重庆市森林植被生物量和碳储量的空间分布特征研究

重庆市森林植被是我国西南林区的主体,为探究其生物量和碳储量的空间分布特征,发挥其在西南地区的碳汇功能中的重要作用。以2011年生长季Landsat TM遥感影像为主要数据源,以大量样地实测数据为基础,借助RS和GIS技术,基于遥感统计模型法,利用生物量—遥感地学数据回归模型估算重庆市森林植被生物量,定量分析生物量的不同地形特征空间分异规律,探寻影响生物量分布的地理因素,揭示区域碳储量地理空间分布格局特征。结果表明:生物量遥感反演模型与理论值存在较好的相关关系(R~2=0.641);重庆市地上生物量总量为2.83亿t,森林生态系统生物量总量为1.39亿t;生物量主要分布于渝东北和渝东南区域,整体呈现出是东高西低的分布格局,中高海拔和坡度较陡的区域,是重庆市森林植被主要分布区和生物量集中分布地带,其空间分布格局体现了重庆市的山地森林特征;森林生态系统碳储量总量为6.29×10~7t,平均单位面积碳储量为22.01t/hm~2,且各区县森林碳汇分布格局在地域分布呈现出一定的不平衡性,总体呈相对极端的趋势。     

秦皇岛市森林植被碳储量、碳密度及其空间分布

[目的]分析区域森林资源的碳储量大小及分布规律,为地方森林碳汇经营管理和规划提供科学依据。[方法]基于河北省森林资源清查数据,乔木树种采用方精云建立的生物量换算因子连续函数法,灌木和经济林采用平均生物量法,结合不同树种分子式含碳率,对秦皇岛市森林植储量和碳密度进行了估算,并运用ARCGIS软件对其空间分布进行了分析。[结果]2005年,秦皇岛市森林植被总碳储量为4.30×106 t,森林植被平均碳密度为11.72t/hm2。全市各区县森林植被碳储量空间分布上有显著差异,表现为"北部山区和中部丘陵高,南部平原低"的空间格局,而植被碳密度呈现相反的趋势。林分碳储量占总碳储量的56.04%,林分平均碳密度为12.09t/hm2。林分针阔分明,阔叶林碳储量略大于针叶林碳储量,天然林碳储量大于人工林碳储量。全市林分碳储量以中、幼龄林为主,二者各自占林分总碳储量的24.07%和56.31%。[结论]未来秦皇岛市森林植被仍具有较大的固碳能力。     

河北省青龙满族自治县2005-2050年森林植被碳储量及碳密度估算

基于河北省青龙满族自治县第七次森林资源清查数据,运用生物量转换因子法和平均生物量法,结合不同树种的分子式含碳率,估算了2005年青龙满族自治县森林植被碳储量和碳密度;利用回归分析法拟合青龙满族自治县林龄与碳密度之间的曲线关系。以2005年为基准年,假定林分面积保持不变,林木保持生长,推算2020年、2030年、2050年青龙满族自治县林分的碳储量和碳密度。研究结果表明:2005年青龙满族自治县森林植被碳储量为255.5万t,平均碳密度为10.73t/hm2,植被碳储量和碳密度大体呈现"北部和东南部山区较高,中部河谷丘陵地带低"的空间格局,植被碳密度国有林场高于其他乡镇;油松、灌木、柞树和经济林是青龙满族自治县森林植被碳储量的主体;2020年、2030年、2050年青龙满族自治县林分的碳储量分别为181.57万t,256.37万t,398.25万t,林分碳储量保持稳定增长的趋势。     

黄土高原子午岭森林碳储量与碳密度研究

基于样地林分调查与室内分析,运用清查平均生物量法和林木相对生长模型,研究了黄土高原子午岭林区3种森林碳储量及碳密度空间分布特征。结果表明:研究区森林生态系统植被含碳率变化范围为0.331 6～0.553 2 g/g;变异系数介于2%～14%,而枯落层含碳率为0.294 8～0.335 9 g/g;3种林地平均碳密度:柴松林为238.22 t/hm2,辽东栎林为235.75 t/hm2,油松林为191.58 t/hm2,柴松林及辽东栎林碳密度约是油松林的1.24倍;从研究空间尺度上土壤层植被层枯落层,其碳密度分别为105.21,88.11,28.53 t/hm2,其中植被层各分层碳密度大小差异显著,而土壤层碳密度随着土壤深度的增加而递减;3种森林生态系统有机碳库总储碳量为31.70 Tg,其中土壤层碳储量占整个碳库的49%,是植被层和枯落层碳储量的1.3倍和3.5倍,且碳储量空间分布呈现出:土壤层乔木层枯枝落叶层灌木层草本层。     

湖南永顺闽楠人工林生态系统碳贮量及其分布特征

对湖南永顺43年生闽楠人工林生态系统生物量、碳贮量及其空间分布进行研究,采用平均标准木法和收获法对林分生物量及林下植被与枯落物生物量进行测定与估算,同时测定植物、土壤有机碳含量。结果表明:闽楠人工林林分生物量为295.65t/hm2,生物量分布表现为乔木层(96.70%)枯落物层(2.77%)灌木层(0.46%)草本层(0.07%)。闽楠各器官的碳素含量范围为440.83~506.01g/kg,排列顺序为树叶根茎粗根树枝细根树干树皮中根;闽楠韧皮部平均碳素含量低于外表皮,初生嫩叶碳素含量比多年生老叶高;灌木层植物的碳素平均含量为454.39g/kg,草本层植物为448.66g/kg,未分解枯落物为490.23g/kg,半分解枯落物为402.32g/kg;0-60cm土壤层有机碳含量平均值为16.53g/kg。闽楠人工林生态系统总碳贮量为288.98t/hm2,其中乔木层为133.98t/hm2(46.36%),灌木层为0.62t/hm2(0.45%),草本层为0.10t/hm2(0.07%),枯落物层为3.54t/hm2(2.56%),土壤层为150.74t/hm2(52.17%);闽楠各器官的碳贮量与其生物量成正比,树干的生物量最大,其碳贮量也最高,占乔木层碳贮量的59.33%。闽楠人工林乔木层年净生产力为11.25t/hm2,年净固碳量为5.44t/hm2,年净碳素累积量为3.12t/hm2,并且以地上部分为主。研究表明,在对区域尺度森林植被碳贮量估算时,取50%或45%作为通用标准,可能会导致估算结果偏低或偏高;闽楠人工林生态系统具有较高的碳汇能力,其系统碳贮量高于我国森林生态系统平均碳贮量(258.82t/hm2)。     

重庆市柑橘林生态系统碳储量的动态变化

通过调查重庆市柑橘产业情况,以生物量回归模型及碳密度分配状况为基础,探讨重庆柑橘林生态系统碳储量的动态变化。结果表明,重庆柑橘林生态系统碳储量随时间的变化规律与重庆柑橘种植面积、产量随时间的变化规律相似;直辖初至2000年果树碳储量、土壤碳储量和总碳储量增幅较小,2000年至2010年增幅较大,为118.4%。重庆柑橘林生态系统碳储量主要集中在10个柑橘生产重点区县,总碳储量为27.348×106t,占全市柑橘林总碳储量的88.94%,在全市森林生态系统碳储量中占有重要的地位(占7.23%);在空间分布上呈现由渝西向渝东北递增的规律。     

基于GF-1影像的普达措国家公园森林地上生物量遥感估算

精确估算森林地上生物量有利于掌握森林资源碳储量的分布特征,该研究以普达措国家公园为研究区,基于国产高分一号(GF-1)全色多光谱(Panchromatic Multispectral Sensor,PMS)卫星影像和数字高程数据,提取波段信息、植被指数、纹理信息和地形因子,利用多元线性逐步回归、支持向量机、神经网络和随机森林模型,估算森林地上生物量。研究结果表明,基于GF-1影像构建的随机森林模型的精度效果最佳,决定系数为0.77,均方根误差为27.53 t/hm2;普达措国家公园森林地上生物量为7085614t,平均生物量达136.01t/hm2,表明公园内寒温性针叶林发育完好;海拔3 500～4000m区域森林生物量平均值最高,为126.56t/hm2,与生态保护目标分布范围相符;不同坡向生物量存在差异,阴坡和半阴坡平均生物量高出其他坡向20.48%,立地条件较优。研究结果证实基于GF-1优化的生物量经验模型具有对亚高山天然林地上生物量的估算潜力,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。     

基于森林资源清查资料的森林碳储量计量方法

基于森林资源清查资料的森林碳储量估算是在景观、区域甚至全球尺度上评估森林碳收支的重要手段,且在陆地生态系统碳循环和全球变化研究中有着重要作用。森林植被碳储量的估计,常通过测定森林植被的生物量乘以生物量中碳元素的含量（0.45～0.55）推算而得。基于森林清查资料的森林生物量的估算方法主要有IPCC法,BEF为常数的生物量转换因子法,生物量转换因子连续函数法和生物量经验（回归）模型估计法等。概述了基于森林资源清查资料的森林植被碳储量的4种定量研究方法,并提出了该领域研究存在的主要问题与发展建议。分析结果表明,在今后的森林碳储量研究中,需要加强遥感技术手段的利用,增加碳通量在森林资源清查中的调查,开发适合我国实际情况的反演模型。     

合肥市森林碳储量及碳密度研究

利用合肥市第7次森林资源清查资料,对各县（区）森林面积、生物量及其年龄结构进行统计,依据建立的不同森林类型生物量和蓄积量之间的回归方程,估算全市森林蓄积量,并根据含碳率推算森林碳储量和碳密度。结果表明：全市森林多集中在三县,以中幼林为主,森林总面积为47 983.4 hm^2,蓄积量为523 239 m^3,生物量为231 260.87 t,碳储量为115 630.43 t,碳密度为2.41 t/hm^2;以杨类的面积最大,马尾松的生物量、蓄积量和碳储量最大;森林面积以幼龄林最大,随年龄增加而减少;中龄林的蓄积量、生物量、碳储量最高,蓄积量和生物量随年龄的增长先增加后减少;碳密度则是近熟林最高,为12.45 t/hm^2,幼龄林最小,只有0.32 t/hm^2。杨类在整个年龄阶段碳密度相对较大,有利于碳储存,但幼龄林较多,总的碳储量偏小,而且杨类的轮伐期较短,因此,应考虑对现有森林的抚育和管理以及后继树种的筛选,实现社会可持续发展。     

武汉市环城林带森林碳储量及其动态变化

为了促进城市森林固碳增汇,提升城市森林生态系统功能和价值,基于武汉市环城林带2008年和2018年的两期森林资源二类调查数据,采用生物量连续转化因子法和含碳系数法,对环城林带的森林碳储量和碳密度进行了估算,对比分析了10 a间的动态变化。结果表明:(1)10 a间环城林带森林碳储量和碳密度增幅明显,分别由64692.4133 t和27.3897 t/hm²增长到119789.9613 t和47.2434 t/hm²。到2018年,环城林带森林碳储量理论价值约为987.85万元;(2)到2018年,森林碳储量最多的区域为江夏区段,但各区段之间的碳储量差异在缩小。森林碳密度最大的区段已由东西湖区段转变为蔡甸区段;(3)森林碳储量呈现出向少数几个群落类型聚集的趋势,到2018年樟树林已成为环城林带碳储量最多的群落类型;(4)近、成熟林的碳储量和碳密度增幅明显,但是幼龄林依然是环城林带森林碳储量的绝对主体。综上,武汉市环城林带森林碳储量具有较大的增汇潜能,但需要及时开展森林精准抚育,以确保增汇潜能的有效释放并促进碳储量结构平衡。     

2013年河南省乔木林植被碳储量特征

准确评估区域范围内森林生态系统的固碳能力和趋势,系统分析不同森林类型的固碳能力时空异质性,对于实现森林可持续经营和固碳增汇具有重要意义。以河南省第八次森林资源清查数据为基础,运用生物量扩展因子法,研究了河南省乔木林植被的碳储量及碳密度特征。结果表明:2013年河南省乔木林植被碳储量7 422.78万t,其中栎类、杨树2个（组）树种植被碳储量占全省乔木林植被碳储量的67.32%。河南省乔木林植被平均碳密度为24.31 t/hm²,低于全国平均水平。河南省乔木林以幼、中龄林为主,其植被碳储量分别占全省乔木林植被碳储量的34.09%和40.84%。河南省天然林、人工林植被的碳储量相差不大,分别为3 512.35万t和3 910.43万t;平均碳密度分别为26.72 t/hm²,22.49 t/hm²。研究表明河南省乔木林植被,特别是人工林,未来固碳潜力巨大,将会在森林植被碳储量中占有越来越重要的地位。     

基于随机森林的县域土壤有机碳密度及储量估算

采用2009年云南省玉龙县土壤调查数据,基于土壤类型法将所测样点的土壤有机质含量转换为有机碳密度,经克里金插值进行空间化,再以2009年landsat7-Level2影像及SRTM 90 m数字高程模型数据为基础,提取归一化植被指数、亮度、绿度、湿度、坡度、坡向、曲率等与土壤有机碳形成密切相关的解释变量;通过随机森林模型模拟土壤有机碳密度及其空间分布,基于有机碳密度估算出0～20 cm表层土壤的有机碳总储量,并对两种模拟结果进行误差分析。结果显示:克里金和随机森林的估算结果分别为2.4×10~8和1.7×10~8 t,均方根误差分别为20.77和14.11,普通克里金插值误差较大,且对采样点数量及空间分布有较强的依赖性;随机森林模型不仅能处理高维数据,还能给出多个变量的重要性,估算结果精度更高,也更接近区域实际情况,对小尺度的细节表现更佳,适于地形复杂且样点有限的县域土壤有机碳密度及其储量的估算。     

天津市滨海新区1979-2013年土地利用及土壤有机碳储量空间变化

[目的]分析土地利用变化对土壤有机碳分布的影响,为科学评估区域生态系统碳储量的变化提供依据。[方法]利用遥感影像获取滨海新区1979与2013年土地利用变化数据,针对不同土地利用类型均匀布设样点采集2013年表层土壤,试验监测土壤有机碳含量。结合第二次土壤调查数据,计算分析研究区1979—2013年土壤有机碳储量的变化及其空间分布变化。[结果]研究期内土地利用变化明显,耕地、滩涂、未利用地等土地利用类型大量转变为建设用地,同时土壤有机碳密度和储量均相应降低,其中土壤有机碳储量从1979年的1．23×107 t 减少到2013年的9．97×106 t 。[结论]随着人类对土地利用程度的加强,碳储量空间分布由高碳储量分布为主转变为低碳储量分布为主的碳储量分布格局。     

我国南方毛竹林生态系统碳储量的估算

竹林在我国南方分布广、生长快、再生能力强,具有很高的固碳潜力。但是对于区域尺度竹林生态系统碳储量的估算方面仍然存在精度差、缺乏机理模型的不足。本研究针对福建、湖南、江西和浙江4省的毛竹林生态系统,通过野外调查,基于植被生长与温度、水分等因子的相关性原理分析毛竹林生态系统单位面积碳储量与纬度和海拔的关系,构建二元线性回归模型;采用数字高程模型(digital elevation model,简称DEM)和省级毛竹统计面积数据,基于纬度和高程梯度划分统计单元,估算我国南方4省毛竹林生态系统的碳储量。结果表明,36个采样点毛竹林生态系统单位面积碳储量为C 78.7~252.6 t/hm2,其中土壤层(0~60 cm)的碳储量是主体,占66.9%~87.0%;由模型估算,2009年我国南方区域毛竹林生态系统碳储量的总和为C 409.0 Tg,福建、湖南、江西和浙江的碳储量分别为C 109.1、102.1、88.6和109.2 Tg;这4省毛竹林生态系统平均单位面积碳储量分别为C 122.0、122.3、109.5和136.5 t/hm2。     

河北省北部森林植被碳储量和固碳速率研究

为了了解河北省北部森林植被固碳能力,本文以该区域阔叶林、针叶林、混交林、经济林和灌丛为研究对象,基于政府间气候变化专门委员会(IPCC)推荐采用的加拿大林业碳收支模型(CBM-CFS3),利用第7次全国森林资源连续清查数据和野外森林植被调查样地数据,拟合出研究区的蓄积-生物量转换参数和林木器官生物量比例参数,建立研究区内不同森林植被类型的蓄积生长方程、蓄积-干材生物量转换方程、生物量组分比例方程,采用这些方程评估了2010年河北省北部森林生态系统植被碳储量、碳密度和固碳速率。结果表明:拟合的不同森林植被蓄积生长方程的决定系数均大于0.7,蓄积-干材生物量转换方程的决定系数均大于0.8,生物量组分比例方程拟合效果较好,可用于评估该区域森林植被碳汇功能和潜力。2010年河北省北部森林植被碳储量为59.66 Tg(C),平均森林植被碳密度为25.05 Mg(C)×hm~(-2),森林植被固碳速率为0.07~1.87Mg(C)×hm~(-2)×a~(-1);其中阔叶林、针叶林、混交林、经济林碳储量和碳密度分别为30.97 Tg(C)、12.36 Tg(C)、15.73Tg(C)、0.60 Tg(C)和26.09 Mg(C)×hm~(-2)、26.14 Mg(C)×hm~(-2)、24.50 Mg(C)×hm~(-2)、7.53 Mg(C)×hm~(-2)。河北省北部森林植被碳密度与固碳速率均从西北到东南呈升高趋势。造林后森林面积增加6 400 km2,森林植被碳储量增加19.54 Tg(C)(不包括灌丛);林龄结构以中幼龄林为主,未来森林固碳潜力巨大。说明造林在增加森林植被碳储量和提高森林的固碳速率中起到了重要作用。     

宁夏森林植被及土壤碳密度分布特征

根据宁夏回族自治区森林资源清查资料以及野外调查和室内分析的结果,对宁夏地区不同森林群落碳密度分布特征进行了研究。结果表明:1)天然林各植被层碳密度均值的大小顺序为:乔木层(57.66 Mg/hm2)细根(8.39 Mg/hm2)凋落物层(8.34 Mg/hm2)草本层(0.23 Mg/hm2)灌木层(0.20 Mg/hm2),乔木层生物量碳密度占植被层总碳密度的77.06%;2)土壤碳密度均值在170.15~354.29 Mg/hm2间变化,以罗山油松+山杨林最高,贺兰山青海云杉林最低,就土层垂直分布来讲,50~100 cm土层碳积累最多,占整个剖面土壤碳密度的40%左右;3)各天然林生态系统碳密度均值变化范围为221.63~444.77 Mg/hm2,在罗山油松+山杨林最大,六盘山华山松+少脉椴林最小;4)宁夏天然林生态系统土壤碳密度是生物量碳密度的4.09倍,由于土壤碳库稳定性高于地上植被碳库,土壤碳密度较高的针阔混交林和阔叶林具有巨大的固碳潜力。     

华北落叶松人工林碳汇功能的研究

以河北省木兰林管局14～59年生华北落叶松人工林为对象, 研究树木不同器官和林分不同组分水平的生物量与碳储量.结果表明, 华北落叶松树干碳储量在树木总储量中所占比重最大, 林地土壤和林木碳储量所占林分碳储量的比重最大.华北落叶松人工林林分碳密度为平均206.02 t·hm-2;林木碳密度为27.58 t·hm-2, 林地土壤碳密度为157.14 t·hm-2.以林木蓄积量(M)为基础的林木生物量(W)与碳储量(C)的拟合方程为:W =10.210 1+ 0.732 1M, C=5.188 4+0.373 6M;以林龄(A)和优势木平均高(H)为基础的林地土壤碳密度(Soc)拟合方程为:Soc=-24.635 6-5.606 1A+14.936 0H+0.439 8AH.在此基础上计算得出, 木兰林管局华北落叶松人工林总碳储量约为571.43×104 t, 其中林木生物量约150.00×104 t、碳储量约为76.49×104 t, 土壤碳储量约435.85×104 t.     

塔河流域天然胡杨林不同林龄地上生物量及碳储量

[目的]探讨不同林龄单株胡杨地上部分生物量、林分的生物量及碳储量的分布特征,为进一步开展胡杨天然林生态系统碳循环、碳储量、固碳速率和潜力研究提供基础。[方法]以新疆维吾尔自治区轮台县天然胡杨林为研究对象,利用不同林龄下不同径阶的标准解析木样本数据,构建胡杨地上部分各器官的生物量回归模型,探讨不同林龄胡杨地上部分的生物量组成、分配以及各器官生物量随年龄的变化规律。[结果]随着林龄的增加,单株胡杨地上部分各器官生物量呈上升趋势,其中树干占主导地位。幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林、过熟林的林分地上生物量分别为:4.91,7.95,19.47,61.95,47.64t/hm2,且随林龄的增加胡杨林地上部分生物量先增加后稍有降低;胡杨林地上部分不同器官平均含碳率从大到小依次为:树干(48.17%)树枝(47.75%)树皮(46.13%)树叶(44.90%),且随林龄的增加不同器官含碳率先增加后降低,但各器官之间含碳率差异不显著;塔河流域胡杨林碳储量随林龄先增加后降低,大小顺序为成熟林(30.38t/hm2)过熟林(23.26t/hm2)近熟林(9.30t/hm2)中龄林(3.69t/hm2)幼龄林(2.20t/hm2)。[结论]地上部分各器官碳储量按依次排列为:树干树枝树皮树叶,树干是胡杨林地上部分碳储量的主要器官。     

云南省土壤有机碳储量估算及空间分布

根据云南省第二次土壤普查资料,采用土壤类型法估算了云南省主要土壤类型的有机碳(SOC)密度和储量,并对云南省土壤有机碳密度的空间分布差异和影响土壤有机碳储量的主要因子进行了分析。结果表明,云南省0-20 cm土层平均SOC密度为59.77 t/hm²,SOC储量为2.30×10⁹ t;0-100 cm土层平均SOC密度为159.95 t/hm²,SOC储量为6.15×10⁹ t,占全国储量的7.28%,占全球陆地生态系统SOC储量的0.41%;其中SOC储量占前4位的土壤类型为红壤、黄棕壤、赤红壤、棕壤,不同深度下4者之和约占云南省总储量的60%。在土壤有机碳密度空间分布上,SOC密度分布最高的区域为云南省西北部和东北部地区,其次是西部的横断山脉和东部的云南高原地区,而以紫色土为主的中北部地区SOC密度则最低。由于降雨量、温度、海拔和土地利用类型的共同影响,导致了区域内的SOC密度分布不均,其中降雨量、温度和海拔等自然因素是影响SOC密度分布的主要因子。     

基于MODIS数据和植被特征估算草地生物量

准确估算草地生物量,对全球气候变化背景下的陆地生态系统碳循环研究具有重要意义。过去几十年,草地生物量估算研究大多集中在北方,而南方草地具有类型繁多和分布零散等特征,对其生物量进行评估的报道较少。本文以云南省为例,应用2012—2014年草地生物量野外调查资料和同期MODIS遥感数据,建立草地地上生物量(AGB)遥感估算模型;再引入草地植被群落特征(高度和盖度)信息对统计模型进行优化,并进行生物量空间反演。结果表明:优化后模型的估算精度由原来的35.0%提升为43.7%;反演得到云南省3年年均AGB的总量介于1 026.86万~1 408.54万t,平均为1 221.11万t;从空间分布上看,云南省草地AGB密度总体上呈现西部高东部低、南部高北部低的格局。本研究首次将遥感植被指数数据与实测植被群落特征参数结合,使估算精度比传统的纯粹光学遥感模拟方法显著提升24.9%,但精确估算大面积的草地AGB,需要进一步探索如何将激光雷达数据或遥感立体影像中提取的植被特征信息应用于草地AGB估算研究。