森林生态系统功能数学模型的初步研究

【摘要】： 随着工农业的发展，人口的增长，环境问题成为人类普遍关注的问题之一，森林生态系统作为环境的一部分，引起了各行各业专家的普遍关注。目前，有一种共同的趋势，运用功能数学模拟来分析、预测和评价森林生态系统的真正状态及其变化趋势，以此来改善环境质量。 乌布苏诺尔盆地是一个面积虽小，但几乎容纳了世界上所有的自然地理带的一个“小生物圈”，其独特的自然地理环境，为研究其各种生态系统的各种动态机制提供了有利的条件。 本文主要针对乌布苏诺尔盆地森林生态系统——以Ia级普通松林生态系统为例，运用功能数学模拟的方法，来探讨其生长过程和物质循环模式。 首先，本文对乌布苏诺尔盆地的地理环境和地理特点作了一个简要概述。 其次，介绍了功能生态学的基本理论，生态系统就是一个活的有机体，它必须要进行新陈代谢，其功能不仅仅停留在食物链的水平上，而是更高的水平上——生态系统的物质循环，它包括三个代谢过程：合成过程、死亡过程和分解过程，从而形成三种物质：生物物质、死亡物质和矿物质。实际上，流经食物链的物质流仅仅是很小的一部分，而大部分物质是经过死亡过程后进入土壤，然后进入大气圈、水圈和植物体中，重新开始新的一轮循环；生态系统的另一个很重要的功能是其潜在活性，生态系统中，不同的生物适应不同的环境条件而生存，以此来维持 生态系统的稳定。 再次，介绍了功能生态学的研究方法:计算机数学模拟法。即针对 具体目标，确定参数的选取，然后运用计算机模拟其动态机制或过程。 最后，在这些理论和方法的基础上，本文对森林生态系统的生长过 程和物质流动模式进行了初步的研究(计算机程序见附录)，其基本结 构框架包括树木结构框和土壤结构框，基本思路是:如果光合作用生产 量超过呼吸消耗量，则用于树木生长的物质量增加;否则，用于树木生 长的物质量减少，当二者的差值为零时，树木停止生长，这时树木的年 龄叫“自然成熟年龄”，通过计算机模拟，我们可以看出:Ia级普通松树 叶的生物量(三层叶层)增长规律:生长的初级阶段增长迅速，树冠形成 后(300一350年)，其值保持不变;总的生物量增长也有类似的规律;树 木的生长规律:80一100年时，新增的生物量最大，然后逐渐减小，直至 最后接近为零，其“自然成熟年龄”为425一475年，这个值不受其生长 环境和树木所处的生长状态的影响。