基于InTEC模型的亚热带森林碳循环时空模拟及对气候变化的响应

来源 :浙江农林大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hzduoying001
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森林生态系统储存了全球植被碳库的86%,是调节陆地生态系统与大气碳库之间碳交换巨大的“生物泵”,在应对气候变化中发挥的作用不可代替,而东亚季风区亚热带森林生态系统净生产力总量约为每年7.2亿吨碳,约占全球NEP的8%,挑战了过去普遍认定欧美温带森林是主要碳汇功能区的传统认识。气候变化以及森林年龄变化会影响森林生态系统碳循环,而目前不同年龄时期的亚热带森林的碳收支对气候变化的响应机制还不清楚。因此,本研究以浙江省为亚热带森林研究对象,在森林分布、气象数据(最高温、最低温、降水、太阳辐射、相对湿度)、土壤数据(土壤粉砂粘含量百分比、土壤深度、土壤有效持水力、土壤容重以及土壤萎蔫点)、叶面积指数(LAI)数据、氮沉降数据、地形数据、CO2浓度等数据处理获取的基础上,采用优化后的In TEC(Integrated Terrestrial Ecosystem Carbon Cycle Model),模拟RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5三种气候情景下百年尺度(1979-2079年)浙江省森林净生态系统生产力NEP时空格局,分析NEP时空演化趋势,揭示其对气候变化的响应规律。浙江省地处亚热带北缘,森林覆盖率达到60%以上,且以中幼龄森林为主,因此具有较好的代表性。研究结果将对于阐明我国不同时期亚热带森林碳收支时空分布特征、揭示不同时期碳循环对森林气候变化的气象因子的响应具有重要的理论价值,对亚热带森林生态系统应对未来气候变化的增汇经营管理具有重要的实际指导意义。通过研究,主要得到以下几方面的结论:1、优化得到一套适应亚热带森林碳循环时空模拟的In TEC模型参数,浙江省森林NEP模拟精度较高。其中阔叶林模拟值与实测值的相关系数为0.75,RMSE为20.77g C·m-2·yr-1;竹林模拟值与实测值的相关系数为0.55,RMSE为52.88g C·m-2·yr-1;针叶林模拟值与实测值的相关系数为0.54,RMSE为35.69g C·m-2·yr-1。2、在百年尺度上浙江省NEP时空格局主要呈以下特征:(1)1979-1985年,浙江省森林表现为碳源,NEP总值以3.92Tg·C·yr-1的速度降低,1985年达到最小值-45.60Tg·C,这段时期碳汇总量为-198.47Tg·C。(2)1986-2015年,浙江省森林NEP以1.51Tg·C·yr-1的速度增加,到1989年,浙江省森林从碳源转变为碳汇。1986-2015年间浙江省森林的碳汇总量为720.17Tg·C。(3)2016-2079年,三种气候情景下浙江省森林NEP都有所减低,但碳汇总量呈增加趋势,即在未来气候情景下,浙江省森林生态系统能依然具有较高的碳汇潜力。其中,在RCP2.6情景下,2016-2079年间浙江省森林NEP总值以0.51Tg·C·yr-1的速度减小,碳汇总量为405.51Tg·C;在RCP4.5情景下,2016-2079年间浙江省森林NEP总值以0.42Tg·C·yr-1的速度减小,碳汇总量为491.50Tg·C;在RCP8.5情景下,2016-2079年间浙江省森林NEP总值以0.35Tg·C·yr-1的速度减小,碳汇总量为769.03Tg·C。3、在不同林龄阶段,浙江省森林NEP对气候变化的响应存在差异:(1)幼龄林时期(1979-1999),NEP与温度的相关系数最高为0.55,而降水、太阳辐射、相对湿度与NEP之间的相关系数分别为:0.50、-0.49和0.02,说明气温是幼龄林碳汇能力逐渐增大的重要气候驱动因子。(2)中龄林时期(2000-2015),降水对NEP的影响最大,它与NEP的相关系数达到0.85,而温度、太阳辐射、相对湿度与NEP之间的相关系数分别为:-0.48、-0.59和0.25。(3)森林进入成熟林之后(2016-2079),三种气候情景下NEP均与温度的相关性最高且呈负相关,相关系数分别为-0.64、-0.71和-0.80,说明森林成熟后,气温对NEP具有较大的负面影响。因此,对不同林龄时期的森林应该采取不同的经营措施,这对亚热带森林适应气候变化、维持较高碳汇能力的森林经营方案编制具有重要的实践指导意义。
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