基于光合法和生物量法分析塔里木沙漠公路防护林带碳汇估算差异性

【目的】研究基于光合法和生物量法分析塔里木沙漠公路防护林带碳汇估算差异性,为干旱荒漠区人工林管护和碳储量的评估提供科学依据。【方法】以新疆塔克拉玛干沙漠公路沿线人工防护林为研究对象,对比光合速率模型和生物量模型,估算防护林带3种主要建林植物各自光合速率及筛选最优生物量模型,进而估算其固碳能力及碳储量。【结果】3种植物在光合固碳模型中,单位叶面积固碳量差异显著,表现为梭梭>沙拐枣>柽柳;3种植物生物量最优模型均为幂函数,预测值与实测值回归决定系数在90%以上。光合固碳法估算得到的沙漠公路防护林带总固碳量为567431.68 t,生物量法估算的值为565083.75 t,2种方法估算得到的固碳量相当。【结论】3种植物固氮量差异显著(梭梭>沙拐枣>柽柳),模型效果精确可靠。

2000—2030年多级流域尺度下重庆市林地景观格局碳储量变化

[目的]分析多级流域林地变化对碳储量变化的影响,预测未来多级流域碳储量变化趋势,为从流域角度的地区林地可持续发展以及碳中和政策实施提供一定的科学依据。[方法]以重庆市为研究区,运用PLUS模型、景观格局指数、生物量扩展因子法、灰色关联度等方法,分析2000—2030年多级流域尺度下重庆市林地与碳储量的时空动态变化,探究了自然情景发展下林地格局变化与碳储量的关联度。[结果](1)2000—2020年,林地面积增加3404.55 km~2,主要来自耕地转换;一级流域林地景观格局总体趋向于聚集化与规则化,破碎程度相对减少;二级流域内“区与群”的林地格局变化历史规律与未来趋势方面存在差异;(2)前20 a,林地碳储量呈现增加—减少趋势,总碳储量增加,其中一级流域洞庭湖水系碳储量增加最多,而二级流域碳储量增量高值区域由北向南移动;(3)预测2030年总碳储量增加,且与不规则指数具有较强关联度。[结论]不同流域尺度下,不同林地景观格局指数与碳储量的相关性存在差异,未来可以从流域角度出发制定有效措施,提高碳汇效益实现碳中和目标。

森林生物量的估算方法及其研究进展

总结分析生物量模型(包括相对生长关系和生物量-蓄积量模型)和生物量估算参数这2类常用的生物量估算方法,提出今后我国在森林生物量估算领域的研究重点:1)整合经验相对生长方程;2)系统研究生物量估算参数的规律性及其不确定性;3)构建以传统估算方法和3S技术相结合的生物量估算系统。

关于灌木生物量建模方法的改进

关于灌木生物量建模方法的改进张峰，上官铁梁李素珍（山西大学生物系，太原０３０００６）（太原治金工业学校，０３０００２）ＩｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｎｔｈｅＭｏｄｅｌｌｉｎｇＭｅｔｈｏｄｏｆＢｉｏｌｍａｓｓｏｆＢｒｕｓｈ￥ＺｈａｎｇＦｅｎｇ；ＳｈａｎｇｇｕａｎＴｉｅｌｉａｎｇ（Ｄｅｐａｒｔ－ｍｅｎｔｏｆＢｉｏｌｏｇｙ，ＳｈａｎｘｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔａｉｙｕａｎ０３０００６），ＬｉＳｕｚｈｅｎ（ＴａｉｙｉｉａｎＭｅｔａｌｌｉｔｒｇｉｃａｌＳｃｈｏｏｌ，Ｔａｉｙｕａｎ０３０００２）．ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＶＥｃｏｌｏｇｙ，１９９３，１２（６）：６７－６９．ＤｕｒｉｎｇｍａｋｉｎｇｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｂｉｏｍａｓｓｏｆＥｌａｅａｇｎｕｓｍｏｌｌｉｓ，ｔｈｅｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｂｉｏｍａｓｓｉｓｂｕｉｌｔｂｙｒｅｐｌａｃｉｎｇＤ￣２ＨｗｉｔｈＣＨ，Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｎｏｔｏｎｌｙｉｔｉｓｃｏｎｖｉｎｉｅｎｔｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｗｏｒｋ。

基于EFAST方法的AquaCrop作物模型参数全局敏感性分析

【目的】敏感性分析是作物模型本地化过程中的重要环节,对作物模型的校正与应用有重要的意义。【方法】本研究以国家精准农业示范研究基地2012—2013、2013—2014和2014—2015年冬小麦试验为研究对象,采用全局敏感性分析方法扩展傅里叶幅度检验法(Extended Fourier Amplitude Sensitivity Test,EFAST)对AquaCrop模型42个作物参数进行敏感性分析,以评估模型在北京地区的敏感参数。【结果】(1)对干生物量敏感作物参数是:水分和温度胁迫参数(生物量生产的最小生长度(stbio),引起冠层早衰的土壤水分消耗上限(psen))、生物量和产量参数(归一化水分生产力(wp))、蒸散参数(作物冠层形成后到衰老之前的作物系数(kcb))、作物冠层和物候发展参数(冠层生长系数(cgc),从播种到出苗时长(eme),最大冠层覆盖度(mcc),冠层衰老系数(cdc),从播种到成熟的时长(mat),产量形成过程中收获指数的建立长度(hilen))。其中stbio,kcb,wp和cgc 4个作物参数敏感性指数最大;(2)对冠层覆盖度最敏感的参数是:作物冠层和物候发展参数(cgc,mcc,每公顷株数(den),出苗率达到90%时的土壤覆盖度(ccs),mat和cdc)、根区发展参数(最大有效根深(rtx))、水分和温度胁迫参数(psen)、蒸散参数(kcb);(3)对产量最敏感的参数是作物冠层和物候发展参数(从播种到开花时长(flo),mat,cdc,hilen和从播种到开始衰老时长(sen))、水分和温度胁迫参数(psen)、生物量和产量参数(参考收获指数(hi)和wp)、蒸散参数(kcb)。【结论】利用EFAST方法对AquaCrop模型中的作物参数进行一阶和全局敏感分析,最大干物量的敏感性分析结果以及干生物量随时间变化的敏感性分析结果显示,敏感性参数的选择上差异不大,但排序上存在较大的差异,最大干生物量的敏感性分析不能分析作物参数对干生物量在整个生育期的影响,结果不全面;冠层覆盖度随时间变化的一阶和全局敏感性分析结果显示,在敏感参数的选择和排序上均有较好的一致性,全局敏感性分析中作物参数的敏感性指数更高,对冠层覆盖度的影响表现得更明显。本研究结果用于AquaCrop模型本地化,可提高该模型在北京地区的模拟效率和模拟精度。

基于不同三组分模型解析生物质热解过程

三组分模型(three-pseudocomponent model)通常被用来表征生物质热解过程。传统三组分模型中单个模型的反应级数被限定为1或3。在本研究过程中,利用非线性最小二乘法,在不限定反应级数的前提下回归三组分模型动力学参数(活化能、指前因子、反应级数)。通过研究发现,纤维素(cellulose)分解反应级数接近1,与前人结果相一致。木质素(lignin)分解级数与生物质种类有关,接近于1或3。半纤维素(hemicellulose)的分解过程最复杂,其反应级数在1.5～4之间变化。以Ozawa方法计算得到的活化能作为相对标准,对3种三组分模型进行比较,发现反应级数未确定时的模型比其他两种模型更精确地表征生物质热解过程。

林分生物量碳计量模型的比较研究

选取3个天然林群落作为研究对象,利用3种包含不同计量参数的生物量碳计量模型,即生物量因子法、异速生长方程法及材积源生物量法,分别计算林分碳储量并比较分析各模型计量结果的差异。结果表明:生物量因子法与材积源生物量法计算所得林分平均碳密度相近,分别为155.56和152.82 Mg·hm-2,异速生长方程法的结果偏低,为118.44 Mg·hm-2,生物量因子法计算的不同群落的林分碳储量比异速生长方程法的高22.11%~43.02%;各群落的立木结构及物种组成存在显著差异,均方根误差分析显示生物量因子法对群落碳密度的差异反应最为敏感,计量精度最高;各方法计量结果均显示中、大径级立木是林分碳储量的主要贡献者,中径级立木与大径级立木中计量精度较高的模型分别是异速生长方程法与生物量因子法。综合考虑计量精度及参数获取的便利性,3种计量模型各有优势,在实际应用中可以根据具体情况选择较为适合的模型,一般情况下可使用材积源生物量法,能便利地获得与采用包含木材密度参数的生物量因子法最接近的计量结果。

生物质焦油模型化合物脱除研究进展

生物质气化过程中形成的焦油不仅降低了生物质能的利用率,增加了系统的维护费用,而且严重影响了气化系统的长期稳定运行,如何高效脱除气化过程中的焦油成为研究者亟待解决的问题。由于生物质焦油的组成成分非常复杂,因此选择具有代表焦油组成特征的模型化合物进行研究具有重要的现实意义。本文从典型的焦油模型化合物的热解机理出发,从实验研究和理论计算两个方面综述了焦油模型化合物的脱除路径;以过渡金属催化剂为代表,概述其催化裂解焦油的反应机理;介绍了催化分解法中最新开发的催化剂以及等离子体法处理焦油的研究进展并总结了各自的特点;最后对未来高效脱除焦油技术前景进行了分析。

小陇山油松林乔木层生物量相容性线性模型

以甘肃小陇山的油松林分为对象,应用图形分析、相关分析和回归分析法,建立了基于森林资源调查资料的林分生物量相容性线性模型。结果表明,小陇山油松林分各组分生物量(W)与林分活立木蓄积量(V)、与林分平均胸径-平均树高-林分密度(D-2-Hρ)均存在极其显著的线性相关关系。采用代数和法,建立了W=a+bV、W=a+b(D-2-Hρ)2种形式的林分乔木层生物量相容性线性模型,以95%的可靠性估计,2种形式模型的预估精度均在95%以上。理论上证明了W=a+bV这种建立在林分水平上的生物量线性估计模型可直接推广应用到区域尺度。

帽儿山林场森林生物量估测及时空动态格局分析

采用东北林业大学帽儿山实验林场1990年和2004年的固定样地调查数据及一元生物量预估模型,计算得到林场内各样地单位面积生物量,并运用地理信息系统的插值法得到整个研究地区的森林生物量分布图。在此基础上,分析了研究地区生物量的动态变化趋势及生物量与地形因子之间的关系。结果表明,经过10多年的经营,该地区的生物量呈增加趋势,生物量与海拔和坡度呈显著的相关性。通过回归分析,得到生物量与海拔高度的回归方程,并通过了统计检验。

流化床生物质气化动力学模型建立

在生物质气化建模中有两种模型研究方法,一种是热力学模型,一种是动力学模型。动力学模型以反应动力学为基础,能真实地反映气化炉内的气化过程,并且对最终生物质气化气成分的预测较为准确,从而能够保证找到一组最佳气化条件(气化温度、气化剂当量比等),使得生物质气化过程达到最优。本文借鉴煤气化动力学建模的启发,在综合考虑平衡模型和动力学模型优点之上,探讨了一种包括热分解、气化以及可能存在的二次反应三个过程在内的整体生物质气化动力学建模方法。

机械弹性车轮纯外倾力学特性刷子理论建模

为研究机械弹性车轮的外倾特性,本文对机械弹性车轮的结构特征及承载特性进行分析,建立了不考虑0轮弹性的机械弹性车轮外倾力学特性刷子理论模型。推导出纯外倾时车轮的侧向力、回正力矩及翻转力矩表达式。利用ABAQUS建立包含橡胶材料超弹性及接触大变形等非线性特征的机械弹性车轮三维有限元模型,并通过垂向加载试验验证了仿真模型的可靠性。对机械弹性车轮外倾特性的仿真值、理论值进行对比分析,结果表明所建立的机械弹性车轮外倾特性刷子模型具有良好的精度。该研究为机械弹性车轮外倾纵滑及外倾侧偏等复合工况的力学特性建模提供了理论指导。

森林蓄积量与生物量转换的CVD模型研究

森林生物量是森林监测中的一项重要内容.在我国,有关森林蓄积方面的资料比较丰富,而生物量方面的资料比较缺乏.因此,将森林蓄积转换为生物量的研究具有现实意义,也是近年来研究的热点问题.研究了用相对生长法表示的材积和蓄积模型,导出了单木材积与其生物量的关系模型以及区域蓄积量与生物量的关系模型,即CVD模型,并说明了实际的建模过程.同时,利用实例将CVD模型与现行模型进行比较,给出了一些有益的结论.

2001-2010年青藏高原草地生长状况遥感动态监测

基于1970个地面实测数据,结合MODIS EVI和NDVI数据,利用留一法交叉验证方法确定了适合青藏高原地区草地生长状况的遥感反演模型,估算了2001-2010年草地生物量干重空间分布格局,分析了近10年草地生物量变化动态.结果表明:青藏高原地区MODIS的NDVI较EVI能更好地估算草地生长状况,指数模型反演的草地鲜重和风干重精度最高,而盖度反演适合使用乘幂模型;确立了基于MODIS-NDVI的青藏高原地区草地鲜重、风干重和盖度反演模型;青藏高原地区2001-2010年草地地上生物量总体有增加趋势,但不显著;月际变化较大的草地类型主要有沼泽类、山地草甸类和高寒草甸类.

模式搜索法在生物质热解动力学中的应用

生物质热解动力学模型参数的传统求解方法-积分法和微分法存在着理论上的限制,且对复杂模型存在困难。引入一种直接搜索全局优化方法-模式搜索法求解动力学模型参数,该方法十分有效。利用模式搜索法,提出采用经验二步连续反应模型描述小麦秸秆的热解动力学过程。因为考虑了中间产物的生成,使用了经验动力学模式函数,经验二步连续反应模型比单步全局模型及n阶二步连续反应模型拟合实验数据要好得多。

基于森林资源清查资料的林分生物量相容性线性模型

该文以甘肃省小陇山锐齿栎林分为例,通过图形分析、相关分析和回归分析,结果表明:小陇山锐齿栎林分乔木层各组分生物量(W)与林分活立木蓄积量(V)、与林分平均胸径、平均树高和林分密度(-D2-HN)均存在极其显著的线性相关关系.采用代数和法,分2级控制,建立了林分乔木层各组分生物量(W)与林分活立木蓄积量(V)与林分平均胸径、平均树高和林分密度(-D2-HN)两种形式的生物量相容性线性模型,以95%的可靠性估计,两种形式的模型对锐齿栎林分各组分生物量的预估精度均在98%以上.

碱木质素与油页岩共热解特性及动力学分析

通过油页岩与碱木质素的热解不但可以得到丰富的轻质气体,也存在着有害的含芳环结构化合物以及酚类化合物等物质,通过二者的共热解意在减小有害物质的生成,提高气产率。选取不同工况下碱木质素与油页岩进行共热解试验,并通过2种Model free动力学分析法对该混合试样进行拟合分析。结果表明:5个试样的失质量峰整体都具有相同的规律。油页岩与碱木质素的热解峰有叠加,具备协同的条件。碱木质素添加量为80%的混合试样对气产率存在抑制作用,其余混合比都使气产率增加。基于FTIR的检测,混合比对二者的共热解产量影响的研究中表明,向油页岩中添加80%的碱性木质素,可以减少芳环结构化合物与酚类化合物的生成。但对于H2O、CO、CO2、CH4的累积产量并未产生明显的影响。不同升温速率的试样中,芳环结构化合物、CO2、CH4的累积产量与升温速率和温度成正比,H2O、CO、苯酚类化合物则不同。通过2种Model free法对该试验数据进行拟合且效果较好,证明了该反应机理的复杂性。

基于连续隐Markov模型的发酵过程关键状态变量软测量

针对生物发酵过程中一些关键状态变量难以用仪表进行在线检测的问题,提出了一种基于连续隐Markov模型(CHMM)的软测量方法.首先,为增加模型预测的鲁棒性,采用多观测样本序列训练CHMM模型库,运用Baum-Welch参数重估修正公式实现CHMM参数优化;然后,将新样本观测向量输入训练好的CHMM模型库,并基于Viterbi算法计算新样本在模型库中各个CHMM内的输出概率;最后,通过加权平均运算得出软测量结果.将所提出的方法应用于红霉素发酵过程菌体质量浓度软测量,并进行了建模与仿真研究.结果表明:所建CHMM软测量模型能够很好地用于生物发酵过程菌体质量浓度值预测,且预测效果优于人工神经网络软测量模型.

植物生物量研究概述(综述)

介绍了生物量的概念、发展历史和现状,将生物量的测定方法分为传统方法和现代方法进行论述,对各种生物量测定方法的利弊做了比较分析,并对生物量测定的发展趋势进行预测。

闽北天然阔叶林立木生物量模型的研究

以福建省闽北天然阔叶林为研究对象,应用福建省闽北地区的128株生物量样木数据为样木数据,采用联合估计法解决生物量各分量模型不兼容问题并利用免疫进化算法求解模型参数,建立了闽北天然阔叶林的立木生物量估测模型。研究结果对闽北地区森林资源经营管理以及碳储量测算有着重要的理论意义和实际应用价值。