基于随机森林模型的毛竹林CO2通量模拟及其影响因子

摘要

[目的]探究环境因子对毛竹林CO2通量的影响,为亚热带典型森林碳循环模拟提供技术和理论支撑.[方法]基于浙江省安吉县山川乡2011-2014年毛竹林通量塔观测数据,采用随机森林模型对毛竹林CO2通量进行模拟,以均方根误差(RMSE)、决定系数(R2)和林氏调和系数(LCCC)3个指标评价模型精度,并通过计算环境因子重要性得分来分析环境因子对毛竹林CO2通量的影响.[结果]随机森林模型能以较高精度模拟毛竹林CO2通量,但由于2013年7和8月发生极端高温干旱,模型难以刻画这种短时、剧烈的干扰,最终导致测试阶段模型精度(R2=0.845 5,RMSE =0.437 7 mg·m-2s-1,LCCC=0.914 1)低于训练阶段模型精度(R2=0.961 5,RMSE=0.0054 mg·m-2 s-1,LCCC=0.980 1);十折交叉验证表明,随机森林模型拟合效果稳定,且模型内部参数设置合理,模型误差主要来自于输人数据;在月尺度上,环境因子对毛竹林CO2通量影响的重要性得分表现为光合有效辐射PAR(63.332)＞土壤5 cm深处温度Ts(29.932)＞空气相对湿度RH (25.839)＞大气温度TA(25.581)＞空气CO2浓度CCO2(25.095)＞饱和水汽压差VPD(24.123)＞风速Ws (23.504)＞生态系统有效能量AE(19.323)＞土壤热通量QS(18.502),PAR对毛竹林CO2通量变化影响最大,PAR、TS和VPD对毛竹林CO2通量的影响较显著(P＜0.05),这3个因子是影响月尺度上毛竹林CO2通量变化的主导因子.[结论]随机森林模型能以较高精度拟合毛竹林CO2通量;在相关环境因子中,光合有效辐射、土壤5 cm深处温度和饱合水汽压差对毛竹林CO2通量影响的贡献最显著,这3个因子对毛竹林CO2通量月尺度上的变化具有控制作用.