如何实现林分水平和单木水平预测林分断面积的兼容性,并提高不同水平断面积模型的预估精度,在森林经营过程中是一个亟待解决的科学问题。本文以华北暖温带华北落叶松人工林为研究对象,运用105块连续观测的固定样地数据,首先采用Gauss-Newton算法建立林分水平和单木水平断面积生长模型;其次分别采用不同形式的逻辑斯蒂方程对单木生存概率方程进行拟合;最后将不同水平最优预测模型进行组合并建立组合方程,采用最小二乘法估计组合方程参数,以提高对不同水平断面积的预测精度。结果表明:在约束参数法中,林分密度模型、林分断面积

塞罕坝华北落叶松人工林的叶生长过程从每年４月下旬起至６月上旬完成。在叶生长过程中，叶长、叶面积和叶干重的增长曲线呈Ｓ型，其动态可用Ｌｏｇｉｓｔｉｃ生长函数描述，叶宽的增长过程可用Ｍｉｃｈａｅｌｉｓ－Ｍｅｎｔｅｎ方程描述。

准确预测森林立地生产力是进行高效森林经营的关键。立地指数是森林生产力可靠的评价指标之一。基于地形、气候和土壤因子以及220块样地解析木数据,采用回归克里格(RK)模型对塞罕坝机械林场华北落叶松(Larix principis-rupprechtii)人工林立地指数(SI)进行空间插值预测,并分析了不同半变异函数对RK模型精度的影响。拟合结果表明:基于高斯半变异函数的RK模型精度优于球状和指数RK模型,且具有较小的残差(RMSE=0.82 m,MAE=0.66 m),表明高斯RK模型具有很强的预测SI能力;高斯半变异函数分析表明研究区华北落叶松人工林SI存在较强的空间自相关性,且在724.89 m变程内差异显著;影响华北落叶松立地指数分布的主要环境因子有土壤全氮、土壤pH、夏季降水量和春季降水量;立地生产力较高区域一般分布在春季降水适中、夏季降水较多、土壤为中性及偏酸性且全氮含量较高的东南部地区,占研究区总面积的32.00%,而在春、夏季降水量少或者春季降水量过多、土壤全氮含量过低且偏碱性的北部边缘地区立地生产力较低,仅占研究区总面积的8.90%。研究区土壤、气候因子与树木生长习性共同决定了华北落叶松人工林生产力的分布格局。通过降低土壤酸碱度和适当施加氮肥等措施,可以提高华北落叶松人工林生产力。

利用角尺度、大小比数两参数对塞罕坝地区华北落叶松人工纯林3种立地类型、3龄级的林分进行比较。结果表明:在林木分化方面,仅曼甸中林及阴坡近熟林2种林分出现明显分化现象,林木间竞争较为激烈,考虑进行适当地营林措施,其他7种林分分化不明显。在林木个体空间分布格局方面,阳坡中林、阳坡近熟林的林分整体属于随机分布,其他7种林分平均角尺度均低于0.475,属于均匀分布。可见,可根据林木生长立地类型的不同及生长阶段的不同,进行适当的营林活动。

为了评价塞罕坝地区华北落叶松人工林水源涵养功能高低,对塞罕坝地区30 a生不同密度的华北落叶松人工林的枯落物持水量、土壤水分物理特性进行研究。并依据土壤总毛管蓄水量和枯落物有效拦蓄量的大小评价不同密度林分水源涵养功能,将土壤总毛管蓄水量和枯落物有效拦蓄量归一统计,定义为水源涵养指数,作为林分的水源涵养功能的评判。结果表明:(1)对于研究的9个密度下的华北落叶松林,枯落物最大持水量是自身重量的3~4倍,最大持水率为249.98%～302.48%,人工林密度越大,持水量能力越大。(2)土壤总孔隙度为41.7%～62.9%。土壤的最大蓄水量为3 046.14～3 403.49 t/hm2,密度越大,...

【目的】比较研究塞罕坝地区华北落叶松人工林间伐和混交改造对大型土壤动物群落组成和多样性的影响,为实现华北落叶松人工林质量精准提升和可持续利用提供理论依据和技术支撑。【方法】以塞罕坝机械林场未经营的华北落叶松人工林(CK)、抚育间伐后的华北落叶松人工林(TH)和引入阔叶树的华北落叶松白桦混交林(M)为对象,于2014年5—9月,利用手拣法调查大型土壤动物群落,研究不同经营措施林分内土壤动物的结构组成、空间分布、多样性和功能群组成的差异及其影响因素。【结果】共获得大型土壤动物55类1 405头,隶属2门4纲12目,优势类群为正蚓目、叶甲科幼虫、象甲科幼虫。总体上,经间伐和混交改造后华北落叶松人工林内大型土壤动物的类群数显著高于未经营的对照林分(P<005),TH内土壤动物密度亦显著高于CK(P<005)。间伐和混交改造后,土壤动物群落各多样性指数均有提高,其中M的Shannon-Wiener多样性指数(H)显著高于CK(P<005)。各功能群中,植食性土壤动物所占比例(4719%)最高,其次为腐食性土壤动物(3331%);捕食性(19类)和植食性(18类)土壤动物的类群数居多;多因素方差分析显示,经营措施、土层和时间均对大型土壤动物功能群组成和结构影响显著(P

用逐步回归方法,分析了塞罕坝地区华北落叶松生长与气候因子的相关关系。结果表明:①影响华北落叶松胸径、树高连年生长的主导气候因子分别为≥10℃的有效积温和年平均气温、上年11月—当年1月的平均蒸发量;②气候因子间是相互影响、相互制约、共同作用的,并通过单优势性、协同作用、拮抗作用等形式对华北落叶松生长产生直接和间接影响。

【目的】基于土壤质量指数(SQI),研究华北落叶松林不同混交方式对土壤肥力质量的影响,为其合理经营和地力恢复提供理论依据。【方法】该研究以河北省塞罕坝林场华北落叶松纯林(落叶松纯林)、华北落叶松白桦混交林(落桦混交林)和华北落叶松樟子松混交林(落樟混交林)为研究对象,采集和分析0～20 cm土层的土壤进行土壤理化性质、生物性质的调查研究,利用SQI法进行土壤肥力质量评价。建立SQI包括3个步骤:采用主成分分析法筛选最小数据集(MDS),利用非线性得分函数计算MDS指标得分,利用加权求和模型计算SQI。【结果】不同混交方式间土壤理化和生物性质存在不同程度的差异。与落叶松纯林相比,落桦混交林的土壤理化和生物性质有了明显改善;落樟混交林的土壤理化状况较差,土壤生物性质与落叶松纯林没有明显差异。在17个土壤肥力质量指标中,MDS由土壤微生物生物量氮、全磷、氨氮3个指标组成。不同混交方式间SQI差异显著,表现为落桦混交林(0.59)>落叶松纯林(0.47)>落樟混交林(0.39)。【结论】土壤肥力质量在不同混交方式下差异显著,塞罕坝机械林场落叶松白桦混交林有利于改善土壤肥力。利用指数法建立SQI进行土壤肥力质量评价,可为其他树种或其他地区的森林土壤质量评价提供借鉴。

断面积模型是全林模型系统中最重要的模型。本文应用南方５省（区）杉木、北方３省长白落叶松标准地，分别建立了１０组断面积模型，进行比较。结果表明，杉木按立地区建模时，虽然优势高生长过程相似，但断面积生长过程却不同，不能使用同一模型参数。杉木按产区建模时，虽属同区同带，断面积生长过程差异仍很大，因此杉木产区也不是建模的依据。东北３省长白落叶松建模结果表明，各省优势高和断面积生长过程接近，模型参数差异不大。

分析了理查德、逻辑斯蒂、单分子及冈珀斯生长方程之间的关系,以理查德方程为基础,研究了其它各方程的特点及性质。运用辽宁省长白落叶松林分观测数据,模拟了Richards等生长方程的林分断面积生长过程,以林分立地指数,疏密度为因变量,建立了多形长白落叶松林分断面积生长曲线模型。通过预测分析表明,Richards生长方程具有适应性强、精度高等特点。

【目的】探究林龄和造林密度对华北落叶松纸浆林材性的影响，为塞罕坝地区定向培育华北落叶松纸浆人工林提供理论和实践依据。【方法】以3种林龄（15、20、25 a）、3种造林密度（低密度2 500株·hm~(-2)、中密度3 300株·hm~(-2)、高密度4 400株·hm~(-2)）的华北落叶松人工林为研究对象，采用双因素完全随机区组法研究造林密度对于林木材性的影响。【结果】1）木材基本密度仅在高密度水平下20 a(0.439 g·cm~(-3))和25 a(0.387 g·cm~(-3))林分间差异显著（P <0.05），而不同林龄水平下造林密度对其无显著影响。2）晚材率在高密度时，随着林龄的增加先显著增大后显著减小（P <0.05），与木材基本密度的变化规律相似；15 a时，低密度（19%）林分显著小于其他两个林分（P <0.05）。3）年轮宽度在15和20 a时，随着造林密度的增大显著减小，且峰值及其出现峰值的轮龄逐渐变小；而在25 a不同造林密度间无明显差异，且峰值（5.9、6.1、6.2 mm）及其出现的轮龄（7、6、8 a）都相近，认为林分可能由25 a进入生长稳定期。4）年轮宽度在不同密度水平下，随着林龄的增长，林木形成层分蘖活动逐渐减弱，细胞间间隙变小，木材材质更加致密，不断变小。5）当林龄和造林密度较小时，林木生长速度较快，纤维细胞在横向和纵向方向上迅速且均匀生长、细胞壁较厚，纤维长宽比小、壁腔比大；待林龄和林分密度逐渐增大，纤维细胞横向生长减缓、细胞壁逐渐变薄，纤维长宽比增大（56.40～77.15）、壁腔比变小（0.48～0.25）、综纤维素含量不断减小（73.18%～53.09%），说明此时纤维细胞已经充分伸长。6）酸不溶木素含量在各林分间浮动范围不大（20.98%～29.74%），随着林龄的增长略有增高。1%NaOH抽出物、苯醇抽出物和灰分含量在林龄和造林密度水平上都无明显一致的变化规律。7）单位公顷纸浆产量在各林龄水平下仅在15 a不同造林密度间差异显著，且随着造林密度的增加都呈现出上升的趋势，所有林分中含量最高的为15 a高密度林分（68.47 t·hm~(-2)）。低、中密度水平下的林分，林龄越大单位公顷纸浆产量显著增大，而高密度林分在不同林龄间差异不显著。【结论】根据主成分分析法和综合排名初步认为，15 a林分的2 500株·hm~(-2)材性最好，可作为塞罕坝地区纸浆材定向培育的选择方向。

根据华北落叶松人工林标准地和解析木资料,采用生长量修正-分析方法推导和建立了与距离无关的单木生长模型.在建立林木胸径潜在生长函数(疏开木直径生长函数及疏开木冠幅-胸径关系)的前提下,以CCF为基础构造了一个新的林分密度指标:林冠重叠度(COD);在分析论证的基础上,选择了相对直径(Rd)作为林木竞争指标.使用单木模型编制了华北落叶松人工林生长模拟,预测程序-LRGP.BA8.该程序可以模拟华北落叶松人工林在自然状态和问伐情况下的生长过程,因而可以用于选择、设计最优间伐方案和造林密度.

【目的】构建兴安落叶松Larix gmelinii天然林3个主要树种组的断面积生长混合效应模型，提高断面积生长模型的预估精度，为兴安落叶松天然林的林分生长动态研究提供参考。【方法】以大兴安岭林区兴安落叶松天然林的主要树种组（兴安落叶松、白桦、栎类）为研究对象，采用四期森林资源连续清查的626块复测样地数据，首先使用多元逐步回归方法建立单木断面积生长模型，其次在最优基础模型的基础上，引入样地随机效应，建立单木断面积生长混合效应模型，最后对模型进行检验。【结果】期初胸径（D）的倒数（1/D）、每公顷株数（N）、大于对象木的胸高断面积和（B_L）、对象木胸径与林分算数平均胸径之比（B_L/D）、海拔（E）以及坡度和坡向的组合（T_c）对兴安落叶松天然林单木断面积的生长有显著影响（P<0.05）。考虑样地随机效应的混合效应模型的赤池信息准则（AIC）、贝叶斯信息准则（BIC）明显降低，对数似然值（LogLik）明显增大。引入异方差函数和自相关结构后，提高了混合效应模型预估的精度；混合效应模型的平均绝对误差（Bias）和均方根误差（RMSE）均比基础模型的低，兴安落叶松、白桦、栎类最优混合效应模型的R²分别由0.435提高到0.658、由0.354提高到0.489、由0.307提高到0.379。【结论】与基础模型相比，考虑层次结构的混合效应模型能显著地改善模型的拟合效果，为内蒙古大兴安岭地区兴安落叶松天然林的林分生长动态预测提供了具有生物学意义和统计学可靠性的断面积生长模型。

【目的】揭示单木树冠光合特征的空间异质性，是准确预测林木冠层光合效率、估计林木固碳能力，确定林木有效冠的重要基础，为精确估算华北落叶松人工林生产力和碳循环提供理论参考。【方法】以塞罕坝机械林场15～17年生华北落叶松为研究对象，利用Li-6400便携式光合仪对5株样木不同冠层和方位的针叶进行光合生理生态因子进行测定，采用方差分析和相关性分析方法，分析树冠光合特征的空间异质性。【结果】在冠层垂直方向上，净光合速率、光合有效辐射、气孔导度、蒸腾速率、羧化效率、初始量子效率及最大净光合速率均呈现上层>中层>下层的规律，光饱和点、光补偿点和暗呼吸速率呈现为上层与中层相近，均大于下层，而胞间CO_2浓度呈现下层>中层>上层的现象。冠层下部叶绿素含量与冠层中部相近，均大于冠层上部，比叶重表现为上层>中层>下层的规律。在树冠水平方位上，净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、胞间CO_2浓度和羧化效率具有显著性差异，光合有效辐射、比叶重、叶绿素含量、最大净光合速率、初始量子效率、光饱和点、光补偿点和暗呼吸速率无显著差异。净光合速率与光合有效辐射、羧化效率、比叶重、叶绿素含量呈显著正相关性，相关系数分别为0.954、0.908、0.896和0.950，与胞间CO_2浓度呈显著负相关性，相关系数为-0.833，与蒸腾速率、气孔导度和叶绿素a/b具有一定的相关性，相关系数分别为0.744、0.545、-0.728。【结论】华北落叶松冠层光合作用具有明显的空间异质性，因此，在估算华北落叶松人工林冠层生产力时，应充分考虑冠层光合作用的垂直变化和水平变化规律。

在具有半干旱气候的宁夏固原六盘山区叠叠沟小流域,于2009年整个生长季内(5—10月)监测了典型阴坡坡面上的华北落叶松人工林不同坡位的7个样地的林冠层、林下灌木层和草本层的叶面积指数(LAI)的数量变化和季节动态。结果表明:(1)华北落叶松不同样地的林冠层LAI随坡位升高的变化趋势基本上是逐渐减小,从坡下部的1.52 2.95减少到坡顶部的0.15 0.27;林下灌木层LAI是先增加后减小,从坡下部的0.05 0.06增加到坡中上部的0.73 1.01后再减小到坡顶的0.19 0.30;草本层的LAI随坡位上升不断增加,从0.18 0.36增加到0.19 0.75。(2)林冠层和草本层的LAI...