东北天然林主要林型生长动态模拟

【摘要】：森林是地球上最重要的生态系统之一,具有重要的生态和经济价值,为全球碳平衡做出了巨大贡献,因此深入了解森林生长过程具有重要意义。本研究以东北天然林为研究对象,在内蒙古自治区、黑龙江省、吉林省和辽宁省的8座天然林主要分布的山脉上设置了457个调查取样点,调查面积共计45.7 ha。以36,145株活立木的野外调查和取样数据为基础(1)分析了东北天然林18个主要树种单木生长驱动因子;(2)建立了东北地区5个主要森林类型的林分生产力预估模型并评估模型的预测能力;(3)探讨了基于大尺度条件下物种多样性和群落结构多样性对森林生长的作用路径和大小,分析了温度、降水和立地质量等外部环境因子对森林生长的驱动机制。主要研究结果和结论如下:1.在单木生长模型研究中发现,树木自身大小、竞争因子和非生物因子对所有树种单木蓄积生长均产生了显著影响,除胸径和大树胸高断面积对所有树种影响一致外,其它因子对单木生长的影响存在树种异质性。生长季温度、降水和反映立地状况的林分优势高包含在大多数树种的最优模型中,而且这三个非生物因子对单木蓄积生长的影响存在交互作用,相互影响彼此作用强度。本研究强调了在预测树木生长时考虑多驱动因素及其交互作用的重要性,反映了不同树种在全球变暖条件下蓄积生长的变化趋势,对东北地区不同树种的针对性经营管理具有重要意义。2.在林分生产力预估模型研究中,基于大尺度条件下的数据,建立了1个基础模型和3个扩展模型,3个扩展模型都在不同程度上提高了各森林类型生长模型的预测能力。在基础模型中同时引入林分优势高和气候因子得到的第3个扩展模型,几乎对于所有森林类型的每一个方程都有最好的预测能力。与基础模型相比,均方根误差(RMSE)平均降低了13%,最优模型的独立样本检验和敏感性分析结果也表明了其较好的预测优度。通过在传统模型中引入气候因子,提高了模型的预测能力,可用于估计特定气候条件下不同森林类型森林资源的生长动态。3.在林分结构和森林生产力关系研究中,物种多样性和群落结构多样性与生产力之间的关系都呈正相关关系,且二者间有很强的相关性。温度和降水对森林生产力没有直接影响,而是分别通过调整群落结构多样性和物种多样性作用于森林生产力。立地质量对生产力也无直接影响,通过调整林分结构影响森林生产力且影响比温度和降水更大。这说明东北天然林森林生产力的直接驱动因子是群落结构多样性和物种多样性,气候和立地质量等环境要素通过调整林分结构间接影响森林生产力。