论文部分内容阅读
气候变化问题已经成为当前国际上关注的热点之一,植被对气候变化的响应也越来越受到专家学者的广泛关注;自由尺度气候数据是预测未来森林生长、分布以及分析森林生态系统响应和适应气候变化的重要数据基础。中国是世界上人工林栽植面积最多的国家,杨树（Populus spp.）作为其中重要的栽植树种之一,将为满足日益增长的木材需求及缓解大气二氧化碳（CO2）浓度水平升高作出重要贡献。本文以杂交杨树无性系I-63（P.deltoides Bartr.cv.‘Havard’）、I-69（P.deltoides Bartr.cv.‘Lux’）、I-72（P.xeuramericana（Dode）Guinier cv.‘San Martino’）及35杨（P.deltoids cv.35）为例,首先,借助区域尺度气候数据及物种分布模型模拟杨树潜在适生区分布的变化趋势,其次,使用林分水平森林生态模型模拟杨树人工林长期生长力及碳储量可持续经营;主要结论如下:借助多源长期固定尺度气候数据,利用双线性距离加权插值和海拔调整方程构建中国降尺度温度和降雨量气候数据模型,并通过全国范围内302个气象站的历史数据对基线气候数据进行了数据验证。结果表明:地理位置变量与月温度变量相关性很高,海拔调整方程拟合效果较好（R2均达到0.91以上）;结合双线性距离加权插值和海拔调整之后的基线数据不仅提高了空间分辨率,且增加了数据精度。针对降雨变量空间位置不敏感的特性,单独使用双线性距离加权插值对降雨变量依然有效。基线数据和距平值叠加算法有效地保证了数据缺失区域的数据完整性,从而保证了精度;但也需注意,鉴于气候环境的随机性和波动性,以及微气候和植被的影响,较长时期平均估计值精度将更为可靠。谐波拟合的三个日温度变量的标准误差均在1℃以下,方差解释量均在97%以上,可以为其它气候变量估算提供有效的精度保证。使用Maxent物种分布模型预测杨树潜在适宜分布区的平均交叉验证AUC值为0.95（标准差0.03）,精度达到优秀水平;不同气候变化情景下的总体变化趋势大体一致,适生区的分布范围增加并向北迁移,不同情景北向迁移距离从小到大依次为:CD情景<Mean情景<WW情景<WD情景,但是,在不同时期和不同气候变化情景下,适生区分布的面积增加幅度有所不同。随着时间的推移,所有气候变化情景下预测的适宜杨树生长的新分布区面积均逐渐增加,同时,气候变化也导致杨树适生分布区部分消失。林分水平森林生态模型（FORECAST）用于评估不同收获强度（整树收获和树干收获,WTH及SOH）、轮伐期长度（最大30年）及栽植密度（最大3000 stem ha-1）对杨树生物量和蓄积量的影响。在未施肥情况下,没有经营情景能够可持续,产量衰退的原因为淋溶及收获导致的养分氮（N）损失,其中WTH比SOH更加严重。随着养分含量的减少,林下植被竞争对树干生物量也有越来越负面的影响;随着轮伐期长度增加,120年模拟期的总树干生物量（TSB）逐渐减小,因此,推迟收获所获得的生产力不能弥补减少收获频率所导致的生产力降低。轮伐期长度及栽植密度也是引起TSB在WTH和SOH间差异的重要决定因素。模拟产生的木材主要分布在5-20 cm直径等级,尽管每个轮伐期的大直径（>20 cm直径等级）木材蓄积量比较小,但是长期多个轮伐期收获总量与天然林分且有相当的可比性。为了获得可持续的适量木材蓄积供应,杨树人工林需要进行大尺度的施肥经营。FORECAST用于模拟不同经营措施（栽植密度、轮伐期长度及施肥）对杨树人工林生态系统及总碳储量的影响。结果表明,生态系统碳储量总是随着栽植密度及轮伐期长度的增加而增加,并且通过施肥维持立地生产力可以明显提高生态系统碳储量。在可持续生产力的林分中,短轮伐期收获木材产品碳储量明显高于长轮伐期,但是,不同直径等级木材使用方式的碳储量变化差异比较明显。在每个轮伐期连续施肥林分中,虽然长轮伐期在TCS1中具有较高的碳储量,但不同轮伐期间的差异相比与生态系统碳储量有明显的减小;此外,长轮伐期在TCS2及TCS3中并不能获得最大的碳储量。TCS2中10年轮伐期长度时收获木材碳储量所占比例达到34%-37%,而30年轮伐期长度的比例只有13%-14%,因此,人工林碳储量研究不能只考虑生态系统碳库,而忽略收获木材产品这一重要碳库,特别是集约经营的短轮伐期林分。