基于CENTURY模型的杉木人工林的生產(chǎn)力模擬研究.pdf

1、森林生態(tài)系統(tǒng)在全球生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)中有著非常重要的作用，森林生物量和生產(chǎn)力是判斷森林生態(tài)系統(tǒng)碳平衡的基礎數(shù)據(jù)。杉木林是我國南方主要速生用材林，占全國人工林栽種面積的四分之一，在我國的生態(tài)建設與森林生產(chǎn)以及環(huán)境保護中占有重要的地位。近些年來隨著人工林多代連栽，呈現(xiàn)出杉木人工林生產(chǎn)力下降等生態(tài)問題，因而，開展杉木人工林生產(chǎn)力和生物量變化的研究，對于維持杉木林長期生產(chǎn)力具有重要作用，對其生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)營和大徑材的培育具有指導意義。
　　本文利

2、用湖南會同杉木林生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學觀測研究站1996-2009年觀測和實驗數(shù)據(jù)，采用CENTURY模型模擬法，對杉木人工林生產(chǎn)力和生物量進行了模擬和驗證，并對其未來40年生物量和生產(chǎn)力進行了預測，研究結(jié)果如下:
　　(1) CENTURY模型的初始化以土壤碳庫變化為標準，土壤碳庫劃分為土壤慢性庫、惰性庫、活性庫和土壤有機碳總庫。模型經(jīng)過初始化后4個碳庫逐漸達到穩(wěn)定狀態(tài)，分別是占總碳庫3.88％的活性庫穩(wěn)定在2.74t· hm-2

3、;占總碳庫69.39％的慢性庫，模擬值48.55t·hm-2;模擬值為17.45t·hm-2的惰性庫，占總碳庫26.73％;總碳庫模擬值與實驗區(qū)初始土壤水平70.35t·hm-2接近。不同土壤有機碳庫的年際變化在大體趨勢上相同但存在變化。
　　(2)杉木林的生物量模擬值范圍在19.66～188.73t·hm-2之間，實測值范圍在31.10～199.40t·hm-2之間，杉木林生物量模擬值與實測值的變化趨勢接近，線性回歸方程y=1.

4、317x-11.894(R2=0.9371，N=19，P＜0.01)，模擬值與實測值的誤差平方根為27.46t·hm-2，表現(xiàn)為正顯著相關(guān)。
　　(3)杉木林的NPP模擬值范圍在3.37～12.14t·hm-2·a-1之間，實測值范圍在4.44～9.06t·hm-2·a-1之間，模擬值與實測值變化趨勢相一致，對不同林齡的生產(chǎn)力季節(jié)動態(tài)模擬結(jié)果表明，4月到6月是生產(chǎn)力的高峰區(qū)間，這個時段的生產(chǎn)力約占全年生產(chǎn)力的56.22％，其中7a

5、生杉木林在5月達到模擬生產(chǎn)力頂峰為1.05t·hm-2·a-1，14a年杉木林則為1.67t·hm-2·a-1，20a生杉木林最高為1.82t·hm-2·a-1。11月到次年2月期間生產(chǎn)力大大下降，其中7a生杉木生產(chǎn)力在1月份達到最低點為0.07t·hm-2·a-1，14a生杉木林模擬生物量在12月份最低降至0.11t·hm-2·a-1，20a生的植被最低生產(chǎn)力遠高于7a和14a，在1月份達到了0.21t·hm-2·a-1。3種杉木季節(jié)

6、動態(tài)模擬值與實測值的決定系數(shù)R2分別是0.9085、0.8275、0.8893;均方根誤差RMSE依次為0.0290、0.0315、0.3661t·hm-2·a-1。說明模擬值與實測值顯著相關(guān)。
　　(4)對模型的參數(shù)和驅(qū)動變量的靈敏度分析結(jié)果表明，當最適生長溫度上漲10％時，生物量減少16.87％，當最適生長溫度減少10％時，生物量增加9.44％。當潛在生產(chǎn)力系數(shù)上漲10％時，生物量增長7.79％，當潛在生產(chǎn)力系數(shù)減少10％時，

7、生物量減少3.42％。當降水量增加5％時，杉木林生物量增加13.63％，當降水量較少5％時，杉木林生物量減少13.63％。月平均最高溫度增加1℃時，杉木林生物量增加2.46％，月平均最低溫度增加1℃時，杉木林生物量減少0.02％，幾乎保持不變。月平均最低溫度增加1℃時，杉木林生物量減少1.03％，月平均最低溫度減少1℃時，杉木林生物量增加0.14％，當參數(shù)與驅(qū)動變量發(fā)生變動時生物量數(shù)值均能夠在可接受范圍發(fā)生變化，說明模型的參數(shù)和驅(qū)動變量

8、的靈敏度在正常變化范圍之內(nèi)。同時最適生長溫度和潛在生產(chǎn)力系數(shù)屬于CENTURY模型中比較敏感的參數(shù)值和變量。
　　(5)杉木人工林的NPP預測模擬中，T場景為平均溫度上升，模擬初期生產(chǎn)力在2020年平穩(wěn)上升到頂點15.58t·hm-2·a-1后，在模擬后期2050年大幅下降到12.08t·hm-2·a-1，降幅為8.37％;模擬場景P為降水量上升，在2020年左右因為降雨量的大幅增加，植被NPP快速增長，模擬值最高接近16.70t