基于系統(tǒng)動力學(xué)的桉樹生長用水模型構(gòu)建

劉 挺, 茍 思, 劉 超, 賀宇欣, 莊文化, 劉鐵剛

(四川大學(xué) 水力學(xué)與山區(qū)河流開發(fā)保護(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 水利水電學(xué)院, 四川 成都 610065)

桉樹(Eucalyptus)作為世界上主要的速生造林樹種之一，有著生長速度快、環(huán)境適應(yīng)力強(qiáng)、產(chǎn)量高、易于種植等優(yōu)點(diǎn)[1]。但其種植和管理的合理性也引起不少爭議[2-4]，桉樹種植是否會對當(dāng)?shù)厮Y源產(chǎn)生不利影響以及和人類用水是否相沖突等問題都有待解決。解決相關(guān)爭論需要對桉樹的生長和用水過程進(jìn)行研究。目前的研究方法主要有兩種，一種是通過試驗(yàn)觀測的方法，比如通過設(shè)置對照流域進(jìn)行森林集雨區(qū)試驗(yàn)、通過人工種植或砍伐一定面積的桉樹等手段，觀測人工林面積變化對徑流的影響，但這需要較長的時間，實(shí)施和管理起來有諸多不便[5-7]。另一種是基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)的模型模擬研究。本文開發(fā)模型研究桉樹生長和用水過程。模型開發(fā)需要準(zhǔn)確描述桉樹的生長特性以及用水特性。桉樹用水特性復(fù)雜，其根系具有二態(tài)性，即在距離地表較近的淺層土壤中分布有大量細(xì)微的側(cè)根，而較粗的主根則徑直向下，可穿透較深的土壤層甚至直達(dá)地下水層[8]。在不同季節(jié)桉樹對土壤水和地下水的使用方式可能會有所不同。在雨季，桉樹主要使用淺層土壤水，而在旱季當(dāng)淺層土壤變干后，則會逐步使用深層土壤水或地下水。桉樹根系存在水力再分配現(xiàn)象。水力再分配是指水分在水勢差的驅(qū)動下，通過根系在不同土壤層間的被動運(yùn)移。Adams等[9]和Schymanski等[10]在澳大利亞對桉樹進(jìn)行研究后指出水力再分配現(xiàn)象會顯著影響桉樹的用水過程。模擬桉樹根系對不同水源的吸收和水力再分配現(xiàn)象，需要合理的根系吸水模型。在已有模型研究中，傳統(tǒng)的模擬方法是先計(jì)算潛在騰發(fā)量，然后根據(jù)植物根系在土壤中的分布比例，從不同土壤層中同時吸水。在這樣的模擬方法中，植物會同時使用淺層土壤水、深層土壤水和地下水等不同水源，與實(shí)際觀測結(jié)論不符。Li等[11]開發(fā)的根系吸水的補(bǔ)償模型機(jī)制簡單，容易過高估計(jì)植被對于高含水量土壤層的吸水量。在模擬桉樹根系的水力再分配方面，已有研究中Ryel等[14]提出的模型比較簡單，模擬機(jī)制有待改進(jìn)。Lee等[15]開發(fā)的模型有所改進(jìn)，但無法模擬植物休眠或植物死亡情況下的水力再分配。而Gou，Miuer[10]提出的根系吸水模型有所創(chuàng)新，模型通過勢能差驅(qū)動水分運(yùn)移，能夠模擬植物在不同季節(jié)對于不同水源的利用情況的變化，同時模擬了水力再分配作用。桉樹生長受到諸多因素的影響。氣象條件、人工管理、立地條件都會不同程度的影響桉樹的生長。合理的考慮這些影響因素是模擬桉樹生長的關(guān)鍵。已有研究中，ProMod模型[16]和3-PG模型[17]是模擬植物生長中兩個最常用的模型。其中3-PG模型被成功應(yīng)用于國內(nèi)外桉樹生長模擬中。在國外，3-PG模型較好的模擬出了澳大利亞西部以及塔斯馬尼亞地區(qū)7個站點(diǎn)的桉樹生長[18]；在國內(nèi)花利忠等利用3-PG模型成功模擬了雷州半島尾葉桉的生長規(guī)律[19]。桉樹生長迅速，生長過程中用水量變化明顯，桉樹用水也會反過來影響桉樹生長速率，因此需要將這兩個框架有機(jī)結(jié)合在一起。本文構(gòu)建的模型由兩個主要框架組成，即桉樹生長過程模擬和桉樹用水過程及相關(guān)生態(tài)水文過程模擬。本文根據(jù)3-PG模型原理模擬桉樹生長過程[17]，根據(jù)Gou和Miller[10]提出的根系吸水模擬、水分脅迫模擬、水力再分配模擬等原理模擬桉樹用水和相關(guān)生態(tài)水文過程，通過合理地設(shè)置耦合點(diǎn)將兩大框架耦合起來。利用系統(tǒng)動力學(xué)軟件Vensim搭建桉樹生長用水模型。最后在國內(nèi)外分別選擇兩個研究區(qū)，驗(yàn)證模型的合理性，以期為科學(xué)地種植桉樹提供理論幫助。

1 材料與方法

1.1 模型原理

1.1.1 桉樹生長過程模擬 描述桉樹生長的公式，主要利用Landsberg等[17]開發(fā)的3-PG植物生長模型原理來建立。該模型模擬林分水平的植物生長過程主要由生產(chǎn)量的計(jì)算、生產(chǎn)量的分配、新陳代謝和死亡、林分特征幾個部分組成。生產(chǎn)量計(jì)算是通過植被光合作用將太陽光照攔截吸收以后合成有機(jī)物質(zhì)。模型將呼吸作用消耗的能量占總能量的比值視為一個常數(shù) ，默認(rèn)為0.47。凈初級生產(chǎn)量的計(jì)算如公式(1)所示[20]：

ΔPn=0.552αcγ(1-e-kL)Q

(1)

式中：ΔPn——單位時間內(nèi)所產(chǎn)生的凈初級生產(chǎn)量；k——吸收系數(shù)；L——葉面積指數(shù)；Q——輻射數(shù)據(jù)；αc——冠層量子效率，用于度量植被將攔截的太陽輻射轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)量的效率。αc受到其他環(huán)境因子比如溫度、土壤營養(yǎng)狀況、霜凍等的影響。接下來植被將凈初級生產(chǎn)量分配到植物的根、莖、葉，分配情況取決于相應(yīng)的分配參數(shù)，分配參數(shù)又和土壤肥力、胸高直徑等參數(shù)有關(guān)。除了呼吸作用導(dǎo)致的損耗以外，生產(chǎn)量也按照一定的規(guī)律有所損耗。這部分損耗分為植物正常新陳代謝和植株死亡所造成的損耗，植株死亡又可以分為植株按照正常速率的死亡和由于植株密度達(dá)到一定程度以后出現(xiàn)資源的爭奪所導(dǎo)致的植株自然稀疏現(xiàn)象。在林分特征方面，模型可以模擬樹高、胸高直徑以及林分材積的變化情況。這幾個參數(shù)對于評估桉樹人工林生產(chǎn)力，合理規(guī)劃具有重要意義。相應(yīng)的計(jì)算公式[20]為：

H=aHBnHBNnHN

(2)

B=(1 000WS/asN)1/ns

(3)

VS=(1-ρBB)WS/ρ

(4)

式中：H——樹高(m)；N——植株密度(株/hm2)；B——胸高直徑(cm)；ns——凈初級生產(chǎn)量分配到莖干的比例；WS——莖干生物量；ρBB,ρ和林齡有關(guān)，參數(shù)aH,nHB,nHN,aS無實(shí)際意義，均為常數(shù)。

1.1.2 生態(tài)水文過程模擬 描述生態(tài)水文過程的公式，主要利用Gou和Miller[10]開發(fā)的生態(tài)水文模型原理來建立。桉樹是有可能使用地下水的，該模型可以模擬植被對土壤水和地下水的聯(lián)合使用。該模型通過勢能差驅(qū)動水分在土壤和植被中的運(yùn)移，并引入了新的根系吸水和根系水力再分配方程對傳統(tǒng)的根系吸水模擬做出了改進(jìn)；模型還引入了新的植物水分脅迫模擬方法[10]。

(1) 根系吸水模擬。在水勢差的驅(qū)動下，根系吸水部分從土壤層中吸收水分，然后水分經(jīng)過根系輸水部分再向上或向下運(yùn)輸。如公式(5)所示[10]：

(5)

式中：Qs,i——根系從第i層土壤中吸收(或釋放)水分的速率；n——總的根系數(shù)量；froot,i——第i層土壤中根系數(shù)量占總根系數(shù)量的比例；Aa_root,i——第i層土壤根系吸水部分區(qū)域的面積；Γs,i——第i層土壤中單位長度根系吸水部分根圍的阻力；Γr,i——第i層土壤中單位長度根系輸水部分阻力；ψsoil,i——第i層土壤的水勢；ψref——參考點(diǎn)水勢(參考點(diǎn)被定義為植被和地表齊平的點(diǎn))；zi——第i層土壤中心離地表的距離。將各土層包括地下水層的根系吸水速率相加便可以計(jì)算出根系吸水總速率。在濕潤季節(jié)，表層土壤含水量相對較高，水勢較高，ψsoil,i-ψref-zi>0，Qs,i>0,根系從表層土壤中吸收水分，而深層土壤含水量相對較低，ψsoil,i-ψref-zi<0，Qs,i<0，根系反向釋放水分給深層土壤。在干旱季節(jié)，深層土壤含水量相對較高，水勢較高，ψsoil,i-ψref-zi>0，Qs,i>0,根系從深層土壤中吸收水分，而淺層土壤含水量相對較低，ψsoil,i-ψref-zi<0，Qs,i<0，根系反向釋放水分給淺層土壤。因此該計(jì)算式可以模擬根系吸水和根系的水力再分配。模型認(rèn)為水分的運(yùn)移是連續(xù)的，因此根系從各層土壤及地下水層中吸水的總速率應(yīng)該等于植被的騰發(fā)速率，從而得出公式(6)[10]：

(6)

(2) 水分脅迫模擬。在處理水分脅迫的問題時，傳統(tǒng)的方法是基于土壤含水量的情況來考慮的。認(rèn)為當(dāng)土壤含水量降低到某個臨界值時，植物開始受到水分脅迫，隨著土壤含水量下降，植被的騰發(fā)速率也隨之下降；當(dāng)含水量下降到凋萎點(diǎn)，植被完全停止騰發(fā)。但對于能夠利用較深層土壤水或地下水的深根系植被，在旱季，當(dāng)表層土壤中的根系由于水分脅迫而減少甚至停止水分的吸收時，在其他水分充足的含水層中的根系可能仍然可以繼續(xù)吸收水分。因此，模型建立了新的水分脅迫模擬方法：從植物空穴化角度出發(fā)，考慮水勢、水力傳導(dǎo)度、氣孔開度等多個因素的相互影響，最終通過植被騰發(fā)速率的變化得以體現(xiàn)，即公式(7)[10]：

T=ETpotξ

(7)

式中：ξ——整個根系系統(tǒng)水力傳導(dǎo)度在空穴化影響下剩余的比例； ETpot——潛在蒸散速率。

1.1.3 模型框架耦合 為將桉樹生長過程的模擬和生態(tài)水文過程的模擬聯(lián)系在一起，選取了3個關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行耦合。①耦合點(diǎn)1：考慮植物生長過程中葉生物量的變化對生態(tài)水文過程的影響。當(dāng)植被未受到脅迫時(即植被的水分和養(yǎng)分供應(yīng)充足、光線充沛、溫度適宜)，根據(jù)生長模型得到的葉生物量為最大值。將該最大值作為基準(zhǔn)值，計(jì)算各個時刻實(shí)際葉生物量和基準(zhǔn)值的比值，用于修正生態(tài)水文模型中冠層覆蓋度的變化，進(jìn)而影響植物騰發(fā)速率。②耦合點(diǎn)2：考慮植物生長過程中根生物量的變化對生態(tài)水文過程的影響。通過生長模型中根生物量和葉生物量的比例變化來修正生態(tài)水文模型中根面積和葉面積的比值。③耦合點(diǎn)3：植物生長受土壤水分的影響。將生態(tài)水文模型當(dāng)前的土壤含水量計(jì)算結(jié)果反饋給植物生長模型。植物生長模型據(jù)此考慮植物生長受到土壤水分的影響，進(jìn)而計(jì)算生長模型中的土壤水參數(shù)。

1.2 系統(tǒng)動力學(xué)模型搭建

模型結(jié)構(gòu)將在系統(tǒng)動力學(xué)軟件Vensim中完成搭建。模型結(jié)構(gòu)由各種變量組成。通過相應(yīng)的聯(lián)系符號和數(shù)學(xué)公式將各變量聯(lián)系起來。Vensim中包括變量(variable)、存量(stock)、流量(flow)等。變量的類型取決于想要如何定義和使用某個要素。存量和流量是模型的核心變量。存量是系統(tǒng)中產(chǎn)生行為的基礎(chǔ)，而流量則是讓存量產(chǎn)生改變的原因所在。

在模擬桉樹生長時，關(guān)鍵的存量包括根生物量、莖干生物量、葉生物量；關(guān)鍵的流量包括根、莖干、葉分配的凈初級生產(chǎn)量、根周轉(zhuǎn)率、葉凋零速率、植株死亡速率。各變量比如溫度、樹齡、水汽壓差、輻射等對凈初級生產(chǎn)量產(chǎn)生影響。凈初級生產(chǎn)量通過輸入流量被分配到根、莖干、葉相應(yīng)的存量中。而在根周轉(zhuǎn)率、葉凋零速率、植株死亡速率等輸出流量的作用下，根、莖干、葉相應(yīng)的存量又有所減少，處于動態(tài)變化的過程。在模擬桉樹用水和生態(tài)水文過程時，各土壤層含水量被設(shè)置為存量，各土壤層之間的水分下滲、不同深度根系之間水分的運(yùn)移、降雨入滲等均作為流量，使水分在各存量之間運(yùn)移。同時，各土壤層、根系、葉片等都被賦予相應(yīng)的能量變量，并和水分的運(yùn)移系統(tǒng)緊密聯(lián)系。水分運(yùn)移，則能量同步發(fā)生變化，二者此消彼長，能量變量驅(qū)動水分運(yùn)移，水分的運(yùn)移又反饋造成能量的變化，最終帶動整個模型運(yùn)轉(zhuǎn)。

1.3 研究區(qū)模型構(gòu)建

為驗(yàn)證構(gòu)建模型的合理性，選取位于澳大利亞的Tumbarumba站點(diǎn)和廣東省雷州半島的紀(jì)家林場作為相應(yīng)的研究區(qū)域。

1.3.1 澳大利亞Tumbarumba研究區(qū) Tumbarumba研究區(qū)位于澳大利亞新南威爾士(35°39′20.26″S，148°09′07.5″E)，海拔1 200 m[21]。年平均降雨量在986 mm左右，屬于海洋型氣候。冬季溫度在4 ℃左右[22]，年平均溫度在8 ℃左右[23]。站點(diǎn)的氣象資料來源于Tumbarumba通量站。該通量站建立于2000年3月，為澳大利亞通量站系統(tǒng)之一，由隸屬澳大利亞政府的聯(lián)邦科學(xué)工業(yè)組織(CSIRO)和陸地生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)(TERN)提供管理和支持。氣溫、風(fēng)速、濕度、降雨、輻射等都是通過渦流技術(shù)測量(eddy flux)，土壤體積含水率是用時域反射儀(TDR)測量。目前可以獲取的氣象資料是從2001—2014年一共14 a的每1 h的氣象觀測數(shù)據(jù)。因此，選取2001—2014年作為Tumbarumba站點(diǎn)的模擬時長，選取每3 h作為一個模擬步長。降雨、氣溫、輻射等數(shù)據(jù)為模型輸入數(shù)據(jù)。根據(jù)從澳大利亞土壤資源信息系統(tǒng)(ASRIS)獲取的數(shù)據(jù)，耦合模型將土壤層分為了4層外加1層地下水層。殘余土壤含水量、飽和土壤含水量、土壤飽和水力傳導(dǎo)度等數(shù)據(jù)則是在參考Haverd等[24]采樣獲取的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上設(shè)定(表1)。

表1 Tumbarumba站點(diǎn)主要土壤參數(shù)

該地區(qū)的桉樹種植有著100 a上的歷史，主要的桉樹樹種為德利格特桉(Eucalyptusdelegatensis)，林下植被較稀疏，以草的覆蓋為主[21]。植被根系分布隨土壤深度的變化的計(jì)算如公式(8)所示：

γ=1-βd

(8)

式中：γ——根系分布的比例；β——Jackson等[25]綜合很多組根系研究的數(shù)據(jù)以后總結(jié)出的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)；d——土壤深度。

1.3.2 廣東省雷州半島的紀(jì)家林場研究區(qū) 廣東省雷州半島的紀(jì)家林場位于(20°54′N，109°52′E)，多年平均降雨量在1 500 mm以上[26]。海拔70 m，年平均氣溫在21～26 ℃之間，屬于海洋性季風(fēng)氣候，土壤為玄武巖質(zhì)黏土[26]。氣象資料的獲取來源于寒區(qū)旱區(qū)科學(xué)數(shù)據(jù)中心，其時間分辨率為3 h，包含近地面氣溫、近地面氣壓、近地面空氣比濕、近地面全風(fēng)速、地面向下短波輻射、地面向下長波輻射、地面降水率7個要素。該站點(diǎn)的桉樹種植是從幼苗到輪伐期，而中國的桉樹的輪伐期一般為6～7 a[27]，結(jié)合獲得的實(shí)測數(shù)據(jù)，選取1996年6月至2002年6月一共6 a時間作為紀(jì)家站點(diǎn)的模擬時長，選取每3 h作為一個模擬步長。

根據(jù)張寧南[26]關(guān)于雷州半島桉樹人工林耗水量的研究，將土壤分為4層外加一層地下水層。殘余土壤含水量、孔隙率、土壤飽和水力傳導(dǎo)度是根據(jù)張寧南[26]研究中提供的土壤顆粒級配資料推算；地下水位是根據(jù)花利忠等[28]在雷州半島桉樹研究中所提供的資料，主要土壤參數(shù)如表2所示。該地區(qū)主要的桉樹品種包括尾葉桉(Eucalyptusurophylla)、剛果12 W5(EucalyptusABL12)[28]。此次選取尾葉桉為研究樹種，同樣采取公式(8)的方法計(jì)算桉樹和草的根系分布。

表2 紀(jì)家站點(diǎn)主要土壤參數(shù)

2 結(jié)果與分析

將2個研究區(qū)的參數(shù)數(shù)據(jù)分別代入耦合模型得出模擬結(jié)果，與已有的實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比。選取蒸散量數(shù)據(jù)驗(yàn)證模型對桉樹用水的模擬；選取林分材積、樹高、胸高直徑、植株密度驗(yàn)證模型對桉樹生長情況的模擬。

2.1 Tumbarumba站點(diǎn)

將2001—2014年蒸散量模擬值和實(shí)測值進(jìn)行對比(圖1)。耦合模型模擬了蒸散量變化趨勢。模型模擬的2001—2014年均蒸散量為819 mm，實(shí)測的年平均蒸散量為867 mm。將2001年年內(nèi)蒸散速率模擬值與實(shí)測值對比(圖2)，模擬蒸散速率從1—6月呈下降態(tài)勢，然后直到12月都呈上升態(tài)勢；實(shí)測蒸散速率從1—5月呈下降態(tài)勢，之后除了8月略有下降以外，呈上升態(tài)勢。Tumbarumba地區(qū)一般每年的5—10月為冬季，11月至次年4月為夏季，并且降雨大多發(fā)生在冬季。降雨增多，可供植被利用的水量增多，植被蒸騰和土壤蒸發(fā)都會增加，因此蒸散速率模擬值和實(shí)測值都是從5月左右開始上升。將胸高直徑、林分材積、樹高、植株密度實(shí)測值與模擬值對比，分析桉樹生長模擬情況(表3)。除了樹高的模擬精度相對較低，其余3個參數(shù)的模擬精度都較好。

圖1 Tumbarumba站點(diǎn)2001-2014年

以2001年模擬結(jié)果為例進(jìn)一步分析Tumbarumba站點(diǎn)桉樹年內(nèi)用水方式(圖2)。列出2001年Tumbarumba站點(diǎn)月蒸散量模擬值、降雨入滲值、淺層土壤層(模型中設(shè)置的第1—4土壤層)含水量變化量之和、深層土壤水或地下水吸水量(表4)。在Tumbarumba站點(diǎn)，模擬結(jié)果顯示，桉樹除了使用土壤水，地下水也可能是桉樹的重要水分來源，這和Keith等[29]在研究Tumbarumba桉樹林的碳循環(huán)時發(fā)現(xiàn)桉樹可能使用地下水的證據(jù)相符。耦合模型可以較為準(zhǔn)確的模擬出Tumbarumba站點(diǎn)桉樹的用水和生長情況。

表3 Tumbarumba站點(diǎn)樹高、胸徑、林分材積、植株密度模擬值和實(shí)測值對比

表4Tumbarumba站點(diǎn)桉樹2001年年內(nèi)用水方式mm

月份蒸散量入滲量淺層土壤水變化量深層土壤水或凈地下水吸收量1140.3521.49-20.2898.572124.5369.4630.1685.23386.9929.0628.3086.23453.1327.7742.2967.65535.729.0437.9664.63622.0873.0695.5044.52723.7827.5849.9745.55828.7157.6668.3239.36956.4946.5928.0937.991067.9579.7048.1836.4211103.3932.56-27.5843.2312117.299.59-31.3476.35

圖2 Tumbarumba站點(diǎn)2001年內(nèi)每月蒸散速率模擬值與實(shí)測值對比

2.2 紀(jì)家站點(diǎn)

紀(jì)家站點(diǎn)并不具備Tumbarumba站點(diǎn)類似的長時間序列觀測資料，因此選取1999年10月至2000年9月月蒸散速率的實(shí)測值和模擬值進(jìn)行對比，如圖3所示：模擬的月蒸散速率從1999年10月至2000年2月呈下降，然后2—8月呈上升趨勢，之后略有下降。實(shí)測的月蒸散速率從1999年10月至2000年2月之間除了11月有提升，整體呈下降趨勢，然后直到2000年7月都呈上升，之后兩個月下降。模擬和實(shí)測值變化情況基本一致。和Tumbarumba站點(diǎn)處一

樣，紀(jì)家站點(diǎn)的蒸散速率變化模式和降雨密切相關(guān)。紀(jì)家站點(diǎn)大致4—9月為雨季，在此期間降雨增多，這和蒸散速率模擬值以及實(shí)測值變化情況大致吻合。選取林分材積、樹高、胸徑、植株密度幾個參數(shù)作為桉樹生長模擬情況對比依據(jù)(如圖4所示)，從擬合結(jié)果來看，除個別點(diǎn)有一定偏差外，總體擬合較好。以2000年模擬結(jié)果為例進(jìn)一步分析紀(jì)家站點(diǎn)桉樹年內(nèi)用水方式。2000年雷州半島紀(jì)家站點(diǎn)每月蒸散量模擬值、降雨入滲值、淺層土壤層(模型中設(shè)置的第1—4層土壤層)含水量變化量之和、深層土壤水或地下水吸水量如表5所示。

圖3 紀(jì)家站點(diǎn)1999年10月至2000年9月每月蒸散速率模擬值與實(shí)測值對比

圖4 紀(jì)家站點(diǎn)材積、樹高、胸徑、植株密度模擬值與實(shí)測值對比

不同于Tumbarumba站點(diǎn)，紀(jì)家站點(diǎn)模擬的桉樹2000年全年幾乎不使用深層土壤水或地下水，依靠降雨入滲量和淺層土壤水儲備的前期含水量即可維持其蒸散需要。這和張寧南等[26]提出該地降雨量超過1 200 mm時桉樹將不會使用地下水的結(jié)論一致。可見，耦合模型可以較為準(zhǔn)確地模擬出紀(jì)家桉樹林的用水和生長情況。

表5 紀(jì)家站點(diǎn)桉樹2000年年內(nèi)用水方式 mm

3 討論與結(jié)論

原有的2個模型即3-PG模型[17]和Gou與Miller[12]提出的生態(tài)水文模型都是較為成熟的模型，但前者側(cè)重于模擬植被的生長過程，對植被水分利用過程的模擬則相對粗略；后者側(cè)重于模擬植被的水分利用過程以及相關(guān)生態(tài)水文過程，忽略了植被生長的影響。本研究將這2個模型進(jìn)行耦合，考慮桉樹生長與桉樹用水之間的相互影響，耦合模型能較好地模擬Tumbarumba站點(diǎn)和紀(jì)家站點(diǎn)的生長和用水情況。

在Tumbarumba站點(diǎn)，如果單獨(dú)使用Gou和Miller[12]提出的生態(tài)水文模型模擬桉樹用水，模擬的2001—2014年年均蒸散量為661 mm；耦合模型模擬的年均蒸散量為841 mm，而實(shí)測資料的年均蒸散量為866 mm，耦合模型能更好地模擬蒸散量。如果單獨(dú)使用3-PG模型模擬桉樹的生長，則胸高直徑的平均模擬精度由之前的71%提高到95%；林分材積的平均模擬精度由93%降低為88%；樹高的平均模擬精度由88%提高到90%；植株密度的模擬精度不變。耦合模型對胸高直徑的模擬精度降低了24%，其他參數(shù)模擬精度變化不大。

在紀(jì)家站點(diǎn)，如果單獨(dú)使用Gou和Miller[12]提出的生態(tài)水文模型模擬桉樹的用水，模擬的1999年10月至2000年10月期間蒸散量為1 236 mm，耦合模型模擬蒸散量為1 067 mm，而實(shí)測資料的蒸散量為1 069 mm，耦合模型能更好地模擬蒸散量。如果單獨(dú)使用3-PG模型模擬桉樹的生長，則胸高直徑的平均模擬精度由之前的94%提高到95%；林分材積的平均模擬精度不變；樹高的平均模擬精度由之前的95%降低到89%；植株密度的模擬精度不變。耦合模型對于桉樹生長狀況的模擬相比已有生長模型模擬的精度大體不變。各參數(shù)模擬精度都較好，因此耦合模型在紀(jì)家站點(diǎn)模擬表現(xiàn)較好。

總體而言，耦合模型在2個站點(diǎn)模擬桉樹用水方面均有提高，但在模擬桉樹生長方面沒有明顯提升，在Tumbarumaba站點(diǎn)胸高直徑參數(shù)模擬精度還出現(xiàn)了下降。原因可能是因?yàn)門umbarumba站點(diǎn)所在的巴戈國家森林(Bago State Forest)面積較大，不同區(qū)域獲得的生長指標(biāo)實(shí)測資料存在著一定的差異。而紀(jì)家站點(diǎn)桉樹林研究區(qū)范圍相對小得多，而且不同于Tumbarumba處桉樹天然林，此處均是人工控制管理的人工林，林分組成更加一致。因此在有關(guān)生長指標(biāo)的實(shí)測資料獲取上Tumbarumaba站點(diǎn)誤差可能會更大。耦合模型能較為合理地模擬桉樹用水和生長情況，可以為后期桉樹的科學(xué)種植于管理提供一定的理論幫助。但耦合模型模型參數(shù)眾多，獲取模型參數(shù)較為困難，后續(xù)模型的改進(jìn)可以考慮從參數(shù)的簡化方面入手。