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自工业革命以来,由于人类对化石燃料的过量使用和对森林的破坏性砍伐,使二氧化碳等温室气体日益累积,引发国际社会公认的全球性环境问题。森林是陆地生态系统中最大的碳库,在物质循环过程中发挥着碳库和碳源的双重作用。在人工林发展趋势的推动下,揭示高固碳量优质木材的人为干预模式成为重点内容。 本研究以落叶松人工林为研究对象,以初植密度、林分结构和间伐强度三大培育措施为影响因子,基于木材显微图像分析处理系统,以落叶松木材微观构造特征(管胞长度、管胞直径、管胞壁厚、管胞壁腔比、胞壁率)、物理特征(生长速率、生长轮宽度、晚材率、生长轮密度)为指标,采用多元回归分析的方法建立显微构造、物理特征、碳素储存量和落叶松人工林培育措施之间的相关模型,探究高品质落叶松木材的人工培育措施,并进一步结合生命周期评价体系分析不同培育措施下的环境效应,从而揭示出适用于固碳增汇林和用材林培育的营林措施。 从碳素储存量的角度探究,人工林落叶松的年碳储量在幼龄期以早材碳储量为主导,在成熟期则以晚材碳储量为主导,且对于单株落叶松而言,高固碳量的培育模式为2.5m×2.5m初植密度、未间伐和混交林。 从微观构造特征的角度研究,3.0m×3.0m初植密度下的特征数据优于2.5m×2.5m初植密度;未间伐和重度间伐的特征数据各有优势,其中重度间伐对管胞直径和胞壁率两项指标具有主导作用;混交林的特征数据更优。 从物理特征的角度分析,3.0m×3.0m初植密度下的特征数据更优;未间伐的特征数据较优,但生长轮宽度指标在重度间伐条件下更优;针对林分结构而言,带状造林、混交林和纯林的特征数据具有相似性,但对于生长轮密度和生长轮宽度两项指标在混交林条件下更优。 从环境效应的角度评价,人工林落叶松实木地板制造对环境具有双重效应,即空气污染物排放、农业土壤污染物排放、挥发性无机化合物、氨、一氧化碳和氟化氢六个指标具有正效应,淡水污染物排放、挥发性有机化合物、PM2.5和二氧化碳四个指标具有负效应。重要的是,3.0m×3.0m初植密度、未间伐、带状造林和混交林在碳汇方面更具优势。 对于固碳增汇林而言,2.5m×2.5m初植密度更为合理,不仅单株树木的碳储量相对较高,单位面积内的蓄积量也较高。其次,未间伐的措施更为合理,其有效避免因间伐等操作而产生的能源消耗。再者,混交林和带状造林均是合理的培育措施,其优势在于可通过林分结构的转换实现落叶松的循环利用。 对于用材林而言,混交林和3.0m×3.0m初植密度培育下的落叶松不仅具有高碳储量,且材质较为均匀,满足木制品的加工要求。其次,未间伐相对而言可作为优选方案,但需要重点关注管胞直径、胞壁率和生长轮宽度三个指标是否符合木制品加工要求。 本研究后续的研究重点将在于探索重度间伐与未间伐之间的可适性,以及不同营林措施间的交互作用。