基于3-PGS模型的中国陆地植被NPP格局

利用光能利用效率模型(3-PGS)估算2003—2007年中国陆地植被NPP,并分析不同气候类型和植被类型的时空分布特征。结果表明:2003—2007年中国陆地植被NPP年均总量为2.98PgC,NPP年均值约为315.99gC·m-2a-1;中国陆地植被NPP的主要分布特点为沿水热梯度从东向西、从南向北递减,以海南中南部的热带林最高,而高原气候区最低;全国植被NPP季节变化明显,不同气候区植被NPP均在7或8月达到峰值,12月或1月降至全年最低。

应用3-PG模型预测杉木人工林生物量及蓄积量

以福建省39块杉木人工林临时样地和10块固定样地数据(胸径、各组分生物量和蓄积量)为基础,应用3-PG(生理过程林分级生长模型)模型预测杉木人工林生物量和蓄积量的生长变化,利用固定样地数据与模型输出回归分析进行精度验证,并选取土壤肥力等级(FR)和净初级生产力对根分配的最小值(pRn)进行参数敏感性分析。结果表明:3-PG模型的拟合精度较高,胸径、各组分生物量和蓄积量模拟数据与实测数据的决定系数(R^(2))均在0.72以上,所有指标的相对均方误差均在20%以下;土壤肥力等级和净初级生产力对根分配的最小值对胸径、各组分生物量和蓄积量均具有较高的敏感性。土壤肥力等级和净初级生产力对根分配的最小值是影响3-PG模型预测杉木生长指标变化的关键参数。

基于3-PG模型的杉木人工林各器官生物量和LAI估算

【目的】利用3-PG模型估算江苏南部地区杉木人工林各器官生物量和叶面积指数(LAI),为杉木人工林可持续经营提供参考。【方法】以苏南丘陵地区杉木人工林为研究对象,结合当地气候和林分观测历史数据确定3-PG模型参数并运行模型,估算杉木人工林的LAI和林分不同器官生物量随林龄的变化趋势,并对预测值和观测值进行显著性分析。【结果】初始林分密度为4 600株/hm2的杉木人工林在5年时林分达到郁闭,LAI为5.5;干生物量在23年达到最大值,为74.5t/hm2;根和叶的生物量均随着林龄的增加而先增后减,根生物量在第10年达到最大值(17.5t/hm2),叶生物量在第6年达到最大值(10.25t/hm2)。【结论】3-PG模型预测结果较好,除叶生物量外,LAI、干和根生物量预测值均与观测值无显著差异。

3-PG模型在华南尾叶桉人工林的应用研究

3-PG模型是一个应用气候、立地条件、经营措施和树木生理特性来模拟森林生长的机理模型,在国外被广泛应用于森林经营.为了准确、快速预测速生尾叶桉人工林生产力,该文运用3-PG模型对我国广东省雷州半岛上广泛种植的尾叶桉的生长规律进行研究.用纪家林场尾叶桉标准地4年的观测数据来校正模型参数,用河头林场尾叶桉生长数据来验证模型在新立地条件下的性能.模型校正结果中,林分材积、树高和胸径的模拟平均精度都超过92%,相关系数超过0.93;除树根外林分生物量和叶面积指数的模拟精度都超过83%;观测的树根生物量比模型值偏低40%,主要原因是树根系统非常庞大复杂,远远超出了我们所能挖掘的深度,因此测定粗根和细根的生物量都会偏低.模型验证结果中,林分材积、树高和胸径的平均模拟精度都超过94%,相关系数达到0.98以上.研究结果表明:3-PG模型是预测桉树人工林生产力的一种有效工具,一旦模型被参数化便可应用于不同地区,而且其模拟精度和可靠性是令人满意的.

基于3-PG模型的湖南会同杉木人工林蒸发散估算

根据湖南会同杉木林生态系统国家野外观测研究站1990年1月～2005年12月的气象观测数据,确定3-PG模型的主要参数,估算此期间杉木林的月蒸散量和年蒸散量及其变化规律,并用水量平衡法计算的蒸散量对模拟估算结果进行验证。研究结果表明:3-PG模型估算的会同杉木林月蒸散量、年蒸散量与水量平衡法相似,1月份的蒸散量最小,然后逐渐增大,7月份达到最大值,此后逐渐减少。全年月平均蒸散量为90.1 mm,占全年月平均降水量(122.14 mm)的72.12%。除了8月和9月份的蒸散量大于降水量,其余各月份的蒸散量均小于降水量。会同杉木人工林年蒸散量各年之间的差异不大,多年的年蒸散量均值为1 049 mm,占年平均降水量(1 488 mm)的72.6%。在降水量大的年份,蒸散系数比降水量小的年份小。

3-PG生长模型及其在橡胶树栽培领域的应用

现代科技的飞速发展,使得计算机模拟林木的生长成为可能,3-PG模型充分考虑了林龄、温度、盐分、空气湿度、土壤肥力和含水量、霜冻天数等因子对光合作用的影响,通过一系列方程模拟碳量平衡、水量平衡、盐分平衡和太阳辐射变化,以此来模拟林分的动态生长过程。3-PG模型应用于橡胶树栽培具备了各种软、硬件方面的条件,期望能在可行性评估、规划、定产、水分、养分、病虫害防治、割胶、绩效等方面,实现精准栽培。

基于3-PG模型的长白落叶松生物量生长预测

【目的】基于3-PG模型预测长白落叶松生物量生长变化,为长白落叶松林分生长规律研究提供依据。【方法】以5块长白落叶松密度试验林连续28年监测数据和24块长白落叶松固定样地3期调查数据为基础,结合各组分(叶、干和根)生物量计算公式,获得每块样地不同调查时间的密度、胸径、蓄积和各组分生物量。根据密度试验林数据校正模型生理参数,结合立地参数和气象参数,通过参数率定、迭代拟合与敏感性分析方法确定长白落叶松3-PG模型的生理参数。采用决定系数(R^(2))、平均误差(ME)、平均绝对误差(MAE)、平均相对误差(MRE)和均方根误差(RMSE)评价模型预测能力。选取冠层量子效率(alpha)和初级生物量分配到根的最小值(pRn)进行敏感性分析,并预测肥力等级(FR)为0.2、0.4和0.6时长白落叶松生物量生长变化趋势。【结果】1)3-PG模型预测值与实测值之间R^(2)在0.77以上;除叶干生物量比为25.6%外,其他各指标的MRE绝对值均在10.97%以内,预测结果较可靠;2)alpha和pRn具有较高敏感性,是模型的关键参数;3)模型预测不同FR下的长白落叶松生物量变化符合树木生长机理过程,且各组分生物量随FR增加而增加。【结论】基于地面数据的参数率定后,3-PG模型能够很好模拟长白落叶松生物量生长变化,可作为一种有效的森林经营预测工具。对于长白落叶松3-PG模型,冠层量子效率(alpha)和初级生物量分配到根的最小值(pRn)是影响预测结果的关键参数。

长白落叶松解析木数据参数化3-PG模型

【目的】验证解析木数据参数化3-PG模型的可行性,利用解析木数据标定的模型预测长白落叶松人工林生长变化,为扩展参数化3-PG模型数据源提供依据,为模型数据选择提供参考。【方法】以孟家岗林场长白落叶松人工林为研究对象,基于2019年解析木数据模拟胸径连续观测数据,结合相关公式计算叶、干、根生物量和蓄积量。根据参数敏感性分析结果,采用直接计算、参考文献、迭代拟合和默认参数等方法对3-PG模型进行参数化,利用密度试验林和固定样地数据对模型输出进行精度验证,并对模型输出与地面观测值进行回归分析。【结果】验证结果表明,模型拟合精度很高(P<0.01,n=138),可以较好反映解析木样地中林分生长变化。胸径、叶干生物量比、干生物量、总生物量和蓄积量的决定系数(R^(2))在0.95以上,根生物量拟合精度略低(R^(2)=0.88)。密度试验林数据(n=140)和固定样地数据(n=87)与模型输出之间具有较高相关性,各计算量的R^(2)在0.81~0.97之间(P<0.01)。敏感性分析结果表明,当胸径为20 cm时,叶与干生物量分配比(pFS20)及初级生产力分配给根最大值(pRx)2个参数均对胸径、根、干生物量和蓄积量显示出较高敏感性。【结论】解析木数据参数化3-PG模型的拟合精度和预测精度均较高,研究结果扩展了参数化3-PG模型的可用数据源,可为利用3-PG模型模拟长白落叶松人工林生长变化提供新的依据。

3-PG模型在天然兴安落叶松林生长因子预测中的应用

[目的]运用过程模型模拟天然林的生物量及蓄积生长。[方法]以大兴安岭落叶松天然林为研究对象,探索研究基于生理过程的动态模型3-PG模型在天然林中的应用情况,通过调整模型内置模块方程的参数,优化实测值与模拟值的拟合结果,最终得出适用于该地区落叶林天然林的模型参数组,并对不同林龄的林分预测效果进行了对比。[结果]模型在胸径、枝干生物量、根生物量、地上生物量、整株生物量的模拟取得了很好的效果,其中枝干生物量与整株生物量的模拟值与实测值的相关系数R2达到了0.98,且平均相对误差均控制在8%以内。对不同林龄林分的整株生物量与胸径预测结果表明,模型对3个龄组都有很好的拟合效果。[结论]在进行参数本地化调整后,3-PG模型可以运用在落叶松天然林的生长预测中,在生物量预测与胸径预测上可以取得较好的效果。

基于3-PG模型的森林植被净初级生产力动态变化研究

森林植被净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)在进行碳储量以及碳汇的研究中发挥重要作用。为了解森林植被NPP的变化趋势及特征,实现NPP的动态研究,本文以黑龙江省伊春市带岭区作为研究区,利用3-PG(Physiological Principles Predicting Growth)模型,研究带岭区针叶林、阔叶林和针阔混交林2014-2044年森林植被NPP逐年生长量以及2014-2019年NPP的逐月生长量变化。结果表明:2014-2044年间带岭区森林NPP整体呈现增加趋势,但增长速度随年份增长逐渐降低;2014-2019年NPP的逐月生长量呈周期性变化;带岭区2015年5-9月NPP总量为30.725×10^5 t;NPP年值与月值在3种林分中均表现为幼龄林>中龄林>近熟林>成熟林>过熟林。研究结果为3-PG模型在我国东北地区的应用做出尝试,并为林业管理人员提供决策支持和科学参考。

基于林木生理过程的3-PG模型在林业中的相关研究进展

基于森林生长过程的模型是辅助森林管理的有力工具,其包含描述森林生理、生态和物理过程的组件,基于这一过程的3-PG模型用于研究林木生长过程中考虑树种的生理特性,并结合立地条件、气候条件以及经营管理等措施,预测在各种变化条件下的森林生长情况。文中通过对3-PG模型参数及参数敏感性的分析来表述3-PG模型研究现状,概述了3-PG模型在林业中的应用研究进展,认为其将很好地解决大区域尺度下的森林动态生长变化问题,并对该模型的发展进行了展望。

基于单木过程模型的杉木林分生长模拟研究

基于林分尺度的3-PG模型原理,在考虑单木林分生理生态过程的基础上,改进了生物量积累和分配子模型,建立适应于单木生长的生理生态过程模型,实现基于单木过程模型的林分生长预测。选择胸径和树高生长量2个指标与实测值对比分析,结果表明:改进模型对胸径和树高生长量的模拟平均精度分别为95.57%和91.16%,均明显高于3-PG模型对应的89.4%和85.18%的平均模拟精度,改进模型的模拟精度显著提高,模拟效果更好。

基于3-PG模型的长白落叶松人工林生长和生物量模拟

【目的】模拟预测森林经营及气候变化下长白落叶松人工林林分生长及生物量变化,以期为长白落叶松人工林经营管理提供科学依据。【方法】以吉林省和龙、舒兰、通化、汪清、长春林区内15块长白落叶松人工林固定样地为对象,基于气候、土壤、林分生长等观测数据,运用3-PG模型模拟了研究区内长白落叶松的生物量及其分配,并模拟了CO_2浓度升高对生物量的影响。【结果】3-PG模型能够较好地模拟林分蓄积和干生物量的生长变化,除叶生物量外(R^2=0.39),各指标的预测值与实际值的相关性较高(R^2在0.62~0.86之间),平均相对误差和相对均方根误差均小于15%。参数敏感性分析表明:土壤肥力等级和生物量分配参数是该模型的关键参数。研究还发现长白落叶松人工林的生物量随CO_2浓度升高而增加。【结论】3-PG模型可以用于长白落叶松人工林的生长模拟。

杉木人工林林分生长模拟

应用生理森林过程生长模型(3-PG)对杉木试验林的生长进行模拟,选择胸径、树高、干生物量和蓄积量的连年生长量等4个指标,对模型模拟值和实测值进行比较分析。结果表明,模型模拟值与实测值呈极显著的正相关关系(P<0.001),模拟值能解释观测值90%以上的变化;模型模拟的平均精度在85%以上。

森林生态系统混合斑块模型模拟机理、应用及启示

随着人们对森林多功能性认识加深及对森林多种产品与服务的需求增加,森林经营受到更广泛的关注。传统设置样地比较经营活动效果的方式在时间上具有迟滞性,学者认为应采用数学模型对森林经营进行计算机仿真,森林生长与动力学模型在森林可持续经营中应用的作用愈加突出。文中对基于林分经营尺度的森林生态系统混合斑块模型(PICUS)进行引介,详细介绍了其2个基础组成模型——林窗模型与基于生理过程的3-PG模型,对PICUS模型的林木死亡率、更新、森林经营以及森林生态系统地下过程等子模块进行了简要概述,并阐述了该模型在欧洲及中国的应用与启示,对于促进PICUS模型在实践中的推广应用以及提高人们对森林生长过程与动态的认识和理解具有重要意义。