基于CENTURY模型的杉木人工林的生產(chǎn)力模擬研究.pdf

1、森林生態(tài)系統(tǒng)在全球生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)中有著非常重要的作用，森林生物量和生產(chǎn)力是判斷森林生態(tài)系統(tǒng)碳平衡的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。杉木林是我國(guó)南方主要速生用材林，占全國(guó)人工林栽種面積的四分之一，在我國(guó)的生態(tài)建設(shè)與森林生產(chǎn)以及環(huán)境保護(hù)中占有重要的地位。近些年來(lái)隨著人工林多代連栽，呈現(xiàn)出杉木人工林生產(chǎn)力下降等生態(tài)問(wèn)題，因而，開(kāi)展杉木人工林生產(chǎn)力和生物量變化的研究，對(duì)于維持杉木林長(zhǎng)期生產(chǎn)力具有重要作用，對(duì)其生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)營(yíng)和大徑材的培育具有指導(dǎo)意義。
　　本文利

2、用湖南會(huì)同杉木林生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站1996-2009年觀測(cè)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用CENTURY模型模擬法，對(duì)杉木人工林生產(chǎn)力和生物量進(jìn)行了模擬和驗(yàn)證，并對(duì)其未來(lái)40年生物量和生產(chǎn)力進(jìn)行了預(yù)測(cè)，研究結(jié)果如下:
　　(1) CENTURY模型的初始化以土壤碳庫(kù)變化為標(biāo)準(zhǔn)，土壤碳庫(kù)劃分為土壤慢性庫(kù)、惰性庫(kù)、活性庫(kù)和土壤有機(jī)碳總庫(kù)。模型經(jīng)過(guò)初始化后4個(gè)碳庫(kù)逐漸達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，分別是占總碳庫(kù)3.88％的活性庫(kù)穩(wěn)定在2.74t· hm-2

3、;占總碳庫(kù)69.39％的慢性庫(kù)，模擬值48.55t·hm-2;模擬值為17.45t·hm-2的惰性庫(kù)，占總碳庫(kù)26.73％;總碳庫(kù)模擬值與實(shí)驗(yàn)區(qū)初始土壤水平70.35t·hm-2接近。不同土壤有機(jī)碳庫(kù)的年際變化在大體趨勢(shì)上相同但存在變化。
　　(2)杉木林的生物量模擬值范圍在19.66～188.73t·hm-2之間，實(shí)測(cè)值范圍在31.10～199.40t·hm-2之間，杉木林生物量模擬值與實(shí)測(cè)值的變化趨勢(shì)接近，線性回歸方程y=1.

4、317x-11.894(R2=0.9371，N=19，P＜0.01)，模擬值與實(shí)測(cè)值的誤差平方根為27.46t·hm-2，表現(xiàn)為正顯著相關(guān)。
　　(3)杉木林的NPP模擬值范圍在3.37～12.14t·hm-2·a-1之間，實(shí)測(cè)值范圍在4.44～9.06t·hm-2·a-1之間，模擬值與實(shí)測(cè)值變化趨勢(shì)相一致，對(duì)不同林齡的生產(chǎn)力季節(jié)動(dòng)態(tài)模擬結(jié)果表明，4月到6月是生產(chǎn)力的高峰區(qū)間，這個(gè)時(shí)段的生產(chǎn)力約占全年生產(chǎn)力的56.22％，其中7a

5、生杉木林在5月達(dá)到模擬生產(chǎn)力頂峰為1.05t·hm-2·a-1，14a年杉木林則為1.67t·hm-2·a-1，20a生杉木林最高為1.82t·hm-2·a-1。11月到次年2月期間生產(chǎn)力大大下降，其中7a生杉木生產(chǎn)力在1月份達(dá)到最低點(diǎn)為0.07t·hm-2·a-1，14a生杉木林模擬生物量在12月份最低降至0.11t·hm-2·a-1，20a生的植被最低生產(chǎn)力遠(yuǎn)高于7a和14a，在1月份達(dá)到了0.21t·hm-2·a-1。3種杉木季節(jié)

6、動(dòng)態(tài)模擬值與實(shí)測(cè)值的決定系數(shù)R2分別是0.9085、0.8275、0.8893;均方根誤差RMSE依次為0.0290、0.0315、0.3661t·hm-2·a-1。說(shuō)明模擬值與實(shí)測(cè)值顯著相關(guān)。
　　(4)對(duì)模型的參數(shù)和驅(qū)動(dòng)變量的靈敏度分析結(jié)果表明，當(dāng)最適生長(zhǎng)溫度上漲10％時(shí)，生物量減少16.87％，當(dāng)最適生長(zhǎng)溫度減少10％時(shí)，生物量增加9.44％。當(dāng)潛在生產(chǎn)力系數(shù)上漲10％時(shí)，生物量增長(zhǎng)7.79％，當(dāng)潛在生產(chǎn)力系數(shù)減少10％時(shí)，

7、生物量減少3.42％。當(dāng)降水量增加5％時(shí)，杉木林生物量增加13.63％，當(dāng)降水量較少5％時(shí)，杉木林生物量減少13.63％。月平均最高溫度增加1℃時(shí)，杉木林生物量增加2.46％，月平均最低溫度增加1℃時(shí)，杉木林生物量減少0.02％，幾乎保持不變。月平均最低溫度增加1℃時(shí)，杉木林生物量減少1.03％，月平均最低溫度減少1℃時(shí)，杉木林生物量增加0.14％，當(dāng)參數(shù)與驅(qū)動(dòng)變量發(fā)生變動(dòng)時(shí)生物量數(shù)值均能夠在可接受范圍發(fā)生變化，說(shuō)明模型的參數(shù)和驅(qū)動(dòng)變量

8、的靈敏度在正常變化范圍之內(nèi)。同時(shí)最適生長(zhǎng)溫度和潛在生產(chǎn)力系數(shù)屬于CENTURY模型中比較敏感的參數(shù)值和變量。
　　(5)杉木人工林的NPP預(yù)測(cè)模擬中，T場(chǎng)景為平均溫度上升，模擬初期生產(chǎn)力在2020年平穩(wěn)上升到頂點(diǎn)15.58t·hm-2·a-1后，在模擬后期2050年大幅下降到12.08t·hm-2·a-1，降幅為8.37％;模擬場(chǎng)景P為降水量上升，在2020年左右因?yàn)榻涤炅康拇蠓黾?，植被NPP快速增長(zhǎng)，模擬值最高接近16.70t