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《中南林业科技大学》 2016年
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基于CENTURY模型的杉木人工林的生产力模拟研究

郝博  
【摘要】:森林生态系统在全球生态系统碳循环中有着非常重要的作用,森林生物量和生产力是判断森林生态系统碳平衡的基础数据。杉木林是我国南方主要速生用材林,占全国人工林栽种面积的四分之一,在我国的生态建设与森林生产以及环境保护中占有重要的地位。近些年来随着人工林多代连栽,呈现出杉木人工林生产力下降等生态问题,因而,开展杉木人工林生产力和生物量变化的研究,对于维持杉木林长期生产力具有重要作用,对其生态系统经营和大径材的培育具有指导意义。本文利用湖南会同杉木林生态系统国家野外科学观测研究站1996~(-2)009年观测和实验数据,采用CENTURY模型模拟法,对杉木人工林生产力和生物量进行了模拟和验证,并对其未来40年生物量和生产力进行了预测,研究结果如下:(1) CENTURY模型的初始化以土壤碳库变化为标准,土壤碳库划分为土壤慢性库、惰性库、活性库和土壤有机碳总库。模型经过初始化后4个碳库逐渐达到稳定状态,分别是占总碳库3.88%的活性库稳定在2.74t·hm~(-2);占总碳库69.39%的慢性库,模拟值48.55t·hm~(-2);模拟值为17.45t·hm~(-2)的惰性库,占总碳库26.73%;总碳库模拟值与实验区初始土壤水平70.35t·hm~(-2)接近。不同土壤有机碳库的年际变化在大体趋势上相同但存在变化。(2)杉木林的生物量模拟值范围在19.66~188.73t·hm~(-2)之间,实测值范围在31.10~199.40t·hm~(-2)之间,杉木林生物量模拟值与实测值的变化趋势接近,线性回归方程y=1.317x~(-1)1.894(R2=0.9371, N=19, P0.01),模拟值与实测值的误差平方根为27.46t·hm~(-2),表现为正显著相关。(3)杉木林的NPP模拟值范围在3.37~12.14t·hm~(-2)·a~(-1)之间,实测值范围在4.44~9.06t·hm~(-2)·a~(-1)之间,模拟值与实测值变化趋势相一致,对不同林龄的生产力季节动态模拟结果表明,4月到6月是生产力的高峰区间,这个时段的生产力约占全年生产力的56.22%,其中7a生杉木林在5月达到模拟生产力顶峰为1.05t·hm~(-2)·a~(-1),14a年杉木林则为1.67t·hm~(-2)·a~(-1),20a生杉木林最高为1.82t·hm~(-2)·a~(-1)。11月到次年2月期间生产力大大下降,其中7a生杉木生产力在1月份达到最低点为0.07t·hm~(-2)·a~(-1),14a生杉木林模拟生物量在12月份最低降至0.11t·hm~(-2)·a~(-1),20a生的植被最低生产力远高于7a和14a,在1月份达到了0.21t·hm~(-2)·a~(-1)。3种杉木季节动态模拟值与实测值的决定系数R2分别是0.9085、0.8275、0.8893;均方根误差RMSE依次为0.0290、0.0315,03661t·hm~(-2)·a~(-1)。说明模拟值与实测值显著相关。(4)对模型的参数和驱动变量的灵敏度分析结果表明,当最适生长温度上涨10%时,生物量减少16.87%,当最适生长温度减少10%时,生物量增加9.44%。当潜在生产力系数上涨10%时,生物量增长7.79%,当潜在生产力系数减少10%时,生物量减少3.42%。当降水量增加5%时,杉木林生物量增加13.63%,当降水量较少5%时,杉木林生物量减少13.63%。月平均最高温度增加1℃时,杉木林生物量增加2.46%,月平均最低温度增加1℃时,杉木林生物量减少0.02%,几乎保持不变。月平均最低温度增加1℃时,杉木林生物量减少1.03%,月平均最低温度减少1℃时,杉木林生物量增加0.14%,当参数与驱动变量发生变动时生物量数值均能够在可接受范围发生变化,说明模型的参数和驱动变量的灵敏度在正常变化范围之内。同时最适生长温度和潜在生产力系数属于CENTURY模型中比较敏感的参数值和变量。(5)杉木人工林的NPP预测模拟中,T场景为平均温度上升,模拟初期生产力在2020年平稳上升到顶点15.58t·hm~(-2)·a~(-1)后,在模拟后期2050年大幅下降到12.08t·hm~(-2)·a~(-1),降幅为837%;模拟场景P为降水量上升,在2020年左右因为降雨量的大幅增加,植被NPP快速增长,模拟值最高接近16.70t·hm~(-2)·a~(-1),末期达到13.75t·hm~(-2)·a~(-1),且高于模拟初期4.36%;T+P场景中,即为温度上升同时降雨量增加,植被NPP模拟整体高于T场景中的模拟结果,相较于P场景则NPP变化速率更加平缓。在T模拟场景中相比于初始土壤有机碳的状态,土壤有机总碳库增加1.60%;在P模拟场景中相比于初始土壤有机碳的状态,土壤有机总碳库减少5.40%;在T+P模拟场景中相比于初始土壤有机碳的状态,土壤有机总碳库减少3.40%。
【学位授予单位】:中南林业科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:S791.27

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