林龄因素对森林碳循环影响的定量化研究

Stand age has the quantitative influence on net primary productivity (NPP), which plays a decisive role for forest net primary productivity (NPP) estimation and carbon budget on regional to global scale. Except the regional forest carbon sink research in Canada and China, the influence of stand age to carbon sink has not been considered so far, but the constant NPP-Age relationship curve is adopted in study on the relationship between the NPP and age, not considering the influence of site quality. This study is aimed at designing parameters extraction algorithm of the site quality based on remote sensing data and constructing efficient and stable remote sensing inversion system of site quality to meet the demand of the new-type ecological system model. Build a accurate relation model of stand age and NPP to provide the forest carbon cycle model with reliable construction and calibration parameters, and further modify the carbon cycle model to provide services for the research of forest ecosystem carbon source/sink distribution pattern on long time scale. The key is to solve the following several key questions: (1) the site quality is inversed using remote sensing technology (2) quantitative relationship between NPP and stand age is researched under a certain site quality condition on the regional scale (3) the accurate relationship between NPP and stand is adopted to correct carbon cycle model to improve the calculation precision of carbon source and sink (4) design the disturbance model and study the effect of stand age on the carbon cycle.

林龄对净初级生产力(NPP)的量化影响对区域到全球尺度的森林的净初级生产力（NPP）估算和碳收支起着决定性的作用。迄今为止，只有加拿大和中国的区域森林碳汇研究考虑了森林年龄对碳汇的影响，但NPP与年龄关系的研究中采用的是恒定的NPP年龄关系曲线，并没有考虑到立地质量的影响。本研究针对新型生态系统模型的需求，设计了基于遥感数据的立地质量参数提取算法，建设高效、稳定的立地质量遥感反演系统。建立精确的林龄与NPP的关系模型，为森林碳循环模型提供可靠的构建和校验参数，并修正碳循环模型，为研究森林生态系统长时间尺度的碳源/汇格局分布提供服务。重点解决以下几个关键问题：（1）采用遥感技术对立地质量进行评价（2）研究区域尺度上一定立地条件下的NPP与林龄的定量关系。(3)采用精确的NPP和年龄关系修正碳循环模型提高碳源汇的计算精度（4）设计扰动模式研究林龄对碳循环的影响。

林龄对森林生态系统净初级生产力（NPP）有着重要的影响，进而影响着区域或全球尺度森林碳收支。NPP随林龄的变化是可以预测的，因此定量NPP与林龄的关系对于森林碳循环模拟具有重要的意义。本研究采用收获表和森林样地清查数据建立了黑龙江省12个主要森林类型在不同地位级指数下的NPP与林龄的关系（NPP-（age，SCI））。同时，利用dNBR指数对黑龙江省2000-2010年的森林火烧迹地进行了提取，并对林火烈度进行了分级。此外本研究通过地理加权回归（GWR）模型对2010年非干扰林龄和地位级指数（SCI）进行了估算，并根据不同森林类型在不同火烈度下的演替情况，对非干扰林龄进行了修正得到林火干扰后的林龄。最终将建立的NPP-（age，SCI）关系，森林火灾分布，干扰后林龄和SCI分布加入到整合陆地生态系统碳模型（InTEC）中，从而对黑龙江省1901-2010年的NPP和净生态群落生产力（NBP）及其空间分布进行定量估算。并对新建立的NPP-（age，SCI）对碳循环的影响进行定量分析。结果显示，树木在幼龄林时NPP增长迅速，并在成熟之前达到最大值，成熟以后，NPP随着林龄的增加逐渐减少。对于纯林来说，针叶林NPP相对阔叶林要更高一些，但NPP达到最大值的时间却相对较晚。对于混交林，针叶混交林的固碳能力最强。此外，更好的立地条件通常NPP值也越高。黑龙江省2000-2010年林火主要发生在大兴安岭及小兴安岭地区，总过火面积为527932 hm2。利用GWR模型对2010年森林年龄和SCI进行了估算，结果显示，GWR模型对林龄和SCI估算的R2adj分别为0.68，和0.53，RMSE分别为16.17和1.29。在考虑到不同森林类型在不同火烈度下的演替情况以后，最终干扰后森林平均林龄为48年，标准差为16年。SCI的分布呈现明显的由北向南逐渐增加的趋势。在以上工作的基础上，利用模型模拟的结果显示，从1901-2010年，黑龙江省NPP总体呈现逐渐增长的趋势。NBP在这110年间的波动相对较大，且最近几十年，黑龙江省森林是一个巨大的碳汇。模型在修改前对NPP和NBP的估算存在明显的低估现象，但在加入立地条件的影响以后能够提高碳循环模型估算NPP的精度。