基于无线传感网络和光能利用率模型的毛竹林净初级生产力估算研究

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毛竹(phyllostachys pubescens)林作为一种兼具生态价值、经济价值、社会价值的重要竹种,对生态系统的影响逐年增加。毛竹林净初级生产力的估算,对研究毛竹林碳通量的空间分布特征以及计量毛竹林碳汇能力有重要作用。但是由于毛竹林面积大,分布广泛,目前的测量手段只能基于单点测量,对大区域的毛竹林净生产力不具代表性。利用模型估算是大区域净初级生产力广泛使用的方法,而随着无线传感技术的发展,使用无线传感网络采集模型参数的方法越来越具有优势。本文基于有效光合辐射收支模型提出无线传感网络部署方案,采集2015年1月至9月在安吉毛竹林通量观测塔附近的连续数据。对光能利用率模型的参数计算方式进行改进,提出两种胁迫因子计算方法(连乘法与最小值法),并将无线传感网络数据作为光能利用率模型的参数输入值。以此方法估算毛竹林净生产力,得到以下结果:(1)基于无线传感网络数据,利用改进的光能利用模型估算2015年1—9月毛竹林净初级生产力,该值与通量观测塔实测值相比,具有较一致的季节变化趋势,在4月和8月达到峰值,与毛竹林的生理特性符合。但是估算值对实测值有一定程度的低估。(2)基于不同假设建立光能利用率胁迫因子K的两种计算方法(连乘法与最小值法)。比较两种计算方法的估算结果,最小值法的决定系数(0.4078)相对于连乘法(0.3132)提高了,具有更好的相关性,而前者的均方根误差和标准偏差分别比后者下降了 0.0172mg m-2·s-1和0.0163mg m-2·s-1,说明最小值法精度较高。由此可知,在本实验中选择最小值法更适合毛竹林净初级生产力估算的研究。(3)对毛竹林净初级生产力估算结果做了一个时间间隔为2天的2—14天时间尺度估算分析,发现时间尺度变大不仅能够消除采集数据的部分误差,降低数据间的离散性,同时能够提高估算精度。在2—10天时间尺度内,随着时间尺度增大,估算精度逐步提高,而-10=14天尺度内,估算结果的验证值趋于恒定,这表示即使再扩大尺度,估算结果的精度提高也不明显,因此本实验选择10天尺度为最佳估算尺度。
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