南方红壤典型水土流失区马尾松林地上林木碳储量的遥感监测——以长汀县河田镇为例

森林碳储量动态变化对揭示区域水土流失治理成效具有重要指示意义。以长汀县河田镇为例,2017年随机设置34个马尾松林样本作为建模集,分别与同期Landsat影像的原始波段、植被指数及主成分因子进行回归分析,构建马尾松（（Pinus massoniana））林地上林木碳储量的最佳反演模型,基于伪不变特征原理的线性归一化法实现该模型在2003、2010年影像上的适用性校正转换,实现研究区2003、2010、2017年马尾松林地上林木碳储量的反演及时空分异特征的研究。结果表明：研究区2017年马尾松林地上林木碳储量最佳遥感反演模型是以绿色植被指数（GNDVI）为自变量构建的指数模型：C₂₀₁₇=0.006e^{14.357GNDVI₂₀₁₇},该模型拟合的决定系数为0.57,平均相对精度为82.19%;2003年、2010年马尾松林地上林木碳储量遥感估测模型为：C₂₀₀₃=0.006e^{（16.4086GNDVI₂₀₀₃+1.1428）}、C₂₀₁₀=0.006e^{（15.1677GNDVI₂₀₁₀+1.5821）},两期校正模型的决定系数均在0.85以上;2003、2010及2017年碳储量分别为8.24 t/hm²、11.34t/hm²、16.14 t/hm²,整体呈上升趋势;地上林木碳储量随海拔、坡度的升高而增加,向阳坡地上林木碳储量高于背阴坡;碳储量增长率随海拔、坡度的升高而降低,背阴坡碳储量增长率高于向阳坡。     

红壤侵蚀地马尾松林恢复后土壤有机碳库动态

运用RothC(version 26.3)模型,并结合“时空代换法”对长汀河田红壤侵蚀退化地马尾松人工恢复后林地表层(0-20cm)土壤有机碳库的动态变化进行了反演和预测,研究结果表明:RothC 26.3模型的模拟结果能够较好地反映红壤侵蚀地植被恢复过程中土壤有机碳的变化趋势;RothC 26.3模型适用于中亚热带季风气候条件下马尾松林地土壤碳库的动态模拟;侵蚀退化地在马尾松林建植后,林地表层土壤碳吸存速率以非线性的形式上升,并在15-25a时间内达到最大,马尾松恢复后前30a林地土壤平均碳吸存速率约为0.385 tC·hm-2· a-1,自马尾松建植后演替至当地顶级群落(次生林)全过程中平均碳吸存速率约0.156 tC·hm-2·a-1;根据模拟结果得到的拟合方程,计算得到研究区红壤侵蚀退化地的碳饱和容量约为36.85 tC/hm2,固碳潜力约为33.26 tC/hm2.     

基于QuickBird影像的城市森林碳储量遥感估测

城市森林是增加城市碳吸收的积极因素之一,为全球碳循环作出了重要贡献.本文基于Quickbird高分辨率遥感影像,以浙江省义乌市环城路以内区域为研究区,将市区的森林分为公园森林、防护森林、单位附属森林和其他森林4种类型.以实地样地调查碳储量为因变量,利用逐步线性回归的分析方法从遥感影像中的波段灰度值、植被指数、纹理信息等50个因子中选取自变量因子,最终建立不同森林类型的遥感碳储量估算模型.结果表明： 研究区4种森林类型的模型精度都在70%左右.公园森林、防护森林、单位附属森林和其他森林的碳储量分别为3623.80、5245.78、5284.84、5343.65 t.该区域碳密度主要集中在25～35 t·hm^-2.在今后的城市森林规划中,可通过提高绿化率以及乔木与低矮灌木的套种来进一步加强城市森林碳吸收的功能.
     

长沙市区马尾松人工林生态系统碳储量及其空间分布

采用样方法和取样法,研究了长沙市区13年生马尾松林生态系统碳含量、碳储量及其空间分布特征。结果表明:马尾松林木各器官平均碳含量为511.17 g/kg,从高到低排列顺序为叶>干>根>皮>枝;林下灌木层、草本层、枯落物层的平均碳含量分别为531.66、465.53、393.92g/kg。林地土壤层有机碳含量为9.40—24.73 g/kg,各层次碳素含量分布不均,表层(0—15cm)土壤碳素含量较高,并随土壤深度的增加而逐渐下降。生态系统碳库的空间分布序列为土壤层>植被层>枯落物层。植被层的碳储量为34.50t/hm2,占整个生态系统碳总储量的21.57%;乔木层碳储量占整个生态系统的20.27%,占植被层碳储量的93.97%。乔木层碳储量中,树干的碳储量最高,占乔木层碳储量的65.52%,其次为根,占乔木层碳储量的19.15%,树皮最少,仅占2.10%;枯落物层碳储量为3.81 t/hm2,仅占整个生态系统碳储量的2.38%;林地土壤层(0—60cm)碳储量相当可观,为121.62 t/hm2,占系统碳储量的76.05%。马尾松林年净生产力为4.88 t.hm-.2a-1,有机碳年净固定量为2.50 t.hm-.2a-1,折合成CO2的量为9.16 t.hm-.2a-1。     

湖南省森林生态系统碳储量、碳密度及其空间分布

本研究在湖南省野外样地调查的基础上,结合湖南省2014年森林资源二类调查结果,计算出湖南省森林生态系统碳储量的空间分布格局。结果表明:湖南省森林生态系统的平均碳密度为130.69 t·hm~(-2)。其中,乔木层、灌木层、草本层、凋落物层和土壤的碳密度分别为28.36、1.77、0.90、1.36和98.30 t·hm~(-2)。植被碳密度与土壤碳密度呈显著正相关关系。土壤碳密度与凋落物层碳密度呈显著正相关关系。阔叶林碳密度最大(175.26t·hm~(-2)),其后依次为杉木林(136.81 t·hm~(-2))、马尾松林(133.84 t·hm~(-2))、柏木林(124.88t·hm~(-2))、竹林(117.29 t·hm~(-2))、杨树林(95.08 t·hm~(-2))、经济林(80.94 t·hm~(-2))、湿地松林(64.71 t·hm~(-2))、灌木林(63.73 t·hm~(-2))。湖南省森林生态系统总碳储量为1572.02Tg C,其中,乔木层、灌木层、草本层、凋落物层和土壤的碳储量分别为341.18、21.29、10.78、16.36、1182.38 Tg C。阔叶林碳储量最大(545.77 Tg C),依次为杉木林(419.91 Tg C)、马尾松林(275.58 Tg C),竹林(127.76 Tg C)、灌木林(74.44 Tg C)、经济林(71.25 Tg C)、柏木林(25.81 Tg C)、湿地松林(22.39 Tg C)、杨树林(9.11 Tg C)。在各市州中,怀化市森林生态系统碳储量最大,为267.43 Tg C;湘潭市最少,为28.12 Tg C。湖南省森林生态系统碳储量分布不均,表现为湘西南湘南湘北湘中。阔叶林、杉木林和马尾松林是湖南省森林生态系统碳储量的主要贡献者,分别占34.72%、26.71%、17.53%。     

三峡库区森林生态系统有机碳密度及碳储量

森林生态系统作为陆地生态系统的重要组成部分,在减缓全球气候变化过程中发挥重要作用.基于104块样地调查和森林资源二类清查数据,运用GIS平台,对三峡库区森林生态系统有机碳密度及储量进行研究,结果表明:(1)三峡库区森林优势树种各器官的含碳率为44.59%～54.45%,森林凋落物含碳率为30.61%～42.73%,平均为36.38%;(2)三峡库区森林生态系统平均碳密度为117.68t · hm-2,低于我国森林平均水平;植被层碳密度平均为24.15 t · hm-2,其中常绿阔叶林植被层碳密度最高,达42.80 t · hm-2;枯落物层平均碳密度为2.74 t · hm-2,土壤有机碳密度平均为9.09 kg · m-2;(3)三峡库区森林生态系统总有机碳储量为286.14×106t,其中植被层碳储量为58.72×106t,凋落物碳储量为6.67×106t,土壤碳储量为220.74×106t;(4)三峡库区马尾松林分布面积最大,其总有机碳储量为77.24×106t,占三峡库区森林有机碳总储量的26.99%;在各森林类型中,马尾松林植被层、凋落物层和土壤层有机碳储量均最高,分别达到20.70 × 106t、2.66×106t和53.89×106t;(5)三峡库区森林有机碳密度呈现"东高西低"分布格局,巴东-秭归、巫山-巫溪、石柱-武隆及江津南部有机碳密度较高.在三峡库区提高森林质量、扩大森林面积是增强森林生态系统碳汇功能的有效途径.     

基于RUSLE的福建省长汀县河田盆地区土壤侵蚀定量研究

以RS、GIS和RUSLE模型为主要技术,选取典型的土壤侵蚀区福建省长汀县河田盆地区为研究区,通过对模型因子的合理选择,估算了该地区1988年、1998年和2010年的土壤侵蚀量,实现土壤侵蚀状况的定量评价和动态监测.结果表明:在1988年至2010年期间,研究区土壤侵蚀状况得到明显改善,平均土壤侵蚀模数由4259.11 t·km-2·a-1下降为1280.09 t·km-2·a-1,年侵蚀量由252.42万t下降至75.87万t;中度及其以上侵蚀面积由176 km2减少至62.69 km2,微度侵蚀面积由225.85 km2增加至358.9 km2.研究结果说明近22年来针对长汀河田盆地区土壤侵蚀的治理所采取的措施是卓有成效的.长汀河田盆地区水土流失进一步重点治理的区域应集中在盆地中心及其西北部等地区的高程低于400 m、植被覆盖度为20％-50％的地区.     

基于环境卫星数据的黄河湿地植被生物量反演研究

回归模型拟合植被指数与生物量的定量关系是植被生物量反演的重要研究方法之一.研究在此基础上,基于环境卫星遥感数据和同步野外实地采样数据,以郑州黄河湿地自然保护区为试验区,比较MLRM(多元线性回归模型)与SCRM(一元曲线回归模型)反演植被生物量的能力,并估算研究区植被生物量,生成研究区生物量分布图.结果表明,文中所建立的MLRM在研究区具有较好的反演精度和预测能力.其模型显著性检验为极显著,相关系数为0.9791,模型拟合精度达到29.8 g/m2,其模型预测结果系统误差为49.9g/m2,均方根误差为67.2 g/m2,预测决定系数为0.8742,比传统的一元回归模型具有更高的精度和可靠性.估算研究区域2010年8月湿生植被生物量约为6.849199 t/hm2,相对误差为4.73％.     

广西马山岩溶次生林群落生物量和碳储量

岩溶植被在岩溶生态系统碳循环和全球碳平衡中具有重要的作用。通过对马山县岩溶次生林年龄序列(幼龄林、中龄林和老龄林)3个演替阶段9个样地(20 m×50 m)的系统取样调查,研究了停止人为干扰后岩溶次生林生物量和碳储量的变化。结果表明:沿幼林、中林和老林群落的顺向演替发展,群落生物量显著增加(P0.05),从幼林群落的48.17 t/hm2、到中林群落113.47 t/hm2,再到老林群落242.59 t/hm2。老林生态系统的碳储量较高,平均为236.69 t/hm2,中林和幼林较低且非常相近,分别为225.17 t/hm2和224.76 t/hm2,各次生林生态系统的碳储量差异不显著(P0.05)。土壤碳储量的大小顺序为幼林(198.44 t/hm2)中林(167.39 t/hm2)老林(113.43 t/hm2)。沿群落正向演替,各次生林生态系统中植物碳储量和土壤碳储量的比例发生明显的变化。幼林的土壤碳储量占生态系统碳储量的88.29%,植物碳储量只占11.71%;中林相应为74.34%和25.66%;而老林为47.92%和52.08%。可见,随着岩溶植被的正向演替,土壤碳转变为植物碳的趋势十分明显,这是岩溶森林不同于酸性土森林的一个显著特征。     

川西米亚罗自然保护区森林地上碳储量遥感估算

研究米亚罗自然保护区的森林地上碳储量,有利于掌握高山峡谷区森林植被碳储量的分布特点,对区域森林资源的有效科学管理和维护森林生态环境具有重要意义。通过对保护区内的7个主要树种分别构建模型来初步估测森林地上碳储量,利用实地调查的样地数据与同期Landsat 8遥感卫星影像,得到波段信息、植被指数、主成分分析、纹理特征、地形因子、植被生长六大类共80个因子,用以构建乔木层不同树种地上碳储量的多元线性逐步回归模型,而灌木层的碳储量则由生物量密度法估算得出。研究结果表明:①模型预测值与实测值相关系数在0.675—0.775之间,精度较高,预测结果可靠;②米亚罗自然保护区森林地上碳储量为5.861 Tg,其中乔木层5.632 Tg,灌木层0.229 Tg。云冷杉林是研究区分布最广的林分类型,其碳储量为5.098 Tg,占森林地上碳储量总量的86.98%,在维持区域碳平衡方面发挥着重要作用。③研究区森林平均碳密度为53.138 t/hm~2,其中冷杉的碳密度最高,达到74.467 t/hm~2。④区域内森林地上碳储量以杂谷脑河流域及支流为中心,以一定缓冲距离呈树枝状发散分布,海拔3000—4000 m区域的森林植被碳储量最大,且阴坡的碳储量明显高于阳坡。     

基于HJ1B和ALOS/PALSAR数据的森林地上生物量遥感估算

森林地上生物量的精确估算能够减小碳储量估算的不确定性。为了探寻一种有效地提高森林生物量估算精度的方法,探讨了基于遥感物理模型和经验统计模型估算山地森林地上生物量的方法。首先,基于Li-Strahler几何光学模型和多元前向模式(MFM)进行模型模拟,结合查找表算法(LUT)从多光谱图像HJ1B估算贺兰山研究区的森林地上生物量。其次,采用统计方法建立了2种回归模型:(1)多光谱图像HJ1B进行混合像元分解(SMA),并与雷达图像ALOS/PALSAR进行图像融合建立生物量回归模型;(2)雷达图像ALOS/PALSAR后向散射系数和实测生物量建立了生物量回归模型。用实测数据对3种算法估算结果进行精度验证。研究结果表明:采用几何光学模型和MFM算法估算的森林地上生物量精度最好(决定系数R2=0.61,均方根误差RMSE=8.33 t/hm2,P0.001),其估算地上生物量与实测值一致性较好,估算生物量精度略优于SMA估算的精度(R2=0.60,RMSE=9.417 t/hm2);ALOS/PALSAR多元回归估算的精度最差(R2=0.39,RMSE=14.89 t/hm2)。由此可见,采用几何光学模型和混合像元分解SMA适合估算森林地上生物量,利用这2种方法进行森林地上生物量遥感监测研究具有一定的应用潜力。     

复杂地形草地植被碳储量遥感估算研究进展

草地生态系统是我国最大的陆地生态系统，其植被碳储量的准确评估对维护国家生态安全和指导畜牧发展有重要作用。植被生物量和草地面积是草地植被碳储量估算的关键，随着遥感技术的发展，两者估算精度和效率显著提高，先后发展出多种草地生物量遥感估算模型和土地覆被产品，并已在平坦地区取的较好估算结果。然而，复杂地形区迥异于平地的几何形态和水热分布所产生的不均一的生态系统结构和功能，给草地生物量和草地面积的遥感估算带来诸多困难，影响对草地植被碳储量的准确判定。本文在回顾国内外草地植被碳储量遥感估算方法与所需关键参数的基础上，对遥感估算复杂地形草地植被碳储量过程中所面临“遥感影像地形效应的去除和尺度选择”、“植被指数与地形指标的选取”、“过程模型植被生长参数的率定”、“草地面积估算”以及“气象数据与复杂地形上微气候的匹配”等问题进行了总结并提出相应的解决思路，以期为草地植被碳储量遥感估算模型的合理构建以及估算精度的提高提供参考。     

林下植被对遥感估算马尾松LAI的影响

叶面积指数是一项极其重要的描述植被冠层结构的植被特征参量。根据植被物候规律,利用中国环境卫星CCD多光谱影像和野外马尾松样区调查数据,通过建立不同季节和不同郁闭度样区马尾松LAI和影像NDVI经验回归模型,并利用一个新的LAI观测方式定量比较乔木层LAI和生态系统总LAI(包括草本层、灌木层和乔木层)的差异,研究林下植被对马尾松反演的影响程度。结果表明:(1)由于林下植被的物候变化,冬季林下植被对马尾松LAI反演影响最小,马尾松NDVI和LAI线性关系R2维持在0.65;夏季林下植被影响最大,线性关系R2只有0.25;春季和秋季影响居中,NDVI和LAI线性关系R2在0.47附近。但是,受林下植被影响较小的A类样区4个季节内NDVI和LAI线性关系基本都在0.60以上(夏季略低于0.60);(2)乔木层LAI和总LAI差距非常大,最大差距达到2.93,相差的比例最大达到了2.45倍;(3)总LAI和NDVI相关关系显著,其中线性关系R2达到0.66,对数关系R2可达到0.68,而乔木层LAI和NDVI相关关系较差,线性关系R2只有0.30。分别建立冬季和其它季节实测总LAI和NDVI的关系,可以估算出林下植被对马尾松LAI反演的影响程度。     

基于带宽优选地理加权回归模型的深圳市植被碳储量反演

植被碳储量估测是自然资源监测的重要内容,遥感技术结合地面样地进行反演可以获得区域范围内植被碳储量的空间连续分布,弥补了传统人工抽样调查估测的不足。然而,现有的参数和非参数遥感估测模型大多忽略了样地数据的变异与空间自相关关系。研究以Landsat 8 OLI影像为数据源提取遥感变量,结合植被碳储量实测调查数据,利用最小信息准则(AICc)、最大空间自相关距离(MSAD)和交叉验证(CV)分别确定最优带宽,组合Gaussian、Bi-square和Exponential核函数构建地理加权回归(GWR)模型估算深圳市植被碳储量,并与多元线性回归(MLR)进行比较,选择最优模型绘制深圳市植被碳储量空间分布图。研究结果表明,GWR模型整体精度优于MLR模型,GWR模型的决定系数(R~2)均高于MLR模型,且均方根误差(RMSE)和平均绝对误差(MAE)显著降低。带宽和核函数的选择对GWR模型估测结果产生了显著影响。以CV确定带宽、Exponential为核函数组合构建的GWR模型效果最佳,其R~2为0.697,RMSE为10.437 Mg C/hm~2,相比其它模型精度上升了13.87%—32....     

土地利用变化对区域碳源汇的影响研究进展

土地利用变化对陆地生态系统碳循环有着重要的影响,既可能成为碳源,也可能是碳汇。在国内外相关研究的基础上,综述了土地利用变化对全球及区域尺度上森林、草地和农业生态系统碳循环的影响。全球范围内,森林砍伐后向草地和农田的转化发挥碳源的作用,在毁林碳排放中占主导地位,其中热带地区森林转变为农田和草场的碳排放均高于温带和北方森林。另一方面,土地利用变化可促进森林的碳贮存,如退耕还林、改善森林管理等。各区域森林生态系统通过土地利用变化贮存碳的潜力存在显著差别,热带湿润和半湿润地区具有较大的碳汇潜力,而干旱地区减少碳排放的空间相对较少。开垦活动是影响草地生态系统碳储存最主要的人类活动,草地转变为农田伴随着土壤碳的流失。森林或草场转变为农田的过程伴随着植被和土壤碳储量的减少,生态系统碳储量降低,因此它是一个碳排放的过程。伴随着城市的扩张,农田向建设用地的转化也是一个碳排放的过程。当前评估土地利用变化影响的研究方法主要有遥感观测和遥感模型、统计估算、生态系统模型以及土地利用与生态系统模型的耦合。研究方法得到不断地完善和改进的同时,还存在着一些不确定性,因此需要建立统一的观测统计方法,降低数据中的不确定性;完善土地利用与生态系统模型的耦合研究;建立多尺度土地利用变化及生态系统综合技术方法体系;开展碳减排目标下土地利用最优化布局研究。     

广西不同林龄杉木、马尾松人工林根系生物量及碳储量特征

为了解不同林龄杉木、马尾松人工林地地下根系生物量及碳储量特征,以广西杉木、马尾松主产区5个不同林龄阶段(幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林、过熟林)的人工林为研究对象,采用全根挖掘法和土钻法获取标准木根系生物量、灌草根系生物量和林分细根生物量,并测定其碳含量,分析其不同林龄阶段地下根系生物量和碳储量分配特征。结果表明:杉木、马尾松林地下根系总生物量分别在9.06—31.40Mg/hm~2和7.91—53.40Mg/hm~2之间,各林龄阶段根系总生物量总体上呈现随林龄增加而增加的趋势,杉木林细根生物量随林龄的增加呈现出先减后增的趋势,马尾松呈现出逐渐减小的趋势;林分各层次根系碳含量表现为乔木灌木草本、细根;杉木、马尾松地下根系碳储量变化趋势与生物量变化趋势相同,杉木、马尾松林不同林龄阶段各层次根系和土壤细根总碳储量分别在7.56—21.97Mg/hm~2和8.86—29.95Mg/hm~2之间;地下根系碳储量总体上以乔木根系占优势,且随林龄的增大其比例呈增加的趋势。     

基于TM遥感影像的陕北黄土区结构化植被因子指数提取

根据结构化植被因子指数的概念,以TM影像为信息源,探讨了利用遥感技术提取陕北黄土区结构化植被因子指数（C_s）的途径与方法.结果表明：在陕北黄土区,C_s能更好地描述植被群落的水土保持效益,其与绿度植被指数（归一化植被指数NDVI、修正土壤调整植被指数MSAVI）和黄度植被指（归一化差异衰败指数NDSVI、归一化耕作指数NDTI）等单一的遥感植被指数虽然均存在良好的相关关系,但用绿度与黄度植被指数相结合可综合反映植被的水土保持功能,能较好地克服单一指数在描述植被控制水土流失中的不足;MSAVI、NDTI分别是基于遥感影像提取C_s较为理想的绿度和黄度植被指数;根据群落结构化植被因子指数与遥感植被指数的关系推算区域尺度上的结构化植被因子指数是可行的,但由于不同地区植物物候期的差异,要使该方法在其他地区适用,仍需开展相应的率定和验证工作.     

基于多端元光谱混合分析方法的大兴安岭火后植被盖度恢复研究

火干扰是北方针叶林结构、功能及动态的主要调节因子之一。研究火后植被恢复对理解火干扰和生态系统的交互作用具有重要意义。火烧迹地通常由植被与基质混合组成,在中低分辨率（ > 10 m）遥感影像中表现为混合像元,因此研究亚像元尺度上植被的恢复是精确量化植被恢复的关键。本研究以2000年大兴安岭呼中自然保护区中8700 hm²火烧迹地为研究区,以两期（2014年6月1日和2010年6月22日）中分辨率Landsat ETM+影像（30 m）为基础数据,比较多端元光谱混合分析（Multiple Endmember Spectral Mixture Analysis,MESMA）和归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index,NDVI）获得的植被盖度,以高分辨率（2 m）WorldView-2影像（2014年7月1日）为验证数据,对两种方法计算的植被盖度精度进行比较。结果表明,MESMA方法获得的植被盖度（R²=0.691）与传统的NDVI获得的植被盖度（R²=0.700）精度无统计差异,中烈度下获得的植被覆盖精度高于低、高火烧烈度。为验证同一端元能否运用到不同时相的Landsat影像中,本研究将从2014年影像中获取的最佳端元运用到2010年影像中获得植被盖度图,结果表明2014年与2010年得到的RMSE（均方根误差）均值分别为0.0015和0.0065,说明最佳端元可用于不同时相的影像分解。本研究表明MESMA方法可有效监测北方针叶林中火后植被盖度恢复,并可运用于时间序列遥感影像监测植被恢复动态。