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杉木(Cunninghamia lanceolata(Lamb.)Hook.)是我国南方重要的造林树种之一,具有生长快、产量高、材质好等优点,在我国林业生产中占重要地位。传统的杉木人工林立地分类与评价方法存在立地分类比较粗放、立地质量评价不够精准、难以做到杉木“适地适品种造林”等问题。因此,如何在传统杉木人工林立地质量评价基础上,利用现代遥感技术,开展杉木人工林立地质量的精准评价,成为当前杉木人工林生产经营上亟待解决的重大课题。
有鉴于此,本论文以杉木中心产区福建省顺昌县为研究区域,通过野外数据调查,结合遥感数据和森林二类资源清查数据的收集,利用Arcgis软件生成各类立地因子专题图,并叠加形成顺昌县杉木立地类型精准划分图。通过数量化理论I模型筛选出影响杉木生长的主要立地因子,通过立地质量的直接评价法,以改算统一林龄后的平均树高作为立地质量好坏的直接标准,对主要立地因子进行多元回归分析。根据回归分析的结果,对杉木立地质量进行精准评价,将顺昌县杉木立地划分为四个不同等级。结合改算林龄后的树高极差,进行不同立地条件下杉木人工林树高生长预估分析。根据评价结果,对不同品种杉木在不同立地的生长情况进行比较,进行适应不同立地条件生长的杉木良种进行筛选,形成适宜顺昌县不同立地应用的杉木宜栽品种配置表,并进行推广。主要研究结果如下:
(1)选取坡向、土壤类型、坡度、土层厚度、海拔、降雨量等6个因子作为影响顺昌县杉木人工林生长的立地环境因子。利用Arcgis软件剪裁地理空间数据云资料得到顺昌县DEM,对顺昌县DEM进行表面分析和重分类得到顺昌县的海拔、坡度、坡向分布信息图;将顺昌县2014年森林二类资源清查数据和顺昌县气象站2008-2017降雨量数据,通过Arcgis软件使用克里金插值法形成顺昌县土层厚度、土壤类型、年均降雨量分布信息图;以顺昌县杉木优势林分的分布图作为底图,通过Arcgis软件的空间叠加分析功能,将不同立地因子进行分段分类,将顺昌县分为216个不同的立地类型,并制作顺昌县立地分类精准分布图。
(2)通过单回归分析得出影响顺昌县杉木人工林生长的主要因子为坡向、土壤类型、坡度、土层厚度、海拔。各因子的贡献度表现为坡向>土壤类型>坡度>土层厚度>海拔,其中坡向、土壤类型和坡度对杉木树高的影响达到极显著水平(P<0.01),土层厚度和海拔的影响达到显著水平(0.01<P<0.05)。
(3)通过野外调查数据分析,不同林龄杉木人工林树高、胸径、单株材积随年龄增长而增大。除11年生和13年生杉木胸径变异系数大于0.3,达到中等变异水平外,其余各林龄杉木胸径变异系数均小于0.3,各年龄段树高变异系数均小于0.3,各林龄杉木单株材积变异系数在0.3-0.6区间,属于中等变异系数。通过拟合分析得到顺昌县杉木树高-林龄生长拟合曲线:y=-0.01624x^2+1.351x(R2=0.991),以此将不同年龄杉木树高改算为林龄20a时的树高进行立地质量评价。
(4)将5个影响杉木生长的主要立地因子划分为12个类目,以改算统一林龄后的平均树高作为立地质量好坏的标准进行多元回归分析,得到5个回归方程,均达极显著水平(P<0.01),说明其对顺昌县杉木人工林立地质量的预测结果较为准确。将结果极差4等分构建主要立地因子得分表,从大到小组成4个数值区间,将顺昌县杉木人工林划分为Ⅰ级(非常适宜)、Ⅱ级(适宜)、Ⅲ级(较为适宜)和Ⅳ(不适宜)四个精准立地适应评价等级区。
(5)随机选取的78块样地中,Ⅰ级(非常适宜)和Ⅱ级(适宜)立地等级的各20块,占51.28%;Ⅲ级(较为适宜)立地的29块,占37.18%;Ⅳ(不适宜)立地的9块,占11.54%。立地等级在Ⅲ级(较为适宜)以上的占88.46%。结合改算林龄为20a后的树高,进行杉木树高生长预估,并得到顺昌县杉木立地等级分布图。
(6)根据野外不同立地条件下不同品种杉木的造林对比试验,进行不同品种杉木在不同立地条件下生长的比较。选取单年抽梢高和造林成活率为标准,对适应不同立地的杉木良种进行筛选,得到不同立地条件下适合栽植的杉木品种。适合I类地栽植的杉木良种为洋口020、洋口061、洋口三代、埔上二代、埔上三代、耐低磷无性系M25、M27、M36、W41、W12、广西当地种、江西红心杉、顺昌本地种、将乐三代;适合II类地栽植的杉木良种为洋口020、洋口061、洋口三代、埔上二代、埔上三代、广西当地种、顺昌本地种、江西红心杉;适合III类地上栽植的杉木良种为洋口020、洋口061、洋口三代、埔上二代、埔上三代、广西当地种。
有鉴于此,本论文以杉木中心产区福建省顺昌县为研究区域,通过野外数据调查,结合遥感数据和森林二类资源清查数据的收集,利用Arcgis软件生成各类立地因子专题图,并叠加形成顺昌县杉木立地类型精准划分图。通过数量化理论I模型筛选出影响杉木生长的主要立地因子,通过立地质量的直接评价法,以改算统一林龄后的平均树高作为立地质量好坏的直接标准,对主要立地因子进行多元回归分析。根据回归分析的结果,对杉木立地质量进行精准评价,将顺昌县杉木立地划分为四个不同等级。结合改算林龄后的树高极差,进行不同立地条件下杉木人工林树高生长预估分析。根据评价结果,对不同品种杉木在不同立地的生长情况进行比较,进行适应不同立地条件生长的杉木良种进行筛选,形成适宜顺昌县不同立地应用的杉木宜栽品种配置表,并进行推广。主要研究结果如下:
(1)选取坡向、土壤类型、坡度、土层厚度、海拔、降雨量等6个因子作为影响顺昌县杉木人工林生长的立地环境因子。利用Arcgis软件剪裁地理空间数据云资料得到顺昌县DEM,对顺昌县DEM进行表面分析和重分类得到顺昌县的海拔、坡度、坡向分布信息图;将顺昌县2014年森林二类资源清查数据和顺昌县气象站2008-2017降雨量数据,通过Arcgis软件使用克里金插值法形成顺昌县土层厚度、土壤类型、年均降雨量分布信息图;以顺昌县杉木优势林分的分布图作为底图,通过Arcgis软件的空间叠加分析功能,将不同立地因子进行分段分类,将顺昌县分为216个不同的立地类型,并制作顺昌县立地分类精准分布图。
(2)通过单回归分析得出影响顺昌县杉木人工林生长的主要因子为坡向、土壤类型、坡度、土层厚度、海拔。各因子的贡献度表现为坡向>土壤类型>坡度>土层厚度>海拔,其中坡向、土壤类型和坡度对杉木树高的影响达到极显著水平(P<0.01),土层厚度和海拔的影响达到显著水平(0.01<P<0.05)。
(3)通过野外调查数据分析,不同林龄杉木人工林树高、胸径、单株材积随年龄增长而增大。除11年生和13年生杉木胸径变异系数大于0.3,达到中等变异水平外,其余各林龄杉木胸径变异系数均小于0.3,各年龄段树高变异系数均小于0.3,各林龄杉木单株材积变异系数在0.3-0.6区间,属于中等变异系数。通过拟合分析得到顺昌县杉木树高-林龄生长拟合曲线:y=-0.01624x^2+1.351x(R2=0.991),以此将不同年龄杉木树高改算为林龄20a时的树高进行立地质量评价。
(4)将5个影响杉木生长的主要立地因子划分为12个类目,以改算统一林龄后的平均树高作为立地质量好坏的标准进行多元回归分析,得到5个回归方程,均达极显著水平(P<0.01),说明其对顺昌县杉木人工林立地质量的预测结果较为准确。将结果极差4等分构建主要立地因子得分表,从大到小组成4个数值区间,将顺昌县杉木人工林划分为Ⅰ级(非常适宜)、Ⅱ级(适宜)、Ⅲ级(较为适宜)和Ⅳ(不适宜)四个精准立地适应评价等级区。
(5)随机选取的78块样地中,Ⅰ级(非常适宜)和Ⅱ级(适宜)立地等级的各20块,占51.28%;Ⅲ级(较为适宜)立地的29块,占37.18%;Ⅳ(不适宜)立地的9块,占11.54%。立地等级在Ⅲ级(较为适宜)以上的占88.46%。结合改算林龄为20a后的树高,进行杉木树高生长预估,并得到顺昌县杉木立地等级分布图。
(6)根据野外不同立地条件下不同品种杉木的造林对比试验,进行不同品种杉木在不同立地条件下生长的比较。选取单年抽梢高和造林成活率为标准,对适应不同立地的杉木良种进行筛选,得到不同立地条件下适合栽植的杉木品种。适合I类地栽植的杉木良种为洋口020、洋口061、洋口三代、埔上二代、埔上三代、耐低磷无性系M25、M27、M36、W41、W12、广西当地种、江西红心杉、顺昌本地种、将乐三代;适合II类地栽植的杉木良种为洋口020、洋口061、洋口三代、埔上二代、埔上三代、广西当地种、顺昌本地种、江西红心杉;适合III类地上栽植的杉木良种为洋口020、洋口061、洋口三代、埔上二代、埔上三代、广西当地种。