南方杉木人工林火行为预测专家系统的研究

介绍了杉木人工林火行为预测专家系统的研制开发和总体设计过程。该专家系统在事物处理专家系统开发工具Guru的支持下实现 ,用产生式规则和自定义过程表示知识 ,知识库采用模块化层次结构 ,是面向对象的开放式专家系统 ,有良好的人机会话界面和可扩展性     

湘西南石漠化地区不同植被恢复模式的土壤有机碳研究

以湘西南石漠化地区侧柏纯林、侧柏+枫香混交林、湿地松+枫香混交林、栾树纯林和封山育林5种植被恢复模式下的土壤为研究对象,通过野外土壤剖面调查和土壤样品化学分析,研究石漠化地区植被恢复过程中不同层次、不同坡位、不同林龄的土壤有机碳特征。结果表明:(1)5种林分土壤有机碳含量为栾树纯林>封山育林>侧柏纯林>侧柏+枫香混交林>湿地松+枫香混交林,并随土壤深度增加而递减,各林分变化幅度不同,且各土层之间差异显著。(2)随林龄的增加,土壤有机碳含量增加且主要集中在土壤表层。(3)同一林分下,不同坡位有机碳含量变化为下坡>中坡>上坡。(4)土壤有机碳密度在5种林分中差异显著,并随土壤深度增加而减少;在整个土壤剖面上,有机碳密度为54.22～96.52t/hm2,其中0-15cm有机碳密度的贡献率达55.95%。     

基于神经网络的杉木人工林碳通量影响因素的选择

对碳循环影响因素的研究是预测碳通量的重要环节,也是研究碳循环的重要基础。利用亚热带地区湖南省会同杉木人工林生态系统国家野外科学观测研究站2008年7—9月的碳通量和环境因子观测数据,采用遗传神经网络模型对碳通量预测因素进行优化选择,并与传统的相关分析方法进行对比分析。结果表明:模型CIV.8(输入参数包括空气温度Ta、光合有效辐射Par、大气CO2浓度ρc、空气相对湿度Rh、风速Ws、土壤温度Ts)是所有模型中模拟效果最好的。光合有效辐射与碳通量的相关性最强,相关系数是-0.704(P=0.000);降雨量与碳通量的相关性最弱,相关系数是0.002(P=0.854)。最多输入变量或最复杂的神经网络结构并不能得到最好的模型。     

湘西南不同石漠化程度土壤理化性质及相关性分析

以湖南省邵阳县郦家坪镇轻度、中度和重度石漠化程度的土壤为研究对象,分别在3种不同石漠化程度的样地采集土壤(0—15cm,15—30cm,30—45cm 3个土层)样品,并对土壤物理性质、养分含量特征及其之间的相关性进行了分析。结果表明:随着石漠化程度的加深,土壤呈现明显的沙化现象;土壤容重逐渐增大,孔隙度、毛管持水量减小。土壤偏弱酸性;有机质、全N与全P含量变化均表现为中度(弃耕地)轻度重度,Ca、Mg含量随着石漠化程度加深逐渐增加。土壤有机质、全N含量、土壤机械组成、土壤容重、孔隙度等理化因子之间相关性显著(p0.05),其中有机质含量、全N含量与土壤容重之间的相关性极显著(p0.01),Ca含量与pH之间相关性极显著(p0.01)等。随着石漠化程度加深,土壤理化性质逐渐恶化,但整体差异并不显著,表明该地区近年来退化并不强烈。通过施肥和合理的植被恢复模式能够有效的改善石漠化土壤养分含量,间接改善土壤的理化性质,从而提高生产力。     

杉木人工林生态系统太阳辐射特征研究

根据2008年的观测数据,分析了会同杉木人工林太阳辐射各分量的时间分布特征及不同季节太阳辐射分配率的差异。结果表明:除大气逆辐射(RLd)外,其余3种辐射的年变化大致呈单峰形;太阳总辐射(RSd)及反射辐射(RSu)日变化均呈规则的单峰曲线,而森林生态系统长波辐射(RLu)和RLd则呈波浪形;就全年太阳辐射的分配率而言,净辐射(23.5%)最大,有效辐射(19.0%)次之,反射辐射最小,仅7.5%;不同季节太阳辐射分配率亦有所不同,反射辐射和净辐射均为旱季小于雨季,有效辐射则相反。     

不同年龄阶段杉木人工林生态系统的径流规律

利用1988-2004年17年的水文观测数据,对湖南会同生态站不同年龄阶段杉木人工林的径流特征进行研究.结果表明:Ⅰ龄级杉木人工林受抚育等经营措施的影响,地表径流量最小,年均地表径流系数为0.007 1.抚育停止后,地表径流增加.到第Ⅲ龄级时,地表径流系数达到最大值,为0.018 4.第Ⅳ龄级开始,地表径流逐渐减少,地表径流系数为0.009 8,为第Ⅲ龄级的50%左右.Ⅰ龄级杉木林的地下径流最大,地下径流系数0.301 2,为采伐前成熟林(0.157 7)的2倍.随着林分年龄增大,受林冠截留、土壤结构改善和蒸腾作用等方面的影响,地下径流逐渐减少,到第Ⅳ龄级时径流系数为0.208 2,为第Ⅰ龄级的65.8%.Ⅲ集水区径流输出以地下径流为主,地表径流量只占总径流量的2.3%～7.9%.不同龄级径流的月变化规律和降水量一致,降水量大的月份,径流量也大,4-8月的降水量占年总降水量的62.2%,径流量占年总径流量的75.4%,其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ龄级在4-8月的平均径流系数分别为0.378 4、0.322 4、0.279 0和0.263 4.逐步回归筛选后,影响月平均径流量的主要因子为月平均降水量和林龄.3次多项式的回归模型能较好地拟合各龄级月降雨量与月径流量的关系.     

湖南省现有森林植被主要树种的碳含量

探讨了湖南省现有森林植被17种树种(杉木、马尾松、湿地松、柏木、乐昌含笑、红花木莲、樟树、桢楠、甜槠、青冈栎、木荷、杜英、山矾、枫香、拟赤杨、杨树、毛竹)各器官的碳含量及其各器官碳含量的算术平均值。结果表明:同一树种不同器官碳含量差异不显著,不同树种各器官碳含量由高至低的排序不完全一致,不同树种同一器官或同一树种不同器官碳含量算术平均值存在一定的差异;针叶树、常绿阔叶树、落叶阔叶树和毛竹各器官碳含量(g·g-1)的变化范围分别为0.491~0.566,0.421~0.549,0.449~0.550,0.470~0.496,各树种种内各器官碳含量算术平均值在0.486~0.551 g·g-1之间变化,柏木最高,毛竹最低;针叶树碳含量高于阔叶树、毛竹,各树种树干碳含量普遍较高于其它各器官,变化范围在0.493~0.556 g·g-1之间,地上部分碳含量普遍高于相应树种的地下部分;17种树种各器官碳含量的算术平均值为0.504 g·g-1。     

湘西南石漠化地区4种植被恢复模式早期林分燃烧性

通过测定与分析林分有效可燃物负荷量、析水速率、燃烧热值和能量现存量等,对湘西南石漠化地区4种植被恢复模式(湿地松纯林PEPF、侧柏纯林POPF、湿地松+枫香混交林PLMF、枫香+侧柏混交林LPMF)早期林分燃烧性进行研究.结果表明:湘西南石漠化生态系统植被恢复早期,主要有效可燃物(EF)为白茅、马鞭草和一些灌木;且林分的有效可燃物负荷量(EFL),都比较大,为5.16～9.89 t·hm-2,其中,侧柏纯林最大,为9.89 t·hm-2.在湖南省高火险季节(秋冬季),EF的相对含水率为17.8%～42.6%,侧柏纯林中的白茅和凋落物的含水率小,水分逸出时间短,析水速率快,燃烧性较强;湿地松+枫香混交林中的EF平均相对含水率最大,水分逸出时间最长,燃烧性相对较差.主要EF的燃烧热值为11.7～20.8 kJ·g-1;除凋落物外,同种EF在不同植被恢复模式中的燃烧热值没有显著差异;林分中EF燃烧热值的加权平均值相差很小,为17.37～18.03 kJ·g-1,不能作为林分燃烧性差异的判定因子.EF总能量现存量大小排序为:侧柏纯林＞湿地松纯林＞湿地松+枫香混交林＞枫香+侧柏混交林,侧柏纯林为176.69×106 kJ·hm-2,枫香+侧柏混交林为92.73×106 kJ·hm-2.这些林分EF燃烧特点表明,湘西南石漠化地区4种植被恢复模式早期林分燃烧性都较高,其中,纯林燃烧性大于混交林.因此,建议选择混交林进行石漠化生态系统植被恢复,并加强林地清理,尤其是草本植物,以减少EF的积累,降低林分的燃烧性.     

湖南省2009年杉木林碳贮存量及未来固碳潜力分析

利用文献数据建立杉木不同龄组(幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林和过熟林)的生物量相对生长方程,计算杉木各龄组林分的平均生物量和碳贮量。根据2009年湖南省森林资源数据,估算湖南省及各地市(州)杉木林总生物量和碳贮存总量。从文献中选择生长较好的杉木林作为合理经营状态林分,分析该状态下杉木林各龄组的林分生物量,同时针对湖南省杉木林各龄组的面积分布现状,调整龄组面积结构,估算合理经营状态下和调整龄组结构后杉木林的碳贮量,分析湖南省杉木林的未来固碳潜力,为湖南省杉木林合理经营和生态功能区划提供科学依据。结果表明:2009年湖南省杉木林林分的碳贮量为0.50~227.01 t/hm2,林分平均碳贮量从幼龄林的5.94 t/hm2增加到过熟林的147.25 t/hm2。全省杉木林碳贮存总量为52.16×106 t,其中湘潭市杉木林碳贮量最低,为0.42×106 t,怀化市的最高,为11.97×106 t。杉木幼龄林的碳贮存总量最小(1.94×106 t),过熟林最大(13.12×106 t)。如果采取合理经营措施,湖南省杉木林碳贮存总量可增加到103.83×106 t,约为目前杉木林碳贮存总量的2倍。杉木林龄组结构调整后,湖南省杉木林各龄组碳贮量从幼龄林的1.91×106 t增加至过熟林的47.37×106 t,全省杉木林碳贮存总量可增加到81.10×106 t,为目前杉木林碳贮存总量的1.55倍。可见,湖南省杉木林具有较大的固碳潜力,提高林分单位面积生产力和调整全省杉木林龄组面积结构是增加森林固碳潜力的有效途径。     

湘西南喀斯特石漠化地区植物多样性研究

以湘西南喀斯特石漠化生态系统环境为研究对象,采用野外样方调查和以空间代替时间的方法,研究了轻度、中度和重度3种不同等级石漠化环境下植物群落的结构特征、物种组成和植物多样性演变规律,旨在为湘西南喀斯特石漠化生态系统的恢复与重建提供理论支撑。结果表明:1)该石漠化地区植物调查记录共39科68属77种,其中灌木植物有28科40属47种,草本植物14科28属30种,3种不同等级石漠化样地中蔷薇科、壳斗科、菊科和禾本科等植物的种类和数量较多;2)在3种不同等级石漠化样地中,灌木层的物种丰富度为中度石漠化>重度石漠化>轻度石漠化,而Shannon-Wiener指数、Simpson指数和Pielou指数均是中度石漠化>轻度石漠化>重度石漠化;草本层的物种丰富度、Shannon-Wiener指数均随着石漠化等级程度下降呈现上升趋势,Pielou指数和Simpson指数表现为中度石漠化>重度石漠化>轻度石漠化;3)不同石漠化等级的植物相似性有较大差异,其中灌木层和草本层植物的相似性分别为21.28%和33.33%,轻度、中度和重度石漠化样地灌木层和草本层单独植物分别为8.51%～34.84%和6.67%～26.67%,而灌木层和草本层在不同石漠化样地之间的相似性分别在6.38%～12.77%和3.33%～6.67%之间。说明3个不同等级石漠化样地生活型的植物组成、多样性和群落相似性存在较大差异,随着石漠化程度的加深,在长期不加治理的情况下湘西喀斯特石漠化生态系统灌木化会更加严重。