集水区尺度的森林植被动态模型研究
【摘要】：
森林生态系统是地球上结构层次和功能行为最复杂的生态系统，由于其组成成分树木寿命长，其动态不易被长期观测，所以森林生态系统的结构与功能研究成为当前森林景观研究的重点，在景观生态学领域中越来越受到关注，生态模型，尤其森林动态模型的应用已经成为开展这方面研究的有力工具，然而这些模型往往建立在林分或斑块尺度上，无法有效地揭示景观尺度上的生态学过程。如何在异质景观水平上实现植被动态模拟成为当前研究的热点。本项目研制了基于个体的景观尺度上的森林动态模型，该模型包括了对树木生长的生物学过程和影响树木生生长的环境因子两部分模拟，较好地解决了林分尺度的生态学过程向景观尺度的转换问题。模型运用了GIS技术、吸收了林隙模型的最新进展，比较详细地描述了树木个体的生理过程和空间分布格局。通过在张家沟集水区运行基于个体的集水区尺度森林植被动态模型发现该模型能够完美的展现天然次生林的动态及森林结构变化过程。
研究表明：个别树种的分布有明显的区域性，蒙古栎大多分布于山脊；水曲柳分布于谷底地势较湿润的地方；其他树种的分布受地势、水分条件的限制在各区域均有分布。模拟前期，各树种数量较多，随着时间推移逐渐衰退，因树种的特性不同衰退速度各不相同，阳性树种衰退速度明显快于耐荫树种。在生态系统演替趋于稳定阶段各树种年龄、株数结构为进展型，各树种能够可持续存在，并使生态系统能够保持稳定。演替前期胸高断面积山杨、白桦、大青杨较高，随时间推移逐渐下降，模拟到200年时山杨、白桦胸高断面积趋于稳定，大青杨持续下降。水曲柳在前200年胸高断面积逐渐升高，达最大值后逐渐降低后趋于稳定。其他树种由于演替初期幼树、中龄林数量较多随着演替的进行死亡数量增加，但是随着年龄的增长，胸径的增大，胸高断面积变化不大。
在模型研制中，最大的问题是各树种的参数收集问题。在对部分参数的估计中查询了以往的有关研究文献并依靠研究地区的植被实际分布和生长状况来进行验证。本模型在张家沟集水区的运行结果表明，在各种海拔和地形条件下都能得到比较满意的模拟结果，适合于较大区域的模拟，但由于计算机硬件的限制，模拟的区域不应超过300hm~2。
【关键词】：集水区尺度 植被动态 模型 景观 【学位授予单位】：东北林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：S718.5
【目录】：
- 摘要3-4
- Abstract4-8
- 1 绪论8-13
- 1.1 研究概况8-11
- 1.2 国内研究进展11
- 1.3 研究目的与意义11-13
- 2 模型研制思路及研究区域概况13-19
- 2.1 模型研制思路13-14
- 2.2 研究区域自然概况14-15
- 2.2.1 气候状况14
- 2.2.2 植被状况14
- 2.2.3 土壤状况14-15
- 2.3 模拟运行准备及步骤15-19
- 2.3.1 地形数据的准备15
- 2.3.2 气象数据的准备15
- 2.3.3 植被数据的准备15-19
- 3 山地小气候模型19-34
- 3.1 模型结构及计算公式19-26
- 3.1.1 模型结构20-26
- 3.2 模型程序分析26-29
- 3.3 小气候模型与GIS的结合29
- 3.4 模型运行结果29-33
- 3.4.1 气象要素的空间分布格局模拟29-32
- 3.4.2 模拟结果的验证32
- 3.4.3 模拟结果时空分布差异分析32-33
- 3.5 讨论及改进33-34
- 4 森林植被动态模拟模型34-50
- 4.1 模型中的生态学过程与公式34-40
- 4.1.1 树木生长过程34-36
- 4.1.2 胸径生长过程36
- 4.1.3 树高方程36
- 4.1.4 树冠动态过程的描述36
- 4.1.5 树木的更新过程36-37
- 4.1.6 死亡过程37-40
- 4.2 环境对树木生长的影响40-41
- 4.2.1 林木竞争40
- 4.2.2 光照强度40-41
- 4.2.3 温度及水分因子41
- 4.3 模型变量和参数41-47
- 4.3.1 模型采用的变量41-42
- 4.3.2 模型采用的参数42-44
- 4.3.3 模型参数的估算44-47
- 4.4 模型程序语言分析47-50
- 4.4.1 参数文件的读取47
- 4.4.2 样地初始化47-48
- 4.4.3 调用汇流值控制树木分布子程序48
- 4.4.4 林木更新模拟48
- 4.4.5 林木生长计算48
- 4.4.6 林木死亡及萌生模拟48
- 4.4.7 模拟结果输出48-50
- 5 模拟结果50-56
- 5.1 模拟各树种的空间分布50
- 5.2 胸高断面积变化50-52
- 5.3 几种主要树种数量变化过程52-53
- 5.4 各树种的演替过程及规律53
- 5.5 几种主要树种年龄结构53-56
- 6 结论与讨论56-58
- 6.1 结论56
- 6.2 讨论56-58
- 参考文献58-63
- 附录63-65
- 攻读学位期间发表的学术论文65-66
- 致谢66-67
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