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《内蒙古农业大学》 2015年
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多目标条件下的人工林配置研究

黎英华  
【摘要】:全球变暖是我们现在要应对的最为严峻的气候形势,各国的专家学者都在致力于固碳减排的研究。经过大量的研究发现,森林是陆地生态系统的最大碳库,且通过增大森林面积来增大森林生态系统的固碳量是减缓全球变暖的一种有效措施。人工林是森林的重要组成部分,人工林在生态保护和发展经济方面发挥着重要的作用,但是我国人工林在早期建造时由于缺乏一定的理论指导和有效合理的经营措施,使得一些人工林并没有发挥其生态效益、经济效益和社会效益,所以,针对人工林的进一步优化配置是林业更新营造的一项重要内容。尤其是在当今温室效应严重危害生态安全的时期,我们不仅要大力发挥人工林的生态功能,还要提高其固碳能力,使其发挥更大的固碳功能,因此将固碳效益作为目标来进行人工林的更新配置是发挥人工林巨大潜能的有效措施。尤其是在世界森林资源总体下降的趋势下,如何有质有量的进行人工林配置,发挥其功能和潜力是我们急需解决的问题。赤峰市敖汉旗是我国的人工造林第一县,人工林面积较大,且林龄序列较为完整,所以我们选取此地为研究区。在全面调查了不同土壤类型、不同林龄序列、不同树种的基础上,针对敖汉旗主要人工林生态系统的固碳效应进行了较为深入的研究,进而对人工林固碳效应随林龄的变化趋势进行了预测。对主要人工林林下植被多样性进行了研究,并综合评价了不同类型土壤上不同人工林的稳定性。通过对主要人工林林下土壤的物理性质和化学性质的分析,探讨了土壤容重、孔隙度及土壤养分随着林龄的增长呈现的变化趋势,研究了人工林的改土效应。首次利用趋势面分析法将各树种生态系统的固碳效应、人工林稳定性和改土效应进行相关性的分析,使分析结果更为直观明确,为基于多目标条件下的人工林优化配置研究提供理论依据。创新性的将以上三项研究内容作为人工林结构更新目标,对敖汉旗人工林进行更新,得出最优的土地利用结构和树种比例。本研究旨在为敖汉旗的林业建设提供科学指导,同时为内蒙古中东部的生态建设和林业发展提供科学依据。通过研究得出以下结论:(1)本研究针对不同土壤类型,不同的树种的固碳效应进行了分析,尤其是针对不同林龄固碳效应的变化趋势以及不同株行距对乔木层碳密度的影响进行了进一步的分析,为多目标条件下的人工林配置提供科学依据。通过研究表明,7种主要人工林优势种各碳库特征为:土壤碳库乔木层碳库灌木层碳库枯落层碳库草本层碳库。油松(pinustabuliformiscarr.)、榆树(ulmuspumilal.)、华北落叶松林(larixprincipis-rupprechtiimayr.)分各林龄组乔木层平均固碳速率为:中龄林近熟林幼龄林成熟林;小叶杨(populussimoniicarr.)各林龄组乔木层平均固碳速率不同,其表现为:幼龄林中龄林近熟林成熟林过熟林。山杏(armeniacasibirica(l.)lam.)林分灌木层平均固碳速率呈现先增长后下降的趋势,林龄为14a时平均固碳速率达到最大;沙棘(hippophaerhamnoidesl.)林分各林龄组灌木层平均固碳速率呈现先快速增长后缓慢下降的趋势,林龄15a时平均固碳速率达到最大;小叶锦鸡儿(caraganamicrophyllalam.)林分灌木层平均固碳速率表现为先快速增长后缓慢下降的趋势,不同土壤类型上平均固碳速率的峰值出现在不同的林龄,栗钙土、褐土和风沙土上的峰值林龄分别为:9a、11a和6a。(2)人工林稳定性研究中主要是根据人工林的覆盖率和人工林林下草本的多样性指数来分析人工林的稳定性,旨在通过提高人工林的稳定性来更好的发挥人工林的生态效益、碳汇效益、经济效益和社会效益。通过对各人工林林下草本多样性的灰色关联度分析,认为各类型土壤上主要人工林覆盖率由大到小依次为:褐土栗钙土棕壤草甸土风沙土。不同土壤类型上油松林分、小叶杨林分、华北落叶松林分、榆树林分、山杏林分和沙棘林分的生态系统稳定性均与林龄呈负相关关系。不同土壤类型上小叶锦鸡儿林分的生态系统稳定性随林龄呈先上升后下降的趋势,林龄达20a左右时,林分达到较高郁闭度,林下植被受光照和水肥空间的限制,逐渐减少。(3)通过灰色关联分析对敖汉旗主要人工林的改土效应进行了分析和综合评价,通过对林下土壤物理性质(容重和孔隙度)及化学性质(有机质、全氮、全磷、全钾)与林龄的关系综合评价分析,认为油松、榆树、山杏、沙棘和小叶锦鸡儿林分在各类型土壤上的改土效应均为随林龄增长而逐渐增大的,小叶杨林分在各土壤类型上的改土作用在林龄为15a左右时最大,在15a前,随林龄增长而逐渐增强,但在15a后逐渐减弱,华北落叶松改土效应是逐年减小的,说明其纯林地力具有衰退趋势。(4)油松、榆树、山杏的固碳效应与其人工林的稳定性和改土效应具有显著的相关性,也就是说,当其人工林的稳定性和改土效应增大时,其固碳效应也随着增大;小叶杨、沙棘、小叶锦鸡儿的趋势面方程未达到显著水平,则固碳效应与人工林稳定性和改土效应的相关性不大。(5)对敖汉旗人工林进行了基于多目标条件下的优化配置研究,利用多目标求解的方法对土地利用类型的面积进行了调整,又利用层次分析法对林种和树种的面积进行了优化,通过分析得:林地、耕地、牧草地、建设用地、水域和未利用地的合理百分比分别为50.98%、20.41%、10.02%、11.04%、3.74%和3.81%。各纯林林分面积所占的百分比分别为:油松13.76%、小叶杨20.40%、榆树20.35%、山杏8.09%、沙棘9.18%、小叶锦鸡儿2.30%,混交林的比例为22.89%。人工林优化前后固碳效应、改土效应、森林稳定性均较优化前增大,优化后碳储量为2.80×10~(10)kg,较优化前增加了0.87×10~(10)kg,是优化前的1.45倍。敖汉旗的人工林纯林的面积应大比例减少,混交林面积应大面积的增加。应在现有的人工纯林林地上进行其他树种的补种,逐步更新或替代,使其最终成为能够发挥其生态效益和固碳效益的稳定系统。人工林配置具有很强的系统性和复杂性,所以后续还需要进行更为深入的研究。
【学位授予单位】:内蒙古农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:S757

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