基于多功能經(jīng)營的杉木生態(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生態(tài)環(huán)境，保護生物多樣性、保持生態(tài)平衡和保護國土安全等生態(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，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)成為當前林業(yè)工作者需要解決的一個迫切問題。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

2、林分空間結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，實現(xiàn)林分多功能效益的提高。
　　本文以湖南省平江縣福壽國有林場杉木生態(tài)公益林為研究對象，利用幼齡林、中齡林和近熟林3個齡組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)力四個方面功能共18個指標，構(gòu)建了多功能評價體系，對林分的結(jié)構(gòu)特征和多功能進行分析，對林分進行空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化，建立間伐優(yōu)化方案和補植優(yōu)化方案。林分空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，再對增加3年生長期后3個齡組杉木生態(tài)公益林進行多功能

3、分析與評價，并與優(yōu)化前進行多功能對比分析，研究方法包括GIS技術應用、Weibull分布擬合、Delphi法、胸徑加權Voronoi圖、樹種隔離程度分析、競爭分析、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。主要研究內(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)隨齡組的增加標準差依次增大，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，分布相對離散。幼齡林中沒有符合Weibull分布曲線的，中齡林的7號和10號樣地以及近熟林的15和16號樣地符合Weibull分布曲線。樹高結(jié)構(gòu)隨齡組的變化標準差依次增大，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個林分空間結(jié)構(gòu)參數(shù)進行空間結(jié)構(gòu)分析，

5、結(jié)果顯示林分空間隔離程度整體偏低，競爭狀態(tài)屬于中等競爭，空間分布格局為團狀分布，杉木生態(tài)公益林林分空間結(jié)構(gòu)不合理，需對空間結(jié)構(gòu)進行結(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)力功能四個方面，對空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化前杉木生態(tài)公益林進行多功能分析，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，土壤容重

6、隨林齡的增加呈遞增趨勢。物種多樣性功能隨林齡的增加呈遞增趨勢，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量隨林齡的增加呈遞增趨勢，草本層碳儲量呈遞減趨勢，土壤層碳儲量呈先增加后減少的趨勢，生產(chǎn)力功能與固碳功能變化趨勢一樣。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)域為基礎，將補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?shù)剜l(xiāng)土樹種為補植對象，提出杉木生態(tài)公益林補植優(yōu)化方案，提高林分樹種多樣性，調(diào)整林分水平分布格局，減少林木競爭。進行空間結(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，降低了林木競爭，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)化前后多功能對比分析。對3個齡組杉木生態(tài)公益林空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化前林分多功能進行對比分析，結(jié)果表明:隨林分年齡的增加經(jīng)營樣地的林分多功能效益得到顯著提升，對照樣地多功能提升效果不顯著，部分功能有所下降。經(jīng)營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％，對照樣地土壤持水量提升7.31％，土壤孔隙度下降13.99％，經(jīng)營樣地的土壤容重下降19％，對照樣地土壤容重下降12.73％。經(jīng)營樣地的物種多樣性指數(shù)SDCI平均值相對

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

10、(5)杉木生態(tài)公益林空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化前后多功能評價。運用構(gòu)建的杉木生態(tài)公益林評價體系，分別對空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化前后杉木生態(tài)公益林進行多功能評價，結(jié)果表明:空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化前多功能評價優(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。空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化后良等的樣地達到9個，其中經(jīng)營樣地的幼齡林2個，中齡林3個，近熟林3個，對照樣地的近熟林1個，占整個杉木生態(tài)公益林的50％，差等的樣地減少