森林的多功能意味著需要充分發(fā)揮森林的社會、經(jīng)濟、生態(tài)價值,滿足人類生產(chǎn)生活的需求,進而提升森林的整體效益。因此,越來越多的林業(yè)學者開始探求怎樣把目前生態(tài)系統(tǒng)較為脆弱的森林轉(zhuǎn)化成能夠發(fā)揮多重效益的森林。林分的空間結(jié)構(gòu)及非空間結(jié)構(gòu)極大的影響了森林的多功能,而最直觀的展現(xiàn)形式及最基本的調(diào)控因子就是森林的空間結(jié)構(gòu)指標,這些結(jié)構(gòu)指標影響了林木之間的競爭情況與空間生態(tài)位,同樣也決定間伐木的選擇。合理的結(jié)構(gòu)決定著森林的功能,從林分的全混交度、大小比數(shù)、開闊比數(shù)、林層指數(shù)以及角尺度出發(fā)對其空間結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化,進而提高森林的多功能效益。本文基于多功能森林經(jīng)營理論,以永州市祁陽縣金洞林場杉木-閩楠混交林為研究對象,分析該林分的空間結(jié)構(gòu)與植物多樣性功能、土壤水源涵養(yǎng)功能、固碳能力與生產(chǎn)力水平,并建立空間結(jié)構(gòu)參數(shù)及多功能指標之間的數(shù)學模型,并運用多目標優(yōu)化的方法得到基于整體功能的理想空間結(jié)構(gòu)模式。利用乘除法的思想構(gòu)建空間結(jié)構(gòu)綜合指數(shù),篩選出空間結(jié)構(gòu)綜合指數(shù)的較低的林木進行模擬優(yōu)化,對樣地進行空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化模擬。通過SketchUp軟件對樣地空間結(jié)構(gòu)進行可視化模擬,最后提出相應的多功能經(jīng)營措施。主要研究結(jié)果如下:(1)杉木-閩楠混交林空間結(jié)構(gòu)與多功能指標分析�；谒闹昴痉ù_定空間結(jié)構(gòu)單元,選取全混交度、大小比數(shù)、開敞度、林層指數(shù)與角尺度5個參數(shù)分析空間結(jié)構(gòu)。12塊樣地5個結(jié)構(gòu)指標的平均值分別為:0.33、0.50、0.76、0.20、0.64,相對應的處于中度混交狀態(tài)、中庸狀態(tài)、較高開敞度、較低分化程度及團狀分布狀態(tài)。選取土壤水源涵養(yǎng)功能、植被多樣性功能、固碳功能及生產(chǎn)力功能作為多功能分析指標,運用CRITIC法計算出土壤持水量、土壤孔隙度及土壤容重之間的權(quán)重,計算出土壤水源涵養(yǎng)綜合指數(shù)S1為0.50,處于中等水平;計算豐富度指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)及Pielou均勻度指數(shù)之間的權(quán)重,確定物種多樣性功能綜合指數(shù)S2為0.49,處于中等水平;杉木-閩楠混交林樣地林分平均碳儲量為140.25t/hm2;林分平均生物量為41.59 t/hm2。(2)通過多目標優(yōu)化的思想得到基于整體功能最優(yōu)的空間結(jié)構(gòu)模式。首先利用多元二次回歸構(gòu)建4個功能指標與空間結(jié)構(gòu)參數(shù)的模型,再運用MATLAB軟件計算出4個基于單一主導功能的理想空間結(jié)構(gòu)模式及空間結(jié)構(gòu)綜合指數(shù),進而確定單一主導功能的最大值。最后依據(jù)多目標優(yōu)化的思想,使目標函數(shù)的加權(quán)偏差變量達到最小值,求解出整體最優(yōu)功能的空間結(jié)構(gòu)模式為{0.34,0.59,0.78,0.08,0.574},此時空間結(jié)構(gòu)綜合指數(shù)為21.89。(3)林分空間結(jié)構(gòu)擇伐模擬。構(gòu)建了擇伐木篩選模型,在實驗區(qū)選擇樣地對林分進行模擬優(yōu)化后表明:林分全混交度達到0.21,較優(yōu)化前提高了 10.5%;優(yōu)化后林分林層指數(shù)不變,林分垂直分層變化幅度不大;林分大小比數(shù)達到0.51,較擇伐前降低了3.8%;開闊比數(shù)增加了6.8%,說明林分的透光條件得到改善。林分空間結(jié)構(gòu)綜合指數(shù)提高了24.9%,達到19.12,接近基于整體功能的空間結(jié)構(gòu)綜合指數(shù)21.89。將優(yōu)化前后的空間結(jié)構(gòu)參數(shù)帶入4個基于單一主導功能的空間結(jié)構(gòu)模型,得到各個多功能指標模擬優(yōu)化后的變化情況:土壤水源涵養(yǎng)功能預測值增加12.08%,物種多樣性功能預測值增加9.48%,生產(chǎn)力功能預測值增加11.40%,固碳功能預測值增加8.26%。說明森林的空間結(jié)構(gòu)開始向理想狀況轉(zhuǎn)化,但由于林分的生長是一個動態(tài)的過程,無法一次性實現(xiàn)森林的多功能效益最大化,因此在當前階段下的擇伐措施達到的多功能指標與理想值還有差距。
【學位單位】：中南林業(yè)科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：S718.5
【部分圖文】：

中南林業(yè)科技大學碩士學位論文基于多功能經(jīng)營的杉木－閩楠混交林林分空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化研宂??２材料與方法??２．１研究區(qū)概況??２．１．１自然地理情況??（１）地理位置??研宄地點位于湖南祁陽縣金洞林場（２６°２＇１０＂？２６°２１３７＂，丨丨０°５３４３＂？丨１２°丨３３７＂）??內(nèi)，總面積約６４０ｍ２。東臨衡陽常寧市，南靠雙牌縣、寧遠縣、新田＆、桂陽縣，西??抵永州市零陵區(qū)，北接永州祁陽縣。??

尺測算各株編號的林木在小樣格中的相對位置坐標（Ｘ，Ｙ），依據(jù)六個小樣格在整個標??準地內(nèi)的排列情況，對每株林木相對位置坐標進行轉(zhuǎn)化，得到林木在整個樣地中的坐??標，進而確定每株編號木在整個標準地中的相對位置（如圖２．２）。????（Ｆ??Ｔ?ｆｐ＝ｉ￣￣￣￣＾｜ａ．Ｓ，６個腿??乎?ｉ?＾?３??１０?ｍ?ｖ?［］－????Ｉ?一＂?＾?▲?了卜－Ｉ叫??１?＊?〇?１二二一—丨?＾??＜?????＇〇??２０?ｍ?口?????￣一?ＣＡ，?３?個?ｌｘｌｍ??＿＿?ｒｉ??－Ｂ?％．?３?個?ＳｘＳｍ??丨：?１盼?＿???１０?ｒ、?＾??圖２．２樣地設置??Ｆｉｇ．２．２?Ｐｌｏｔ?ｓｅｔ??２．２．２數(shù)據(jù)調(diào)查??喬木層調(diào)查是從每個標準地內(nèi)六個距離原點最近的樹開始記錄，按照Ｓ型路線進??行每木檢尺，記錄每株樹的位置（Ｘ，?Ｙ）、冠幅、樹高及胸徑等常規(guī)測樹指標（具??體情況見表２．１），且把調(diào)查單元內(nèi)每一株樹進行編號及掛牌處理，便于復查。??（１）

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【參考文獻】

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本文編號：2861418