北方落叶松人工林木材生产力的空间格局及其形成机制

China has the largest area of planted forests in the world, which acts as a substitutional source of natural forests to product timber. However, the timber production of planted forests is relatively low, which led to the timber imports reaching as high as 50%. Therefore, how to improve timber production of planted forests is urgently needed. The knowledge about the mechanism underlying timber formation is of prime importance to this issue. Previous studies mostly focused on stand scale, but regional scale-based mechanism of timber formation remains unclear. In this study, an accurate mapping method for larch plantations (LPs) in Northern China will be developed by the combination of remote sensing approach and field-based survey, and the spatial distribution will be analyzed subsequently. Then the multi-source data, including synthetic aperture radar data, optical remote sensing data and in situ growing stock volume (GSV) of LPs will be applied synthetically for establishing the relationships between remote sensing variables and GSV. On the basis of these relationships, LP GSVs of 2006, 2010 and 2015 will be estimated, and the spatial pattern of LP timber production will be investigated. Finally, the features of the spatial pattern of GSVs will be examined, and the effects of solar radiation, air temperature, precipitation, soil fertility and topographic features on the spatial pattern of LP timber production will be identified to explore the mechanisms of timber formation at the regional scale. The results of the study are supposed to contribute to new knowledge of timber formation mechanisms of LP at the regional scale. They will have both important theoretical and practical significances in planning spatial pattern and managing LPs for further promoting timber production.

我国人工林规模居世界之首，国家赋予其木材生产功能以弥补森林资源总量不足；然而，我国人工林木材生产力低，导致50%木材依赖进口，因此，提高木材生产力成为问题的关键；而认识木材生产力的形成机制则是解决问题的重要前提。早期相关研究多关注林分尺度，而对区域尺度木材生产力形成机理知之甚少。本项目以我国北方落叶松人工林为对象，采用遥感监测与地面调查相结合方法，探讨落叶松人工林空间分布的精确估算方法，结合雷达与光学遥感影像优点，建立多源、多期落叶松人工林蓄积量与遥感变量关系，实现落叶松人工林木材生产力的精确反演；基于此，分析落叶松人工林木材生产力的空间格局特征，量化光、温、水、肥和地形要素对木材生产力的解释率，明确区域尺度上关键环境因子对木材生产力的影响机制。研究结果将突破以往林分尺度对人工林木材生产力形成机制的理解，对区域尺度上规划与经营落叶松人工林、提高其木材生产力具有重要的理论与现实意义。

我国人工林规模居世界之首，国家赋予其木材生产功能以弥补森林资源总量不足；然而，我国人工林木材生产力低，导致50%木材依赖进口，提高木材生产力成为问题的关键；认识木材生产力的形成机制是解决问题的重要前提。前期研究多关注林分尺度，对区域尺度木材生产力形成机制知之甚少。本项目以我国北方落叶松人工林为对象，开展了大范围野外考察和取样工作，结合多源遥感影像，针对落叶松人工林的物候特点和纹理特征，提取北方落叶松人工林的空间分布，采用微波雷达与光学遥感数据，获取落叶松人工林蓄积量/木材产量的空间格局，探索区域尺度生产力的形成机制，主要结果如下。.（1）建立北方落叶松人工林样地数据集，采样点涵盖了6省（自治区），约95%落叶松人工林的分布区。采用人机交互目视解译法，重点区分了落叶松天然林和人工林。结果显示，2010年落叶松人工林总面积为264万公顷，主要分布在长白山，大、小兴安岭；此外，整个东北平原与山区的过渡带也有广泛的分布。经过验证（基于8883个解译标志点），落叶松人工林空间分布的解译精度为86.4%。.（2）采用星载合成孔径雷达影像（ALOS PALSAR）估算东北地区落叶松人工林的蓄积量，其后向散射系数随蓄积量的上升逐渐丧失敏感性，垂直极化（HV）与水平极化（HH）的均值建立的模型预测能力最优（R2=0.663，RMSE=37.9 m3/ha），并于260 m3/ha达到饱和，表明L波段微波雷达在估算人工林蓄积量的高适宜性。结果显示，落叶松人工林总蓄积量为2.24±0.59亿m3，平均单位面积蓄积量为85.1 m3/ha，蓄积量显示出较大的空间异质性。.（3）木材产量的评估结果显示，1962~2010年塞罕坝落叶松人工林木材的总产量为727万m3（面积：4.39万ha），其中现存蓄积量为487万m3，历史收获的蓄积量为240万m3；管理过程收获木材量比例为33%。年均气温可解释净初级生产力空间变异的11.6%；年降水量可解释净初级生产力空间变异的19.9%，高程仅可解释落叶松人工林净初级生产力空间变异的8.6%。总体来看，落叶松人工林的净初级生产力随着降水与温度的升高而升高，随着海拔升高而降低。.上述研究结果可支持落叶松人工林管理，促进传统人工用材林从单一木材生产向多目标经营转型，以确保其获取更多的生态服务价值。

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