毛竹林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)時空模型構(gòu)建及應(yīng)用研究.pdf

1、森林在應(yīng)對全球氣候變化中具有重要作用。竹林是中國亞熱帶特殊而重要的森林類型，具有強大的固碳能力，但其源匯過程極易受人類經(jīng)營活動干擾。目前，竹林快速生長階段的碳素積累特征及其光合生理生態(tài)響應(yīng)、站點尺度上的竹林碳水通量特征、竹林資源碳儲量遙感定量估算、經(jīng)營措施對竹林土壤碳庫的影響特征以及林分結(jié)構(gòu)對竹林固碳功能的影響等竹林生態(tài)系統(tǒng)碳匯相關(guān)研究已經(jīng)取得突破。然而，由于缺乏適合竹林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)研究的模型，使得竹林生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯在大尺度上時空格

2、局形成的機制以及調(diào)控機理的了解甚少，如何兼顧竹林特有生長過程，指導竹林生態(tài)系統(tǒng)固碳經(jīng)營也缺乏理論依據(jù)。本研究以竹林地面調(diào)查數(shù)據(jù)、碳通量塔觀測數(shù)據(jù)、MODIS遙感數(shù)據(jù)等為基礎(chǔ)，創(chuàng)新改進BIOME-BGC模型以適應(yīng)竹林特有生態(tài)過程與經(jīng)營措施，獲取適用于竹林碳循環(huán)模擬的生理生態(tài)參數(shù)，構(gòu)建竹林碳循環(huán)過程模型。以浙江省為例，模擬竹林碳儲量和碳通量時空動態(tài)，揭示其時空異質(zhì)性的形成機制，在此基礎(chǔ)上進一步分析經(jīng)營管理措施對竹林生產(chǎn)力與碳匯能力提升的關(guān)系

3、，優(yōu)化現(xiàn)有竹林經(jīng)營措施，為提高竹林生產(chǎn)力和碳匯能力提供新的理論指導。研究主要的內(nèi)容和結(jié)論包括以下幾方面:
　　(1)竹林碳循環(huán)過程模型構(gòu)建及時空模擬方面。構(gòu)建了適用于竹林生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)模型，實現(xiàn)了竹林生態(tài)系統(tǒng)碳通量和碳儲量的高精度時空模擬，主要結(jié)論如下:①基于BIOME-BGC模型，引入年齡因子、大小年生長、新竹生長、凋落等竹林特有生理生態(tài)過程，融入施肥、挖筍、鉤梢和擇伐四重要的竹林經(jīng)營措施模塊，獲取了一套適合竹林碳循環(huán)模擬的生

4、理生態(tài)參數(shù)，建立了竹林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)模擬的過程模型。②利用碳通量觀測數(shù)據(jù)與樣地調(diào)查碳儲量數(shù)據(jù)驗證了其模擬精度，浙江省竹林碳通量平均模擬精度為0.73，比原模型提高了64.42％，平均誤差降低了77.49％，碳儲量模擬精度達到了0.81，均方誤僅為2.92Mg C·hm-2。
　　(2)竹林碳儲量、碳通量時空格局及變異方面。分析了浙江省2003-2014年碳通量和碳儲量時空格局，利用地統(tǒng)計學原理探討了碳儲量的時空變異特征，主要結(jié)論如

5、下:①2003-2014年浙江省竹林碳通量和碳儲量時空格局基本一致。以地上碳儲量為例，十二年間地上碳儲量總體上呈不斷增加趨勢，其高值區(qū)域由稀疏分布發(fā)展為大面積集中分布。竹林地上碳儲量高值區(qū)域主要分布在在浙西北、浙西南和東部的山區(qū)，而低值區(qū)域分布在成片竹林邊緣、東部沿海地區(qū)以及零散分布的竹林。竹林地上碳儲量增加較多的區(qū)域與其分布變化趨勢較為一致，而減少量較多的區(qū)域零散分布于全省。②2003-2014年全省平均碳儲量由12.02Mg C·h

6、m-2增加至18.15Mg C·hm-2，年均增長率為3.49％;總碳儲量的變化由9.22Tg C增加至16.42Tg C，年均增長率為4.93％。③浙江省竹林地上碳儲量空間異質(zhì)性可由指數(shù)半方差模型來表達。2003-2014年浙江省竹林地上碳儲量表現(xiàn)出強烈的空間自相關(guān)性，其主導因素為結(jié)構(gòu)因素，環(huán)境因子（溫度、二氧化碳濃度、輻射和降水）以及地形因子（坡度、坡向、海拔）對竹林碳儲量具有顯著影響。但2003-2014碳儲量異質(zhì)性尺度即空間自相

7、關(guān)范圍逐漸降低，說明經(jīng)營等隨機因素對碳儲量時空異質(zhì)性不容忽視。
　　(3)提升毛竹林碳匯能力經(jīng)營方案方面。在研究不同經(jīng)營措施對竹林碳循環(huán)影響的基礎(chǔ)上，探討了不同采伐季節(jié)、采伐年限、采伐強度下毛竹林碳循環(huán)的變化情況，尋找提升竹林碳匯能力的最優(yōu)擇伐模式，主要結(jié)論如下:①毛竹林碳儲量與碳通量對不同經(jīng)營措施響應(yīng)的分析結(jié)果表明以過量施肥來提高產(chǎn)量的做法是對增加毛竹林碳匯能力不利的，只有通過多種經(jīng)營措施有機結(jié)合才能保證產(chǎn)量和碳匯能力同時提高。

8、②綜合考慮毛竹植被碳儲量、生產(chǎn)力、產(chǎn)量和碳匯能力，冬季為毛竹林最佳擇伐季節(jié)，2年為毛竹林最佳擇伐年限。③優(yōu)化得到了提高竹林碳匯能力的最佳擇伐方案為:1-5年生的竹不砍伐，6年生竹采伐30％，7年生竹采伐80％，8年生以上竹完全采伐。與生產(chǎn)上高強度擇伐(Ⅲ度(4-5年)及以上全砍）相比，該方案理論上不但可以使毛竹林現(xiàn)存植被碳儲量可以提高74.63％，且累計收獲的地上部分碳儲量（產(chǎn)量）還可以提高21.50％。
　　(4)竹林碳循環(huán)模型