基于InVEST模型的云南小江流域生态系统碳储量及空间格局研究

[目的]量化区域生态系统碳储量,为区域山地碳库的建立和管理,改善区域生态系统碳储量功能平衡,协调区域经济发展和生态环境保护提供科学依据。[方法]基于InVEST模型,利用小江流域DEM、土地利用、土壤等数据,对该流域生态系统碳储量进行评估,分析碳储量的空间差异。[结果]小江流域生态系统总碳储量为11.58 Mt,平均碳储量为37.84 t/hm~2,土壤碳含量较低,仅占流域总碳储量的1/3。碳储量空间分布差异较大,流域中部地区,即昆明市东川区的碳储量较低,东南部的寻甸回族彝族自治县整体碳储量较高,就垂直梯度上,在海拔1 800~2 900 m生态系统碳储量功能较强,而河谷低地和高山草地碳存储的能力最弱。[结论]针对不同区域采取不同的管理措施,能有效调节小江流域碳储量的平衡,更好地促进区域内生态系统固碳功能。     

基于InVEST模型的森林碳储量动态监测

森林碳储量主要通过地面调查数据来估算,存在着统计工作量大,建模复杂度高等难点。如何快捷、准确地估测森林碳储量一直是国内外林业领域研究的热点和难题。结合遥感图像监测尺度大和InVEST模型输入参数少的特点,提出一种基于InVEST模型结合遥感图像估测森林碳储量的方法。该方法根据森林类型碳储量信息和相应的栅格数据,利用InVEST模型估测区域森林碳储量,然后通过比对多期遥感数据估测出的碳储量得出该区域碳储量变化,从而实现森林碳储量的动态监测。对浙江省庆元县2009年的碳储量进行了估算和绘图,根据行政区划图可估算出乡(镇)和村级的碳储量。实验分别对坑西村2009年和2014年的碳储量进行了估算,根据基于碳库差别的方法实现了碳储量动态监测。实验结果表明:①庆元县2009年的森林碳储量为3.274 3×107 Mg;②坑西村2009年到2014年碳储量增加了1.780 3×104 Mg。相比不对森林类型进行细分的森林平均碳密度,将各森林类型平均碳储量和森林类型年度碳汇量引入到森林碳储量监测中,使得森林碳储量的估测精度得到了提升。另外,提出的森林碳储量动态监测可实现对县、乡(镇)和村级的监测,具有模型输入数据量少和输出结果可视化的优点,以及监测手段简单便捷,操作性强等特点。图5表4参32     

山岳型国家公园生态系统碳储量时空分布分析——以武夷山国家公园为例

【目的/意义】国家公园作为抵御气候危机,影响人类命运的先驱领域,科学地研究武夷山国家公园碳储量的时空变化特征,为今后制定更为合理的生态管理方案提供参考。【方法/过程】基于InVEST模型,选用文献检索法收集不同类型碳密度数据,对武夷山国家公园碳储量在时间和空间两个维度上进行分析。【结果/结论】结果显示：（1）武夷山国家公园林地地类是该区域主导的用地类型,草地和农田位居第二、第三位;（2）武夷山国家公园总碳储量呈现“先减后增,U型变化”,碳储量高值区和林地地类范围重合;（3）土壤碳储量是生态系统碳储量的主要构成要素,占比突出。     

基于MCE-CA-Markov和InVEST模型的伊犁谷地碳储量时空演变及预测

陆地生态系统碳源与碳汇的变化与土地利用/覆被变化（LUCC）的演变密切相关,为探讨土地利用变化对陆地生态系统碳储量的影响机制,基于1980—2020年LUCC数据集,通过多评价准则（Multi-criteria evaluation,MCE）的元胞自动机（Cell automata,CA）和马尔科夫链（Markov chain）模型,模拟伊犁谷地2030年的LUCC时空动态,耦合InVEST模型探讨土地利用变化下伊犁谷地1980—2030年陆地生态系统碳储量的时空演变格局。结果表明,MCE-CA-Markov模型预测LUCC数据集与2000、2010年和2020年实际LUCC精度检验的Kappa系数分别为0.929 1、0.875 5和0.929 7,模型模拟普适性较高,可对后续碳储量时空演变格局进行精准评估。利用InVEST模型估算的伊犁谷地1980年总碳储量约为1 114.95 Tg,预计至2030年总碳储量呈逐期下降趋势,累计净减少65.94 Tg,其中林草地面积的退缩是致使碳储量下降的主导因素。伊犁谷地碳储量空间分布总体上表现为高值区域环绕低值区域,呈嵌套分布。碳密度的高值区域分布在南部和北部山区林草地,而低值区域仅集中在中部河谷平原附近。研究土地利用变化对陆地生态系统碳储量的影响可为研究区碳库管理提供数据支持,为制定碳固存和环境保护政策提供理论参考。     

广西红树林湿地土壤有机碳储量估算

以典型区域茅尾海红树林自然保护区为样区,采样估算广西红树林湿地沉积层有机碳储量。结果表明,红树林土壤有机碳含量平均值从大到小排列顺序为混交林桐花光滩,0~50 cm土层分别为2.797%、1.218%和0.870%;红树林湿地土壤有机碳储量由大到小依次为混交林桐花光滩,混交林、桐花和光滩0~50 cm土层土壤有机碳储量分别为142.79、47.25和47.21 t/hm2。与周边红树林地区相比,钦州湾混交林的各层土壤碳储量与深圳湾红树林和海口的白骨壤接近,但远低于深圳福田的秋茄林和海口的桐花,而钦州湾桐花、光滩的各层土壤碳储量与深圳湾光滩较接近。     

森林生态系统碳储量研究进展与展望

回顾了近30a来国内外森林生态系统碳储量的研究现状与进展,通过对已发表文献的年度分布、研究内容、研究区域、研究机构进行分析,将森林生态系统碳储量研究划分为2个阶段,1991-2006年为萌芽阶段,2007年至今为快速发展阶段,依据研究内容从理论研究、技术研发、监测评价、模型构建与格局揭示5个方面进行了归纳总结,提出今后应开展多途径交叉验证以减少碳储量估算误差;研究碳汇林培育的人为影响因子与技术体系;进行长时间序列的连续监测;建立凋落物与根系的完整数据库;开发适合中国实际情况的大气反演模型;探讨森林固碳与生物多样性保护等生态功能之间的关系;揭示植物功能性状对固碳功能的指示作用。     

基于LUCC的南京市生态系统碳储量时空演变预测及多情景模拟分析

利用Markov-Flus模型和InVEST模型中的Carbon模块,基于多情景视角模拟并预测南京市2030年碳储量变化与空间分布情况。结果表明,2010—2015年南京市土地利用变化以林地转变为耕地为主要趋势;2015—2018年以生态功能用地转化为建设用地为主要趋势。南京市碳储量空间分布总体上表现为南北两侧高、中部低的特点。耕地是区域最主要的碳汇地类。对比多情景模拟结果可知,生态增汇情景下总体碳储量相较自然发展情景增加0.40×106t,城镇周边生态类用地碳储量增长较为明显;耕地增汇情景下总体碳储量比自然发展情景增加0.61×106t,除城镇地区外各地区碳储量均增长。预测未来南京市生态系统碳储量会进一步下降,采取耕地保护和生态保护相结合的措施能够有效提升区域陆地生态系统碳储量。     

海南岛北部地区红树林湿地土壤有机碳分布规律及影响因素

红树林是单位生产力最高的生态系统之一,能够持续地固定有机碳,对全球碳平衡及生物地球化学循环有深远影响。在海南岛北部东寨港、八门湾、新盈港地区等典型红树林湿地的林内、林缘和光滩开展垂直采样,共采集15个样点,在室内对样品的有机碳含量、物理化学性质进行分析,探讨红树林湿地土壤有机碳的分布规律以及影响碳储量的主要因素。结果显示:红树林湿地0～40cm土壤有机碳含量为0.88～134.00g/kg,平均为25.18(±10.34)g/kg。在空间分布上,表现为八门湾红树林(36.61g/kg±4.46g/kg)东寨港红树林(25.57g/kg±3.14g/kg)新盈红树林(13.36g/kg±1.71g/kg);水平分布规律为林内(41.69g/kg±0.71g/kg)林缘(21.24g/kg±0.43g/kg)光滩(13.88g/kg±0.32g/kg);垂直分布最大值出现在10～20cm土层,为32.11(±3.45)g/kg。进一步相关分析显示,土壤有机碳含量与粘粒和粉粒呈极显著正相关关系,与砂粒和pH值呈极显著负相关关系。     

土地利用变化驱动下洛阳市生态系统碳储量时空变异

碳储量变化是衡量陆地生态系统碳循环的关键指标之一.以河南省洛阳市为例,分析2005—2015年土地利用变化,利用Invest模型计算洛阳市碳储量并分析碳储量的变化.结果表明,洛阳市碳储量呈现南多北少、山多谷少的空间分布特征.10年间洛阳市碳储量略有增加,说明在地形复杂经济较发达的区域,只要科学划分生态功能区,注重生态环...     

人工林生态系统碳储量研究进展

为了解人工林在整个陆地生态系统中的固碳作用,调研了大量有关人工林碳储量的文献资料,对人工林碳储量的研究方法及研究结果进行梳理。归纳了人工林碳储量的研究方法,并分析热带、亚热带、暖温带和寒温带4个地带的人工林碳储量,发现人工林具有显著的碳汇能力,尤其是亚热带地区最为明显。同时指出了不足并提出建议,以期为今后研究提供参考。     

黄河三角洲湿地生态系统碳储量研究

以黄河三角洲湿地生态系统为研究对象,通过对区域内不同类型土壤进行取样调查,测算出黄河三角洲湿地6种土壤-植被生态系统的净生态系统生产力(NEP),进而对此生态系统的碳汇进行表征分析。结果表明：黄河三角洲湿地生态系统中海土类型土壤的有机碳储量最高(132.43 t/hm²),最低的是灰砂质冲积土(85.54 t/hm²);植被碳储量范围在1.23～1.73 t/hm²之间,其中最高的是江土,最低的是壤质滨海盐土;土壤碳排量最高的是壤质滨海盐土(5.00 t/hm²),最低的是海土(3.56 t/hm²);黄河三角洲湿地的6种土壤-植被生态系统均为碳汇,净生态系统生产力在82.98～128.88 t/hm²范围内,以海土净生态系统生产力最高,以灰砂质冲积土最低。综上所述,黄河三角洲湿地生态系统主要以碳汇形式存在,但其中植被固碳量较低,为巩固加强生态系统的碳汇能力,应增加植被固碳量。     

草地生态系统土壤有机碳储量及其分布特征

【目的】从草地生态系统土壤有机碳（soil organic carbon,SOC）储量分布特征来确定合理的放牧管理方式并为区域SOC储量估算提供依据。【方法】采用野外调查法分层测定典型草原0—100 cm SOC储量。【结果】①3个研究样地SOC储量为9.72—14.84 kg•m-2;②具有空间距离的3个研究样地土壤碳储量差异无统计学意义,样地内4种处理之间SOC储量差异显著,且均表现为中度放牧处理（moderate grazing,MG）＞轻度放牧处理（light grazing,LG）＞重度放牧处理（heavy grazing,HG）＞对照（control area,CK）;③随土层深度的增加SOC储量呈递减趋势,且不同土层之间SOC均有显著性差异。SOC储量与土层深度呈极显著相关关系（P＜0.01）,这种关系可以用对数和线性方程描述。【结论】典型草原亚带草地生态系统SOC储量具有相对稳定性,且呈现明显的垂直递减特征;同一植被亚带不同处理对SOC储量的影响显著高于空间差异;适度放牧利用有利于草地生态系统SOC固持。     

泰山森林生态系统碳储量及碳密度研究

按照植被组成差异将泰山森林划分为油松林、赤松林、黑松林、华山松林、侧柏林、栎林、刺槐林、混交林、经济林和草甸共10种植被类型,分类型设置典型样地,并结合生物量经验（回归）模型估计法测算了泰山森林生态系统乔木、灌木、草本、枯落物及土壤各层的碳储量和碳密度。结果表明：泰山森林生态系统总碳储量为240.54×104 t,不同植被类型森林碳储量由高到低依次为油松林（85.63×104 t）＞混交林（57.29×104 t）＞刺槐林（28.11×104 t）＞栎林（22.50×104 t）＞侧柏林（16.75×104 t）＞赤松林（14.90×104 t）＞经济林（6.12×104 t）＞黑松林（3.93×104 t）＞华山松林（2.75×104 t）＞草甸（2.55×104 t）;不同空间层次碳储量所占比率由高到低分别为土壤层（77.52％）、乔木层（20.60％）、枯落物层（1.49％）、草本层（0.22％）、灌木层（0.17％）,其中土壤层和乔木层占总碳储量的98.12％,土壤层碳储量约是植被层的3.69倍。泰山森林生态系统总碳密度为202.17 t/hm2,各植被类型中碳密度最大的为刺槐林（310.88 t/hm2）,从森林的碳汇功能来讲,刺槐林不仅不能减少面积,而且应成为今后强化经营管理的对象。     

基于MaxEnt模型的中国裸燕麦种植气候适宜性评价

为探究中国裸燕麦种植的气候适宜性,利用MaxEnt模型,基于1991—2017年全国707个标准气象站点数据,结合裸燕麦地理分布信息,分析影响裸燕麦分布的气候指标并对裸燕麦潜在适宜区进行划分。结果表明,从16个潜在气候因子中筛选出影响裸燕麦种植分布的4个主导气候因子,分别为:年降水量、年平均最低气温、日均温≥30℃日数和气温年较差;其最适宜阈值分别为302.7～462.8mm、-3.5～1.0℃、2.3～21.1d和29.2～37.4℃。MaxEnt模型模拟裸燕麦种植的气候最适宜区、适宜区、次适宜区与不适宜区面积分别为386.37×103、780.72×103、2 593.53×103和5 894.10×10~3 km~2,分别占中国陆地总面积的4.00%、8.09%、26.86%和61.05%。中国裸燕麦种植的气候最适宜区和适宜区多数分布在华北和西北,主要包括内蒙古自治区中部、河北与山西两省的北部、宁夏回族自治区南部、甘肃省南部以及青海省中东部,另外在新疆维吾尔自治区西部和西藏自治区山南地区也有零星最适宜区分布。中国东北地区西部的适宜区面积辽阔,发展裸燕麦规模种植的潜力较高。     

山西太岳山主要森林生态系统碳储量与碳密度1）

基于样地调查与室内分析,运用清查平均生物量法和林木相对生长模型,研究了山西太岳山林区两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层含碳率变化范围为4．24～6．07 g· kg-1,土壤层含碳率变化范围为5．31～50．00 g· kg-1;两种植被类型平均森林碳储量：油松林为263．03 mg· hm-2,辽东栎林为292．31 mg· hm-2,辽东栎林约为油松林的1．12倍;在空间尺度上土壤层碳储量（173．35 mg· hm-2）＞乔木层（92．70 mg· hm-2）＞枯落物层（6．50 mg· hm-2）＞灌草层（5．23 mg· hm-2）,其中土壤层碳储量约占森林生态系统碳储量的62．4％;植被层各分层碳储量大小差异显著,土壤层碳储量随着土壤深度的增加而递减。     

中国森林生态系统碳储量及其影响因素研究进展

综述了中国森林生态系统固碳能力、植被碳库、凋落物碳库和土壤碳库的研究现状,并分析了森林生态系统碳储量的主要影响因子,探讨了我国未来研究的发展趋势和亟待解决的问题。     

基于InVEST模型的城市公园生态系统服务评估——以扬州市中心城区为例

选取植被固碳、土壤保持和水源涵养3项指标,运用生态系统服务综合评估模型(InVEST)对扬州市中心城区公园建设前(2010年)和建设后(2018年)生态系统服务的物质量进行估算,为评估公园建设后的生态效益提供新视角。结果表明:①3项生态系统服务物质量的高值区出现在市区西北部,如宋夹城体育休闲公园、蜀冈西峰生态公园等;②不同生态系统服务的物质量由大到小依次为市级综合公园、区级综合公园、社区公园、口袋公园;③公园建设后各项生态系统服务的物质量较建设前明显增加,特别是市级综合公园的增幅最大。评估结果为今后扬州市中心城区公园城市建设与管理提供重要的科学依据。     

福建省柑橘林生态系统碳储量的时空变化

通过野外实地调查对福建省柑橘林生态系统碳储量及其分布特点进行研究.结果表明:柑橘各器官生物量回归模型显示,柑橘各器官的相关性较好,树干、树叶、果实的相关系数均大于0.90,树高和基径的相关系数为0.89;柑橘林生态系统有机碳密度为222.80 t.hm-2,其中,土壤(0-100 cm)碳密度为200.21 t.hm-2,占总有机碳密度的89.86%,果树碳密度为22.58 t.hm-2,占10.14%;1978-2007年,柑橘林生态系统碳储量从3.16×106t增加到37.97×106t,年均增加1.20×106t,表现为碳汇;在第4-6次(1993-2003年)森林资源连续清查期间,柑橘林生态系统碳储量占全省森林生态系统碳储量的比重都高于2.43%;柑橘林生态系统碳储量在空间分布上表现出由闽东南向闽西北递增的规律,9个设区市的柑橘林生态系统碳储量呈现出不同的消长规律,三明市、南平市、漳州市3个地区平均柑橘林生态系统碳储量占全省的63.43%.     

大兴安岭天然沼泽湿地生态系统碳储量

采用碳/氮分析仪测定法与标准木解析法,研究大兴安岭5种典型天然沼泽湿地(草丛沼泽、灌丛沼泽、毛赤杨沼泽、白桦沼泽和落叶松沼泽)的生态系统碳储量(植被和土壤)、净初级生产力、植被年净固碳量及其沿沼泽至森林方向过渡带水分环境梯度的分布格局,揭示其空间变异规律性,并定量评价寒温带5种典型天然沼泽湿地的碳储量与固碳能力及其长期碳汇作用。结果表明:①5种天然沼泽湿地的植被碳储量分布在(0.48±0.08)-(8.33±0.66)kgC/m²之间,沿过渡带环境梯度呈递增趋势;②土壤碳储量分布在(19.21±6.17)-(38.28±4.86) kgC/m²之间,沿过渡带环境梯度却呈递减趋势;③生态系统碳储量分布在(27.54±7.16)-(38.76±4.58) kgC/m²之间,沿过渡带环境梯度基本呈恒定分布规律性,且以湿地土壤碳储量占优势地位(69.8%-98.8%);④植被净初级生产力分布在(0.68±0.10)-(1.08±0.12) kg·m^-2·a^-1之间,毛赤杨沼泽最高,草丛沼泽、灌丛沼泽、白桦沼泽居中,落叶松沼泽最低,且总体上低于温带森林湿地而高于寒温带天然落叶松林;⑤植被年净固碳量分布在(0.32±0.09)-(0.51±0.06) kgC·m^-2·a^-1,毛赤杨沼泽最高(高于全球植被平均年净固碳量)、灌丛沼泽和白桦沼泽居中(达到或接近全球平均值)、草丛沼泽和落叶松沼泽最低(略低于全球平均值),故这5种沼泽湿地均属于碳汇功能相对较强的湿地植被类型。     

黑龙江省主要林分类型林分碳储量预估模型

利用2期黑龙江省森林资源连续清查数据(2005—2010年),根据林分变量和林分碳储量间的关系构建了林分水平的全树碳储量预估模型,并对应不同起源选择不同的模型形式,用加权最小二乘法消除了异方差。由于地域的不同,相同林分类型碳储量可能存在差异,因此在构建的碳储量模型基础上,利用哑变量方法构建考虑不同地域的林分碳储量模型。结果表明:区分起源的林分碳储量模型对于天然林和人工林都具有良好的拟合精度,R~2均大于0.94,模型评价指标中平均相对误差均在±6.00%以内,平均相对误差绝对值基本小于10%,仅黑桦天然林为15.33%。大部分模型的预测精度在95%以上。利用哑变量方法构建的考虑不同地域的林分碳储量通用模型的R~2均大于0.94,平均相对误差均较小,平均相对误差绝对值均在小于8%,预测精度都在95%以上。对于包含区域哑变量的通用模型,在满足相同的林分平均断面积条件及其他变量、参数a、c不变时,不同区域对应的参数b值越大,相应区域碳储量越大;在满足相同的林分平均高(或者林分年龄条件)及其他变量、参数a、b不变时,不同区域对应的参数c值越大,相应区域碳储量越大。