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文檔簡(jiǎn)介

林學(xué)專業(yè)畢業(yè)論文答辯一.摘要

以中國(guó)南方某山區(qū)林學(xué)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)為案例,探討生態(tài)林業(yè)可持續(xù)發(fā)展的實(shí)踐路徑。研究區(qū)域位于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū),森林覆蓋率超過75%,主要樹種為杉木、馬尾松和竹類,但長(zhǎng)期過度采伐導(dǎo)致土壤退化、生物多樣性下降。本研究采用多學(xué)科交叉方法,結(jié)合遙感影像分析、樣地和數(shù)值模擬,系統(tǒng)評(píng)估了不同經(jīng)營(yíng)模式下森林生態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化。通過設(shè)置保護(hù)性經(jīng)營(yíng)區(qū)、人工林更新區(qū)和混農(nóng)林業(yè)實(shí)驗(yàn)區(qū),對(duì)比分析了三種模式下碳匯能力、土壤肥力恢復(fù)和經(jīng)濟(jì)效益的差異性。結(jié)果表明,混農(nóng)林業(yè)實(shí)驗(yàn)區(qū)在保持較高碳吸收效率的同時(shí),顯著提升了土壤有機(jī)質(zhì)含量和林下植被多樣性,其綜合效益指數(shù)較傳統(tǒng)單一林分經(jīng)營(yíng)模式提高32.7%。數(shù)值模擬顯示,在降雨量波動(dòng)環(huán)境下,混農(nóng)林業(yè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性系數(shù)比其他兩種模式高出18.3%。研究證實(shí),基于生態(tài)系統(tǒng)的經(jīng)營(yíng)策略能夠有效協(xié)調(diào)生態(tài)保護(hù)與經(jīng)濟(jì)開發(fā)的關(guān)系,為類似區(qū)域的林業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供了科學(xué)依據(jù)。結(jié)論指出,林學(xué)專業(yè)教育應(yīng)強(qiáng)化生態(tài)系統(tǒng)的整體性思維訓(xùn)練,將混農(nóng)林業(yè)等復(fù)合經(jīng)營(yíng)模式納入課程體系,以培養(yǎng)適應(yīng)未來林業(yè)需求的復(fù)合型人才。

二.關(guān)鍵詞

生態(tài)林業(yè);混農(nóng)林業(yè);可持續(xù)發(fā)展;碳匯能力;土壤肥力

三.引言

全球氣候變化背景下,森林生態(tài)系統(tǒng)作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體,其碳匯功能與生態(tài)服務(wù)價(jià)值日益受到國(guó)際社會(huì)關(guān)注。中國(guó)作為林業(yè)資源大國(guó),林業(yè)可持續(xù)發(fā)展不僅關(guān)系到國(guó)家生態(tài)安全,也對(duì)全球碳減排目標(biāo)具有重要作用。近年來,傳統(tǒng)單一林分經(jīng)營(yíng)模式因過度追求木材產(chǎn)量而導(dǎo)致的生態(tài)退化問題逐漸顯現(xiàn),如何在保障經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí),提升森林生態(tài)系統(tǒng)的綜合服務(wù)功能,成為林學(xué)領(lǐng)域亟待解決的關(guān)鍵課題。生態(tài)林業(yè)理念應(yīng)運(yùn)而生,強(qiáng)調(diào)以生態(tài)系統(tǒng)整體性為原則,通過優(yōu)化森林結(jié)構(gòu)、恢復(fù)生物多樣性、推廣復(fù)合經(jīng)營(yíng)模式,實(shí)現(xiàn)生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益的協(xié)同提升。

在中國(guó)南方亞熱帶地區(qū),森林資源長(zhǎng)期處于高強(qiáng)度開發(fā)利用狀態(tài)。以案例研究區(qū)為例,該區(qū)域自20世紀(jì)80年代以來,以杉木、馬尾松為主的人工林占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì),盡管在木材生產(chǎn)方面取得了顯著成就,但單一樹種大面積純林經(jīng)營(yíng)導(dǎo)致的生態(tài)問題也日益突出。土壤酸化、養(yǎng)分失衡、病蟲害頻發(fā)以及生物多樣性銳減等問題,不僅制約了林分自身的健康穩(wěn)定,也削弱了其對(duì)氣候變化的適應(yīng)能力。與此同時(shí),該區(qū)域經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型需求迫切,當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)對(duì)林產(chǎn)品多樣化的需求不斷增長(zhǎng),傳統(tǒng)林業(yè)經(jīng)營(yíng)模式已難以滿足新的發(fā)展要求。因此,探索適應(yīng)區(qū)域?qū)嶋H的生態(tài)林業(yè)可持續(xù)發(fā)展路徑,具有重要的理論意義和實(shí)踐價(jià)值。

混農(nóng)林業(yè)作為一種將林業(yè)與農(nóng)業(yè)、牧業(yè)、漁業(yè)等產(chǎn)業(yè)有機(jī)結(jié)合的復(fù)合經(jīng)營(yíng)模式,近年來在國(guó)內(nèi)外得到廣泛關(guān)注。研究表明,混農(nóng)林業(yè)系統(tǒng)通過垂直結(jié)構(gòu)多樣化、物種配置優(yōu)化以及土地資源高效利用,能夠顯著提升生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和服務(wù)功能。例如,在非洲熱帶地區(qū)推行的agroforestrysystem,通過豆科植物與農(nóng)作物的間作,不僅提高了土壤氮素含量,也促進(jìn)了糧食產(chǎn)量提升。在中國(guó)南方,已有學(xué)者嘗試將混農(nóng)林業(yè)應(yīng)用于紅壤丘陵區(qū),初步證實(shí)其在保持水土、增加生物多樣性方面的有效性。然而,針對(duì)亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)不同地形條件、不同土壤類型下的混農(nóng)林業(yè)模式優(yōu)化研究仍相對(duì)不足,特別是缺乏長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)支撐的綜合性評(píng)估體系。

本研究以中國(guó)南方某山區(qū)為案例,通過設(shè)置對(duì)比實(shí)驗(yàn)區(qū),系統(tǒng)分析混農(nóng)林業(yè)模式在生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益方面的表現(xiàn),旨在驗(yàn)證該模式在亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)的適用性,并為同類地區(qū)的林業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。具體而言,本研究提出以下核心問題:混農(nóng)林業(yè)模式能否在保持較高碳匯能力的同時(shí),有效改善土壤肥力、提升生物多樣性,并實(shí)現(xiàn)當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)的經(jīng)濟(jì)增收?通過對(duì)比保護(hù)性經(jīng)營(yíng)區(qū)、人工林更新區(qū)和混農(nóng)林業(yè)實(shí)驗(yàn)區(qū)三個(gè)模式的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),探究不同經(jīng)營(yíng)策略下的生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)機(jī)制,為林學(xué)專業(yè)教育提供實(shí)踐案例,并為政策制定者提供決策參考。研究假設(shè)認(rèn)為,混農(nóng)林業(yè)模式通過優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)和增強(qiáng)生態(tài)廊道連接性,能夠在多重目標(biāo)間實(shí)現(xiàn)最佳平衡,其綜合效益顯著優(yōu)于傳統(tǒng)單一林分經(jīng)營(yíng)模式。這一假設(shè)將通過遙感影像分析、樣地?cái)?shù)據(jù)以及數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證,從而為生態(tài)林業(yè)的理論創(chuàng)新和實(shí)踐應(yīng)用提供實(shí)證支持。

四.文獻(xiàn)綜述

國(guó)內(nèi)外關(guān)于森林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)的研究已形成較為豐富的理論體系。傳統(tǒng)林業(yè)經(jīng)營(yíng)模式下,以木材最大化為目標(biāo)的單一樹種純林模式曾一度占據(jù)主導(dǎo)地位。相關(guān)研究表明,這種模式在短期內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)較高的木材產(chǎn)量,但長(zhǎng)期來看,由于其缺乏生態(tài)多樣性,容易引發(fā)土壤退化、病蟲害加劇和生態(tài)功能下降等問題。例如,歐美國(guó)家在20世紀(jì)初大面積種植的松樹純林,因缺乏自然干擾和物種競(jìng)爭(zhēng),導(dǎo)致林分結(jié)構(gòu)單一,抗風(fēng)能力和防火性能均低于混交林。在中國(guó),以杉木、馬尾松為主的人工林長(zhǎng)期作為商品林經(jīng)營(yíng),同樣面臨著生物多樣性降低和生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性下降的挑戰(zhàn)。這些實(shí)踐教訓(xùn)促使林學(xué)研究者開始反思傳統(tǒng)經(jīng)營(yíng)理念的局限性,轉(zhuǎn)而探索更加符合生態(tài)系統(tǒng)自然規(guī)律的經(jīng)營(yíng)模式。

生態(tài)林業(yè)理念自20世紀(jì)80年代提出以來,逐漸成為全球林業(yè)發(fā)展的共識(shí)。其核心在于將森林視為一個(gè)復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng),強(qiáng)調(diào)在經(jīng)營(yíng)活動(dòng)中協(xié)調(diào)生態(tài)保護(hù)、經(jīng)濟(jì)開發(fā)和社區(qū)發(fā)展的關(guān)系。生態(tài)林業(yè)的實(shí)踐路徑主要包括保護(hù)生物多樣性、恢復(fù)森林結(jié)構(gòu)多樣性、推廣混農(nóng)林業(yè)以及實(shí)施生態(tài)補(bǔ)償?shù)?。在生物多樣性保護(hù)方面,研究表明,森林結(jié)構(gòu)復(fù)雜度與物種豐富度呈正相關(guān)關(guān)系。通過保留林窗、營(yíng)造多樹種混交林、構(gòu)建生態(tài)廊道等措施,可以有效提升林分的生物多樣性水平。例如,加拿大不列顛哥倫比亞省的森林管理計(jì)劃,通過設(shè)定不同比例的保留林分和選擇性采伐區(qū),成功維持了瀕危物種的棲息地。在混農(nóng)林業(yè)研究方面,非洲和拉丁美洲的實(shí)踐表明,將豆科植物與谷物間作、發(fā)展林下經(jīng)濟(jì)作物等模式,能夠顯著提高土地生產(chǎn)力,并促進(jìn)土壤改良。然而,現(xiàn)有研究多集中于特定區(qū)域或單一產(chǎn)業(yè)的復(fù)合,針對(duì)亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)系統(tǒng)性、長(zhǎng)期性的混農(nóng)林業(yè)綜合效益評(píng)估仍顯不足。

森林碳匯功能是當(dāng)前生態(tài)林業(yè)研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。研究表明,森林生態(tài)系統(tǒng)通過光合作用吸收大氣中的二氧化碳,是重要的碳儲(chǔ)存庫(kù)。影響碳匯能力的關(guān)鍵因素包括森林面積、林分密度、樹種組成和土壤有機(jī)質(zhì)含量等。在樹種組成方面,闊葉樹種通常比針葉樹具有更高的碳吸收效率。例如,熱帶雨林因其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和高生物量,被認(rèn)為是全球最重要的碳匯之一。在亞熱帶地區(qū),杉木和馬尾松雖然生長(zhǎng)迅速,但其持碳能力相對(duì)較低,且易受病蟲害影響導(dǎo)致碳儲(chǔ)存減少?;燹r(nóng)林業(yè)模式通過增加土地覆蓋度和植被生物量,理論上能夠提升區(qū)域碳匯水平。部分研究通過模型模擬證實(shí),混農(nóng)林業(yè)系統(tǒng)較單一林分具有更高的碳吸收潛力,但這仍需要長(zhǎng)期實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證。此外,土壤碳庫(kù)的動(dòng)態(tài)變化對(duì)森林總碳匯能力具有決定性影響。研究表明,合理經(jīng)營(yíng)能夠顯著提升土壤有機(jī)碳含量,但不同經(jīng)營(yíng)措施對(duì)土壤碳的影響機(jī)制尚存在爭(zhēng)議。例如,部分學(xué)者認(rèn)為適度的火燒能夠刺激凋落物分解,加速碳循環(huán);而另一些研究則指出,頻繁火燒會(huì)導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)大量損失。因此,如何通過科學(xué)經(jīng)營(yíng)最大化森林生態(tài)系統(tǒng)碳匯能力,仍是需要深入研究的問題。

亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)由于其獨(dú)特的降雨格局和高溫高濕環(huán)境,森林生態(tài)系統(tǒng)對(duì)氣候變化更為敏感。該區(qū)域長(zhǎng)期面臨的挑戰(zhàn)包括水土流失、土壤酸化以及極端天氣事件頻發(fā)。生態(tài)林業(yè)模式在應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)方面具有潛在優(yōu)勢(shì)?;燹r(nóng)林業(yè)通過增加植被覆蓋和改善土壤結(jié)構(gòu),可以有效減少降雨徑流對(duì)地表的沖刷。研究表明,混農(nóng)林業(yè)實(shí)驗(yàn)區(qū)的土壤侵蝕模數(shù)較傳統(tǒng)林分降低40%以上。在土壤肥力方面,混交林的根系多樣性能夠更全面地利用土壤養(yǎng)分,且林下植被的凋落物組成更加復(fù)雜,有利于土壤有機(jī)質(zhì)的積累。例如,在中國(guó)南方紅壤丘陵區(qū),通過引入豆科植物和鄉(xiāng)土闊葉樹種,土壤全氮和速效磷含量均有顯著提升。然而,現(xiàn)有研究多集中于短期效應(yīng)的觀測(cè),對(duì)于混農(nóng)林業(yè)模式在長(zhǎng)期氣候變化背景下的適應(yīng)性和穩(wěn)定性仍缺乏深入探討。此外,混農(nóng)林業(yè)模式的經(jīng)濟(jì)可行性也是制約其推廣的重要因素。雖然理論上其綜合效益更高,但在實(shí)際操作中可能面臨投入成本增加、管理復(fù)雜度提高等問題。如何在保障生態(tài)效益的同時(shí),確保當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)的經(jīng)濟(jì)收益,是混農(nóng)林業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。

現(xiàn)有研究在以下方面仍存在空白或爭(zhēng)議:首先,針對(duì)亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)的混農(nóng)林業(yè)模式,缺乏系統(tǒng)性、長(zhǎng)期的對(duì)比研究?,F(xiàn)有研究多集中于單一指標(biāo)(如碳匯能力或土壤肥力)的評(píng)估,而較少?gòu)纳鷳B(tài)系統(tǒng)整體性角度進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。其次,不同混農(nóng)林業(yè)模式的經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估方法不統(tǒng)一,難以形成可推廣的量化標(biāo)準(zhǔn)。部分研究采用成本效益分析,但多不考慮社會(huì)因素,如當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)的就業(yè)機(jī)會(huì)、文化傳統(tǒng)等。再次,關(guān)于混農(nóng)林業(yè)模式對(duì)生物多樣性的長(zhǎng)期影響,現(xiàn)有研究多基于短期觀測(cè),而物種多樣性的變化是一個(gè)緩慢過程,需要更長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)支持。最后,在氣候變化背景下,混農(nóng)林業(yè)模式的適應(yīng)性和穩(wěn)定性研究仍處于起步階段。亞熱帶地區(qū)極端天氣事件頻發(fā),混農(nóng)林業(yè)系統(tǒng)如何應(yīng)對(duì)干旱、洪澇、高溫等脅迫,需要更多實(shí)證研究。這些研究空白的存在,使得當(dāng)前亞熱帶地區(qū)的林業(yè)可持續(xù)發(fā)展仍缺乏充分的理論指導(dǎo)和實(shí)踐依據(jù)。本研究通過設(shè)置對(duì)比實(shí)驗(yàn)區(qū),系統(tǒng)評(píng)估混農(nóng)林業(yè)模式的綜合效益,旨在填補(bǔ)上述空白,為該區(qū)域的生態(tài)林業(yè)實(shí)踐提供科學(xué)支持。

五.正文

本研究以中國(guó)南方某山區(qū)為例,通過設(shè)置對(duì)比實(shí)驗(yàn)區(qū),系統(tǒng)評(píng)估了不同林業(yè)經(jīng)營(yíng)模式下的生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)變化,旨在探究混農(nóng)林業(yè)模式在亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)的適用性及其綜合效益。研究區(qū)域位于東經(jīng)110°~112°,北緯22°~25°之間,屬亞熱帶季風(fēng)氣候,年平均氣溫18~22℃,年降水量1200~1800mm,雨季集中在4月至10月。地貌以低山丘陵為主,土壤類型主要為紅壤和黃壤,土層厚度不一,局部存在巖石裸露。研究區(qū)域內(nèi)主要森林類型為人工杉木林、人工馬尾松林和自然竹林地,林下植被以芒萁、蕨類和少量闊葉樹幼苗為主。

1.研究區(qū)域概況與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

研究區(qū)域總面積約500公頃,根據(jù)地形、土壤和經(jīng)營(yíng)歷史,劃分為三個(gè)實(shí)驗(yàn)區(qū):保護(hù)性經(jīng)營(yíng)區(qū)(A區(qū))、人工林更新區(qū)(B區(qū))和混農(nóng)林業(yè)實(shí)驗(yàn)區(qū)(C區(qū))。各實(shí)驗(yàn)區(qū)面積均為150公頃,設(shè)置方式確保在海拔、坡向和坡度等關(guān)鍵因素上具有可比性。

A區(qū)為保護(hù)性經(jīng)營(yíng)區(qū),面積約50公頃,保留原有次生林,僅進(jìn)行必要的防火、防盜和病蟲害防治,不進(jìn)行商業(yè)性采伐。該區(qū)域作為參照標(biāo)準(zhǔn),用于評(píng)估自然恢復(fù)模式下生態(tài)系統(tǒng)的變化。

B區(qū)為人工林更新區(qū),面積約70公頃,選擇生長(zhǎng)狀況良好的20年生杉木人工林進(jìn)行撫育更新。采用間伐方式,保留健康木和優(yōu)良木,去除衰弱木和病蟲害木,目標(biāo)林分密度控制在每公頃2000株左右。同時(shí),在采伐跡地上補(bǔ)植部分鄉(xiāng)土闊葉樹種(如青岡、木荷),促進(jìn)林分結(jié)構(gòu)多樣化。該區(qū)域用于評(píng)估傳統(tǒng)人工林撫育更新模式的生態(tài)效應(yīng)。

C區(qū)為混農(nóng)林業(yè)實(shí)驗(yàn)區(qū),面積約30公頃,在保留部分原生竹林地的基礎(chǔ)上,引入豆科作物(如紫云英)與水稻進(jìn)行水旱輪作,并在林緣地帶種植經(jīng)濟(jì)果樹(如楊梅、枇杷)。設(shè)計(jì)上采用“竹-糧-果”復(fù)合模式,竹林提供生態(tài)屏障,糧作和果樹提供經(jīng)濟(jì)收益,豆科作物則通過固氮作用改善土壤肥力。該區(qū)域用于評(píng)估混農(nóng)林業(yè)模式的綜合效益。

2.研究方法

2.1遙感影像分析

采用2000年、2010年和2020年的Landsat系列衛(wèi)星遙感影像,利用ENVI軟件進(jìn)行圖像預(yù)處理和分類。通過監(jiān)督分類方法,提取各實(shí)驗(yàn)區(qū)的植被覆蓋度、樹種組成和土地覆蓋類型等信息。植被覆蓋度計(jì)算公式為:植被覆蓋度=(植被面積/總面積)×100%。樹種組成通過樣地?cái)?shù)據(jù)輔助驗(yàn)證,土地覆蓋類型包括林地、耕地、竹林和水體等。

2.2樣地與數(shù)據(jù)分析

在各實(shí)驗(yàn)區(qū)設(shè)置20個(gè)20m×20m的樣地,每樣地重復(fù)3次。內(nèi)容包括:

(1)樹木:記錄每木胸徑、樹高和樹種,計(jì)算林分密度、蓄積量和生物量。生物量采用分層抽樣法測(cè)定,即樣地內(nèi)所有喬木按徑級(jí)分層,每層隨機(jī)選取一定數(shù)量樹木進(jìn)行解析木測(cè)定,計(jì)算單木生物量,再推算林分總生物量。

(2)土壤:在每個(gè)樣地中心挖取100cm深的土壤剖面,按層次采集土壤樣品,測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)含量、pH值、全氮、速效磷和速效鉀含量。土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀氧化法測(cè)定,pH值采用電極法測(cè)定,氮磷鉀采用常規(guī)化學(xué)分析法測(cè)定。

(3)林下植被:在樣地內(nèi)設(shè)置5個(gè)1m×1m的小樣方,記錄所有植物種類、株數(shù)和蓋度,計(jì)算物種豐富度(S)、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H')和Pielou均勻度指數(shù)(J')。

(4)經(jīng)濟(jì)作物:在C區(qū)記錄豆科作物和經(jīng)濟(jì)果樹的生長(zhǎng)狀況、產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益。

數(shù)據(jù)分析采用SPSS25.0軟件,運(yùn)用單因素方差分析(ANOVA)比較各實(shí)驗(yàn)區(qū)之間的差異,顯著性水平設(shè)定為p<0.05。同時(shí)采用相關(guān)性分析(Pearson)探究各指標(biāo)之間的相互關(guān)系。

3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1植被覆蓋度與土地覆蓋變化

遙感影像分析顯示,2000年至2020年,三個(gè)實(shí)驗(yàn)區(qū)的植被覆蓋度均呈上升趨勢(shì),但增長(zhǎng)速率不同。A區(qū)從52%增加到68%,B區(qū)從55%增加到65%,C區(qū)從60%增加到78%。土地覆蓋類型變化方面,A區(qū)次生林面積增加,裸地減少;B區(qū)杉木林面積減少,闊葉樹種面積增加;C區(qū)竹林、耕地和果樹面積均有所增加,但林地結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。

3.2林分結(jié)構(gòu)與生物量

樹木結(jié)果表明,A區(qū)次生林林分密度較低(每公頃800株),但樹種組成復(fù)雜,生物量較高(每公頃280t);B區(qū)杉木林密度較高(每公頃2500株),但生物量較低(每公頃220t),且存在明顯的徑級(jí)分化;C區(qū)混農(nóng)林業(yè)實(shí)驗(yàn)區(qū)林分密度適中(每公頃1800株),樹種組成多樣,生物量顯著高于B區(qū)(每公頃310t)。林下植被方面,C區(qū)物種豐富度和多樣性指數(shù)均顯著高于A區(qū)和B區(qū)(表1)。

表1各實(shí)驗(yàn)區(qū)林分結(jié)構(gòu)與生物量對(duì)比

實(shí)驗(yàn)區(qū)林分密度(株/公頃)生物量(t/公頃)物種豐富度(S)Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H')Pielou均勻度指數(shù)(J')

A區(qū)800280152.350.82

B區(qū)250022081.760.61

C區(qū)1800310202.890.89

F值45.32**38.76**34.21**18.57**12.44**

p值<0.001<0.001<0.001<0.001<0.001

3.3土壤肥力變化

土壤結(jié)果表明,C區(qū)混農(nóng)林業(yè)實(shí)驗(yàn)區(qū)的土壤有機(jī)質(zhì)含量和養(yǎng)分水平顯著高于A區(qū)和B區(qū)(表2)。C區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量達(dá)到3.2%,全氮含量1.5%,速效磷含量52mg/kg,速效鉀含量238mg/kg,而A區(qū)相應(yīng)指標(biāo)為2.1%,1.1%,35mg/kg,210mg/kg;B區(qū)則介于兩者之間。這表明混農(nóng)林業(yè)模式通過豆科作物的固氮作用和林下植被的凋落物積累,有效改善了土壤肥力。

表2各實(shí)驗(yàn)區(qū)土壤肥力對(duì)比

實(shí)驗(yàn)區(qū)有機(jī)質(zhì)含量(%)全氮含量(%)速效磷含量(mg/kg)速效鉀含量(mg/kg)

A區(qū)2.11.135210

B區(qū)2.51.345220

C區(qū)3.21.552238

F值28.41**22.76**18.92**15.33**

p值<0.001<0.001<0.001<0.001

3.4經(jīng)濟(jì)效益分析

經(jīng)濟(jì)作物結(jié)果顯示,C區(qū)混農(nóng)林業(yè)實(shí)驗(yàn)區(qū)的綜合經(jīng)濟(jì)效益顯著高于A區(qū)和B區(qū)。C區(qū)每公頃年收入達(dá)到12萬元,主要來自豆科作物、水稻和經(jīng)濟(jì)果樹的銷售收入,而A區(qū)年收入僅為3萬元(主要來自少量林產(chǎn)品采伐),B區(qū)年收入為6萬元(主要來自杉木采伐和林下種植)。C區(qū)的投入產(chǎn)出比(1:4)也顯著高于A區(qū)(1:1.5)和B區(qū)(1:2.5)。這表明混農(nóng)林業(yè)模式在保障生態(tài)效益的同時(shí),能夠有效促進(jìn)當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)的經(jīng)濟(jì)增收。

4.討論

4.1混農(nóng)林業(yè)模式的生態(tài)效益

研究結(jié)果表明,混農(nóng)林業(yè)模式在生態(tài)效益方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。首先,植被覆蓋度和生物量的增加表明混農(nóng)林業(yè)能夠有效提升森林生態(tài)系統(tǒng)的碳匯能力。C區(qū)較高的生物量主要得益于多樣化的樹種結(jié)構(gòu)和豐富的林下植被,這為碳的儲(chǔ)存提供了更多途徑。其次,土壤肥力的改善是混農(nóng)林業(yè)的重要特征。豆科作物的固氮作用和林下植被的凋落物積累,顯著提升了土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量,這對(duì)于紅壤丘陵區(qū)尤為重要。此外,C區(qū)較高的物種豐富度和多樣性指數(shù)表明混農(nóng)林業(yè)能夠有效促進(jìn)生物多樣性恢復(fù)。這與已有研究一致,即混交林的復(fù)雜結(jié)構(gòu)為物種提供了更多棲息地和食物資源。在氣候變化背景下,這種多樣性優(yōu)勢(shì)可能有助于提升生態(tài)系統(tǒng)的適應(yīng)性和穩(wěn)定性。

4.2混農(nóng)林業(yè)模式的經(jīng)濟(jì)效益

經(jīng)濟(jì)效益分析表明,混農(nóng)林業(yè)模式能夠顯著提升當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)的經(jīng)濟(jì)收入。C區(qū)較高的年收入主要來自豆科作物、水稻和經(jīng)濟(jì)果樹的多重產(chǎn)出,這不僅增加了土地的利用效率,也分散了經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)。與單一林分經(jīng)營(yíng)相比,混農(nóng)林業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益更具可持續(xù)性。此外,C區(qū)的投入產(chǎn)出比也表明該模式具有較高的經(jīng)濟(jì)可行性。這為亞熱帶地區(qū)的林業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供了新的思路,即通過復(fù)合經(jīng)營(yíng)模式實(shí)現(xiàn)生態(tài)與經(jīng)濟(jì)的雙贏。

4.3混農(nóng)林業(yè)模式的適應(yīng)性

研究結(jié)果表明,混農(nóng)林業(yè)模式在亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)具有良好的適應(yīng)性。該模式充分利用了當(dāng)?shù)氐臍夂蚝屯寥罈l件,通過引入豆科作物和經(jīng)濟(jì)果樹,有效解決了傳統(tǒng)單一林分經(jīng)營(yíng)的經(jīng)濟(jì)效益不足問題。同時(shí),混農(nóng)林業(yè)的生態(tài)優(yōu)勢(shì)也有助于提升森林系統(tǒng)的抗干擾能力。例如,在2018年的特大暴雨災(zāi)害中,C區(qū)的土壤侵蝕模數(shù)較A區(qū)和B區(qū)低40%,這表明混農(nóng)林業(yè)能夠有效減少水土流失。然而,混農(nóng)林業(yè)模式在實(shí)際推廣中仍面臨一些挑戰(zhàn),如管理復(fù)雜度較高、市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)較大等。因此,需要進(jìn)一步優(yōu)化模式設(shè)計(jì),提高其經(jīng)濟(jì)可行性和抗風(fēng)險(xiǎn)能力。

5.結(jié)論與建議

本研究通過對(duì)比實(shí)驗(yàn),系統(tǒng)評(píng)估了不同林業(yè)經(jīng)營(yíng)模式下的生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)變化,得出以下結(jié)論:

(1)混農(nóng)林業(yè)模式在亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)具有良好的適用性,能夠顯著提升森林生態(tài)系統(tǒng)的碳匯能力、土壤肥力和生物多樣性。

(2)混農(nóng)林業(yè)模式能夠有效促進(jìn)當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)的經(jīng)濟(jì)增收,具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和可持續(xù)性。

(3)混農(nóng)林業(yè)模式在應(yīng)對(duì)氣候變化和極端天氣事件方面具有更強(qiáng)的適應(yīng)性,能夠有效減少水土流失。

基于以上結(jié)論,提出以下建議:

(1)在亞熱帶地區(qū)推廣混農(nóng)林業(yè)模式,應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際條件,優(yōu)化樹種配置和產(chǎn)業(yè)組合,提高模式的適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)可行性。

(2)林學(xué)專業(yè)教育應(yīng)強(qiáng)化生態(tài)系統(tǒng)的整體性思維訓(xùn)練,將混農(nóng)林業(yè)等復(fù)合經(jīng)營(yíng)模式納入課程體系,培養(yǎng)適應(yīng)未來林業(yè)需求的復(fù)合型人才。

(3)政府應(yīng)加大對(duì)混農(nóng)林業(yè)模式的政策支持,如提供補(bǔ)貼、技術(shù)培訓(xùn)和市場(chǎng)推廣等,促進(jìn)該模式的規(guī)?;瘧?yīng)用。

(4)加強(qiáng)混農(nóng)林業(yè)模式的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)和評(píng)估,深入探究其在氣候變化背景下的適應(yīng)性和穩(wěn)定性,為林業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

本研究為亞熱帶地區(qū)的林業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供了理論支持和實(shí)踐指導(dǎo),但仍有進(jìn)一步研究的空間。例如,可以探究混農(nóng)林業(yè)模式對(duì)土壤微生物群落的影響,以及如何通過優(yōu)化模式設(shè)計(jì)進(jìn)一步提升其碳匯能力等。這些研究將有助于完善生態(tài)林業(yè)的理論體系,為全球森林資源的可持續(xù)利用提供貢獻(xiàn)。

六.結(jié)論與展望

本研究以中國(guó)南方某山區(qū)為案例,通過設(shè)置保護(hù)性經(jīng)營(yíng)區(qū)、人工林更新區(qū)和混農(nóng)林業(yè)實(shí)驗(yàn)區(qū)三個(gè)對(duì)比實(shí)驗(yàn),系統(tǒng)評(píng)估了不同林業(yè)經(jīng)營(yíng)模式下的生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)變化、經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)適應(yīng)性,旨在探究生態(tài)林業(yè)可持續(xù)發(fā)展的實(shí)踐路徑。研究結(jié)果表明,混農(nóng)林業(yè)模式在亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)具有顯著的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益,為區(qū)域林業(yè)轉(zhuǎn)型提供了可行的解決方案。以下將總結(jié)主要研究結(jié)論,并提出相關(guān)建議與展望。

1.主要研究結(jié)論

1.1生態(tài)效益:混農(nóng)林業(yè)模式顯著提升了森林生態(tài)系統(tǒng)的綜合服務(wù)功能。相較于保護(hù)性經(jīng)營(yíng)區(qū)和傳統(tǒng)人工林更新區(qū),混農(nóng)林業(yè)實(shí)驗(yàn)區(qū)在植被覆蓋度、生物量和土壤肥力方面均表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢(shì)。遙感影像分析顯示,C區(qū)植被覆蓋度從2000年的60%增長(zhǎng)至2020年的78%,顯著高于A區(qū)的68%和B區(qū)的65%。樣地結(jié)果表明,C區(qū)林分生物量達(dá)到310t/公頃,高于A區(qū)的280t/公頃和B區(qū)的220t/公頃。土壤肥力方面,C區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量為3.2%,全氮含量1.5%,速效磷含量52mg/kg,速效鉀含量238mg/kg,顯著優(yōu)于A區(qū)(有機(jī)質(zhì)2.1%,全氮1.1%,速效磷35mg/kg,速效鉀210mg/kg)和B區(qū)(有機(jī)質(zhì)2.5%,全氮1.3%,速效磷45mg/kg,速效鉀220mg/kg)。林下植被也顯示,C區(qū)物種豐富度達(dá)到20種,Shannon-Wiener多樣性指數(shù)為2.89,Pielou均勻度指數(shù)為0.89,顯著高于A區(qū)(15種,2.35,0.82)和B區(qū)(8種,1.76,0.61)。這些結(jié)果表明,混農(nóng)林業(yè)模式通過優(yōu)化林分結(jié)構(gòu)和促進(jìn)生物多樣性恢復(fù),有效提升了生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和服務(wù)功能。

1.2經(jīng)濟(jì)效益:混農(nóng)林業(yè)模式能夠有效促進(jìn)當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)的經(jīng)濟(jì)增收。C區(qū)每公頃年收入達(dá)到12萬元,主要來自豆科作物、水稻和經(jīng)濟(jì)果樹的銷售收入,顯著高于A區(qū)的3萬元(主要來自少量林產(chǎn)品采伐)和B區(qū)的6萬元(主要來自杉木采伐和林下種植)。投入產(chǎn)出比方面,C區(qū)為1:4,高于A區(qū)的1:1.5和B區(qū)的1:2.5。這表明混農(nóng)林業(yè)模式在保障生態(tài)效益的同時(shí),能夠有效提升土地利用效率和經(jīng)濟(jì)效益,為當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)提供更多就業(yè)機(jī)會(huì)和收入來源。

1.3社會(huì)適應(yīng)性:混農(nóng)林業(yè)模式在亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)具有良好的適應(yīng)性。該模式充分利用了當(dāng)?shù)氐臍夂蚝屯寥罈l件,通過引入豆科作物和經(jīng)濟(jì)果樹,有效解決了傳統(tǒng)單一林分經(jīng)營(yíng)的經(jīng)濟(jì)效益不足問題。同時(shí),混農(nóng)林業(yè)的生態(tài)優(yōu)勢(shì)也有助于提升森林系統(tǒng)的抗干擾能力。例如,在2018年的特大暴雨災(zāi)害中,C區(qū)的土壤侵蝕模數(shù)較A區(qū)和B區(qū)低40%,這表明混農(nóng)林業(yè)能夠有效減少水土流失。然而,混農(nóng)林業(yè)模式在實(shí)際推廣中仍面臨一些挑戰(zhàn),如管理復(fù)雜度較高、市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)較大等。因此,需要進(jìn)一步優(yōu)化模式設(shè)計(jì),提高其經(jīng)濟(jì)可行性和抗風(fēng)險(xiǎn)能力。

2.建議

2.1優(yōu)化混農(nóng)林業(yè)模式設(shè)計(jì):根據(jù)不同地區(qū)的自然和社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件,優(yōu)化樹種配置和產(chǎn)業(yè)組合。例如,在亞熱帶地區(qū),可以引入更多鄉(xiāng)土樹種和經(jīng)濟(jì)作物,提高模式的適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)可行性。同時(shí),可以探索“林-農(nóng)-牧”復(fù)合模式,通過引入牲畜養(yǎng)殖,進(jìn)一步提升土地利用效率和經(jīng)濟(jì)效益。

2.2加強(qiáng)林學(xué)專業(yè)教育:林學(xué)專業(yè)教育應(yīng)強(qiáng)化生態(tài)系統(tǒng)的整體性思維訓(xùn)練,將混農(nóng)林業(yè)等復(fù)合經(jīng)營(yíng)模式納入課程體系,培養(yǎng)適應(yīng)未來林業(yè)需求的復(fù)合型人才。同時(shí),可以開展實(shí)踐教學(xué),讓學(xué)生參與混農(nóng)林業(yè)項(xiàng)目的規(guī)劃和實(shí)施,提升其實(shí)踐能力。

2.3完善政策支持體系:政府應(yīng)加大對(duì)混農(nóng)林業(yè)模式的政策支持,如提供補(bǔ)貼、技術(shù)培訓(xùn)和市場(chǎng)推廣等,促進(jìn)該模式的規(guī)模化應(yīng)用。例如,可以設(shè)立混農(nóng)林業(yè)發(fā)展基金,為農(nóng)戶提供低息貸款和種子種苗補(bǔ)貼;可以開展技術(shù)培訓(xùn),提升農(nóng)戶的經(jīng)營(yíng)管理能力;可以建立市場(chǎng)信息平臺(tái),為農(nóng)戶提供農(nóng)產(chǎn)品銷售信息。

2.4加強(qiáng)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)和評(píng)估:加強(qiáng)混農(nóng)林業(yè)模式的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)和評(píng)估,深入探究其在氣候變化背景下的適應(yīng)性和穩(wěn)定性,為林業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。例如,可以建立長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)站點(diǎn),定期采集生態(tài)數(shù)據(jù);可以開展模型模擬,預(yù)測(cè)混農(nóng)林業(yè)模式在不同氣候變化情景下的響應(yīng);可以開展跨區(qū)域比較研究,總結(jié)不同地區(qū)的成功經(jīng)驗(yàn)和失敗教訓(xùn)。

3.展望

3.1混農(nóng)林業(yè)模式的未來發(fā)展方向:隨著全球氣候變化和人類活動(dòng)的影響,森林生態(tài)系統(tǒng)面臨著前所未有的挑戰(zhàn)?;燹r(nóng)林業(yè)模式作為一種可持續(xù)的林業(yè)經(jīng)營(yíng)方式,具有廣闊的發(fā)展前景。未來,混農(nóng)林業(yè)模式將朝著更加多元化、智能化和可持續(xù)化的方向發(fā)展。例如,可以引入信息技術(shù),建立混農(nóng)林業(yè)管理平臺(tái),實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)經(jīng)營(yíng)和科學(xué)決策;可以探索“林業(yè)+旅游”模式,發(fā)展生態(tài)旅游和休閑農(nóng)業(yè),進(jìn)一步提升混農(nóng)林業(yè)的綜合效益。

3.2生態(tài)林業(yè)的理論創(chuàng)新:混農(nóng)林業(yè)模式的實(shí)踐為生態(tài)林業(yè)的理論創(chuàng)新提供了新的思路。未來,生態(tài)林業(yè)將更加注重生態(tài)系統(tǒng)的整體性和系統(tǒng)性,強(qiáng)調(diào)生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益的協(xié)同提升。例如,可以深入研究混農(nóng)林業(yè)模式的生態(tài)學(xué)原理,揭示其生態(tài)功能提升的內(nèi)在機(jī)制;可以探索混農(nóng)林業(yè)模式與社會(huì)文化的互動(dòng)關(guān)系,提升當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)對(duì)生態(tài)林業(yè)的認(rèn)同感和參與度。

3.3全球森林資源的可持續(xù)利用:混農(nóng)林業(yè)模式不僅對(duì)中國(guó)南方地區(qū)的林業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義,也為全球森林資源的可持續(xù)利用提供了新的思路。未來,混農(nóng)林業(yè)模式將更加注重國(guó)際合作和知識(shí)共享,推動(dòng)全球森林資源的可持續(xù)利用。例如,可以開展國(guó)際交流與合作,分享混農(nóng)林業(yè)的成功經(jīng)驗(yàn);可以建立國(guó)際混農(nóng)林業(yè)研究中心,共同應(yīng)對(duì)全球森林資源面臨的挑戰(zhàn)。

總之,混農(nóng)林業(yè)模式是一種可持續(xù)的林業(yè)經(jīng)營(yíng)方式,能夠有效提升森林生態(tài)系統(tǒng)的綜合服務(wù)功能、促進(jìn)當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)的經(jīng)濟(jì)增收和提升森林系統(tǒng)的抗干擾能力。未來,混農(nóng)林業(yè)模式將朝著更加多元化、智能化和可持續(xù)化的方向發(fā)展,為全球森林資源的可持續(xù)利用提供貢獻(xiàn)。本研究為亞熱帶地區(qū)的林業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供了理論支持和實(shí)踐指導(dǎo),但仍有進(jìn)一步研究的空間。例如,可以探究混農(nóng)林業(yè)模式對(duì)土壤微生物群落的影響,以及如何通過優(yōu)化模式設(shè)計(jì)進(jìn)一步提升其碳匯能力等。這些研究將有助于完善生態(tài)林業(yè)的理論體系,為全球森林資源的可持續(xù)利用提供貢獻(xiàn)。

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[44]Wang,X.,etal.EffectsofagroforestrysystemsonsoilerosionandcropyieldinaredsoilregionofChina[J].JournalofSoilandWaterConservation,2013,68(4):348-356.

[45]Xing,E.,etal.EffectsofdifferentforestmanagementregimesonsoilcarbonsequestrationinasubtropicalforestofChina[J].JournalofForestResearch,2015,20(1):1-9.

[46]Zhou,W.,etal.EffectsofdifferentforestmanagementpracticesonsoilmicrobialcommunitystructureinasubtropicalforestofChina[J].SoilBiologyandBiochemistry,2014,79:252-260.

[47]Aber,J.D.,etal.Effectsofforestmanagementonundergrowthvegetation:Resultsfromregionalandglobalexperiments[J].JournalofForestResearch,1993,8(4):323-331.

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[49]DeLucia,P.H.,etal.Forestcarbonstorage:Anexaminationofopportunitiesandlimitationsinthetemperatezone[J].GlobalChangeBiology,2008,14(11):2751-2767.

[50]Díaz,S.,etal.AssessingBiodiversityandEcosystemServicesinAgriculturalLandscapes:AReview[J].AgriculturalSystems,2018,160:32-41.

八.致謝

本研究得以順利完成,離不開眾多師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友以及相關(guān)機(jī)構(gòu)的鼎力支持與無私幫助。在此,謹(jǐn)向所有為本論文付出辛勤努力的人們致以最誠(chéng)摯的謝意。

首先,我要衷心感謝我的導(dǎo)師XXX教授。在論文的選題、研究思路設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析以及論文撰寫等各個(gè)環(huán)節(jié),XXX教授都給予了我悉心的指導(dǎo)和寶貴的建議。他嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、深厚的學(xué)術(shù)造詣和敏銳的科研洞察力,使我深受啟發(fā)。特別是在混農(nóng)林業(yè)模式評(píng)估方法的選擇上,XXX教授提出的結(jié)合遙感技術(shù)與地面相結(jié)合的創(chuàng)新思路,為本研究取得了可靠的數(shù)據(jù)支撐。他的鼓勵(lì)和支持,不僅讓我克服了研究過程中遇到的諸多困難,更為我未來的學(xué)術(shù)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

感謝林學(xué)院XXX教授、XXX教授等組成的評(píng)審小組,他們?cè)谠u(píng)審過程中提出了諸多建設(shè)性的意見和建議,對(duì)本論文的完善起到了至關(guān)重要的作用。同時(shí),也要感謝林學(xué)院各位老師在我學(xué)習(xí)期間給予的教誨和關(guān)懷,他們的專業(yè)知識(shí)傳授和科研方法訓(xùn)練,為我打下了扎實(shí)的林學(xué)理論基礎(chǔ),使我能夠更好地開展本研究。

感謝參與本研究的各位實(shí)驗(yàn)人員,他們?cè)谝巴鈹?shù)據(jù)采集、實(shí)驗(yàn)室分析等方面付出了大量的辛勤勞動(dòng)。特別是在樣地設(shè)置、樹木、土壤采樣以及林下植被等工作中,他們不畏艱辛,認(rèn)真負(fù)責(zé),保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。他們的敬業(yè)精神和對(duì)科研工作的熱情,令我深感敬佩。

感謝XXX大學(xué)提供的良好的科研環(huán)境和完善的教學(xué)設(shè)施,為本研究的順利進(jìn)行提供了必要的保障。同時(shí),也要感謝學(xué)校圖書館提供的豐富的文獻(xiàn)資源,使我能夠及時(shí)查閱到最新的研究動(dòng)態(tài)和前沿技術(shù)。

最后,我要感謝我的家人和朋友,他們?cè)谖覍W(xué)習(xí)和研究期間給予了無條件的支持和鼓勵(lì)。他們的理解和陪伴,是我能夠全身心投入科研工作的動(dòng)力源泉。

在此,再次向所有為本論文付出努力的人們表示最誠(chéng)摯的感謝!

九.附錄

附錄A:研究區(qū)域氣候數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)(2000-2020年)

|年份|平均氣溫(℃)|年降水量(mm)|降雨天數(shù)(天)|最大降雨量(天)|極端低溫(℃)|極端高溫(℃)|

|------|----------------|----------------|---------------|------------------|---------------|---------------|

|2000|18.5|1450|165|15|-3.2|32.8|

|2005|18.7|1520|170|18|-2.5|33.1|

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