人工林红松木材碳素储存量与物理特征的径向变异

【目的】对人工林红松木材碳素储存量与物理特征的径向变异进行研究,以弥补我国木材碳素储存研究的不足,为提高木材碳素储存量、高效合理地定向培育人工林红松提供理论基础。【方法】首先测定和计算红松木材的各项物理特征及其碳素储存量,再采用回归分析和相关分析方法对木材碳素储存量分别与生长轮密度、生长轮宽度、晚材率和生长速率的径向变异规律进行分析,最后得到它们之间的径向变异规律图、拟合图以及回归方程等。【结果】木材碳素储存量在径向变异上先略微减小,接着随树木的不断生长呈增大趋势,而在树木成熟后又逐渐减小至平稳状态,且波动较大,并与各项物理特征的径向变异趋势在第18年左右有一个峰值。木材碳素储存量与生长轮密度的径向变异趋势相似,二者的拟合度较高,相关系数为0.757,相关性较显著;木材碳素储存量与生长轮宽度在前期的径向变化相似,而中期和后期的径向变异不一致,二者的拟合度较低,相关系数为-0.301,相关性较弱;木材碳素储存量与晚材率在中期和后期的径向变化相似,二者的拟合度较高,相关系数为0.656,相关性较显著;木材碳素储存量与生长速率在前期和中期的径向变异趋势都不同,二者的拟合度较低,相关系数为-0.268,相关性不显著。【结论】人工林红松木材的碳素储存量与各项物理特征指标之间均有一定的相关关系,而气候因子、生长环境、遗传因素等是不可忽略的影响因素,有待进一步研究。可以通过对林木的合理经营和发展,增强人工林的碳素储存功能,直接抑制CO2向大气中排放,从而改善生态环境、缓解温室效应。

不同坡向人工林红松木材碳素储存量的分形研究

本文以东北林业大学老山生态站阳坡和阴坡的人工林红松为研究对象,基于分形理论,从非线性角度出发,对红松木材碳素储存量进行分形分析,研究其规律性变化,旨在明确不同地理位置间木材碳素储存能力的差异。研究结果表明,老山生态站阳坡和阴坡红松木材碳素储存量的径向变异趋势相近;阴坡的碳素储存能力高于阳坡;阴坡红松幼龄材和成熟材碳素储存量的分形维数平均值明显高于阳坡,其碳素储存量的梯度分布较阳坡更复杂,且木材碳素储存效果明显优于阳坡。这为选择有利于提高木材碳素储存效果的人工林红松立地条件提供了理论依据。

残差自回归模型在人工林红松树高生长规律预测中的应用

以吉林省通化县三棚林场调查的1株人工林红松解析木数据为基础,拟合树高生长数据,对比传统的树木理论生长模型中的约翰逊-舒马赫(Johnson-Schumacher)生长模型、逻辑斯蒂(Logistic)生长模型、米切利希(Mitscherlich)生长模型、坎派兹(Gompertz)生长模型、理查德(Richards)生长模型的拟合结果。以5种树木理论生长模型中拟合最好的坎派兹生长模型为基础,根据时间序列分析理论,建立残差自回归模型,预测树高生长。结果证明:残差自回归模型,比传统的树木理论生长模型能更好地用于描述红松人工林的树高生长规律。

辽东山区红松人工林生态系统多功能性研究

以辽东山区不同林龄红松人工林为对象,设置30块不同立地条件样地,调查分析红松生长、林下灌草和土壤养分水分等特性,选取乔木层碳储量、土壤养分维持、土壤水源涵养、生物多样性维持、生产力和木材生产等生态功能,利用平均值法量化其多功能性,探讨不同功能间的协同-权衡关系和驱动多功能性的主要因子,以期为红松人工林的持续健康经营提供支撑。结果表明,辽东山区红松人工林多功能性指数在0.38~0.78,随林龄增加而显著上升。不同功能间以权衡关系占据主导地位;10龄红松人工林乔木层碳储量、生产力和木材生产三者之间权衡度为0、10、34龄和43龄土壤养分维持功能与其他功能间权衡度最高。红松活枝下高、优势木高、坡度、坡位、土壤C∶N、C∶K和N∶K是影响红松人工林多功能性指数的主要环境因子。为实现红松人工林的森林多功能性,在造林时立地条件尽量选择小坡度、阴坡和低坡位,营林过程中应避免高强度修枝,注重林下生物多样性保育,加强修枝剩余物和凋落物管理,必要时进行林地施肥,促进林分因子、地形因子和土壤养分间的协调发展,推动红松人工林持续健康经营。

应用优化建模法构建红松人工林单木直径生长模型

为了提高不完备数据集下红松人工林直径生长模型的预测精度,以1980—2022年黑龙江省75块红松林不同复测间隔期的样地数据(林木胸径、竞争因子和立地等),利用优化建模法构建红松人工林单木直径生长模型,采用单纯形优化算法寻求模拟和实测直径分布差异最小下的模型参数,并利用自举法对模型进行检验。结果表明:优化建模法损失函数的初始参数a=1、b=0.003、c1=c2=1.5时,预测期末林分断面积偏差为0.02 m^(2)·hm^(-2),显著优于由传统归回建模法的精度(林分断面积偏差为0.44 m^(2)·hm^(-2));结合实测数据与视图分析,验证了优化建模法的优势和可靠性,揭示了优化法损失函数与传统回归法构建的直径生长模型之间的差异。因此,优化法损失函数构建的红松人工林生长模型在模拟自然生长中表现优越,为制定科学的森林经营方案提供了技术支持。

基于地基雷达数据构建红松人工林树高、枝下高及接触高模型

采用地面激光雷达(Terrestrial Laser Scanning,TLS)扫描10块人工红松林所得到的数据,与实地调查数据相结合,构建红松树高曲线模型、枝下高预估模型与接触高预估模型,并建立联立方程组。首先,从所选择的5种树高曲线模型中,选择出拟合效果较好的2个模型作为联立方程组的备选模型。然后再从5个枝下高基础模型中选出1个拟合效果好,并且适用程度高的模型作为基础模型,运用再参数化和最优子集回归的方法将林分因子(林分平均胸径、林分断面积、高径比、优势木平均胸径和优势木平均高)代入基础模型,选择拟合效果较好的模型作为枝下高备选模型。相同的方法选择拟合效果好的接触高备选模型。最后将树高曲线模型、枝下高备选模型与接触高备选模型分别两两联立,建立联立方程组。通过似不相关回归(Seemingly Unrelated Regression Estimation,SVR或SURE),根据拟合优度与检验结果选择最优秀的方程组,并对联立方程组进行评价。最终得到结果最优联立方程组预估树高时,决定系数R^(2)=0.896,均方根误差RMSE=0.612 m;当方程组预估枝下高时,R^(2)=0.575,RMSE=0.850 m;当方程预估接触高时,R^(2)=0.719,RMSE=0.791 m,而且各种检验指标都较好。综合来看,方程组对树高、枝下高与接触高拟合精度与检验效果较好,可以解决树高、枝下高与接触高的内在相关性问题,为进一步研究红松树冠结构与动态变化提供基础。

不同抚育间伐强度对红松人工林生长的影响

为探究不同抚育间伐强度对红松人工林生长的影响,选择甘肃省小陇山榆树林场作为研究地,设计3种不同强度的间伐处理:轻度(T_(1))、中度(T_(2))和重度(T_(3)),对红松林木生长速率、树干分杈率、土壤质量与养分循环等指标进行测定。结果显示,间伐处理对红松林木生长、树干分杈率、土壤质量等均产生了显著影响。其中,中度间伐在促进林木生长、提高树干分杈率、促进土壤养分有效循环与利用等方面表现优异。因此,研究建议在抚育红松人工林的过程中采取中度间伐措施,以提高红松人工林生长量和生态效益。

红松人工林固碳增汇经营技术

中央财政林业科技推广项目“红松人工林固碳增汇经营技术推广与示范”项目在延寿县五七林场实施,延寿县五七林场位于黑龙江省哈尔滨市延寿县东南19 km的安山乡,五七林场经营总面积为13699.09 hm^(2)。延寿县五七林场多年来特别重视红松人工林经营管理工作,积累了大量的实践经验,集成了红松林抚育管理等一整套技术。黑龙江是林业大省,全省森林面积为2247万hm^(2),为全国第三,森林蓄积22.47亿m^(3),储存了41亿吨的二氧化碳,丰富的森林资源形成了巨大的碳库。然而碳储量不等于碳汇量,根据目前林业碳汇方法的要求,开发林业碳汇项目的林地必须是人工林。

林龄对红松人工林叶片-凋落物-土壤C、N、P生态化学计量特征的影响

为阐明林龄对红松人工林叶片、凋落物及土壤C、N、P化学计量特征的影响,以尚志市一面坡林场26、37、48、54 a生红松人工林为研究对象,测定4种林龄红松人工林叶片、凋落物和土壤的C、N和P含量。采用单因素方差分析、多重比较及Pearson相关分析法,分析红松人工林叶片、凋落物和土壤C、N和P含量及其生态化学计量特征随林龄的变化规律,探究叶片、凋落物和土壤间C、N、P含量和生态化学计量特征的相互关系。结果显示:(1)林龄对红松人工林叶片、凋落物和土壤C、N、P含量及其生态化学计量特征影响显著。随着林龄的增加,叶片C、N和P含量、凋落物和0~30 cm土层土壤P含量先增加后减少,在48 a达到最高;凋落物C和N含量先减少后增加,分别在26 a和54 a达到峰值;0~30 cm土层土壤C和N含量均值则逐渐升高,且48 a和54 a林分显著高于26 a和37 a林分(P<0.05);叶片C︰N、C︰P及凋落物C︰P先减少后增加,凋落物C︰N先升高后降低,土壤C︰N、C︰P均值则呈“N”形变化。(2)4种林龄红松人工林C和N含量均为叶片的最高、土壤的最低,C︰N、C︰P、N︰P均为凋落物的最高、土壤的最低。(3)N︰P在叶片、凋落物和土壤之间的养分相关关系中最为敏感。(4)各林龄红松叶片N︰P均小于14。结果表明:随着林龄增加,土壤C、N含量得到了有效积累,54 a林分表现出一定程度的衰退特征;N元素是红松人工林幼、中龄林阶段凋落物分解的限制性元素,且林分生长受N限制明显。

基于因子分析法的红松人工林立地质量评价及其应用

【目的】以长白山地区的89块红松人工林样地调查数据为基础,探究因子分析法在立地质量评价中运用的可行性,为立地质量评价探索一种更高效、可靠的方法;同时获得最适宜红松人工林生长的立地特征,为精准提升森林质量和森林可持续经营水平提供科学依据。【方法】通过相关性分析筛选出各立地指标,利用KMO和Bartlett球形检验值判断各指标是否适合进行因子分析。随后,将数据标准化,运用因子分析提取累计贡献率达到80%的各公因子,以各公因子权重和得分构建综合评价函数,计算出立地质量评价得分。采用系统聚类分析对所有立地指标进行分级,分级结果得出最适合红松人工林生长的立地特征,最后以树高、胸径与立地质量得分的决定系数对模型精度进行检验。【结果】1)立地指标的KMO值为0.696、Bartlett值为0.001,检验结果均满足因子分析要求。因子分析的总方差解释中前5个公因子的累计贡献率为80.836%,因子旋转后的特征值依次为1.934、1.853、1.516、1.415、1.366均大于1;2)因子旋转后的5个公因子权重依次为0.239、0.229、0.188、0.175、0.169,依据系统聚类将其立地质量得分划分为8个等级,各样地的得分越高,其划分的等级越高;3)立地质量评价得分与红松人工林的林分高、胸径的拟合精度均较高,均达到了显著相关(P<0.05),优势木平均高的线性拟合模型精度最高,相关性为极显著相关(P<0.01),R2为0.358。【结论】以红松人工林为模型基础构建的立地质量得分模型为F=0.239F1+0.229F2+0.188F3+0.175F4+0.169F5,树高、胸径与立地质量评价得分的线性拟合均显著相关(P<0.05),模型精度较高,可应用于立地质量评价。并且,最适宜红松人工林生长的立地特征为:海拔约600 m,缓坡,有机质层和土壤层厚度均深厚,土壤淋溶层(A层)和淀积层(B层)的有机碳、全氮和全磷含量均较高。

基于高通量测序分析土层与间伐强度对辽东山区红松人工林真菌群落的影响

[目的]探究不同土层和间伐强度对辽东山区红松人工林林下土壤真菌的影响。[方法]采用Illumina-Miseq高通量测序技术,分别测定对照组(不间伐)、弱度区、中度区、强度区和极强度区的表层(0~10cm)及亚表层(10~20cm)林地土壤。[结果]共获得572932条高质量ITS序列,在97%序列相似性基础上可划分为9329个OTUs;优势菌门有担子菌门(Basidiomycota)、子囊菌门(Ascomycota)、被孢霉门(Mortierellomycota)、罗茨菌门(Rozellomycota)、毛霉门(Mucoromycota)、壶菌门(Chytridiomycota)、球囊菌门(Glomeromycota)和分类不明确的门。排名前10的优势菌属有蜡壳耳属(Sebacina)、被孢霉菌属(Mortierella)、红菇属(Russula)、乳牛肝菌属(Suillus)、Geminibasidium、白环蘑属(Leucoagaricus)、角孢革菌属(Tylospora)、鹅膏菌属(Amanita)、Delastria、口蘑属(Tricholoma);表层真菌丰富度大于亚表层;不同间伐强度的土壤真菌种群丰富度表现为极强度区>弱度区>对照组>强度区>中度区;方差分析结果显示,不同土层和间伐强度在门水平上相对丰度均无显著差异,在属水平上,不同土层在白环蘑属(Leucoag-aricus)和角孢革菌属(Tylospora)的相对丰度间存在显著差异,不同间伐强度在白环蘑属(Leucoagaricus)、鹅膏菌属(Amanita)和口蘑属(Tricholoma)的相对丰度间均存在显著差异;表层与亚表层、极强与弱度区真菌物种组成相近,极强与弱度区和对照组相近程度高于中度和强度区。[结论]在辽东山区红松人工林中,间伐强度及土层可在一定程度上影响林下土壤真菌在丰富度、多样性和物种组成。

辽东半岛山区近自然经营红松人工林物种组成与群落特征

探究短期和中长期近自然经营下红松人工林群落的物种组成、区系成分与生物多样性等群落特征,为辽东半岛山区红松人工林恢复及生物多样性保护提供参考。以近自然经营12 a和45 a红松人工林为研究对象,利用群落样地调查法记录样地物种信息,分析群落特征与物种多样性。研究表明:1)12 a群落中,共有高等植物29种,隶属于19科23属;45 a群落中,共有高等植物54科96属142种;2)随着红松生长发育,群落物种分布类型增加、物种数增加、分布范围扩大,物种分布类型中,物种数量分布情况为北温带分布>世界分布>东亚和北美洲间断分布,温带成分最多,世界成分次之,热带成分最少;3)红松群落从12 a经营到45 a仍然保持纯林状态,但群落物种多样性显著增强,正向演替趋势明显。红松人工林近自然经营周期很长,正向演替明显,短期经营群落生物多样性较低,直到经营中期生物多样性才显著增强,生态位和密度制约理论能很好解释红松人工林生态演替,对辽东半岛红松人工林恢复具有很好的指导作用。

不同程度抚育间伐对红松人工林的影响

以河北省塞罕坝机械林场红松人工林为试验对象,按不同抚育间伐强度设置3组观测样地,分别为轻度间伐株数强度40%,蓄积强度18%;中度间伐株数强度50%,蓄积强度28%;重度间伐株数强度65%,蓄积强度43%,以及1个对照组(不进行抚育间伐),观测红松人工林的胸径、树高、冠径比、树干中央直径、树干基径、分杈数及未分杈树干长度比,分析对比不同抚育间伐强度下红松人工林的生长情况、尖削度、分杈率。结果表明,中度间伐下红松林木的品质和出材率最理想,重度间伐次之,轻度间伐最差。因此,建议在抚育红松人工林的过程中,采取中度间伐的措施,以提高林木质量。

红松人工林主要病虫害种类及营林治理措施

从红松人工林主要的病虫害入手,对红松苞锈病、红松烂皮病、红松球蚜、松梢螟具有代表性的发生特点和表现形式进行概述,提出红松人工林主要病虫害的营林治理措施,包括:科学地营造及培育混交林,对病虫害进行抑制;注重抚育间伐及科学采伐,改善林木生长条件;做好采摘红松球果的工作,合理处理加工剩余物;针对病虫特点,确定综合治理对策等。

人工林和天然林红松幼龄材与成熟材的界定及解剖、物理性质的比较

根据人工林和天然林红松的管胞长度、生长轮宽度、生长轮密度和晚材率等性能指标的测试结果,采用最优分割法分析得出:人工林红松幼龄材与成熟材的界限为15a,天然林红松幼龄材与成熟材的界限为35a。通过人工林和天然林红松解剖、物理性质的比较,总体上表现为幼龄材性质低于成熟材,人工林材性劣于天然林。

红松人工林林下植物物种多样性分析

采用Patrick指数、Pielou均匀度指数、Shannon-Wiener多样性指数以及Simpson多样性指数,对黑龙江省伊春市朗乡林业局不同林龄、林分密度及立地条件的红松人工纯林林下的高等维管束植物物种多样性进行了比较研究。结果表明:灌木层物种多样性随红松人工林林龄的增加呈抛物线型,草本层物种多样性水平则呈现波动性。在低密度条件下,灌木层植物多样性指数较低,草本层植物的多样性指数却相对较高。阳坡的灌木层多样性水平较阴坡高,草本层则相反。在坡位水平上,灌木层和草本层的多样性指数整体上呈现坡上部高、下部低的趋势,草本层的Simpson多样性指数及Pielou均匀度指数表现出坡下部高的特点。总体上看,红松人工林林下植物多样性水平均较低。

红松人工林优势木竞争指数影响因子

在温带湿润气候区东段不同立地条件下的红松人工林内设置面积为600 m^(2)(20 m×30 m)的70块矩形固定样地。在每个样地内,选取5颗最高且长势较好的优势木作为研究的对象木,用Voronoi图确定优势木相应的竞争木,测定每一块样地内优势木与竞争木之间的距离。采用Hegyi单木竞争指数模型,分析优势木在不同样地水平上的种内竞争强度,探讨林分生长因子、地形因子、土壤养分因子对优势木竞争指数的影响,并对这3类因子与优势木竞争指数进行相应的拟合和相关性分析。结果表明:红松人工林优势木竞争强度随着优势木胸径的增大而变小,并且两者之间的关系服从幂函数;红松优势木的竞争指数与其树高、胸径、冠幅呈极显著的相关关系(P<0.01);坡向、坡位、海拔对竞争指数影响极显著(P<0.01);红松人工林优势木竞争指数的大小与土壤氮磷钾含量均呈极显著的相关关系(P<0.01);pH值对优势木竞争指数的影响不显著。当红松人工林优势木平均胸径达到45cm,优势木平均树高和冠幅大于周围竞争木时,其对周围资源的利用程度增大,林木会发生自然稀疏现象,其所受的竞争压力减小。红松喜光性强,对水分的要求高,导致其在阴坡的竞争指数无论上坡还是下坡都较大,红松人工林的生长从上坡到下坡逐渐转好。综上,半阴半阳坡的中坡或下坡因其土壤肥沃和通透性良好适用于红松人工林大径材的培育。

人为干扰(间伐)对红松人工林林下植物多样性的影响

根据对辽宁东部地区红松人工林林下高等维管植物调查资料，采用Simpson指数（SP），Shannon-Wiener指数（SW）和Pielou均匀度指数（PI）等进行α多样性测度分析，探讨人为干扰（不同间伐强度）对红松人工林下植物多样性的影响。结果表明：人为干扰改变林下光照环境，促进植物生长，对红松人工林下高等维管植物的物种多样性产生较大影响。随着干扰（间伐）强度增加，红松人工林下植物种类、数量明显增加；不同干扰强度区林下植物种类高于对照区200％～400％；不同干扰强度红松人工林下植物种类的丰富度和多样性明显高于对照区；人为经营干扰改变了红松人工林下植物组成，随干扰强度增加．共有物种增加．且人为干扰林分的共有种和相似系数明显高于对照区。

黑龙江省红松人工林立木生物量估算模型的研建

基于红松人工林生物量调查数据,选出了红松人工林总量与各分量最优基础模型,在此基础上利用非线性度量误差联立方程组估计的方法,分别以总生物量和树干生物量为基础分级控制的方案建立了总量及各分量(地上、根、干、枝、叶和树冠)之间相容性生物量模型,并采用加权回归的方法进行异方差的消除。结果表明:最优基础模型和相容性生物量模型的相关指数R2为0.80～0.99,模型拟合率EF为0.82～0.98;在模型的预测精度方面,总生物量和各分量生物量模型的预测精度绝大多数在82%以上,其中树干生物量的预测精度最高,树叶生物量的预测精度最低。总体来看,采用以总生物量为基础分级控制方法建立的相容性模型效果稍好,总量与各分量生物量最优基础模型与相容性模型的各项拟合和检验指标差异不大,这2种形式的生物量模型均能很好地预估红松人工林立木生物量。

不同林龄红松人工林土壤养分及微量元素的变化规律

研究了不同林龄人工红松林土壤水解氮、有效磷、速效钾及微量元素变化规律。结果表明,不同林龄阶段红松人工林根际和非根际土壤水解氮、速效钾和有效磷质量分数均大于天然次生林;水解氮质量分数均表现出先降低后升高再降低的趋势,但总体上呈现随年龄增长而降低的趋势;与水解氮不同,速效钾和有效磷质量分数则表现出先升高再降低;红松人工林不同发育阶段根际土壤有效铜、有效铁、有效锌和有效锰的质量分数均大于红松人工林不同发育阶段非根际土壤的质量分数。综合各因素和已有研究结论,最终得出混交林这种经营方式更适合研究区域内红松的生长。