天然林林龄的模拟估算及案例

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1、王殿中等：天然林林龄的模拟估算及案例2003天然林林龄的模拟估算及案例王殿中1,2,孙国清1,过志峰11.遥感科学国家重点实验室,北京100101;2.中国科学院研究生院,北京100039摘要：林龄是森林生态系统的一个重要特征，具有生态学意义，但是目前生态学调查中对天然林林龄的估算方法有一定缺陷。在特定的环境条件下，森林有着相应的演替过程。已有林窗研究表明，长白山森林是按照一定次序演替,森林的径级结构也是有规律可循的。由于总是缺乏足够的长期系统观测数据，因此作者采用数值模拟作为替代方法。应用校正过的林窗模型模拟0~600a的森林演替序列

2、，比较对长白山原始天然林的采样的结果，发现目前的林龄最接近400a。这个估测结果可以从本地区历史资料记载得到印证。关键词：林龄;林窗模型;径级分布中图分类号：Q948文献标识码：A文章编号：1672-2175（2008）05-1999-05王殿中等：天然林林龄的模拟估算及案例2003林龄是林分的重要特征参数，生态学工作者测算林龄通常有两种思路，一种是用最大树龄定义，通过测量树木年轮可以准确测量，另一种是通过估测优势树种平均年龄来定义林龄。前一种方法的局限在于只能测量单株年龄的极大值，但是树木的年龄可能会远远小于森林的实际年龄；而通过优势

3、树种平均年龄来定义林龄，则会进一步压缩林龄的范围，以长白山保护区天然成过熟林为例，即使发现需要300a才能长成的大树，林龄也被记作180a或者200a[1-3]。严格地说，上述方法都没有很好地估测天然林的实际林龄，一旦林中有大树死亡，就会引起平均胸径的降低进而低估森林年龄。另外，现实的森林研究中很难得到长期连续数据，如何进行长期时间维的验证等问题也需要解决，例如对长白山这样森林物种丰富的地区，几十年来在这里已经积累了大量的生态学观测数据，但是在回答森林生物量，植被净初级生产力等基本问题上，仍显不足。究其原因，这里的地带性植被是阔叶红松林

4、，这是一种北温带落叶阔叶和针叶混交林，由于混交林树种间的关系较为复杂，年龄不一，树木间竞争和生长及与周围环境关系有时随时间而变化，而所有这些还没有被完全理解[4]，所以一些基本的问题仍然不能很好回答。有学者指出用高次、多项式方程来表示森林系统中因子间的关系绝不是好方法[5]。实际上在森林生长变化的不同阶段，森林的树木组成是有一定规律可循的，为了提高对森林变化过程的预测能力，目前各国均以生态过程为基础，注重模型化研究方法的应用，发展了一些著名的通用模型和专用模型[6-7]。林窗模拟是研究森林演替发展的一种数值模拟方法，经过校准的模型能够在

5、一定的环境条件配置下，进行长期的模拟，得到比较可信的结果。中国作为世界上研究森林植被最理想的国家之一，林窗模型的发展很快，已经有学者成功应用到长白山原始林的研究[8-11]。但是已有研究思路局限在正向模拟随时间变化产生的一系列林分特征，如平均胸径、平均高度、基面积、生物量等，寻找已知林龄样地的林分特征验证模拟结果，缺乏运用模拟结果反向估算林龄的研究。本研究实现的是在林龄未知的情况下，首先测量林中树木胸径，然后通过数值模拟的方法，使用林窗模型模拟长白山特定气候、土壤条件下林分长期变化，根据输出的树木胸径结果计算林分径级分布，匹配林窗模拟输

6、出的径级分布序列，从而确定现时原始林的林龄。1研究区研究区选择在我国东北长白山地区，地理范围在41°23’-42°36’N,126°55’-129°E。本地区气候属于中温带大陆性季风气候，长白山站年均温2.8℃，年均降水718cm，雨热同季。地带性植被是阔叶红松林，位于海拔600~1000m，在长白山的下面，坡面较缓，土壤为山地棕色森林土[12]。这里是生态学研究的热点地区，1960年始建长白山自然保护区。保护区周边是重要的林业生产区。2研究方法2.1林窗模型林窗模型是基于林窗演替理论的一类森林动态模型，模拟某一林窗大小面积林地上树木更

7、新、生长和死亡等过程。本研究中采用的ZELIG模型是由美国学者Urban在FORET模型基础上发展起来的一种通用森林动态模拟模型[13]。王殿中等：天然林林龄的模拟估算及案例2003至今不仅已经在生态学者中广泛使用，而且被证明是与森林光学或雷达遥感结合研究的有效工具[14-15]。模型主要由两个大的模块构成：环境对森林生长的影响因子模块和植被生理因子模块。其中环境影响因子模块由光因子限制方程、土壤肥力限制方程、土壤水分限制方程和温度限制方程4个小模块构成，植被生理因子模块由林木更新模型、林木生长模型和林木死亡模型3个小模块构成。图1研究

8、区示意图2样点设计（1）光因子限制方程。根据不同树种对光照的反应不同，光对树高为h的树木生长的限制曲线可以用以下公式表示：（1）式中是各类树种的光饱和点，光反应曲线斜率和光补偿参数；是森林内h高度的通光量，