基于3-PG机理模型的杉木林碳固定及蒸散量模拟研究
【摘要】：本研究的目的是根据湖南会同杉木林生态系统国家野外观测研究站1990年1月-2005年12月的气象观测数据,确定3-PG模型的主要参数,并利用会同国家森林生态研究站第二代杉木人工林的长期定位观测数据运行模型；其次,估算贮碳量和固碳速率及其分配随林龄变化的趋势,并进行模型的逐步验证,为森林的可持续经营提供关键数据的参考；最后,估算此期间杉木林的月蒸散量和年蒸散量及其变化规律,并用水量平衡法计算的蒸散量对模拟估算结果进行验证。研究结果表明：3-PG模型能成功地估算叶面积指数(LAI)、树干生物量(Ws)、净初级生产量(NPP)、林分贮碳量随林龄变化的趋势以及碳的分配、月和年蒸散量等。模拟结果为：(1)会同杉木人工林林分、树干、根和叶的贮碳量随着林龄的增加而先增后减,林分和树干的贮碳量都是在林龄为41年时达到最大值(林分为184.02 tC·hm-2,树干为124.09 tC·hm-2),根和叶在林龄为44年时达到最大值(根为45.09 tC·hm-2,叶为13.04 tC·hm-2),凋落物贮碳量在模拟期间一直处于不断增加的趋势。树干对林分贮碳量贡献最大(约64.8%),其次是根(约23.5%)和叶(约8.7%),凋落物的贡献最小(约3%)。(2)3-PG模型估算的会同杉木林月蒸散量、年蒸散量与水量平衡法的相似,1月份的蒸散量最小,然后逐渐增大,7月份达到最大值,此后逐渐减少。全年月平均蒸散量为90.1mm,占全年月平均降水量(122.14mm)的72.12%。除了8月和9月份的蒸散量大于降水量,其余各月份的蒸散量均小于降水量。各年之间的会同杉木人工林年蒸散量差异不大,多年的年蒸散量均值为1049 mm,占年平均降水量(1350 mm)的77.7%。在降水量大的年份,蒸散系数比降水量小的年份小。
【关键词】：杉木人工林 3-PG模型 固碳 蒸发散 【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】：2008
【分类号】：S791.27
【目录】：
- 摘要7-8
- Abstract8-10
- 前言10-12
- 1. 国内外研究现状12-24
- 1.1 模型的定义及分类12-20
- 1.1.1 经验模型13-15
- 1.1.2 机理模型15-19
- 1.1.3 混合模型19-20
- 1.2 杉木人工林生长模型研究20-23
- 1.2.1 标准表和生长过程表的编制20-21
- 1.2.2 收获预估模型21
- 1.2.3 直径分布模型21-22
- 1.2.4 树高模型22
- 1.2.5 基于密度控制的生长经营模型22
- 1.2.6 单木模型22
- 1.2.7 养分动态模型22-23
- 1.2.8 其它模型23
- 1.3 杉木人工林水分利用模型研究23-24
- 2 模型原理简介24-47
- 2.1 树木的光合作用24-25
- 2.1.1 光合作用的部位25
- 2.1.2 光合作用的历程25
- 2.2 太阳辐射与光合有效辐射25-27
- 2.2.1 太阳辐射的计算25-26
- 2.2.2 光合有效辐射26-27
- 2.3 冠层太阳辐射截留模型27
- 2.4 叶面积指数27-28
- 2.5 碳生产模型28-35
- 2.5.1 环境因子对光合生产的影响28-32
- 2.5.1.1 温度对光合作用的影响28-29
- 2.5.1.2 霜冻对光合作用的影响29
- 2.5.1.3 肥力对光合作用的影响29-30
- 2.5.1.4 林龄对光合作用的影响30
- 2.5.1.5 水汽压差对光合作用的影响30-31
- 2.5.1.6 土壤含水量对光合作用的影响31-32
- 2.5.1.7 生理影响综合因子32
- 2.5.2 冠层导度32-33
- 2.5.3 冠层量子效率33-34
- 2.5.4 总初级生产34
- 2.5.5 净初级生产34-35
- 2.6 碳平衡模型35-37
- 2.6.1 碳平衡方程35
- 2.6.2 光合物质的分配35-37
- 2.6.2.1 根系的更新率模型35-36
- 2.6.2.2 光合物质对干的分配以及叶的更新率模型36-37
- 2.6.3 叶凋落速率37
- 2.6.4 与密度和环境胁迫无关的死亡率37
- 2.7 林分自然稀疏模型37-38
- 2.8 水量平衡模型38-44
- 2.8.1 林冠截留模型41
- 2.8.2 水分利用模型(蒸散发模型)41-44
- 2.8.2.1 模拟水分利用的意义41-42
- 2.8.2.2 Penman-Monteith方程及解法42-44
- 2.9 模型参数44-47
- 3. 实验地概况及研究方法47-52
- 3.1 实验地概况47-48
- 3.2 研究方法48-52
- 3.2.1 林分生长调查及生物量的测量48
- 3.2.2 地下水位测定48-49
- 3.2.3 土壤水分观测49
- 3.2.4 土壤性质抽样调查49-50
- 3.2.5 叶面积测定50
- 3.2.6 气象数据定位观测50
- 3.2.7 水文数据定位观测50-52
- 4. 模型应用52-72
- 4.1 冠层太阳辐射截留模型52-54
- 4.1.1 模拟结果52-54
- 4.1.2 模拟结果的验证54
- 4.2 叶面积指数54-56
- 4.2.1 模拟结果54-55
- 4.2.2 模拟结果的验证55-56
- 4.3 光合生产的影响因子56-57
- 4.4 冠层导度和冠层量子效率57-58
- 4.5 碳生产模型58-67
- 4.5.1 净初级光合生产58-62
- 4.5.1.1 模拟结果58-60
- 4.5.1.2 模拟结果的验证60-62
- 4.5.2 杉木人工林贮碳量及其分配62-65
- 4.5.2.1 模拟结果62-63
- 4.5.2.2 模拟结果的验证63-65
- 4.5.3 杉木人工林固碳速率及其分配65-67
- 4.6 敏感性分析67-69
- 4.7 蒸发散模型69-72
- 4.7.1 杉木人工林月蒸散量的变化规律69-70
- 4.7.2 杉木人工林年蒸散量的变化规律70-71
- 4.7.3 模型的验证71-72
- 5. 结论72-74
- 6. 讨论74-80
- 7. 参考文献80-95
- 附录1.模型的基本结构框架95-96
- 附录2.3-PG模型所涉及的变量96-102
- 附录3.气象观测数据102-109
- 附录4.模拟值(1)109-111
- 附录5.模拟值(2)111-116
- 附录6.攻读学位期间的主要学术成果116-117
- 致谢117
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