發(fā)布時間：2017-05-22 13:01

  本文關(guān)鍵詞：祁連山區(qū)青海云杉林生長過程及其固碳能力研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：森林有著固碳釋氧的作用,在應(yīng)對全球變曖時,它可作為一個碳匯在降低大氣CO2濃度中發(fā)揮著積極的作用。值得注意的是,溫帶森林雖然僅占陸地面積的8%,但它承擔(dān)著陸地上大約40%的碳吸收。然而,我國西北祁連山區(qū)的溫帶森林經(jīng)歷過長期的砍伐,這對祁連山區(qū)的森林固碳作用影響很大。如果將砍伐的森林進(jìn)行合理恢復(fù)并將退化的森林進(jìn)行合理的保護(hù),森林將會固定更多的碳,這對降低大氣中CO2濃度、減緩全球變暖有重要的現(xiàn)實意義。本文以祁連山的建群種青海云杉為研究對象,研究了其生長過程與生境適宜度模型,得到了青海云杉林的優(yōu)先恢復(fù)與保護(hù)區(qū),并對青海云杉林的固碳能力進(jìn)行了全面而科學(xué)的評價。也希望森林生長過程的研究能為祁連山區(qū)森林生態(tài)水文的研究提供一些參考,并且期望本研究能為其他森林砍伐區(qū)的森林恢復(fù)與保護(hù)以及森林固碳能力研究方面提供一些方法上的參考。本文的研究內(nèi)容大致分兩部分,一是利用基于模型模擬的手段和基于數(shù)理統(tǒng)計的方法分別對青海云杉林的生長過程(材積生長和生物量變化)進(jìn)行了研究,在其中為了驅(qū)動模型模擬,作者改進(jìn)了一個山區(qū)氣候模擬器為其提供日氣象數(shù)據(jù)輸入；二是首先構(gòu)建了青海云杉林的生境適宜度模型并估算了其生境適宜度和潛在分布區(qū),然后在第一部分研究結(jié)果的基礎(chǔ)上,作者估算了研究區(qū)內(nèi)青海云杉林的潛在固碳量并評價了不同生境適宜度下青海云杉林的固碳能力�；谝陨涎芯績�(nèi)容,本文得到如下結(jié)論：1.改進(jìn)山區(qū)氣候模擬器(MTCLIM)方面(1)許多要素影響著日溫度(最高溫與最低溫)和日降水的預(yù)測,而在山區(qū)內(nèi),地形屬性和風(fēng)向是最主要的因子；在MTCLIM中,引入地形屬性和風(fēng)向可以大大提高其對日最低溫與最高溫、日降水以及日相對濕度的預(yù)測精度。(2)原始的MTCLIM不適合擁有較少且分散參考?xì)庀笳镜纳絽^(qū),并且它不能進(jìn)行氣象要素的空間預(yù)測,而改進(jìn)后的MTCLIM在一定程度上可以解決這些問題。(3)改進(jìn)后的MTCLIM可以在日尺度上提供氣象要素的空間分布數(shù)據(jù)；利用24個自動氣象站的短期觀測資料驗證這些氣象數(shù)據(jù)之后,其RMSE和MAE低于其他研究的值,因此,本研究獲取的日最低溫與最高溫和日降水的空間分布數(shù)據(jù)可以為研究區(qū)內(nèi)的分布式水文模型或生態(tài)模型提供日氣象數(shù)據(jù)輸入。2.青海云杉林生長過程研究方面(1)青海云杉的材積生長過程(碳量累積過程)是可以用BIOME-BGC的機理來解釋的,但在模擬時,需要大量生態(tài)生理參數(shù)來驅(qū)動模型,此外,氣象數(shù)據(jù)的精確性會影響模擬精度；但是本文的研究沒有考慮樹木的自然稀疏過程,僅僅是在林分樹木密度不變的情況下研究青海云杉林的生長過程。(2)在利用BIOME-BGC("normal simulation"運行)估算青海云杉林的材積量時,冠幅投影面積(CPA)的引入不僅能使BIOME-BGC在單株尺度上對樹木材積進(jìn)行估算,而且能校準(zhǔn)樣地材積量在樣地年齡較小時期的過高估算以及在樣地年齡較大時期的過低估算。盡管,這種校準(zhǔn)可能只對未發(fā)生稀疏現(xiàn)象的幼齡林和中齡林有用,而對于樹冠面積與樣地面積處于動態(tài)相等的成熟林與過熟林作用不大,但是CPA的引入對于我們模擬林分生長早期有很重要的作用。因而,我們建議在BIOME-BGC中引入CPA,以此提高BIOME-BGC模擬碳量的精度。(3)在樣地尺度上,青海云杉林的生物量是關(guān)于樣地總材積和樣地樹木密度的一個函數(shù),這個函數(shù)能很好地實現(xiàn)生物量由單株向樣地尺度的轉(zhuǎn)換。青海云杉林的生物量隨著森林年齡的增加呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢,青海云杉林的生物量處于一個時刻變動的過程當(dāng)中；并且當(dāng)青海云杉樣地年齡約為183年時,其單位面積的生物量達(dá)到最大。此外,青海云杉林分生物量在空間上的分布會呈現(xiàn)出一定的地帶性,這是由不同地區(qū)不同的水熱條件引起的,在超體積生態(tài)位的空間里,不同環(huán)境變量的組合導(dǎo)致了青海云杉林不同的生長狀況,也影響了其累積的生物量。3.青海云杉林生境適宜度研究方面(1)研究區(qū)內(nèi)青海云杉林的生境適宜度和潛在分布區(qū)可以用多年平均7月氣溫、多年平均降水量以及年太陽輻射模擬得到；多年平均7月氣溫、多年平均降水量以及年太陽輻射分為11.5 ℃、380 mm和2×103 kWh/m2時,研究區(qū)內(nèi)青海云杉林的生境最好,最適宜青海云杉林的生長。(2)通過青海云杉林實際分布區(qū)與較高生境適宜區(qū)(適宜度值為0.627-1)的比較,青海云杉林在研究區(qū)內(nèi)有很高的恢復(fù)潛力；研究區(qū)內(nèi)優(yōu)先保護(hù)區(qū)和優(yōu)先恢復(fù)區(qū)的面積分別為56.65 km2和43 km2,這些區(qū)域內(nèi)的青海云杉林將會固定更多的碳。(3)在全球變暖的背景下,全球范圍內(nèi)受破壞森林的保護(hù)與恢復(fù)對于碳固定至關(guān)重要。本研究的方法可能會對其他地區(qū)的森林決策者在實施森林保護(hù)和恢復(fù)計劃時提供必要的幫助,這些計劃的實施可以減少大氣中的CO2濃度,有助于減緩甚至遏制全球變暖。4.青海云杉林固碳能力研究方面(1)在生物量方程中將年齡設(shè)定為183年時,恢復(fù)區(qū)內(nèi)青海云杉林的碳量為179-182 t/hm2,碳量變化不大,這可能是恢復(fù)區(qū)內(nèi)較小的水熱差異造成的；此外,恢復(fù)區(qū)內(nèi)的平均碳量可達(dá)為180t/hm2,說明青海云杉林有很強的固碳能力,恢復(fù)區(qū)內(nèi)青海云杉林的潛在碳量總量為7.3×106t。(2)青海云杉林在不同的生境適宜度下其固碳能力不等,在較高的生境適宜度下能固定更多的碳量。(3)通過計算不同生境適宜度下青海云杉林的水分利用率,發(fā)現(xiàn)高的生境適宜度下青海云杉林可以利用相對較少的水量合成更多的碳量。(4)青海云杉林有巨大的潛在碳量存在,合理的森林恢復(fù)方式和保護(hù)方式能讓青海云杉林固定更多的碳,在實際的工作中,可以先從青海云杉林的優(yōu)先保護(hù)區(qū)和優(yōu)先恢復(fù)區(qū)入手。
【關(guān)鍵詞】：青海云杉 MTCLIM 材積 生物量 BIOME-BGC 生境適宜度 固碳能力
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：S791.18
【目錄】：

• 中文摘要3-6
• Abstract6-13
• 第一章 緒論13-26
• 1.1 研究背景13-17
• 1.1.1 森林在減緩全球變暖中的作用13-15
• 1.1.2 森林在干旱區(qū)內(nèi)陸河流域中的角色15-17
• 1.2 問題提出17-18
• 1.3 研究目的與意義18-19
• 1.4 研究進(jìn)展19-23
• 1.4.1 森林保護(hù)與恢復(fù)研究19-20
• 1.4.2 森林生長研究20-22
• 1.4.3 山區(qū)氣候研究22-23
• 1.5 研究內(nèi)容及技術(shù)路線23-26
• 第二章 研究區(qū)概況26-31
• 2.1 祁連山區(qū)基本概況26-29
• 2.1.1 地理位置26-27
• 2.1.2 氣候條件27
• 2.1.3 地貌條件27
• 2.1.4 土壤條件27-28
• 2.1.5 水文條件28-29
• 2.1.6 植被分布29
• 2.2 研究區(qū)相對位置29-31
• 第三章 祁連山區(qū)氣象數(shù)據(jù)的時空估算31-47
• 3.1 數(shù)據(jù)收集31-33
• 3.2 MTCLIM的改進(jìn)33-37
• 3.2.1 日最低溫與最高溫33-34
• 3.2.2 日降水34-36
• 3.2.3 日相對濕度36-37
• 3.3 模擬策略以及評價指標(biāo)37-38
• 3.4 MTCLIM改進(jìn)前后性能的比較與分析38-43
• 3.4.1 日最低溫與最高溫38-40
• 3.4.2 日降水40-41
• 3.4.3 日相對濕度與總輻射41-43
• 3.5 祁連山區(qū)日最低溫、最高溫和降水的空間化及其驗證43-46
• 3.6 小結(jié)46-47
• 第四章 青海云杉林林分生長過程的模擬47-64
• 4.1 研究樹木生長的思路47-48
• 4.2 BIOME-BGC簡介48-50
• 4.3 實驗設(shè)計和數(shù)據(jù)收集50-52
• 4.4 BIOME-BGC運行參數(shù)的確定52-55
• 4.5 青海云杉林材積量的估算55
• 4.6 結(jié)果與分析55-60
• 4.6.1 青海云杉冠幅投影面積55-57
• 4.6.2 單株尺度上青海云杉材積57-58
• 4.6.3 樣地尺度上青海云杉材積58-60
• 4.7 討論60-62
• 4.7.1 青海云杉林材積的模擬60-61
• 4.7.2 青海云杉材積和冠幅投影面積在時間序列上的獲取61
• 4.7.3 影響B(tài)IOME-BGC模擬精度的要素61-62
• 4.7.4 BIOME-BGC的應(yīng)用62
• 4.8 小結(jié)62-64
• 第五章 青海云杉林生物量模型的構(gòu)建64-69
• 5.1 實驗設(shè)計和數(shù)據(jù)收集64-65
• 5.2 林分生物量模型65
• 5.3 青海云杉林生物量與年齡和立地環(huán)境的關(guān)系65-66
• 5.4 結(jié)果與分析66-67
• 5.5 討論67-68
• 5.6 小結(jié)68-69
• 第六章 青海云杉林生境適宜度模型的構(gòu)建69-84
• 6.1 物種生境適宜度模型69-70
• 6.2 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備70-73
• 6.2.1 數(shù)據(jù)收集和處理70-72
• 6.2.2 環(huán)境變量的選擇以及空間化72-73
• 6.3 青海云杉林生境適宜度模型的構(gòu)建73-74
• 6.4 青海云杉林的生境特征和適宜度的空間分布74-77
• 6.5 模型性能評價77-80
• 6.6 研究區(qū)內(nèi)青海云杉林的優(yōu)先保護(hù)區(qū)和恢復(fù)區(qū)80-81
• 6.7 討論81-83
• 6.7.1 青海云杉林的生境適宜度81-82
• 6.7.2 青海云杉林的恢復(fù)與保護(hù)82
• 6.7.3 生境適宜度模型在其他森林砍伐區(qū)的應(yīng)用82-83
• 6.8 小結(jié)83-84
• 第七章 青海云杉林固碳能力分析84-91
• 7.1 研究區(qū)內(nèi)青海云杉林的潛在碳量84-86
• 7.2 青海云杉林固碳能力分析86-90
• 7.2.1 不同生境適宜度下青海云杉林的固碳量86-88
• 7.2.2 不同生境適宜度下青海云杉林的水分利用率88-90
• 7.3 小結(jié)90-91
• 第八章 結(jié)論與展望91-95
• 8.1 結(jié)論91-93
• 8.2 展望93-95
• 參考文獻(xiàn)95-103
• 附錄1103-104
• 在學(xué)期間科研工作情況104-108
• 致謝108

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：祁連山區(qū)青海云杉林生長過程及其固碳能力研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：385748