人工整枝是培育无节良材的有效途径,可以大大提高木材的经济价值。虽然不同的整枝方案相继被提出,但均以经验为主,缺乏科学依据。有效冠概念的提出对人工整枝具有一定的参考价值,但由于有效冠的临界位置是动态变化的,若跟随着其变化进行整枝会大大增加成本。因此,若能提出一种方案,在损失部分光合产量的前提下,提前清理掉部分活枝,减少人工整枝的频率,则会降低经营成本,从而使木材的经济效益达到最大化。本文以东北林业大学帽儿山林场长白落叶松人工林为研究对象,基于2016-2018年生长季内实测的5株样木的光合特性因子、叶特征因子、环境因子及生长季末期的解析木数据,探讨了长白落叶松光合生理特性的空间变化规律;分析了影响光合生理特性的主要因素并在此基础上建立了长白落叶松树冠光响应曲线模型;根据树冠内光合有效辐射的分布规律建立了消光系数估计模型,实现了树冠内光合有效辐射的动态估计;结合光响应曲线模型及光合有效辐射动态估计模型,进一步实现了对树冠内不同轮层枝叶瞬时净光合速率的估计,并采用数值积分的方式得到了不同轮层枝叶生长季内的光合产量,分析了光合产量的分配机制;根据生长季内样木不同轮层对树干的碳贡献量,判定了长白落叶松有效冠的位置,同时分析了不同轮层枝叶对树木生长的贡献程度,并给出了保留不同贡献量时对应的整枝强度。本文的具体贡献和主要结论如下:1、树冠光合特性及环境因子的空间变化规律。根据外业实测的长白落叶松树冠内不同光合指标(净光合速率、气孔导度、胞间二氧化碳浓度和蒸腾速率)、光合生理参数(最大净光合速率、暗呼吸速率、表观量子效率、光补偿点和光饱和点)及环境因子(光合有效辐射、相对湿度、温度和饱和水汽压亏缺值)的数据,分析了各因子的空间变化规律及空间差异性。在树冠垂直方向,光合指标和光合生理参数在树冠上层和中、下层之间均表现出显著性差异,但气孔导度和蒸腾速率在树冠中层和下层之间差异并不显著;环境因子中光合有效辐射、温度和饱和水汽压亏缺值均呈现出显著的差异性,而相对湿度的差异并不显著。在树冠水平方向,光合指标和光合生理参数差异显著,该现象在上层树冠表现更为明显;环境因子中光合有效辐射、温度和饱和水汽压亏缺值仅在上层树冠中差异显著,在中、下层树冠的差异不明显。由此可见,在估计树冠光合作用时,考虑各因子的空间异质性是十分必要的。2、长白落叶松树冠光响应曲线模型的建立。基于帽儿山林场5株人工长白落叶松生长季内不同时段测量的752条光响应曲线数据,以单分子式作为拟合光响应曲线的基础模型,通过分析所有光响应曲线的模型参数与对应的环境因子、叶片形态特征及叶片着生位置的关系,采用再参数化的方式将温度、水汽压亏缺值、比叶重和相对着枝深度引入到基础模型中对人工长白落叶松生长季内树冠不同位置的光响应曲线进行模拟。模型拟合结果的校正后决定系数和均方根误差分别为0.884和1.51μμmol m-2 s-1。使用独立样本对本研究建立的树冠光响应曲线模型进行验证,模型的平均误差和估计精度分别为0.097μmolm-2s-1和95.6%。说明兼顾环境因子、叶片形态属性及叶片空间位置的人工长白落叶松净光合速率预估模型可以有效的模拟生长季内树冠任意位置的光响应曲线。3、长白落叶松树冠光分布的动态模拟。基于帽儿山林场5株长白落叶松各轮层光合有效辐射数据,以Beer-Lambert定律为基础,计算不同轮层枝叶的消光系数(k)并分析其主要影响因子,建立k估计模型,进而实现树冠内PAR的动态估计。经分析发现,k在不同林木、不同轮层及不同的太阳高度的情况下并不是一个固定值,与相对着枝深度呈明显的幂函数关系,且与太阳高度角和累积叶面积也存在明显的关系。本研究建立的k估计模型充分考虑了以上3个重要变量,符合客观实际,根据k模型计算得到的树冠内光合有效辐射与实测值相比偏差较小,可见本研究中建立的k模型在模拟树冠光合有效辐射的动态变化过程有良好的效果。4、长白落叶松净光合速率的动态估计及光合产量的分配。根据长白落叶松生长季内针叶叶面积及比叶重的季节变化建立叶面积和比叶重的估计模型,结合已经建立的树冠光响应曲线模型和树冠光合有效辐射的动态估计模型以及对应的动态气象数据,对长白落叶松树冠净光合速率进行了动态模拟。采用数值积分的方式,计算出树冠各个轮层枝叶每日的光合累积碳量,将生长季内所有的日累积量相加即得到整个生长季的光合累积碳量。树干、树枝、树叶和树根分配到的光合产量所占比例分别约为37%、29%、21%和 13%。5、基于树冠碳贡献量的长白落叶松有效冠的判定。根据长白落叶松各轮层光合累积量与对应枝叶碳增量的插值,得到各轮层枝叶对树干的贡献度,将贡献度为正值的树冠判定为有效冠。不同样木有效冠的位置差异较大,但对应的相对累积叶量基本稳定在0.80～0.90之间,平均约为0.86,因此采用相对累积叶量达到0.86的位置作为判定有效冠位置具有一定科学性。6、长白落叶松幼龄林人工整枝的建议。整枝高度受林木本身大小影响较大,因此考虑将林木分径级制定整枝方案更合理;针对长白落叶松,当选择保留85%累积贡献率时,能保证其整枝效应可以持续两个整枝周期,进而降低经营成本。