基于遥感-过程耦合模型的1988～2004年青海三江源区净初级生产力模拟

 三江源区不仅是地处青藏高原的全球气候变化的敏感区, 也是我国甚至亚洲最重要河流的上游关键源区。作为提供物质基础的植被净初级生产力(Net primary production, NPP), 是评价生态系统状况的重要指标。该文应用已在碳通量观测塔验证, 扩展到区域水平的遥感-过程耦合模型GLOPEM-CEVSA, 以空间插值的气象数据和1 km分辨率的AVHRR遥感反演的FPAR数据为模型主要输入, 模拟并分析了1988～2004年该区NPP时空格局及其控制机制。结果表明, 该区植被平均NPP为143.17 gC·m^–2·a^–1, 呈自东南向西北逐渐降低的空间格局, 其中, 以森林NPP最高(267.90 gC·m^–2·a^–1), 其次为农田(222.94 gC·m^–2·a^–1)、草地(160.90 gC·m^–2·a^–1)和湿地(161.36 gC·m^–2·a^–1), 荒漠最低(36.13 gC·m^–2·a^–1)。其年际变化趋势在空间上呈现出明显的差异, 西部地区NPP表现为增加趋势, 每10 a增加7.8~28.8 gC·m^–2; 而中、东部表现为降低趋势, 每10 a降低13.1~42.8 gC·m^–2。根据显著性检验, NPP呈增加趋势(趋势斜率b>0), 显著性水平高于99%和95%的区域占研究区总面积的13.43%和20.34%, 主要分布在西部地区; NPP呈降低趋势(趋势斜率b<0), 显著性水平高于99%和95%的区域占研究区面积的0.75%和3.77%, 主要分布在中、东部地区, 尤以该区长江和黄河等沿线区分布更为集中, 变化显著性也更高。三江源NPP的年际变化趋势的气候驱动力分析表明, 整个区域水平上该地区植被生产力受气候变化的主导, 西部地区暖湿化趋势, 造成了该地区生产力较为明显的、大范围的增加趋势; 但东、中部地区则主要受人类活动的影响, 特别是长江、黄河等河流沿线, 是人类居住活动密集的地区, 造成这些地区放牧压力较大、草地退化严重, 而该地区暖干化趋势加剧了这一过程。     

1985—2030年江西泰和县森林植被碳储量的时空动态

根据第6次森林清查小班数据,运用生物量转换因子法和平均生物量法估算了2003年江西省泰和县森林植被的生物量和碳储量,采用空间替代时间的方法,利用Logistic方程拟合了泰和主要森林类型年龄与碳密度的曲线关系,并结合小班轮伐信息,估算了全县1985—2003年的植被生物量和碳储量,分析了期间的时空动态特征,并以2003年为基准年,假定到2020、2030年泰和县森林植被面积保持稳定、且不考虑轮伐期,推算了此情景下2020、2030年泰和县植被碳储量.结果表明：2003年,泰和县森林林分总面积15.74×10⁴ hm²,总生物量6.71 Tg,植被碳储量4.14 Tg C,平均碳密度26.31 t C·hm^{- 2}. 1985、1994、2003、2020、2030年泰和县森林植被碳储量分别为1.06、2.83、4.14、5.65和6.35Tg C,森林植被碳密度的空间分布由东西部向中部递减.人工造林使泰和县林分面积大幅增加,全县森林植被的固碳能力明显增强.     

1985-2030年江西泰和县森林植被碳储量的时空动态

根据第6次森林清查小班数据,运用生物量转换因子法和平均生物量法估算了2003年江西省泰和县森林植被的生物量和碳储量,采用空间替代时间的方法,利用Logistic方程拟合了泰和主要森林类型年龄与碳密度的曲线关系,并结合小班轮伐信息,估算了全县1985—2003年的植被生物量和碳储量,分析了期间的时空动态特征,并以2003年为基准年,假定到2020、2030年泰和县森林植被面积保持稳定、且不考虑轮伐期,推算了此情景下2020、2030年泰和县植被碳储量.结果表明：2003年,泰和县森林林分总面积15.74×10⁴ hm²,总生物量6.71 Tg,植被碳储量4.14 Tg C,平均碳密度26.31 t C·hm^{- 2}. 1985、1994、2003、2020、2030年泰和县森林植被碳储量分别为1.06、2.83、4.14、5.65和6.35Tg C,森林植被碳密度的空间分布由东西部向中部递减.人工造林使泰和县林分面积大幅增加,全县森林植被的固碳能力明显增强.     

温性草原利用方式对生态系统碳交换及其组分的影响

为了解管理利用方式变化对原本以放牧利用为主的草地生态系统的碳交换及碳平衡将产生怎样的影响。在中国北方温性草原区域利用连接同化箱的便携式红外分析系统,在相互毗连的地块调查了3种典型草地管理利用方式植被生长旺季的生态系统碳交换及其精细组分。结果表明,相比放牧草地,开垦农用显著降低生态系统的日均碳交换(下降56%,P0.05),而长期围封也趋向降低生态系统的日均碳交换,但变化并不显著(P0.05)。与之近似,NPP在放牧与禁牧草地间差异不显著,开垦农用使NPP显著下降,但降幅小于NEP。GPP在3种管理利用方式间差异相对较小。生态系统总呼吸、自养、异养、地上和地下呼吸在放牧和禁牧草地间均无显著差异,均显著低于开垦后的麦田,根系呼吸在3种管理利用方式间无显著变化。相比草地放牧,草地开垦显著增加自养呼吸在总呼吸中的占比,而土壤呼吸和根系呼吸的占比均显著下降,禁牧对呼吸组成的影响不明显。不同管理利用方式草地的地下生物量能很好的解释土壤呼吸占比(95%)和根系呼吸占比(77%)的变化,而LAI则与自养呼吸占比显著正相关(P0.001)。草地开垦利用增强生态系统的碳释放、减少CO_2固定,相比开垦农用,禁牧对放牧草地碳交换及其组分的影响相对较小。     

江西省人工造林碳蓄积的时空过程

人工造林被认为是吸收CO2、减缓气候变暖最有效且最具生态效应的碳增汇方法之一。以江西省作为南方红壤丘陵区人工造林的典型研究区,综合应用树轮生态分析、模型模拟、尺度融合、文献整合分析、遥感反演和GIS空间分析等方法,基于树木年轮信息、森林样方资料和人工林分布数据等,驱动树木材积生长量模型和区域碳通量模型,从样地到区域模拟分析了人工林生产力和碳蓄积的时空变化规律。结果表明,1)1980年至2007年,江西省人工林净初级生产力(NPP)呈现先迅速下降而后缓慢增加的趋势,至今仍未恢复到之前的人工林质量水平,2)碳蓄积年变化在前8a处于平稳状态,而后变化速率增快,从2.19Tg C/a迅速增至8.02 Tg C/a,此后增速减缓;3)人工林NPP与降水量、温度的关系不明显,海拔对NPP值的影响较大而对NPP变化趋势的影响较小,NPP值随着坡度增加而增大;4)造林方式比较,人工造林碳增汇潜力最大,而封山育林在碳蓄积效应方面不具优势。     

1950—2008年江西省森林火灾的碳损失估算

1950—2008年间江西省年均发生森林火灾762次、年均过火面积1.578×10.4 hm².本文利用江西省森林火灾统计数据,结合气象、森林分布和历次森林清查数据,分析了该省林火的特征,估算历年的林火碳释放量和碳转移量.结果表明： 1950—2008年江西省森林火灾导致的森林生物量总损失约61.155 Tg,活生物量碳库损失约30.993 Tg C,占全省植被碳库的15.92%.20世纪70年代以前林火生物量碳损失率约占1950—2008年生物量总碳损失的74.3%;90年代以后,年均林火生物量碳损失小于0.097 Tg C.森林火灾释放的CO₂、CH₄和CO气体分别为5.408 Tg、0.047 Tg和0.486 Tg,有22.436 Tg C活生物量碳进入土壤碳库.2008年初雨雪冰冻灾害引发的高频率次生林火灾害导致森林活生物量碳损失(0.463 Tg C)是前5年平均值(0.181 Tg C)的2.56倍.     

1950—2008年江西省森林火灾的碳损失估算

1950—2008年间江西省年均发生森林火灾762次、年均过火面积1.578×104hm2.本文利用江西省森林火灾统计数据,结合气象、森林分布和历次森林清查数据,分析了该省林火的特征,估算历年的林火碳释放量和碳转移量.结果表明:1950—2008年江西省森林火灾导致的森林生物量总损失约61.155 Tg,活生物量碳库损失约30.993 Tg C,占全省植被碳库的15.92%.20世纪70年代以前林火生物量碳损失率约占1950—2008年生物量总碳损失的74.3%;90年代以后,年均林火生物量碳损失小于0.097 Tg C.森林火灾释放的CO2、CH4和CO气体分别为5.408 Tg、0.047 Tg和0.486 Tg,有22.436 Tg C活生物量碳进入土壤碳库.2008年初雨雪冰冻灾害引发的高频率次生林火灾害导致森林活生物量碳损失(0.463 Tg C)是前5年平均值(0.181 Tg C)的2.56倍.     

江西中南部红壤丘陵区主要造林树种碳固定估算

本文根据江西第6次森林清查小班数据,通过基于实地调查数据拟合的森林植被生物量与蓄积量的关系,估算了2003年江西中南部红壤丘陵区泰和县和兴国县主要人工造林树种马尾松、湿地松、杉木林的生物量和碳储量,并采用空间替代时间的方法,利用Logistic方程拟合了三个树种林龄与碳密度的曲线关系,估算了研究区1985-2002年的森林植被生物量和碳储量,分析了时空动态特征。结果表明：(1) 2003年研究区主要造林树种林分面积31.04?10⁴hm²,总生物量22.20Tg,总碳储量13.07TgC,平均碳密度42.36tC/hm²。(2) 1985、1994、2003年三个树种植被碳储量分别为4.91、11.41和13.07TgC,年均固碳量0.45 TgC.a^-1。(3) 海拔位于700-900m之间的树种平均碳密度最大,坡度位于25～35?之间的树种平均碳密度最大。森林植被碳密度总体上呈现随海拔高度的增加而增加,随坡度的增大而增大的分布。人工造林工程使江西中南部红壤丘陵区森林植被碳储量明显增加,合理的森林经营管理可以提高森林生态系统的固碳能力。     

江西省森林碳蓄积过程及碳源/汇的时空格局

森林碳蓄积是研究森林与大气碳交换以及估算森林吸收或排放含碳气体的关键参数,不同年龄森林的碳源/汇功能差异则体现出森林生态系统碳蓄积过程的时间特征。以森林资源清查的样方数据作为数据源,通过刻画主要树种的林分蓄积生长曲线、林龄与净初级生产力(NPP)之间的关系,驱动区域碳收支模型(InTEC)模拟江西省1950—2008年的森林碳蓄积过程,了解山江湖工程实施以来的森林碳源/汇状况。结果表明,20世纪80年代以前,江西省森林年平均NPP波动于450—813 gCm-2a-1之间,年净增生物量碳26.55—36.23 TgC/a,年净增木质林产品碳0.01—0.3 TgC/a;80年代初,NPP和年净增生物量碳分别降至307.39 gC m-2a-1和17.31 TgC/a,而年净增木质林产品碳却高达0.6 TgC/a,说明森林被大量砍伐进入林产品碳库;1985年山江湖工程实施后,大面积造林使得年净增碳蓄积呈现急剧上升趋势,生物量和木质林产品碳蓄积分别上升至目前的42.37 TgC/a和0.79 TgC/a,而平均NPP值增加缓慢、碳汇功能降低,说明林分质量有待提高;90年代后碳汇功能开始稳步增强,说明造林面积的迅速增加是引起江西省森林碳增汇的主要驱动因素,但未来森林增汇潜力应源于森林生长和有效的经营管理。     

基于样带农户调查的江西省山江湖林业工程生态成效分析

"山江湖工程"实施的20多年间,以人工造林为主的消灭荒山、治理水土流失等生态建设使江西省的森林覆盖率由36%提升至60.05%。利用江西省中南部典型样带4个县181个村508户农户的入户实证调查资料及相关辅助数据,分析了"山江湖工程"实施以来的具体生态成效,以及目前存在的主要生态问题。结果表明:工程区农户通过直接参与工程的建设、管理而成为山江湖工程的主体,但大部分属于被动参与,参与收益后逐渐开始考虑参与方式和利益获取的均衡性,其主体地位体现在对造林树种、密度、方式、经营管理等方面的选择;农户通过不同经验指标衡量工程实施后的具体生态成效,认识到工程的显著成效表现在植被恢复、保持水土、保护野生动物、涵养水源等方面;对于生态成效无意识的农户,与局部地区只砍不种以及未获收益后农户经营的逆反心理有关;目前存在的主要生态问题是乱砍滥伐、超方砍伐等。