gè)主要樹(shù)種和11個(gè)主要森林類型,確定其現(xiàn)實(shí)分布點(diǎn)。選取與生長(zhǎng)密切相關(guān)的19個(gè)氣候因子、33個(gè)土壤因子、3個(gè)地形因子等環(huán)境變量共55個(gè)。采用最大熵(Maxent)物種分布模型,構(gòu)建了16個(gè)樹(shù)種和11個(gè)森林類型潛在分布適宜性模型。通過(guò)受試者工作特征曲線下的面積(AUC)進(jìn)行精度評(píng)價(jià),16個(gè)樹(shù)種的訓(xùn)練集和檢驗(yàn)集的AUC值在0.7496-0.9557之間;11個(gè)森林類型的訓(xùn)練集和檢驗(yàn)集的AUC值在0.6872-0.9469之間,說(shuō)明模型具有很好的模擬精度和泛化能力。采用刀切法計(jì)算各個(gè)環(huán)境變量對(duì)天然林樹(shù)種和森林類型潛在分布適宜性的重要程度,篩選影響樹(shù)種和森林類型潛在分布適宜性的主導(dǎo)因子并進(jìn)行閾值分析;發(fā)現(xiàn)了影響樹(shù)種和森林類型潛在分布適宜性的各環(huán)境因子中具有普遍性的規(guī)律,對(duì)照存在概率貢獻(xiàn)值由大到小的順序排列依次是:最熱月的最高溫度、最熱季度的平均溫度、海拔、年平均溫度、最冷季度的平均溫度,可見(jiàn)溫度和海拔對(duì)吉林省樹(shù)種或森林類型的潛在分布有重要的影響。因此,模型可以用于吉林省天然林樹(shù)種和森林類型的潛在分布適宜性預(yù)測(cè)。根據(jù)建立的物種分布模型預(yù)測(cè)結(jié)果,系統(tǒng)地給出了吉林省16個(gè)樹(shù)種和11個(gè)森林類型的潛在分布適宜性等級(jí)圖集。2、天然混交林立地質(zhì)量評(píng)價(jià)采用基于林分潛在生產(chǎn)力的立地質(zhì)量評(píng)價(jià)方法,從吉林省第五、六、七、八次一類森林資源清查固定樣地的四期數(shù)據(jù)和補(bǔ)充調(diào)查數(shù)據(jù)中,篩選吉林省長(zhǎng)白山中部立地亞區(qū)(立地分區(qū)為7B)主要天然林類型的數(shù)據(jù)建模。劃分10個(gè)立地等級(jí)和6個(gè)生長(zhǎng)型(具有相同生長(zhǎng)過(guò)程的林分類型組合),建立林分蓄積生長(zhǎng)模型,通過(guò)優(yōu)化求解得到基準(zhǔn)年齡時(shí)的蓄積連年生長(zhǎng)量的最大值,形成各個(gè)生長(zhǎng)過(guò)程組的蓄積量潛在生長(zhǎng)力表。利用潛在生長(zhǎng)力表,基于汪清林業(yè)局二類調(diào)查數(shù)據(jù),研究落實(shí)到小班的潛在生產(chǎn)力估計(jì)方法,實(shí)現(xiàn)面向森林經(jīng)營(yíng)單位的現(xiàn)有林的潛在生產(chǎn)力評(píng)價(jià)。采用隨機(jī)森林算法,研究任意林地立地質(zhì)量評(píng)價(jià)的方法,開(kāi)展針對(duì)森林經(jīng)營(yíng)單位的有林地和無(wú)林地立地潛在生產(chǎn)力的一體化估計(jì)。結(jié)果表明:汪清林業(yè)局現(xiàn)有森林類型中,現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力和潛在生產(chǎn)力存在差距,仍有較大提升空間。3、定量適地適樹(shù)評(píng)價(jià)構(gòu)造了基于潛在分布適宜性和潛在生產(chǎn)力的適地適樹(shù)綜合指數(shù),實(shí)現(xiàn)了分布和生長(zhǎng)相結(jié)合的定量適地適樹(shù)評(píng)價(jià)。以汪清林業(yè)局為應(yīng)用案例,通過(guò)提取吉林省6種天然混交林類型潛在分布適宜性值,獲得汪清林業(yè)局6種天然混交林類型的潛在分布適宜性;基于隨機(jī)森林算法,得到了6種天然混交林類型的潛在生產(chǎn)力;得到了各小班6種類型的適地適樹(shù)綜合指數(shù),實(shí)現(xiàn)了汪清林業(yè)局定量適地適樹(shù)評(píng)價(jià)。結(jié)果表明:汪清林業(yè)局,在6個(gè)天然混交林類型的適地適樹(shù)等級(jí)評(píng)價(jià)中,在等級(jí)為Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級(jí)的面積較大,面積最大的是闊混Ⅰ(椴樹(shù)及其它硬闊和軟闊類),其次是闊混Ⅳ(蒙古櫟闊葉混交林)、闊混Ⅲ(楊、柳、白樺)、針闊混交林、針葉混交林;其中,闊混Ⅱ(楓樺、榆樹(shù)、水胡黃等)適地適樹(shù)等級(jí)最低�？傊�,本文根據(jù)物種分布模型實(shí)現(xiàn)了天然林樹(shù)種和森林類型的潛在分布適宜性模擬,回答了是否適宜的問(wèn)題;采用立地潛在生產(chǎn)力評(píng)價(jià)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了天然林的立地質(zhì)量評(píng)價(jià),回答生長(zhǎng)好壞的問(wèn)題;最終實(shí)現(xiàn)了結(jié)合潛在分布適宜性和立地潛在生產(chǎn)力的定量適地適樹(shù)評(píng)價(jià)技術(shù),回答既能生長(zhǎng)又要長(zhǎng)得好的問(wèn)題。本研究為落實(shí)到地塊的森林經(jīng)營(yíng)單位的定量適地適樹(shù)評(píng)價(jià)提供了一種新的方法。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：S718.5
【圖文】：

總體技術(shù)路線

林分調(diào)查數(shù)據(jù)主要包括 1994、1999、2004、2009 年吉林省森林資源第五、六、七、八次連續(xù)清查的固定樣地、2007 年汪清林業(yè)局二類調(diào)查小班數(shù)據(jù)。從四期一類固定樣地?cái)?shù)據(jù)中選擇長(zhǎng)白山中部立地亞區(qū)的樣地用于立地質(zhì)量評(píng)價(jià)建模樣本總體，進(jìn)行立地潛在生產(chǎn)力預(yù)估建模；從 2009 年全部一類固定樣地中提取天然林樹(shù)種和森林類型的現(xiàn)實(shí)分布點(diǎn)，用于物種潛在分布適宜性模型建模；汪清林業(yè)局二類調(diào)查小班數(shù)據(jù)主要用于小班的潛在生產(chǎn)力估算和適地適樹(shù)制圖。2.2.1 一類清查固定樣地?cái)?shù)據(jù)本研究利用了吉林省森林資源連續(xù)清查的四期固定樣地?cái)?shù)據(jù)，森林資源連續(xù)清查的調(diào)查體系按4×8km網(wǎng)格確定樣地，樣地面積為0.06ha。試驗(yàn)區(qū)位置、立地亞區(qū)劃分和數(shù)據(jù)覆蓋范圍見(jiàn)圖 2-1。

圖 2-2 汪清林業(yè)局主要森林類型現(xiàn)實(shí)分布圖Figure 2-2 The actual distributions of main forest types in the Wangqing Forest Bureau2.2.2.2 小班因子中土壤和地形數(shù)據(jù)獲取與處理篩選與立地質(zhì)量評(píng)價(jià)相關(guān)的海拔、坡度、坡向、坡位 4 個(gè)地形因子和土層厚度、腐殖質(zhì)厚度2個(gè)土壤因子，共計(jì)6個(gè)因子，每個(gè)因子等級(jí)劃分和對(duì)應(yīng)的樣本數(shù)量見(jiàn)表2-5。在機(jī)器學(xué)習(xí)過(guò)程中，要求對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，二類調(diào)查小班的環(huán)境因子數(shù)據(jù)來(lái)自于小班各立地因子的“等級(jí)”字段，等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表 2-5。數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的目的是統(tǒng)一評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，便于不同單位或量級(jí)的指標(biāo)能夠進(jìn)行比較和加權(quán)，同時(shí)可以使網(wǎng)絡(luò)快速的收斂。

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