本文關(guān)鍵詞：基于CBM-CFS3模型的三峽庫(kù)區(qū)主要森林生態(tài)系統(tǒng)碳計(jì)量

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【摘要】：森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳庫(kù),它對(duì)全球碳循環(huán)的貢獻(xiàn)是不可比擬的。三峽庫(kù)區(qū)地處長(zhǎng)江流域中下游,生態(tài)地位特殊,是我國(guó)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重點(diǎn)地區(qū),庫(kù)區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)在保持水土、涵養(yǎng)水源、增加碳匯等方面均發(fā)揮了重要作用。采用模型模擬方法對(duì)庫(kù)區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行碳儲(chǔ)量和生產(chǎn)力的研究,一方面模型模擬的結(jié)果有利于更客觀地評(píng)估三峽庫(kù)區(qū)森林的生態(tài)功能；另一方面,通過(guò)對(duì)模型參數(shù)的本土化改進(jìn),有利于探索更精確的區(qū)域性碳計(jì)量的理論與技術(shù)方法。 本文以長(zhǎng)江三峽庫(kù)區(qū)的馬尾松林、杉木林等主要森林類型為研究對(duì)象,以加拿大碳收支模型CBM-CFS3為平臺(tái),先收集森林資源清查的一類調(diào)查樣地的連續(xù)調(diào)查數(shù)據(jù),運(yùn)用若干種理論生長(zhǎng)函數(shù)模型,通過(guò)比較得出各森林類型最優(yōu)的林分水平的年齡—蓄積產(chǎn)量曲線,作為模型模擬森林碳儲(chǔ)量和生產(chǎn)力的驅(qū)動(dòng)力；然后通過(guò)收集大量文獻(xiàn)樣地資料,采用冪函數(shù)模型和多項(xiàng)logit模型分別估計(jì)出各森林類型的蓄積—生物量轉(zhuǎn)換參數(shù)和林木器官(干、皮、枝、葉)生物量比例參數(shù)。最終,應(yīng)用估算的產(chǎn)量曲線、生物量轉(zhuǎn)換和比例參數(shù)以及收集到的生物量周轉(zhuǎn)和凋落物分解參數(shù),以1999年三峽庫(kù)區(qū)森林資源清查二類調(diào)查數(shù)據(jù)中的林齡,面積等數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),實(shí)現(xiàn)三峽庫(kù)區(qū)的森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量和生產(chǎn)力的模擬計(jì)算。 模型參數(shù)估計(jì)的主要結(jié)論如下： (1)以Richards、Logistic和Korf生長(zhǎng)函數(shù)為備選模型,運(yùn)用非線性回歸方法,分別建立林齡-蓄積量生長(zhǎng)模型,并通過(guò)模型擬合統(tǒng)計(jì)量和抽樣精度檢驗(yàn)的結(jié)果比較,對(duì)各個(gè)模型進(jìn)行評(píng)價(jià),選出適合各森林類型的最優(yōu)模型。結(jié)果表明：Richards模型表現(xiàn)出較強(qiáng)的適應(yīng)性,其次為L(zhǎng)ogistic模型、Korf模型。各主要森林類型的最優(yōu)曲線擬合結(jié)果表現(xiàn)良好,決定系數(shù)R2均達(dá)到0.5以上,均方根誤差在10.99m3·hm"2～21.07m3·hm-2之間,精度檢驗(yàn)的結(jié)果在44%～80%之間。各森林類型的蓄積預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值的殘差呈正態(tài)分布,殘差有隨林齡的增大而增大的趨勢(shì)。針葉混交林的生長(zhǎng)潛力最大,其蓄積生長(zhǎng)極限達(dá)到352.356m3·hm-2;柏木林長(zhǎng)勢(shì)較差,蓄積生長(zhǎng)極值不超過(guò)80m3·hm-2。 (2)蓄積-生物量轉(zhuǎn)換模型的擬合結(jié)果除常綠闊葉林外均關(guān)系顯著,預(yù)測(cè)殘差隨自變量的增大而升高,均方根誤差均控制在6.520t·hm-2～23.123t·hm-2,精度檢驗(yàn)結(jié)果在31.14%～91.79%之間,除常綠闊葉林以外,預(yù)測(cè)精度均達(dá)到70%以上。林木器官生物量比例模型擬合的結(jié)果除常綠闊葉林外均關(guān)系顯著,預(yù)測(cè)殘差隨自變量的增大而減小。干、皮、枝和葉生物量比例模型的均方根誤差均不超過(guò)0.1,分別達(dá)到0.031～0.085,0.005～0.041,0.029～0.103和0.016～0.083,其精度檢驗(yàn)結(jié)果分別達(dá)到91.04%～96.14%,62.71%～94.48%,63.70%～94.47%和-8.86%～83.92%。各森林類型(除常綠闊葉林外)的喬木層地上生物量模型可行性較高,模型所得生物量參數(shù)也可為亞熱帶森林生物量參數(shù)研究提供參考。 模型模擬主要結(jié)果如下： (1)三峽庫(kù)區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)的死有機(jī)質(zhì)(DOM)碳庫(kù)的碳儲(chǔ)量達(dá)到103.636×106t,其中地下DOM碳儲(chǔ)量是地上DOM碳儲(chǔ)量的3倍以上。對(duì)不同森林類型而言,馬尾松林的DOM碳儲(chǔ)量最高(占庫(kù)區(qū)森林總DOM碳儲(chǔ)量的26.1%),其后由大到小依次為落葉闊葉林(22.7%)、針闊混交林(20.2%)、針葉混交林(15.2%)、柏木林(5.5%)、常綠闊葉林(5.0%)、杉木林(3.4%)和溫性松林(1.9%)。不同森林類型的DOM碳庫(kù)的碳密度差異很大,表現(xiàn)為針葉林的DOM碳密度明顯小于闊葉林和混交林,尤其是柏木林的各類DOM碳密度均為最低,針闊混交林的DOM碳密度最大。 (2)三峽庫(kù)區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)總有機(jī)碳儲(chǔ)量達(dá)到151.018×106t,其中土壤有機(jī)質(zhì)的碳儲(chǔ)量高達(dá)80.163×106t,占總森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量的53.1%,植被生物量的碳儲(chǔ)量為47.382×106t(31.4%),枯落物的碳儲(chǔ)量為23.472×106t(15.5%)。不同森林類型的生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量差異較大,在3.144×106t到40.706×106t之間,分布面積最大的馬尾松林的生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量最高,生產(chǎn)力較低的柏木林總有機(jī)碳儲(chǔ)量最低。三峽庫(kù)區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)(植被、凋落物、土壤)的平均碳密度達(dá)107.353t·hm-2,低于全國(guó)平均水平258.83t·hm-2,遠(yuǎn)低于約275t.hm-2的世界平均水平(植被、土壤)。平均土壤有機(jī)質(zhì)碳密度為56.984t·hm-2,植被碳密度為33.682t.hm-2,枯落物碳密度為16.685t·hm-2。針葉林的生態(tài)系統(tǒng)碳密度要小于闊葉林和混交林,針葉林中又屬柏木林的碳密度最�。会橀熁旖涣值奶济芏茸畲�；各森林類型的植被、枯落物和土壤有機(jī)質(zhì)碳庫(kù)的碳密度大小與其總碳密度大小正相關(guān)。 (3)三峽庫(kù)區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)凈第一性生產(chǎn)力(NPP)和凈生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力(NEP)的模擬結(jié)果表明：庫(kù)區(qū)內(nèi)森林植被的平均NPP為3.92t C·hm-2·a-1,其中超過(guò)三分之二的碳被分配給凋落物,造成2.71t C.hm-Z.a-1的碳排放,平均NEP為1.21t C·hm-2·a-1。庫(kù)區(qū)植被年均固定大氣中的C共5.513×106t,其中有1.694×106t C被固存在生態(tài)系統(tǒng)中,并因凋落物分解而釋放3.819×106Mg C歸還給大氣。各森林類型的年均NPP在2.20tC·hm-2·a-1～5.08t C·hm-2·a-1之間,柏木林的碳固定能力最低,針闊混交林最高,其它森林類型的NPP由高至低依次為：針葉混交林常綠闊葉林落葉闊葉林馬尾松林杉木林溫性松林。各森林類型的碳固存能力與其固定碳的能力并不一致,年均NEP在0.63t C·hm-2·a-1～-2.14t C·hm-2·a-1之間,由高至低分別為：針葉混交林馬尾松林杉木林常綠闊葉林落葉闊葉林針闊混交林溫性松柏木林。 通過(guò)與實(shí)測(cè)推算數(shù)據(jù)的對(duì)比驗(yàn)證,CBM-CFS3模型模擬出的森林植被碳密度結(jié)果合理；凋落物碳密度的估算結(jié)果大于實(shí)測(cè)推算數(shù)據(jù),土壤有機(jī)碳密度則較低,遠(yuǎn)低于全國(guó)平均水平；模型死有機(jī)質(zhì)中包含對(duì)死木的估算造成了凋落物碳密度的高估,而模型DOM碳庫(kù)的初始化方法造成土壤有機(jī)碳密度的低估；NPP的估計(jì)結(jié)果基本與實(shí)測(cè)推算數(shù)據(jù)相一致�？偟膩�(lái)說(shuō),模型模擬得出的三峽庫(kù)區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)的平均碳密度低于全國(guó)平均水平,遠(yuǎn)低于世界平均水平,但其林齡結(jié)構(gòu)以中幼齡林為主,未來(lái)庫(kù)區(qū)森林的固碳潛力巨大。
【關(guān)鍵詞】：CBM-CFS3 三峽庫(kù)區(qū) 森林 碳儲(chǔ)量 碳密度 凈第一性生產(chǎn)力
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：S718.5
【目錄】：

• 摘要5-8
• ABSTRACT8-18
• 第一章 緒論18-41
• 1.1 研究背景18-19
• 1.2 研究目的和意義19-20
• 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀20-33
• 1.3.1 森林碳循環(huán)模型的發(fā)展20-21
• 1.3.2 森林碳循環(huán)模型的分類21-23
• 1.3.3 森林碳循環(huán)模型的結(jié)構(gòu)23-25
• 1.3.4 區(qū)域尺度的典型森林碳循環(huán)模型研究25-32
• 1.3.5 森林碳循環(huán)模型的發(fā)展趨勢(shì)32-33
• 1.4 我國(guó)在森林碳循環(huán)模型和碳計(jì)量方面的研究進(jìn)展33-38
• 1.4.1 主要進(jìn)展33-36
• 1.4.2 存在的問(wèn)題36-38
• 1.5 主要研究?jī)?nèi)容及擬解決的科學(xué)問(wèn)題38-39
• 1.5.1 主要研究?jī)?nèi)容38-39
• 1.5.2 擬解決的科學(xué)問(wèn)題39
• 1.6 研究技術(shù)路線39-41
• 第二章 研究區(qū)域概況41-46
• 2.1 地理位置41
• 2.2 植被41-44
• 2.3 氣候44-45
• 2.4 土壤45-46
• 第三章 加拿大碳收支模型CBM-CFS346-57
• 3.1 CBM-CFS3模型的發(fā)展與特點(diǎn)47-48
• 3.2 CBM-CFS3模型的基本原理48-57
• 3.2.1 模型結(jié)構(gòu)48-50
• 3.2.2 模型中的碳庫(kù)構(gòu)成50-52
• 3.2.3 模型參數(shù)系統(tǒng)52-53
• 3.2.4 數(shù)據(jù)要求53-56
• 3.2.5 數(shù)據(jù)輸出56-57
• 第四章 林分年齡-蓄積生長(zhǎng)曲線表的編制57-65
• 4.1 材料來(lái)源57-58
• 4.2 生長(zhǎng)模型方法58-60
• 4.3 結(jié)果分析60-62
• 4.4 討論62-65
• 4.4.1 林分生長(zhǎng)曲線的作用62-64
• 4.4.2 林分生長(zhǎng)曲線的適用性64-65
• 第五章 蓄積-生物量轉(zhuǎn)換參數(shù)的估計(jì)65-80
• 5.1 材料來(lái)源66-68
• 5.2 CBM-CFS3的生物量模型結(jié)構(gòu)68-69
• 5.3 蓄積-生物量轉(zhuǎn)換參數(shù)的算法69-72
• 5.4 結(jié)果分析72-77
• 5.4.1 蓄積—生物量轉(zhuǎn)換參數(shù)72-73
• 5.4.2 林木器官生物量比例參數(shù)73-74
• 5.4.3 精度檢驗(yàn)結(jié)果74-77
• 5.5 結(jié)論與討論77-80
• 5.5.1 模型的合理性77-78
• 5.5.2 模型參數(shù)的適用性78
• 5.5.3 森林中的其它生物量部分78-79
• 5.5.4 地下生物量及其動(dòng)態(tài)79-80
• 第六章 凋落物分解與死有機(jī)質(zhì)碳庫(kù)80-96
• 6.1 生物量周轉(zhuǎn)與凋落物轉(zhuǎn)移80-83
• 6.1.1 死有機(jī)質(zhì)碳庫(kù)的碳輸入80-81
• 6.1.2 生物量周轉(zhuǎn)和凋落物轉(zhuǎn)移參數(shù)81-83
• 6.2 DOM碳庫(kù)中的凋落物分解過(guò)程83-89
• 6.2.1 CBM-CFS3的凋落物分解模型83-86
• 6.2.2 凋落物分解參數(shù)86-89
• 6.3 死有機(jī)質(zhì)庫(kù)的模型初始化89-90
• 6.4 三峽庫(kù)區(qū)各森林類型DOM碳庫(kù)的碳儲(chǔ)量及碳密度90-94
• 6.4.1 各森林類型的DOM碳庫(kù)的碳儲(chǔ)量91-92
• 6.4.2 各森林類型的DOM碳庫(kù)的碳密度92-94
• 6.5 討論94-96
• 6.5.1 凋落物輸入對(duì)土壤碳庫(kù)的影響94
• 6.5.2 凋落物分解的影響因子94-96
• 第七章 三峽庫(kù)區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)的碳儲(chǔ)量與生產(chǎn)力96-110
• 7.1 三峽庫(kù)區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)的碳儲(chǔ)量96-100
• 7.1.1 森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量的組成96-97
• 7.1.2 三峽庫(kù)區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量及碳密度97-100
• 7.2 森林生態(tài)系統(tǒng)的凈初級(jí)生產(chǎn)力和凈生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力100-104
• 7.2.1 森林生態(tài)系統(tǒng)NPP與NEP的模型方法100-102
• 7.2.2 三峽庫(kù)區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)的NPP和NEP102-104
• 7.3 模型模擬結(jié)果的比較性檢驗(yàn)104-106
• 7.4 討論106-110
• 7.4.1 三峽庫(kù)區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)對(duì)碳匯的貢獻(xiàn)106
• 7.4.2 模型模擬方法的優(yōu)勢(shì)106-107
• 7.4.3 CBM-CFS3模型的局限性107-108
• 7.4.4 CBM-CFS3模型的不確定性108-110
• 第八章 總結(jié)與展望110-113
• 8.1 總結(jié)110-111
• 8.2 展望111-113
• 參考文獻(xiàn)113-126
• 在讀期間的學(xué)術(shù)研究126-127
• 致謝127

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：856323