基于木材生产和固碳权衡的森林经营措施空间优化研究

论文编号lybs0000216946

论文标题基于木材生产和固碳权衡的森林经营措施空间优化研究

论文作者 邓文文

指导导师 项文化

授予时间2022

授予年份2022

学位级别硕士

学科专业 生态学

主题词 森林经营 生态系统服务 经营措施的空间配置 木材生产 碳储量 模拟退火算法 GIS

授予单位中南林业科技大学

摘要  森林为人类提供多种产品和生态系统服务,与人类福祉和可持续发展紧密相关。近年来,随着人们对森林生态系统服务认识的加强,对森林产品和服务的需求多样化,森林经营从以木材生产为主的单一目标经营向以满足多种生态系统服务需求的多目标经营转变。但是,为实现不同目标之间的平衡,需要在景观尺度上,根据林分类型及其所具有的主导生态系统服务来安排经营措施,这就要求采取在时间、空间上更为精细的森林经营规划方法。另外,中国政府提出碳达峰、碳中和目标后,森林固碳服务成为人们关注的焦点。而林场是森林经营方案的规划和实施单位,长期寻求木材生产和其它生态系统服务共同效益最大化的方式。因此,如何合理安排经营措施实现木材生产和森林碳储存的平衡是林场经营规划面临的挑战。本研究以南方典型的国有林场(湖南省靖县排牙山林场)为对象,利用2019年的森林调查数据,建立了一个以模拟退火算法为核心的空间显式的森林多目标规划模型,用Python语言编写模型代码,并与GIS对接。在模型中按照森林分类经营,其中人工林采用皆伐将林龄结构调整到法正林为主要约束条件,天然林采用择伐促进天然更新,从而获得规划期内皆伐、择伐措施在林场经营单位(小班)水平上的时空配置方案,实现人工林年龄结构调整的目标,并量化分析了社会偏好和市场价格对森林优化经营的影响。主要结果如下:(1)由于考虑了分类经营和人工林年龄结构调整的约束条件,前30年各优化情景采伐强度高于不采伐情景,现存蓄积量和现存碳储量偏低。从第30年开始,各优化情景的现存林分蓄积量和碳储量逐渐优于不采伐情景。各优化情景从第40年森林采伐强度和森林资源质量开始趋于平稳,现存蓄积量高于不采伐情景约2.0 × 105m3-2.8 × 105m3,现存碳储量高于不采伐情景约5.0×104 t-1.0×105 t。(2)通过在目标函数中对木材净现值和固碳净现值分配不同权重来表示不同社会偏好。随着木材净现值权重的增加,择伐和皆伐的比例都随之增加。其中,木材净现值权重为100%,固碳净现值权重为0%的情景T100C0,进行择伐和皆伐的区域占总面积的比例最大,T0C100情景比例最小。在年龄结构调整方面,优化情景都在规划期前50年内将杉木人工用材林调整至1-6龄级面积均匀分布的结构,各目标龄级面积为杉木人工林总面积的1/6左右(320.8 ha),马尾松人工用材林调整至1-4龄级面积均匀分布,各目标龄级面积为该树种用材林总面积的1/4左右(160ha)。(3)在由权重代表的社会偏好情景中,固碳权重为100%、木材生产权重为0%的情景T0C100的现存蓄积量从第35年开始优于其他优化情景,约高出8.6× 104m3,现存碳储量从第25年开始优于其他优化情景,后期约高出4.7× 104t。其余木材净现值权重不为0的优化情景之间的采伐强度和森林现存资源动态差异较小。(4)随着木材价格的增加、森林采伐强度增加,森林现存蓄积量和碳储量减少。当碳价固定在中、高价位时,改变木材价格对森林经营的影响较小。将木材价格固定在低价位时,改变碳价对森林经营影响较大。将木材价格固定在中、高价位时,改变碳价对森林经营的影响较小。本研究以木材生产和固碳协同权衡为目标,将模拟退火算法与地理信息系统相结合构建森林规划模型,获得满足约束条件并实现经营目标的森林经营措施空间配置方案,同时考虑社会偏好和市场价格情景下森林经营方案的调整,研究结果为生态建设背景下林场森林经营、及其对市场调节的适应提供了技术支撑,对森林质量提升和碳管理的政策制定具有重要意义。