【摘 要】
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本论文基于TREEDYN模型和TREEGROW模型,运用PASCAL语言编写成三个不同的模拟模型,对鼎湖山马尾松林和季风常绿阔叶林进行系统分析。
首先,对TREEDYN模型的树亚模型进行改进
【出 处】
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中国科学院华南植物园 中国科学院华南植物研究所
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本论文基于TREEDYN模型和TREEGROW模型,运用PASCAL语言编写成三个不同的模拟模型,对鼎湖山马尾松林和季风常绿阔叶林进行系统分析。
首先,对TREEDYN模型的树亚模型进行改进,加入不同的采伐措施,目的是演示不同管理措施(包括择伐、皆伐、择伐与皆伐相结合三种方案)下马尾松林生物量及林木氮吸收动态。结果表明:只进行择伐,间隔两年采伐生物量的10%或20%,减缓了生物量的增长,延长了马尾松林的成熟时间,林木的氮吸收也随生物量发生变化;如每年采伐IO%,马尾松林的增长将停滞,生物量将永远保持较低水平;皆伐与择伐措施相结合,方案C(20年时进行一次皆伐,30年择伐生物量的50%,40年再择伐生物量50%)的生物量收获最大,能够带来更大的经济效益。
其次,加入土壤亚模型,构建适合当地马尾松林的模拟模型TREEDEV。树的生长是基于系统的碳、氮平衡,其获得来自叶的光合生产、呼吸、氮在各组织和土壤中的含量以及其它的损失。主要包括:(1)外源驱动变量温度、光照、季节性时间;(2)光合生产模型,主要受温度、光照、季节性时间和土壤氮含量的影响;(3)生物量部分分为叶、枝、材、细根、粗根、同化物、森林凋落物量,其中涉及树木各部分的呼吸、根和叶的更新、生长和增长、结构呼吸以及应急储备等;(4)土壤营养元素碳、氮的动态,包括土壤有机质和凋落物的分解、腐殖化及凋落物氮的矿化和淋溶等,氮的动态还包括植物各器官对氮的需求、氮在凋落中的损失和再分配及土壤中的氮素供应。结合当地实际情况,考虑了凋落物移走和封围保护的方案。文中共考虑了43个参数和22个状态变量对系统的不同方面进行研究,并分析了各参数的灵敏性。模型得出了很好的模拟结果,比较了不受人为干扰与移走凋落物干扰下马尾松林的生长状况,得出移走凋落物对植物的生长是有影响的,其改变了林地的生态条件,凋落物更新受阻,有效氮的吸收和固定也降低,尤其对叶和根的影响较大。低的干扰强度在适当时间(本文在30年)得到围封保护后林地能够得到恢复,但是这样推迟了林分的成熟时间,降低了马尾松林的经济价值。
最后,将TREEDEV模型作为亚模型分三个阶段整合为复合模型FORDYN,使其符合演替模式。模型计算碳、氮在整个森林生态系统演替过程中主要优势物种间及植物-土壤系统各组分(植物树干、叶、枝、根、凋落物、腐殖质,植物可利用的氮)之间的循环情况:(1)生物量部分的模拟表明在150年左右,先锋种从群落中消失,阔叶树种在群落中占主要地位,250年左右,群落被中生性物种所占据,生物量的变化趋于稳定,生态系统成为接近顶极类型的相对稳定的群落;(2)通过对土壤和凋落物的碳氮动态模拟得出,混交林阶段碳氮增加最快,说明混交林在群落结构和组成上变化较大,是进展中的群落。到阔叶林阶段,凋落物与土壤中碳氮含量处于相对稳定状态;(3)氮在土壤—植物—凋落物中的动态模拟表明,随着演替的进展,树年吸收氮量逐渐增加,损失于凋落物中的氮量和土壤中能被植物吸收利用的氮量也增加,说明森林群落的进展演替过程也是土壤养分不断积累的过程;(4)各演替阶段优势种的年呼吸率变化趋势与其生物量的变化趋势相一致,到演替后期,同化作用与呼吸消耗基本保持平衡,呼吸率和生物量的变化基本维持稳定状态。文中对30个模型参数和16个响应变量作了敏感性分析,为其它森林生态系统运用FORDYN模型进行模拟的参数化提供了研究依据。
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