散射辐射变化对森林生态系统光能利用率影响的模拟研究

摘要

太阳辐射中散射辐射比例的改变会影响森林生态系统的光能利用率(Light UseEfficiency, LUE)从而影响其碳汇功能。本项研究以长白山阔叶红松林(CBS)、千烟洲亚热带人工针叶林(QYZ)和鼎湖山亚热带针阔叶混交林(DHS)为研究对象，利用30 min CO2通量以及气象观测数据，采用光响应模型分析了2003-2008年6-8月光合有效辐射中散射辐射部分（简称散射光合有效辐射）对森林生态系统光合特性的影响，并利用植被和土壤相关数据，基于SPAC(Soil-Plant-Atmosphere Continuum)模型，量化分析了2006-2008年6-8月地表接受散射辐射提高10％对CBS、QYZ两种森林生态系统冠层各层以及整层光能利用率的影响。主要研究结论如下: (1)2003-2008年6-8月CBS、QYZ、DHS三种森林生态系统散射辐射占太阳总辐射的比例（Sf/S0）在70％-85％之间的LUE比Sf/S0在55％-70％之间的LUE分别平均提高了14.0％、10.1％和16.0％。 (2)2003-2008年6-8月未受干旱影响条件下CBS、QYZ和DHS三种森林生态系统散射光合有效辐射下植被初始量子效率αf比直接光合有效辐射下初始量子效率ar分别平均提高0.29g CO2 mol-1 photon、0.26g CO2 mol-1photon和0.31g CO2 mol-1 photon;表明在气温、降水适宜时，弱光条件下散射光合有效辐射比直接光合有效辐射更有利于植被对光能的利用。2003-2008年6-8月三种森林生态系统散射光合有效辐射条件下植被最大潜在光合速率βf比直接光合有效辐射条件下的最大潜在光合速率βr均提高了约0.4mg CO2 m-2 s-1;说明在散射光合有效辐射条件下CBS、QYZ、DHS三种森林生态系统的光合潜力比直接光合有效辐射条件下要大。 (3) SPAC模型模拟结果显示，CBS、QYZ生态系统LUE最大值出现在第6层或第7层;其它环境因子维持正常日变化而散射辐射提高10％时，CBS和QYZ生态系统在第10层LUE提高最大。2006-2008年6-8月散射辐射提高10％时，CBS生态系统整个冠层总初级生产力(Gross Primary Productivity, GPP)和LUE分别平均提高了3.4％和16.4％,而QYZ生态系统整个冠层GPP和LUE分别平均提高了2.8％和11.4％;表明在其它环境因子不变的条件下，散射辐射增加有利于森林生态系统光能利用率的提高。

目录

声明

摘要

第一章引言

1．1研究目的和意义

1．2国内外研究进展

1．2．1散射辐射变化对森林生态系统光能利用率的影响

1．2．2其它环境因子变化对森林生态系统光能利用率的影响

1．2．3 SPAC模型对森林生态系统光合生产力的模拟研究

1．3研究内容与技术路线

1．3．1主要科学问题

1．3．2主要研究内容

1．3．3研究技术路线

第二章资料来源与方法

2．2．1数据来源

2．2．2通量数据处理

2．2．3 NEE组分拆分

2．2．4晴空指数及晴天的划分

2．2．5散射辐射计算

2．3光能利用率

2．4 NEE对光的响应

2．5．1 SPAC模型

2．5．2植被参数及土壤参数的设定

2．5．3 SPAC模型参数的敏感性及不确定性分析

第三章森林生态系统光能利用率随散射辐射比例的变化特征

3．1环境因子的时间变化特征

3．2光能利用率的时间变化特征

3．3光能利用率随散射辐射比例的变化特征

3．4本章小结

第四章散射光合有效辐射对森林生态系统光合特性的影响

4．1多云和晴天森林生态系统的光合特性

4．2散射和直接光合有效辐射条件下森林生态系统的光合特性

4．3本章小结

第五章散射辐射变化对森林生态系统光能利用率影响的模拟

5．1 SPAC模型对森林生态系统GPP模拟结果的验证

5．2 SPAC驱动变量及关键参数敏感性分析和不确定性分析

5．2．1驱动变量及关键参数的敏感性分析

5．2．2驱动变量及关键参数的不确定性分析

5．3散射辐射变化对冠层不同层次盛被光能利用率的影响

5．4本章小结

第六章结论与展望

6．1讨论和结论

6．1．1讨论

6．1．2主要结论

6．2研究特色与创新点

6．3不足与展望

参考文献

作者简介

致谢