全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
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摇 摇 第 猿源卷 第 员员期摇 摇 圆园员源年 远月摇 渊半月刊冤
目摇 摇 次
前沿理论与学科综述
土壤大孔隙流研究现状与发展趋势 高朝侠袁徐学选袁赵娇娜袁等 渊圆愿园员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
能源基地生态修复
我国大型煤炭基地建设的生态恢复技术研究综述 吴摇 钢袁魏摇 东袁周政达袁等 渊圆愿员圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
国家大型煤电基地生态环境监测技术体系研究要要要以内蒙古锡林郭勒盟煤电基地为例
魏摇 东袁全摇 元袁王辰星袁等 渊圆愿圆员冤
噎噎噎噎噎噎噎噎噎
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基于 阅孕杂陨砸模型的国家大型煤电基地生态效应评估指标体系 周政达袁王辰星袁付摇 晓袁等 渊圆愿猿园冤噎噎噎噎
西部干旱区煤炭开采环境影响研究 雷少刚袁卞正富 渊圆愿猿苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
露天煤矿区生态风险受体分析要要要以内蒙古平庄西露天煤矿为例 高摇 雅袁陆兆华袁魏振宽袁等 渊圆愿源源冤噎噎噎
草原区矿产开发对景观格局和初级生产力的影响要要要以黑岱沟露天煤矿为例
康萨如拉袁牛建明袁张摇 庆袁等 渊圆愿缘缘冤
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噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
三七对土壤中镉尧铬尧铜尧铅的累积特征及健康风险评价 林龙勇袁阎秀兰袁廖晓勇袁等 渊圆愿远愿冤噎噎噎噎噎噎噎
某焦化场地土壤中多环芳烃分布的三维空间插值研究 刘摇 庚袁毕如田袁权摇 腾袁等 渊圆愿苑远冤噎噎噎噎噎噎噎噎
个体与基础生态
杉木人工混交林对土壤铝毒害的缓解作用 雷摇 波袁刘 摇 彬袁罗承德袁等 渊圆愿愿源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于 啄员缘晕稳定同位素分析的人工防护林大型土壤动物营养级研究 张淑花袁张雪萍 渊圆愿怨圆冤噎噎噎噎噎噎噎
铅镉抗性菌株 允月员员强化植物对污染土壤中铅镉的吸收 金忠民袁沙摇 伟袁刘丽杰袁等 渊圆怨园园冤噎噎噎噎噎噎噎
陕北地区石油污染土壤中不动杆菌属的筛选尧鉴定及降解性能 王摇 虎袁吴玲玲袁周立辉袁等 渊圆怨园苑冤噎噎噎噎
祁连山高山植物根际土放线菌生物多样性 马爱爱袁徐世健袁敏玉霞袁等 渊圆怨员远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
新疆沙冬青 粤酝和 阅杂耘真菌的空间分布 姜摇 桥袁贺学礼袁陈伟燕袁等 渊圆怨圆怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
聚糠萘水剂对不同积温带玉米花后叶片氮同化的影响 高摇 娇袁董志强袁徐田军袁等 渊圆怨猿愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎
内蒙古河套灌区玉米与向日葵霜冻的关键温度 王海梅袁侯摇 琼袁云文丽袁等 渊圆怨源愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
四种类型栓皮栎栲胶含量 尹艺凝袁张文辉袁何景峰袁等 渊圆怨缘源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
食物胁迫对翅二型丽斗蟋飞行肌和繁殖发育的影响 吴红军袁赵吕权袁曾摇 杨袁等 渊圆怨远猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
颜色对梨小食心虫产卵选择性的影响 杨小凡袁马春森袁范摇 凡袁等 渊圆怨苑员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
缓释单萜类挥发物对落叶松毛虫行为及落叶松主要防御蛋白的影响 林摇 健袁刘文波袁孟昭军袁等 渊圆怨苑愿冤噎噎
种群尧群落和生态系统
黄土丘陵沟壑区不同植被恢复格局下土壤微生物群落结构 胡婵娟 袁郭摇 雷 袁刘国华 渊圆怨愿远冤噎噎噎噎噎噎
刺参池塘底质微生物群落功能多样性的季节变化 闫法军袁田相利袁董双林袁等 渊圆怨怨远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于 阅郧郧耘技术的茯砖茶发花过程细菌群变化分析 刘石泉袁胡治远袁赵运林 渊猿园园苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
景观尧区域和全球生态
中国区域间隐含碳排放转移 刘红光袁范晓梅 渊猿园员远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
西南地区退耕还林工程主要林分 缘园年碳汇潜力 姚摇 平袁 陈先刚袁周永锋袁等 渊猿园圆缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
青海湖流域草地植被动态变化趋势下的物候时空特征 李广泳袁李小雁袁赵国琴袁等 渊猿园猿愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎
黑龙江省温带森林火灾碳排放的计量估算 魏书精袁罗碧珍袁孙摇 龙袁等 渊猿园源愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
三峡库区森林植被气候生产力模拟 潘摇 磊袁肖文发袁唐万鹏袁等 渊猿园远源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
三峡水库支流拟多甲藻水华的形成机制 朱爱民袁李嗣新袁胡摇 俊袁等 渊猿园苑员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
流域库坝工程开发的生物多样性敏感度分区 李亦秋袁鲁春霞袁邓摇 欧袁等 渊猿园愿员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
城乡与社会生态
基于集对分析的京津冀区域可持续发展协调能力评价 檀菲菲袁张摇 萌袁李浩然袁等 渊猿园怨园冤噎噎噎噎噎噎噎噎
江西省自然保护区发展布局空缺分析 黄志强袁陆摇 林袁 戴年华袁等 渊猿园怨怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
鄱阳湖生态经济区生态经济指数评价 黄和平袁彭小琳 袁孔凡斌袁等 渊猿员园苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于有害干扰的中国省域森林生态安全评价 刘心竹袁米摇 锋袁张摇 爽袁等 渊猿员员缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
期刊基本参数院悦晕 员员鄄圆园猿员 辕 匝鄢员怨愿员鄢皂鄢员远鄢猿圆愿鄢扎澡鄢孕鄢 预 怨园郾 园园鄢员缘员园鄢猿缘鄢圆园员源鄄园远
室室室室室室室室室室室室室室
封面图说院 三峡库区森林植被要要要三峡地区属亚热带区域袁山高坡陡尧地形复杂尧物种丰富袁森林是其最重要的自然资源之一袁
其面积占到库区总面积的 猿苑豫左右袁库区内现有森林可初步分为 圆 个植被型组袁愿 个植被型袁员愿 个群系组袁源源 个群
系袁员园圆个群丛袁主要树种有马尾松尧杉树尧柏树等袁低海拔处多为落叶阔叶林尧常绿阔叶林袁较高海拔分布有针阔混交
林尧针叶混交林尧灌木林等袁人工林主要有经济林尧竹林等遥 对三峡库区森林气候生产力进行模拟袁分析库区森林植
被的生产力并进行预测袁可以为三峡库区的生态建设决策提供科学依据遥
彩图及图说提供院 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 耘鄄皂葬蚤造院 糟蚤贼藻泽援糟澡藻灶躁憎岳 员远猿援糟燥皂
第 34 卷第 11 期
2014年 6月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.34,No.11
Jun.,2014
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:国家科技支撑课题(2011BAD38B04)
收稿日期:2013鄄06鄄09; 摇 摇 网络出版日期:2014鄄02鄄24
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: xiaowenf@ caf.ac.cn
DOI: 10.5846 / stxb201306091522
潘磊,肖文发,唐万鹏,雷静品,史玉虎,黄志霖,曾立雄,庞宏东.三峡库区森林植被气候生产力模拟.生态学报,2014,34(11):3064鄄3070.
Pan L, Xiao W F,Tang W P,Lei J P,Shi Y H,Huang Z L,Zeng L X,Pang H D.Simulation of the climatic productivity of forest vegetation in Three Gorges
Reservoir area.Acta Ecologica Sinica,2014,34(11):3064鄄3070.
三峡库区森林植被气候生产力模拟
潘摇 磊1,肖文发2,*,唐万鹏1,雷静品2,史玉虎1,黄志霖2,曾立雄2,庞宏东1
(1. 湖北省林业科学研究院, 武汉摇 430079; 2. 中国林业科学研究院, 北京摇 100091)
摘要:收集三峡库区森林资源二类调查资料及气候数据,在建立森林植被地理信息系统基础上,开展了三峡库区森林气候生产
力的模拟,分析库区森林植被可能生产力,并对不同气候变化情景下的森林生产力可能变化进行了预测。 结果表明:(1)各种
森林类型的气候生产力与年均实际蒸散量均表现出了较强相关性,建立的 4种森林植被的气候生产力模式,模型相关系数都达
到极显著水平;(2)假设了 5种气候变化情景分析库区森林气候生产力的可能响应,常绿阔叶林、落叶阔叶林及针阔混交林对
温度或降水变化表现出正向变化,在温度增加 2益、降水增加 20%的情况下,其生产力增幅分别达到 24.34%、22.50%和 15.98%;
常绿针叶林生产力对气候变化的响应方向与此相反,在温度与降水同时增加情景下其生产力减幅达 5.55%。
关键词:三峡库区;森林植被;气候生产力
Simulation of the climatic productivity of forest vegetation in Three Gorges
Reservoir area
PAN Lei1, XIAO Wenfa2,*, TANG Wanpeng1, LEI Jingpin2, SHI Yuhu1, HUANG Zhilin2, ZENG Lixiong2,
PANG Hongdong1
1 Hubei Academy of Forestry,Wuhan 430079,China
2 The Chinese Academy of Forestry,Beijing 100091,China
Abstract: Forest biological production plays an important role in forest ecosystems and is significantly related to the
terrestrial carbon cycle and the ecological changes occurring worldwide, so it must be considered during the evaluation of
ecosystem functions. The Three Gorges Reservoir Area continues to be a hotspot for research because of its complex
topography, rich species diversity and wide variety community types. The construction of the reservoir threatens the eco鄄
stability of the surrounding and downstream areas. Estimating and simulating forest climatic productivity has become
necessary and will also provide evidence of vegetation restoration and land use in the Three Gorges Reservoir Area and even
in the entire Yangtze River Basin. We developed a method designed to link together data from forest inventories and
ecological research sites, including data from 104 permanent sample plots and 118 temporary sample plots, and combined
that plot data with meteorological, topographical, leaf area index, live鄄biomass and net primary productivity (NPP) data
collected from across the Three Gorges Reservoir Area using a GIS system. Using this large database and statistical models,
the actual and potential productivities of different forest types were estimated and the annual mean temperature /
precipitation, latitude, longitude and altitude were documented. Then the distribution patterns of biological production of
major forest types in Three Gorges Reservoir Area were analyzed. To acquire actual measurement data of mature forest
productivity is critical to predicting and simulating forest climatic productivity. Data based on natural or near natural
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conditions were selected from a database of forest production and used to estimate the productivity of major forest types. The
criteria for selecting these data included: (1) Forest age: mature or near mature forests were selected for this part of the
analysis. Based on the age group division standards of the State Forestry Administration, forests more than 60 years old were
treated as mature or near mature for evergreen broad鄄leaved forest, deciduous broad鄄leaved forest, coniferous and broad鄄
leaved mixed forest and cypress forest. Masson pine forest, coniferous forest and temperate forest were selected if more than
50 years and Chinese fir forest was selected if more than 26 years. (2) Selected forests had a soil which was greater than
60cm thick. (3) Stand density is between 1000—2000 trees / hm2 . (4) Midslope forests with slopes less than 35毅 were
chosen for analysis. The NPP data within 0.1毅 (Latitude) 伊 0.1毅 (Longtitude) 伊 100 m (Height) were chosen for use in
the analysis of forest climatic productivity. If one grid had multiple sets of data, we took the average of the three largest
datasets. The amounts of annual evapotranspiration in an area significantly influenced NPP of different forest types in the
Three Gorges Reservoir Area. NPP of evergreen broad鄄leaved forests is related to average annual evapotranspiration in the
form of the exponential curve when graphed. For coniferous forests and deciduous broad鄄leaved forests, the relationship
between the NPP and evapotranspiration is in the form of a parabolic surface. NPP of coniferous鄄deciduous mixed forests is
related to annual actual evapotranspiration in the form of an exponential curve when graphed. The potential productivity of
the Three Gorges Reservoir Area is 11. 26 t·hm-2·a-1, which is 1. 48 times higher than actual productivity. Forest
productivity responded differently in five different modeled climate scenarios. The productivity of evergreen broad鄄leaved
forests, deciduous broad鄄leaved forests and coniferous鄄deciduous mixed forests are positively correlated with modeled
increases in temperature and precipitation; with a temperature increase of 2益 and a 20% increase in precipitation, their
NPP increased by 24. 34%, 22. 5% and 15. 98%, respectively, but NPP of evergreen coniferous forests decreased by
5郾 55%. Total potential productivity changed slightly (-0.53% to +5.51%) with the changing of the climate as discussed
above, but theoretical NPP increased 29.51% with the modeled rise in temperature and precipitation described above.
Key Words: Three Gorges Reservoir Area; forest; climatic productivity
摇 摇 植被生产力是评价生态系统结构与功能协调性
的重要指标。 植物地理学指出,气候是决定陆地植
被类型分布格局及其结构功能特性的最主要因
素[1]。 植被气候生产力是指在其他条件均适宜的情
况下,自然生长发育的植被由气候资源所决定的单
位面积生物学产量或经济产量[2鄄3],其实质是一种潜
在生产力。 研究植被的气候生产力,除了能揭示生
产力与气候因素的关系,预测植被在某一地区发展
的潜在能力外,还可根据全球气候变化的趋势,预测
植被生产力的未来发展,对于区域林业生产布局,生
态系统管理、气候资源的充分利用、植物产量的提高
和全球气候变化的应对均具有重要的指导意义[4]。
气候生产力研究从 20 世纪 60 年代开始兴起,
在国际生物学计划( IBP)和国际地圈鄄生物圈计划
(IGBP)的推动下,一些著名全球性气候生产力估测
模型应运而生,如 Miami 模型、Thornthwaite Memorial
模型、Chikugo 模型等,成为模拟全球性植被生产力
分布及其对气候变化可能响应的经典性工作。 从 20
世纪 80 年代开始,国内有学者[5鄄8]利用这些模型对
全国或地区尺度上的植被气候生产力进行了分析。
其后,研究者开始结合我国的气候及植被资源特点,
开展了模型开发或改进方面的探索工作[3鄄4,9鄄10]。 这
些工作为我国植被气候生产力研究起到了重要的推
动作用,但由于资料、数据及方法的限制,现有的植
被气候生产力研究可比性不强,一定程度上限制了
相关成果的实际应用。 利用连续、稳定的森林资源
清查数据进行相关研究将是解决上述问题的重要途
径之一[11鄄12]。
三峡库区地形复杂、气候多变,森林分布、生长
与物质生产受到众多自然或人为因素的干扰,植被
气候生产力研究对于估计植被生产潜力、确定区域
人口承载能力及植被生态建设很有意义。 有学
者[13]利用光能利用率模型对长江流域植被的生产
力进行了估测,而关于库区植被气候生产力的研究
尚未见系统报道。 本研究将利用库区范围基于森林
资源调查数据建立的森林生产力数据对库区森林植
5603摇 11期 摇 摇 摇 潘磊摇 等:三峡库区森林植被气候生产力模拟 摇
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被气候生产力进行研究,以期为这一区域的森林植
被生产力研究、决策与应用提供参考。
1摇 研究方法
1.1摇 用于气候生产力分析的森林类型划分
根据三峡库区森林植被分类体系[14鄄15],结合库
区森林的垂直分布特点及亚热带地区植被分布特
点,将现有森林类型进行适当合并,共将三峡库区森
林植被分为常绿阔叶林、落叶阔叶林、针阔叶混交林
及常绿针叶林,分析各自的气候生产力模式,其中常
绿针叶林包括马尾松林、杉木林、柏木林、温性松林
及针叶混交林。
1.2摇 用于气候生产力分析的生产力数据选择
根据本研究建立的生产力数据库,从中选择自
然或接近自然状态下的森林生产力数据,选择标准
包括(1)林龄,要求成熟林或近熟林。 按照国家林业
局对各类型森林龄组划分标准,常绿阔叶林、落叶阔
叶林、针阔混交林及柏木林 60a 以上、马尾松林、针
叶混交林、温性松林 50a以上、杉木林 26a 以上;(2)
土层厚度 60 cm以上;(3)公顷株数 1000—2000 株;
(4)坡度小于 35毅、坡位中坡。 在 0.1毅经度伊0.1毅纬度
伊100 m 海拔网格内选择用于气候生产力分析的
NPP(Net Primary Productivity,净第一性生产力)数
据,若 1个网格内有多组数据,取值最大的前 3 个数
据平均。
1.3摇 水热气候因子计算方法
本研究选择的估算气候生产力的水热因子包括
年均降水量、年均温度、最大蒸散量、实际蒸散量、温
暖指数、湿度指数、辐射干燥度等气候因子。
(1)温暖指数
WI =移( t - 10)
式中,t指逸10 益的月平均气温。
(2)湿度指数
MI = P / WI +( )20 WI 臆 100
MI = 2P / WI +( )140 WI 逸 100
式中,P指年降水量。
(3)年最大蒸散量
L = 300 + 25t + 0.05t3
(4)年实际蒸散量
E = 1.05P / 1 + 1.05( )P / L[ ]2 0.5
(5)生物温度
BT =移 t忆 / 12 ,
式中,t忆指 0—30 益的月均温。
(6)可能蒸散率
PER= 58.93伊 BT / P
(7)辐射干燥度
RDI= 0.629+0.237PER-0.00313PER2
2摇 结果与分析
2.1摇 三峡库区森林植被气候生产力模拟
2.1.1摇 三峡库区典型森林类型的气候生产力模式
选择年均降水量、年均温度、最大蒸散量、实际
蒸散量、温暖指数、湿度指数、辐射干燥度等气候因
子,与选择出的各森林类型净第一性生产力进行单
因素和多因素回归分析,结果表明各种森林类型
NPP 与年实际蒸散量的单因子回归效果良好。
从图 1中所示的散点分布规律也可以看出,4 种
森林类型的生产力都表现出了与年实际蒸散量的良
好相关性,表 1列出了各森林类型气候生产力模型,
模型的相关系数、F 值及剩余标准差等指标可反映
本次模拟的效果理想。
表 1摇 三峡库区不同森林植被类型气候生产力模型
Table 1摇 The model of climatic NPP for different forest types in the Three Gorges Reservoir Area
森林类型 Forest type 模型 Model R F N P > Pr
常绿阔叶林
Evergreen Broadleaf Forest NPP
= 3.4976 伊exp(0.0021伊E) 0.6569 70.85 40 < 0.0001
落叶阔叶林
Deciduous Broadleaf Forest
NPP =-120.3064+0.6732伊E - 0.0011 伊 E2 -
6.3375伊10-7伊E3
0.5684 17.12 43 < 0.0001
常绿针叶林
Evergreen Needleleaf Forest
NPP = 0.4516伊E-6.0487伊10-4 伊E2 +2.6384伊
10-7伊E3-98.0373
0.8495 67.76 40 < 0.0001
针阔混交林 Mixed Forest NPP = 0.0101伊E1.0023 0.5438 35.76 33 < 0.0001
摇 摇 *E指年实际蒸散量,R指回归模型的相关系数,F为显著性检验值,N为样本数
6603 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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图 1摇 三峡库区不同森林植被气候生产力与年蒸散量关系
Fig.1摇 Relationship between climatic NPP and annual actual evaporation of different forest types
摇 摇 蒸散量受太阳辐射、温度、降水、气压、风速等一
系列气候因素的影响,理论上也包括了植被的蒸腾
量,是一个反映能量平衡、植被与环境相互作用的综
合性因子,在估算水热梯度变化较大区域的森林气
候生产力上有较好的实际应用效果[3]。 从各森林类
型自然状态下与蒸散量表现出的关系看,与各森林
类型现实生产力在水热因子上的变化规律较为一
致,但是从生产力值的大小上看,各类型森林的气候
生产力明显高于其现实生产力的平均水平,库区森
林生产与生态服务能力还有较大发展潜力。
2.1.2摇 三峡库区森林气候生产力分布与模拟
按 0.1毅经度伊0.1毅纬度伊100 m 海拔将库区划分
成若干网格,同时将温度与降水量按相同分辨率进
行插值,同一网格内取其中心点的气候因子平均值,
基于 ArcGIS建立库区网格内的温度、降水及蒸散量
数据库。 在每个网格内代入前述建立的各森林类型
气候生产力模式,得到 1组气候生产力数据,若忽略
立地条件、树种组成等其它生物或非生物因子对森
林分布的影响,在库区范围内由气候决定的森林生
产力则可由每一个网格内 4种森林类型 NPP 的最大
值确定。 据此,得到库区森林植被的气候生产力与
蒸散量分布的关系,可用下式进行模拟:
NPPE = 3.7055 伊 exp 0.00202 伊( )E (1)
式中, E指年实际蒸散量(mm)
表 2列出了 4 种森林类型代表全库区气候生产
力的分布范围及气候生产值区间,可以看出,根据气
候生产力大小确定的常绿阔叶林分布范围最广,主
要分布在海拔 200—1600 m,温度 10 益以上,年均蒸
散量在 550— 900 mm 的区域,在这一区域常绿
阔叶林的理论气候生产力应该在11 . 95—21 . 27
表 2摇 不同森林植被类型的气候生产分布区间
Table 2摇 Distribution region of climatic NPP for different forest types in the Three Gorges Reservoir Area
森林类型
Forest type
温度范围
Temperature
/ 益
降水范围
Precipitation
/ mm
海拔区间
Altitude
/ m
蒸散量区间
Evaporation
/ mm
气候生产力值区间
Climatic NPP
/ ( t·hm-2·a-1)
常绿阔叶林 Evergreen Broadleaf Forest 10.5—19.5 800—1800 200—1600 550—900 11.95—21.27
落叶阔叶林 Deciduous Broadleaf Forest 4.5—9.0 1550—1750 1750—2550 420—530 8.54—10.62
针阔混交林 Mixed Forest 8.5—9.2 1500—1700 1750—1900 520—550 8.61—9.22
常绿针叶林 Evergreen Needleleaf Forest 8.5—10.5 1500—1700 1400—1800 520—590 10.64—12.55
7603摇 11期 摇 摇 摇 潘磊摇 等:三峡库区森林植被气候生产力模拟 摇
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t·hm-2·a-1之间变动。 在海拔 1400—1900 m区域,温
度明显下降,蒸散量亦趋降低,常绿针叶林和针阔混
交林的气候生产力最大,成为这一区域分布的主要
森林类型,常绿阔叶林和落叶阔叶林仅有少量分布,
这一区域的气候生产力大致变动在 8. 61—12. 55
t·hm-2·a-1之间。 到了 2000 m以上的高海拔地段,气
温下降和湿度加大的趋势更加明显,年实际蒸散量
大都在 550 mm以下,这一区域分布的落叶阔叶林是
区域气候生产力的代表,其理论气候生产力为
8郾 54—10.62 t·hm-2·a-1。
2.2摇 气候变化对三峡库区森林气候生产力的影响
为估算气候变化对三峡库区森林气候生产力的
可能影响,首先需要对气候变化进行定量表达,而气
温和降雨是区域气候变化情景分析的 2 个基本要
素[16]。 据政府间气候变化专门委员会( IPCC)第 3
次评估报告预测,全球平均气温在 1990—2100 年间
将升高 1.4—5.8 益,预计 21世纪全球平均年降水量
会增加,但在区域尺度上降水的增加和减少都有可
能,主要介于增加 5 %—20 %。 三峡库区局地气候
多变[17],水库蓄水对气候变化也会因距库体远近不
表 3摇 拟采用的不同气候情景
Table 3摇 Climate scenarios to be used
代码 Code 气候情景 Climate scenarios
T0P0 当前气候状况
T0P20 气温不变,降水量增加 20%
T0P鄄20 气温不变,降水量减少 20%
T2P0 气温升高 2 益,降水量不变
T2P20 气温升高 2 益,降水量增加 20%
T2P鄄10 气温升高 2 益,降水量减少 10%
同产生不同程度的影响[18],为此本研究在确定气候
情景时综合考虑了温度增加,降雨量变化(增加和减
少)的情况(表 3)。
表 4列出了不同气候变化情景下库区森林气候
生产力变化的统计结果。 降水量增加能不同程度地
提高常绿阔叶林、落叶阔叶林及针阔混交林的生产
力,在温度不变降水量增加 20%情况下,常绿阔叶
林、落叶阔叶林及针阔混交林生产力可提高
3郾 31%—4.43%,而在降水量减少 10%情况下,3 种
森林类型的气候生产力将下降 0.03%—2.44%。 常
绿针叶林则出现了相反的变化趋势,降水量增加库
区常绿针叶林生产力总体上呈减少趋势,但是其变
动幅度明显小于其它 3 种森林类型。 主要是由于针
叶林在库区分布的范围很广,在不同的水热组合条
件下,针叶林的 NPP 会表现出正负 2 个方向的变
化,反映出来的总体变动值较小。 温度增加对常绿
阔叶林、落叶阔叶林及针阔混交林生产力的提高有
明显促进作用,3 者在温度增加 2益情景下,气候生
产力可分别提高 17.19%、8.57%和 11.15%;而增温
对针叶纯林的作用不明显,总体上其生产力还略有
下降。 对于温度与降水同时增加的气候情景下,各
种森林类型生产力的变动幅度都进一步加大,常绿
阔叶林增幅最大为 24. 34%,常绿针叶林减幅则达
5郾 55%。 落叶阔叶林对气候变化最为敏感,5 种气候
情景下其 NPP 变动的标准误都最大,而针阔混交林
和常绿针叶林的变动标准误相对较小。 不同森林类
型对温度与降水变化的反映不一,常绿阔叶林、落叶
阔叶林对温度的变化反映较为敏感,而降水量变化
对针阔混交林与常绿针叶林影响更大。
表 4摇 不同森林植被类型不同气候变化情景下生产力预测值
Table 4摇 Predict NPP values under different climate scenarios
代码
Code
常绿阔叶林
Evergreen Broadleaf Forest
生产力
NPP
增减比
依%
平均值
Mean
标准误
Std
落叶阔叶林
Deciduous Broadleaf Forest
生产力
NPP
增减比
依%
平均值
Mean
标准误
Std
针阔混交林
Mixed Forest
生产力
NPP
增减比
依%
平均值
Mean
标准误
Std
常绿针叶林
Evergreen Needleleaf Forest
生产力
NPP
增减比
依%
平均值
Mean
标准误
Std
T0P0 13.88 10.26 8.17 11.90
T0P20 14.49 4.43 0.89 0.60 10.63 3.65 1.00 1.33 8.46 3.51 0.28 0.14 11.70 -1.66 -0.18 0.25
T0P鄄10 13.48 -2.86 -0.57 0.35 10.13 -1.22 -0.37 0.53 7.97 -2.44 -0.19 0.09 12.01 0.97 0.10 0.19
T2P0 16.26 17.19 2.43 0.43 11.13 8.57 2.28 2.26 9.08 11.15 0.77 0.05 11.64 -2.16 -0.34 0.72
T2P20 17.25 24.34 3.85 1.23 12.56 22.50 5.53 5.46 9.48 15.98 1.15 0.16 11.24 -5.55 -0.51 0.85
T2P鄄10 15.62 12.55 1.56 0.36 10.54 2.74 0.91 1.02 8.82 7.87 0.51 0.13 11.65 -2.05 -0.14 0.60
摇 摇 *依%为各气候变化情景下 NPP 与本底状况增减百分比; Mean为各 0.1毅经度伊0.1毅纬度伊100 m海拔网格差值平均值,std为差值标准误
8603 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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3摇 结论与讨论
(1)三峡库区不同森林类型气候生产力与年均
实际蒸散量表现出了较强相关性。 建立了 4 种森林
类型的气候生产力模式,模型相关系数都达到极显
著水平。 罗天祥[19]分析了全国尺度上的马尾松林、
杉木林等常绿针叶林的水热分布模式,认为在潜在
蒸散量为 960—980 mm及 920—922 mm时马尾松和
杉木林的生产力达到最大值。 本研究建立的常绿针
叶林随实际蒸散量的变化曲线亦表现为抛物线型,
库区常绿针叶林在实际蒸散量 650—700 mm之间气
候生产力值最高,而与之对应的潜在蒸散量大致在
820—900 mm之间,与上述研究结论非常吻合。
(2)根据建立的 4种森林类型气候生产力,对库
区现有森林分布的区域进行森林气候生产力分析。
结果表明,在海拔 200—1600 m,温度 10 益以上,年
均蒸散量 550—900 mm 的区域,常绿阔叶林气候生
产力在 4种森林类型中最高;在海拔 1400—1900 m
区域,温度 8—10 益,降水量 1500—1700 mm 区域,
常绿针叶林和针阔混交林的气候生产力值最高,这
一区域的气候生产力大致变动在 8. 61 —12. 55
t·hm-2·a-1之间;在 2000 m 以上的高海拔地段,年实
际蒸散量大都在 550 mm以下,这一区域分布的落叶
阔叶林气候生产力最高, 其值在 8. 54—10. 62
t·hm-2·a-1之间。 不同的水热组合条件决定了对资源
利用效率最高的森林类型,根据这一原则建立了库
区森林植被的气候生产力模式,库区森林气候生产
力与年均实际蒸散量呈指数相关。
(3)不同区域由于水热环境不同,森林对气候变
化的反应存在较大差异[16,20鄄21]。 假设了 5 种气候变
化情景分析库区森林气候生产力的可能响应,常绿
阔叶林、落叶阔叶林及针阔混交林对温度或降水变
化表现出正向变化,在温度增加 2 益、降水增加 20%
的情况下,其生产力增幅分别达到 24.34%、22郾 50%
和 15.98%;常绿针叶林生产力对气候变化的响应方
向与此相反,在温度与降水同时增加情景下其生产
力减幅达 5.55%。
(4)对于气候生产力的理解可以有 2 种不同形
式,一是指区域或更大尺度上由气候资源决定的植
被生产力,一般是通过对区域内自然植被生产力与
相匹配的气候数据进行模拟分析[3],Miami 模型、
Thornthwaite模型即是这类气候生产力模型的经典
代表;二是对于某一种或几种特定的森林类型,在研
究区域不同的气候条件下所能达到的生产潜力,也
有称之为水热优化模型[4,19,22]。 显然,二者有联系也
有区别,在实际应用中如果不加甄别可能会降低模
型模拟精度,甚至得出相反的结论[23]。 本文建立的
2 类森林气候生产力模型就分别属于以上 2种情况,
可分别为库区现有植被的恢复与改造及区域生态规
划与植被重建提供决策参考。
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叶生态学报曳圆园员源年征订启事
叶生态学报曳是由中国科学技术协会主管袁中国生态学学会尧中国科学院生态环境研究中心主办的生态学
高级专业学术期刊袁创刊于 员怨愿员年袁报道生态学领域前沿理论和原始创新性研究成果遥 坚持野百花齐放袁百家
争鸣冶的方针袁依靠和团结广大生态学科研工作者袁探索生态学奥秘袁为生态学基础理论研究搭建交流平台袁
促进生态学研究深入发展袁为我国培养和造就生态学科研人才和知识创新服务尧为国民经济建设和发展服务遥
叶生态学报曳主要报道生态学及各分支学科的重要基础理论和应用研究的原始创新性科研成果遥 特别欢
迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章曰研究简报曰生态学新理论尧新方法尧新技术介绍曰新书评价和
学术尧科研动态及开放实验室介绍等遥
叶生态学报曳为半月刊袁大 员远开本袁圆愿园页袁国内定价 怨园元 辕册袁全年定价 圆员远园元遥
国内邮发代号院愿圆鄄苑袁国外邮发代号院酝远苑园
标准刊号院陨杂杂晕 员园园园鄄园怨猿猿摇 摇 悦晕 员员鄄圆园猿员 辕 匝
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通讯地址院 员园园园愿缘 北京海淀区双清路 员愿号摇 电摇 摇 话院 渊园员园冤远圆怨源员园怨怨曰 远圆愿源猿猿远圆
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编辑部主任摇 孔红梅摇 摇 摇 执行编辑摇 刘天星摇 段摇 靖
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编摇 摇 辑摇 叶生态学报曳编辑部
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主摇 摇 编摇 王如松
主摇 摇 管摇 中国科学技术协会
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