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《南京农业大学》 2004年
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利用森林生态系统碳循环综合模型模拟土壤有机碳动态变化

杨丽霞  
【摘要】:当前土壤碳循环的研究仍是陆地碳循环研究中最不充分的部分,对土壤碳库的估计误差也很大。这是因为土壤是一个不均匀的三维结构体,在空间上呈现复杂的镶嵌性,且与气候以及陆地植被和生物发生复杂的相互作用,因此在研究土壤碳循环,特别是在区域尺度上的研究仍面临着大量需要解决的问题,甚至在某些测定上,如土壤呼吸以及土壤内植物细根的周转速率等,至今仍没有统一和准确的观测方法。土壤碳循环模型是定量实现土壤碳循环的模拟和预测的必不可少的手段,同时也是综合不同因子及其相互作用的有力工具。本文试图对土壤碳循环模型-森林生态系统碳综合模型(InTEC model)进行阐述,分析其结构特点,修正参数,模拟黎平县的土壤有机质动态变化。 本论文的研究材料来自贵州省黎平县,分别在红壤和黄壤主要土壤类型上,按照不同人工林,分为毛竹,杉木(8年),杉木(12年),杉木(16年),杉木(40年),灌木林,阔叶林,油茶,茅草,松树共16个处理。土样经处理后在25℃,黑暗的条件下进行培养。结果表明:分解速率呈相同的变化规律,前期分解速度快,后期速度变慢,即前期分解较快,前7天的分解量就占到61天分解总量的37%~41%,随后分解减慢并趋于平稳,但不同林型土壤有机碳分解呈现不同的变化,总体分解趋势是灌木林>阔叶林>针叶林>马尾松。 通常根据有机碳的周转时间不同,将土壤有机碳库划分active,slow和passive三个库(即活性碳库、缓性碳库和惰效性碳库)。此三库遵循一级动力学方程C_(SOC)=Ca e~(Ka t)+Cs e~(Ks t)+Cr e~(Kr t)。本论文采用酸水解法测定惰效性碳库的库容,其一般占总有机碳的20-50%。根据土壤有机碳的动态变化,利用假设:惰效性碳库的平均株留时间为1000年,用此方程拟合活性碳库及分解速率和缓效性碳库及分解速率,结果表明:各土壤剖面的土壤活性碳库一般占总有机碳的0.5-7.6%,平均驻留时间为41-64天;缓效性碳库占总有机碳的45-71%,平均驻留时间为3-30年。活性碳库的变化规律为混交林>阔叶林>针叶林,缓效性碳库中混交林最大。根据所用模型中的计算各库土壤有机碳的最大分解速率公式,求得不同林型下活性碳库和缓效性碳库的最大分解速率分别为:针叶林:7.51y~(-1),0.36 y~(-1);阔叶林:8.23 y~(-1),0.13 y~(-1);混交林:8.87 y~(-1),0.33 y~(-1)。用这些参数修正模型中相应的参数。 运用1Km分辨率的遥感数据,气象数据和土壤数据资料运行模型,模拟各剖面点的土壤有机碳密度。验证结果表明:模拟结果与实际观测值较为相符(R~2=0.6706),因而可以用InTEC模型结合一定的基础数据来模拟黎平森林土壤各剖面点的土壤有机碳密度。为了进一步说明此模型在更大的空间尺度的实用性,应在我国的不同气候带,结合现有的精度较高,统一规范的基础数据图,选择一些有代表性的地区,不断调整关键性的参数和增加新的影响因子使模型实现大尺度的模拟。
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