人工长白落叶松树冠净光合速率的动态模拟

作     者：孙一博 

作者单位：东北林业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李凤日;刘强

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 0829[工学-林业工程] 

主      题：长白落叶松 光合有效辐射 贝尔定律 净光合速率 光响应曲线 

摘      要：本文以东北林业大学帽儿山实验林场以及黑龙江省尚志市小九林场的长白落叶松人工林为研究对象,基于2018年生长季节测定的光合有效辐射数据和光响应曲线数据对树冠净光合速率进行了动态模拟。首先以贝尔定律为基础计算树冠内各轮层实际的消光系数,同时使用赋值法确定最佳消光系数固定值。分析其它影响消光系数的变量,结合贝尔定律建立树冠光分布模型。其次筛选了最佳光响应曲线模型,分析了模型参数与叶片温度、水汽压亏缺值、比叶重以及相对着枝深度之间的关系,建立了树冠光响应曲线模型。研究结果表明:根据贝尔定律与实测的光合有效辐射数据计算的树冠各轮层消光系数在0.1～1.5之间且与相对着枝深度呈现明显的正相关。使用赋值法确定了 0.32为本研究最佳的消光系数固定值。同时通过分析可知太阳高度角、累积叶面积最大值、叶面积密度和树冠表面积会影响消光系数的变化,再参数化上述变量同时结合贝尔定律建立了树冠光分布模型,模型的拟合效果较好,决定系数为0.736,均方根误差为0.124μmol m-2 s-1。本研究中使用树冠光分布模型预估的树冠内光合有效辐射效果较好,平均误差为2.88μmol m-2 s-1,平均误差绝对值为117.4μmol m-2 s-1,预估精度为91.53%,使用最佳固定值预估的树冠内光合有效辐射效果较差,平均误差为-7.2μmol m-2 s-1,平均误差绝对值为217.5μmol m-2 s-1,预估精度为88.12%。消光系数在不同林木、不同轮层及不同的太阳高度情况下并不是一个固定值,本研究建立的树冠光分布模型在模型中加入了这些变量,符合客观实际,且对估计长白落叶松树冠内光合有效辐射有良好的效果,为人工长白落叶松树冠内不同位置净光合速率的模拟提供了基础。对比修正的直角双曲线模型（MRH）、修正的指数模型（MEM）、单分子式模型（M）这3种模型的拟合效果,选取了单分子式模型作为本研究的最佳模型。基于最大净光合速率、表观量子效率、暗呼吸速率与叶片温度、比叶重、水汽压亏缺值、相对着枝深度之间的关系,采用再参数化的方法将叶片温度、水汽压亏缺值、比叶重以及相对着枝深度这些变量耦合到了单分子式模型中,建立了树冠光响应曲线模型。使用该模型对长白落叶松树冠内不同位置的光相应曲线数据进行拟合,决定系数和均方根误差分别为0.759、1.840μmol m-2 s-1,使用检验数据进行验证,模型的平均偏差为0.047μmol m-2 s-1、平均绝对偏差为1.535μmol m-2 s-1、估计精度为95.98%,说明模型的拟合效果较好。本研究建立的树冠光响应曲线模型考虑了环境条件、针叶形态特征、空间位置,可以预估树冠内不同位置处不同环境条件下长白落叶松的净光合速率,为估计人工长白落叶松树冠内不同部位的光合产量提供了基础。