三峽庫區(qū)森林生物生產(chǎn)力分布與模擬研究.pdf

1、森林生物生產(chǎn)力是評價森林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能協(xié)調(diào)性的重要指標(biāo)，區(qū)域性森林生物生產(chǎn)力及其分布格局是評估區(qū)域生態(tài)承載力、潛在生產(chǎn)力水平及其對氣候變化可能響應(yīng)的重要參數(shù)。三峽水利工程舉世矚目，三峽庫區(qū)生態(tài)問題關(guān)系著周邊及下游地區(qū)人民生命財產(chǎn)安全，對國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要影響，是我國乃至世界關(guān)注的生態(tài)熱點(diǎn)地區(qū)。三峽庫區(qū)森林生物生產(chǎn)力現(xiàn)實(shí)狀況與時空格局、森林生產(chǎn)力與氣候環(huán)境的相關(guān)關(guān)系、森林生產(chǎn)力對干擾、變化的響應(yīng)亟需作出科學(xué)回答。同時，三峽庫區(qū)物種豐

2、富、群落多樣，加之復(fù)雜的地形和多變的局地氣候，是研究植被生物生產(chǎn)力的天然實(shí)驗(yàn)場，開展三峽庫區(qū)森林生物生產(chǎn)力估測、格局及其模擬研究，對于豐富生產(chǎn)力生態(tài)學(xué)數(shù)據(jù)與理論基礎(chǔ)，指導(dǎo)庫區(qū)土地利用和植被建設(shè)具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。
　　本研究根據(jù)104塊固定樣地及118塊臨時樣地生物量與生產(chǎn)力實(shí)測數(shù)據(jù)，探討基于森林資源數(shù)據(jù)的生物量與生產(chǎn)力估測方法；通過收集庫區(qū)森林資源二類調(diào)查資料及氣候數(shù)據(jù)，在建立森林植被地理信息系統(tǒng)基礎(chǔ)上，分析庫區(qū)森林生物生

3、產(chǎn)力的分布格局與模式；建立三峽庫區(qū)森林現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力及氣候生產(chǎn)力的模擬模型，分析庫區(qū)森林植被的現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力與可能生產(chǎn)力，并對不同氣候變化情景下的森林生產(chǎn)力可能變化進(jìn)行了預(yù)測。研究結(jié)果表明：
　?。?）基于森林生物生產(chǎn)力實(shí)測數(shù)據(jù)，建立了三峽庫區(qū)馬尾松林、柏木林、杉木林、溫性松林、針葉混交林、針闊混交林、落葉闊葉林及常綠闊葉林等8種森林類型的生物量、生產(chǎn)力關(guān)于蓄積的估測模式。根據(jù)1999年三峽庫區(qū)森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)，估算了森林生物總量為1

4、.06×108 t，森林平均生物量為39.27 t·hm-2；森林凈生產(chǎn)總量為16.61×106 t·a-1，平均NPP為6.10 t·hm-2·a-1。
　?。?）森林平均生物量大小順序依次為常綠闊葉林（84.94 t·hm-2）、落葉闊葉林（68.95 t·hm-2）、杉木林（65.83 t·hm-2）、針葉混交林（51.02 t·hm-2）、針闊混交林（43.94 t·hm-2）、馬尾松林（43.56 t·hm-2）、經(jīng)濟(jì)林

5、（42.64 t·hm-2）、柏木林（40.80 t·hm-2）、竹林（31.67 t·hm-2）、溫性松林（29.51 t·hm-2）、灌木林（14.58 t·hm-2）；森林平均NPP大小順序依次為常綠闊葉林（13.60）＞針葉混交林（9.38）＞經(jīng)濟(jì)林（9.20）＞杉木林（9.01）＞針闊混交林（7.83）＞馬尾松林（7.25）＞竹林（7.22）＞落葉闊葉林（6.20）＞柏木林（6.05）＞溫性松林（5.60）＞灌木林（2.42）

6、。
　?。?）森林生物儲量的地理分布呈東高西低、北高南低格局，庫區(qū)湖北4縣、重慶段東部的巫溪－奉節(jié)－石柱及上游的江津區(qū)是森林生物儲量最集中的區(qū)域。森林生物儲量的垂直分布隨海拔升高呈先增后減格局，500m～1000m范圍內(nèi)分布的森林生物量最大，達(dá)36.61×106t，其次是1000m～1500m區(qū)域的35.92×106t，1500m以下區(qū)域分布的森林生物量占庫區(qū)森林生物總量的85.49％。森林單位面積生物量在海拔上的分布規(guī)律和森林生

7、物儲量一致，表現(xiàn)為隨海拔升高而先增后減趨勢，單位面積生物量最高值出現(xiàn)在1500m～2000m為61.90 t·hm-2。
　?。?）森林 NPP分布隨經(jīng)度、緯度和海拔的增加總體上都表現(xiàn)為下降趨勢，呈南高北低、西高東低、上低下高的格局。NPP值較高的地段主要集中于巴東綠蔥坡、秭歸南部、夷陵西部、江津四面山及興山北部至巫溪一帶。森林NPP隨著海拔升高呈降低趨勢，500m以下區(qū)域森林NPP值最高，達(dá)6.51 t·hm-2·a-1；200

8、0m以上區(qū)域森林NPP值最低，為4.04 t·hm-2·a-1。森林年凈生產(chǎn)量的垂直分布則隨海拔升高呈先增后減格局，500m～1000m范圍內(nèi)森林年凈生產(chǎn)量最大，達(dá)634.19×104t·a-1，其次是1000m～1500m區(qū)域的542.43×104t·a-1，1500 m以下區(qū)域森林年凈生產(chǎn)量占庫區(qū)森林年凈生產(chǎn)總量的90.33%。
　　（5）森林單位生物量水平分布格局主要受林齡結(jié)構(gòu)影響，近熟林與成熟林占比大則單位生物量高。森林N

9、PP分布則與土層厚度、溫度、降水及蒸散等因子表現(xiàn)出顯著相關(guān)性，土層厚度、溫度、降水及溫暖指數(shù)與森林NPP表現(xiàn)出極顯著正相關(guān)性，而森林NPP與蒸散呈極顯著負(fù)相關(guān)性。森林NPP沿經(jīng)向、緯向和垂直向的變化相互影響，表現(xiàn)出了相當(dāng)?shù)膹?fù)雜性。緯度對森林NPP經(jīng)向變化有反向作用力，高緯度帶森林NPP沿經(jīng)度方向遞增趨勢較低緯度帶明顯趨于緩和，表明隨著緯度的增高，緯度對森林NPP限制作用的加大。而海拔對 NPP的經(jīng)向變化作用力表現(xiàn)為先促進(jìn)后抑制，也即在中

10、等海拔下森林NPP隨經(jīng)度的遞增速率最高。森林NPP緯向與垂直向的變化也有明顯的相互影響，表現(xiàn)為海拔與緯度對森林NPP的影響有明顯的協(xié)同效應(yīng)，也即海拔升高，NPP隨緯度增加的遞減速度加快。
　　（6）不同森林類型 NPP在水熱梯度上的分布表現(xiàn)出了不同的規(guī)律。針葉純林中，馬尾松林、杉木林和柏木林等3種暖性針葉林NPP隨溫度的遞增表現(xiàn)為先增后減趨勢，其NPP高值區(qū)大體分布在年均溫度13.5℃～15.0℃區(qū)域，溫性松林NPP則表現(xiàn)為隨溫度

11、升高的遞增趨勢；闊葉林中落葉闊葉林 NPP隨溫度升高呈先增后減規(guī)律，高值區(qū)位于13.0℃～14.0℃區(qū)間，常綠闊葉林生產(chǎn)力隨溫度升高呈單調(diào)遞增；針葉混交林及針闊混交林NPP在溫度上的變化趨勢明顯較純林復(fù)雜，高值區(qū)分別分布在年均溫9.0℃～10.0℃及13.5℃～14.5℃區(qū)間。不同森林類型在水分梯度上的變化規(guī)律也表現(xiàn)出了較大差異性，針葉純林NPP隨水分變化規(guī)律以拋物線型為主，高值區(qū)主要分布于年降水量為1350mm～1500mm區(qū)域；闊葉

12、林中落葉闊葉林NPP隨水分增加表現(xiàn)出先增加后減少的規(guī)律，高值區(qū)的年雨量在1400mm左右，常綠闊葉林NPP則在低雨量地段普遍高于高雨量區(qū)域；針葉混交林 NPP隨雨量增大呈顯著遞增趨勢，而針闊混交林 NPP則在降雨量900mm～1500mm區(qū)域表現(xiàn)較為穩(wěn)定，在雨量1500mm以上區(qū)域則出現(xiàn)快速下降。
　?。?）各種森林類型的氣候生產(chǎn)力與年均實(shí)際蒸散量均表現(xiàn)出了較強(qiáng)相關(guān)性。常綠闊葉林氣候生產(chǎn)力與蒸散量呈指數(shù)關(guān)系，落葉闊葉林、常綠針葉林

13、與蒸散量表現(xiàn)出三次曲線關(guān)系，針闊混交林則與蒸散量呈冪函數(shù)關(guān)系，據(jù)此建立了4種森林植被的氣候生產(chǎn)力模式，模型相關(guān)系數(shù)都達(dá)到極顯著水平。三峽庫區(qū)森林的實(shí)際潛在生產(chǎn)力為11.26 t·hm-2·a-1，是現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力的1.48倍，而理論潛在生產(chǎn)力為14.84 t·hm-2·a-1，是現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力的1.95倍，2種情形下森林生物產(chǎn)量可分別較現(xiàn)有水平增加650.16×104 t·a-1及1280.31×104 t·a-1。
　?。?）假設(shè)了5種

14、氣候變化情景分析庫區(qū)森林氣候生產(chǎn)力的可能響應(yīng)，常綠闊葉林、落葉闊葉林及針闊混交林對溫度或降水變化表現(xiàn)出正向變化，在溫度增加2℃、降水增加20%的情況下，其生產(chǎn)力增幅分別達(dá)到24.34%、22.50%和15.98%；常綠針葉林生產(chǎn)力對氣候變化的響應(yīng)方向與此相反，在溫度與降水同時增加情景下其生產(chǎn)力減幅達(dá)5.55%。庫區(qū)森林總的實(shí)際潛在生產(chǎn)力在5種氣候情景下變動很小，其變動范圍在-0.53%～5.51%之間；但理論潛在生產(chǎn)力則表現(xiàn)出了對氣候變