冀北山区典型林分类型结构特征研究

论文摘要

结构决定功能,结构是构成森林生态系统组成要素的一种重要组织形式。本研究针对冀北山区防护林结构不合理、生态退化等关键区域问题,以结构决定功能的原理,研究了冀北山区三种典型林分(落叶松桦木混交林、山杨桦木混交林和油松蒙古栎混交林)优势树种群落的内部结构特征,为解决冀北生态林建设和林场林木生产经营的可持续发展提供参考。其主要研究结果如下：(1)采用公顷级大样地调查法,调查分析了三种典型林分类型的物种组成及多样性、直径结构、树高结构等数量化特征。采用Weibull分布函数对胸径和树高的分布进行预测和拟合：直径分布为近似的反“J”形分布、正态分布和双峰或单峰山状分布,树高分布为正态分布、近似的正态分布、单峰或双峰曲线分布。(2)典型林分林木分形特征研究表明,三种林分中不同树种的冠形存在差异,且相同树种不同年龄个体间存在差异,针叶树冠幅分形维数均大于阔叶树的分维数,落叶松的分形维数(1.690)>黑桦(1.257)>白桦(0.997),不同树种的侧枝数量和侧枝倾角在各方向上分布规律不同,不同树种分枝格局的分维数不同,且同一树种在不同样地的分维数也有所差异,这是树种本身的遗传性质及外界环境共同作用的结果。(3)利用林分空间结构参数混交度、大小比数和角尺度以及点格局分析方法对典型林分类型群落空间结构进行研究,其结果表现为优势树种的混交度、大小比和角尺度在各等级均有分布；伴生树种的混交度较高但优势度不高,但对于维持群落多样性有重要意义。(4)植物群落物种多样性与生长型的关系密切,物种多样性指数草本层>灌木层>乔木层；物种丰富度指数在海拔梯度上变化规律不明显；通过典范对应分析得出选取的地形因子对样点草本的影响程度大小依次为,坡向>海拔>坡度>坡位>坡形。(5)通过种群数量径阶频谱法对三种林分演替规律分析,结果表明,落叶松桦木混交林中,落叶松、白桦和黑桦为优势树种,演替受人为干扰影响较大；山杨桦木混交林中,白桦和黑桦的生长趋势良好,山杨数量最大,呈增长态势,是优势种,将向针阔混交林演替；油松蒙古栎混交林中,油松为优势树种,幼苗更新良好,是典型的进展种,蒙古栎属于巩固种,该群落近似为顶级群落。(6)结构的研究是为森林的健康可持续经营提供理论基础,本文将点格局理论和林木空间结构理论结合起来,以健康稳定的森林结构特征为约束,通过对健康森林生态系统和顶级群落结构特征的分析和模拟,得出森林生态系统的结构最优化模式；对林木水平分布格局、树种组成和竞争关系的调整使得森林生态系统达到结构化最优。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 发展背景
• 1.2 研究目的和意义
• 2 国内外林分结构研究进展
• 2.1 林分组成结构特征
• 2.1.1 水平结构
• 2.1.1.1 树种组成
• 2.1.1.2 年龄分布
• 2.1.1.3 林分直径分布
• 2.1.1.4 树高分布
• 2.1.1.5 树冠结构
• 2.1.1.6 冠幅、胸径、树高之间关系研究
• 2.1.1.7 目标结构
• 2.1.2 垂直结构
• 2.2 林分空间分布格局
• 2.2.1 空间分布格局种类
• 2.2.2 空间格局研究方法
• 2.3 森林物种多样性和演替
• 2.3.1 物种多样性
• 2.3.2 物种演替规律
• 2.4 林木的可视化
• 2.5 森林生态系统经营理论
• 2.5.1 检查法经营
• 2.5.2 近自然森林经营
• 2.5.3 分类经营
• 2.5.4 森林可持续经营
• 3 研究区概况
• 3.1 自然地理概括
• 3.1.1 地理位置
• 3.1.2 地质地貌
• 3.1.3 气候
• 3.1.4 水文
• 3.1.5 土壤
• 3.1.6 生物资源
• 3.2 社会经济概况
• 3.3 森林资源概况
• 3.4 三种试验林地概况
• 3.4.1 落叶松桦木混交林试验林地
• 3.4.2 山杨桦木混交林试验林地
• 3.4.3 油松蒙古栎混交林试验林地
• 4 研究内容与方法
• 4.1 研究目标和内容
• 4.2 技术路线
• 4.3 研究方法
• 4.3.1 标准地的选择与设置
• 4.3.2 主要调查内容与方法
• 4.3.3 林分胸径、树高分布规律分析方法
• 4.3.4 林木分形结构研究方法
• 4.3.5 林分空间结构
• 4.3.6 典范对应分析方法（CCA）
• 5 典型林分类型胸径、树高分布规律及预测
• 5.1 林木胸径和树高结构分布规律
• 5.1.1 林木胸径结构规律
• 5.1.2 林分树高结构规律
• 5.2 Weibull分布函数介绍与求解
• 5.2.1 林木胸径Weibull分布函数介绍
• 5.2.2 林分树高Weibull分布函数的拟合
• 5.2.3 树高胸径Weibull分布函数的预测
• 5.3 Weibull分布拟合林木胸径和树高的分布规律
• 5.3.1 胸径分布规律
• 5.3.2 树高分布规律
• 5.3.3 树高与胸径分布的关系
• 5.4 小结
• 6 典型林分类型林木分形结构特征研究
• 6.1 树冠结构的模拟
• 6.2 树冠分形分布
• 6.2.1 不同树种的冠形分形特征
• 6.2.2 不同混交林分白桦、黑桦种群冠幅分形维数比较
• 6.3 侧枝及倾角分布规律
• 6.3.1 侧枝分布规律
• 6.3.2 侧枝倾角分布规律
• 6.4 侧枝分形格局
• 6.4.1 不同树种的侧枝分形特征
• 6.4.2 不同混交林分白桦、黑桦种群侧枝分形维数比较
• 6.5 小结
• 7 典型林分类型种群空间分布格局分析
• 7.1 落叶松桦木针阔混交林种群空间分布格局
• 7.1.1 林分主要树种特征值
• 7.1.2 林分混交度分析
• 7.1.3 林分大小比数分析
• 7.1.4 林分角尺度分析
• 7.1.5 落叶松桦木混交林种群空间点格局分析
• 7.2 山杨桦木阔叶混交林种群空间分布格局分析
• 7.2.1 林分主要树种特征值
• 7.2.2 林分混交度分析
• 7.2.3 林分大小比数分析
• 7.2.4 林分角尺度分析
• 7.2.5 山杨桦木混交林种群空间点格局分析
• 7.3 油松蒙古栎针阔混交林种群空间分布格局分析
• 7.3.1 林分主要树种特征值
• 7.3.2 林分混交度分析
• 7.3.3 林分大小比数分析
• 7.3.4 林分角尺度分析
• 7.3.5 油松蒙古栎混交林种群空间点格局分析
• 7.4 小结
• 8 典型林分类型物种多样性及其分布规律
• 8.1 落叶松桦木混交林物种多样性指数分析
• 8.1.1 乔木多样性分析
• 8.1.2 灌木多样性分析
• 8.1.3 草本多样性分析
• 8.2 山杨桦木混交林物种多样性指数分析
• 8.2.1 乔木多样性分析
• 8.2.2 灌木多样性分析
• 8.2.3 草本多样性分析
• 8.3 油松蒙古栎混交林物种多样性指数分析
• 8.3.1 乔木多样性分析
• 8.3.2 灌木多样性分析
• 8.3.3 草本多样性分析
• 8.4 森林群落草本多样性及其与地形关系
• 8.4.1 植被群落类型与草本多样性的关系
• 8.4.2 海拔与草本植物多样性的关系
• 8.4.3 草本植物多样性与地形的典范对应分析
• 8.5 小结
• 9 基于种群数量径阶谱法的森林演替规律研究
• 9.1 华北落叶松桦木针阔混交林的演替
• 9.2 山杨桦木阔叶混交林的演替
• 9.3 油松蒙古栎针阔混交林的演替
• 9.4 小结
• 10 林分结构调整方案
• 10.1 结构化森林经营的理念和原则
• 10.2 结构化森林经营的方法
• 10.2.1 保留木与采伐木的确定
• 10.2.2 林木分布格局的调整方法
• 10.2.3 树种组成的调整方法
• 10.2.4 竞争关系的调整方法
• 10.2.5 径级结构的调整方法
• 10.3 小结
• 11 结论与讨论
• 11.1 结论
• 11.2 讨论
• 参考文献
• 作者简介
• 导师简介
• 致谢