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马尾松冠层光合有效辐射三维空间分布模型的构建与验证

纪和  
【摘要】:光合有效辐射(PAR,400-700nm)是指太阳辐射中能被绿色植物吸收并用于进行光合作用,从而实现物质积累的这部分辐射,是形成生物产量的基本能源之一,直接影响着植物的生长发育及产量质量。马尾松是我国南部的主要用材树种和长江流域各省重要的荒山造林树种,构建适用于马尾松人工林冠层光合有效辐射的三维空间分布模型,对马尾松人工林的持续经营以及未来在冠层层面上光合和蒸腾作用的模拟有着十分重要的意义。本文的研究目标是建立起马尾松冠层PAR三维空间分布的模型,并引入密度机制,研究不同密度马尾松人工林冠层内PAR的时空分布特征,主要结果如下: (1)利用透光率对不同密度处理方式下的马尾松冠层光合有效辐射(PAR)的垂直分布特征进行了分析,结果表明:不同时刻冠层各高度上的平均PAR透光率与太阳高度角呈正相关关系,并随向下累计LAI皆呈现出一定的指数递减趋势:同一时刻相同冠层高度上的透光率随人工林密度的增大而减小。 (2)利用透光率对不同密度处理方式下的马尾松冠层光合有效辐射(PAR)的水平分布特征进行了分析,结果表明:不同密度处理方式透光率的水平分布规律较为相似,从树冠中心到四周表现为递增趋势;水平方向上的透光率在北边方向相对较高,东西方向上的辐射强度分布随着太阳方位角的变化而变化。 (3)利用透光率对不同密度处理方式下的马尾松冠层PAR散射辐射三维分布特征进行了分析,结果表明:相同时刻内不同密度处理方式马尾松的PAR散射辐射透光率均大于总PAR透过率,但是二者在垂直和水平方向上的变化规律都较为一致。 (4)根据几何光学原理,在考虑马尾松人工林冠层的结构特征基础之上,结合比尔定律建立起PAR在马尾松冠层中的传输和分布模型,可以模拟出任意时刻马尾松人工林冠层内任意点的光合有效辐射。 (5)使用实测值对所建的模型的模拟结果进行了效果检验,结果表明:马尾松冠层外水平面PAR入射总辐射实测值与模拟值具有很好的线性相关性(R2=0.964),呈极显著水平(P0.01),模拟值较实测值偏大;马尾松冠层内PAR总辐射实测值与模拟值具有较好的线性相关性(R2=0.786),呈显著水平(P0.05),模拟值较实测值偏小。 (6)使用该模型对不同密度处理方式下马尾松冠层内的水平平均PAR日变化趋势和东西剖面PAR日变化趋势进行了模拟,结果表明:模拟值与实测结果基本保持一致,模拟效果较好。


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