红壤侵蚀区马尾松林碳储量估算的遥感植被指数选择——以长汀河田地区为例

以福建省长汀县河田地区为研究区,在野外样方生物量调查和典型植被光谱测定基础上,对比分析SPOT5影像8种植被指数与马尾松林（Pinus massoniana）碳储量关系,估算区域尺度马尾松林碳储量。结果表明,马尾松林冠层与林下植被芒萁（Dicranopteris dichotoma）在短波红外波段（SWIR）反射率区分明显。加入SWIR的修正的归一化植被指数（MNDVI）与森林碳储量回归决定系数最高,并有较小的均方根误差,同时可减少林下植被覆盖对马尾松林碳储量估算影响。生态恢复驱动下研究区平均碳储量增加到30.37 t/hm²。     

典型喀斯特峡谷区碳储量空间分配格局、演变过程及其贡献率

采用样方法和土地利用转移矩阵,以贵州省西南部的晴隆县为研究区域,研究了典型喀斯特峡谷区不同土地利用类型在1988、1999和2009年的碳储量空间格局和演变过程,并由此估算了贵州省喀斯特峡谷区的碳储量及贡献率。结果表明：晴隆县喀斯特区域的碳储量和平均碳密度呈先减少后增加的趋势。由晴隆县不同情况下的碳储量比例关系,估算出贵州省喀斯特峡谷区碳储量的实际值为42.55 Tg。同时,研究结果表明人类活动对碳储量的空间格局和演变有很大的影响。此外,估算的贵州省喀斯特峡谷区生态系统的平均碳密度远高于中国陆地生态系统的平均值,土壤平均碳密度则接近全国陆地生态系统平均值,但其植被平均碳密度却远高于全国陆地生态系统平均值,与全国森林系统的植被平均碳密度持平。这说明喀斯特峡谷区具有极大的固碳潜力,对其进行石漠化防治,是极其必要的。     

侵蚀红壤区马尾松人工林恢复过程中凋落物碳氮归还量变化

以福建省长汀县侵蚀红壤区恢复0、16和34年马尾松人工林为研究对象,采用“时空代换”法,研究侵蚀退化地植被恢复过程中马尾松和林下植被芒萁凋落物年输入量以及碳、氮归还量的变化。通过对不同恢复年限样地为期4年的凋落物观测,结果表明:植被恢复过程中凋落物输入量逐渐增加,不同恢复年限样地马尾松凋落物年输入量平均分别为0.60、2.34、3.33 t·hm-2·a-1,芒萁年输入量则分别为0.32、1.29、1.39 t·hm-2·a-1。植被恢复过程中马尾松凋落叶碳含量没有显著变化,其氮含量显著升高,C/N显著降低,而芒萁碳、氮含量和C/N相对稳定;此外,马尾松凋落物中碳的归还量显著高于芒萁,而芒萁凋落物中氮归还量高于马尾松,且马尾松凋落物C/N高于芒萁,说明芒萁在维持侵蚀退化地氮素供应的作用大于马尾松,且植被恢复能够提高马尾松氮的利用和归还,并且提高马尾松凋落物的质量。因此,增加具有高质量(低C/N)凋落物的林下植被芒萁覆盖,对提升侵蚀退化地土壤有机质水平具有重要的作用,今后在侵蚀退化地生态恢复工作中应着重关注高质量林下植被的恢复。     

基于高光谱与多光谱植被指数的洪河沼泽植被叶面积指数估算模型对比研究

以洪河国家级自然保护区为研究区,2009年8月中旬,在研究区野外实测沼泽植物冠层的光谱反射率和叶面积指数(LAI),将地面实测的植物高光谱反射率以Landsat-5 TM波段范围为基准进行波谱重采样,以重采样后的光谱反射率计算多光谱植被指数,用几种常见的高光谱和多光谱植被指数建立估算沼泽植被叶面积指数的统计回归模型,对比这些模型的精度,选出最优模型.研究结果表明,用各植被指数建立的估算沼泽植被叶面积指数的回归模型分别为二次函数、对数函数或指数函数;各模型对沼泽植被叶面积指数的反演精度差别较大;在全波段高光谱植被指数中,用全波段归一化植被指数H-FNDVI(R930,R515)构建的估算沼泽植被叶面积指数的模型最佳;在常规高光谱植被指数中,用修正简单比率H-MSR构建的估算沼泽植被叶面积指数的模型最佳;在多光谱植被指数中,用多光谱归一化植被指数M-NDVI构建的估算沼泽植被叶面积指数的模型最佳.对比发现,由多光谱数据提取的植被指数构建的模型对研究区LAI的估算效果不太理想,而从实测高光谱数据提取的窄波段特有植被指数构建的估算沼泽植被叶面积指数模型表现出较明显的优势,表明窄波段植被指数更适合用来监测沼泽植被叶面积指数.     

典型喀斯特峡谷区碳储量空间分配格局、演变过程及其贡献率（英文）

采用样方法和土地利用转移矩阵,以贵州省西南部的晴隆县为研究区域,研究了典型喀斯特峡谷区不同土地利用类型在1988、1999和2009年的碳储量空间格局和演变过程,并由此估算了贵州省喀斯特峡谷区的碳储量及贡献率。结果表明:晴隆县喀斯特区域的碳储量和平均碳密度呈先减少后增加的趋势。由晴隆县不同情况下的碳储量比例关系,估算出贵州省喀斯特峡谷区碳储量的实际值为42.55 Tg。同时,研究结果表明人类活动对碳储量的空间格局和演变有很大的影响。此外,估算的贵州省喀斯特峡谷区生态系统的平均碳密度远高于中国陆地生态系统的平均值,土壤平均碳密度则接近全国陆地生态系统平均值,但其植被平均碳密度却远高于全国陆地生态系统平均值,与全国森林系统的植被平均碳密度持平。这说明喀斯特峡谷区具有极大的固碳潜力,对其进行石漠化防治,是极其必要的。     

黄淮海平原耕地转移对植被碳储量的影响

应用GLO-PEM模型和1988年NOAA/AVHRR遥感数据,估算了黄淮海平原植被净初级生产力(NPP),并根据NPP和植被凋落物产生量计算了不同土地利用类型的植被碳密度。通过对1988年与2000年土地利用图的叠置分析,统计了耕地与其他土地利用类型之间的转移量,并估算了耕地转移对植被碳储量的影响。研究发现,耕地转移对植被碳储量变化的影响在不同区域与不同土地利用类型上存在显著差异。1988~2000年间,耕地转移导致全区植被碳储量下降了0.24%,其中耕地转为建设用地是植被碳储量减少的主要原因。这一研究结论为正确把握耕地转移对区域植被碳储量的影响,并据此制订碳汇管理措施具有重要的参考价值。     

广州市湿地植被碳汇功能研究

采用样地调查、模型构建和成果参照等方法,以广州市湿地植被为研究对象,选取样地实测湿地植物地上生物量,并分析湿地植物有机碳含量;选用2013年广州市Landsat 8 OLI遥感影像数据,得到波段反射率和植被指数(NDVI、RVI、DVI和MSAVI)数据,利用ENVI 5.0、SPSS 22和Arc View 3.3等软件,通过差异性检验、相关分析、一元线性回归、曲线回归和模型拟合度检验等步骤,建立湿地植被地上生物量模型,并估算植被地上生物量;选取湿地植物根冠比,估算湿地植被地下生物量,进而估算植被总生物量和碳储量。结果表明,2013年广州市湿地植被总面积为23 557.08 hm2,覆盖率为3.17%;湿地植被平均有机碳质量分数为44.97%;以RVI为自变量的三次曲线模型能较好地拟合湿地植被地上生物量;2013年广州市湿地植被总生物量为786 392.93 t,总碳储量为353 640.9 t碳,碳密度为15.01 t/hm2碳,碳汇量为1 296 683.31 t二氧化碳,碳汇价值为21 071.1×104元。     

极干旱区稀疏荒漠植被地上生物量遥感估算

以库姆塔格沙漠南部阿尔金山北麓山前戈壁区为研究区,借助无人机影像数据准确提取植被覆盖区;采用高空间分辨率WorldView-3数据的估算结果对中空间分辨率Landsat-OLI数据的估算结果进行修正;选取红光反射率波段(RED)、近红外反射率波段(NIR)、比值植被指数(RVI)、归一化植被指数(NDVI)和修正土壤调...     

遥感在土壤碳储量估算中的应用

土壤碳库是陆地生态系统碳库的主体,在全球碳平衡中具有重要作用。从20世纪70年代早期Landsat-MSS数据的使用开始,各种传感器的卫星多光谱测量开始广泛应用于土壤调查中。首先,分析了利用遥感方法估算土壤碳储量的可行性。之后,系统分析总结了国内外在土壤碳储量研究中的常用遥感方法,即遥感影像直接估算法、植被指数法和光谱测定分析法。最后,对遥感在土壤碳储量估算研究中的发展趋势做出展望。     

基于HASM的中国森林植被碳储量空间分布模拟

当前区域尺度上森林碳储量估算主要依据森林资源清查数据,整个过程不仅消耗大量人力、物力,而且十分耗时,严重影响了森林碳储量估算的时效性。针对这一问题,本文提出了基于HASM的森林植被碳储量模拟方法,该方法以全球植被动态模型LPJ-Guess 输出的植被碳储量为驱动场,以森林清查样地数据为精度控制点,模拟生成中国陆地森林碳储量分布情况。研究以第7 次中国森林资源清查数据作为精度控制点数据源,同时作为本文模拟方法的精度验证。结果表明,中国森林碳储量为9.2405 Pg,考虑到森林资源清查是基于一定的郁闭度进行的,因此HASM模拟的结果与根据森林资源清查结果计算得出的7.8115 Pg 相比更符合实际情况,西南山区和东北林区是中国森林最主要的碳库,其碳储量分别占中国森林植被碳储量的39.82%和20.46%。同时与之前(1975-1995 年) 相比具有较大幅度的增长,表明近几十年来中国坚持大规模植树造林的碳汇效果显著。同时也表明基于HASM的森林植被碳储量空间分布模拟方法是有效的,模拟结果合理且精度较高,表明该方法在全球尺度上森林植被碳储量模拟及其它生态系统中碳储量模拟中具有应用潜力。     

西双版纳不同复合农林模式橡胶林碳储量及固碳潜力

以新垦植橡胶林、成熟橡胶林、高海拔橡胶林为研究对象,对其进行人为固碳增汇管理,比较三种复合农林模式橡胶林与同条件下橡胶纯林的植被碳储量及其未来固碳潜力,并分析三种复合农林橡胶林土壤碳储量。植被生物量碳储量通过各类增汇植物的生物量回归模型、热带树种生物量通用模型、异速生长模型进行拟合预测;土壤碳储量通过土壤剖面分层采样(0~10 cm,10~20 cm,20~30 cm,30~50 cm,50~100 cm)进行估算。研究显示:1.复合农林橡胶林现存生物量碳储量为1.19~52.89 t/hm~2,10 a后固碳潜力为1.28~106.08 t/hm~2,20 a后固碳潜力为2.23~233.89 t/hm~2;2.林下添加增汇植物后土壤碳储量显著高于橡胶林,新垦植模式中,橡胶+大叶千斤拔土壤碳储量比橡胶林增加54.95 t/hm~2;成熟橡胶林模式中,橡胶+大叶千斤拔土壤碳储量比橡胶林增加35.58t/hm~2,橡胶+可可土壤碳储量比橡胶林增加4.33 t/hm~2。结果表明:构建复合农林橡胶林可总体提高橡胶林植被碳储量及固碳潜力,提高土壤碳储量,但增汇植物种类、种植密度、生长速度不同,固碳潜力大小不一。     

温带阔叶红松林和南亚热带常绿林生态系统碳分配的比较研究（英文）

生态系统碳分配通过量化不同碳库及其交换量从而直观反映碳循环过程。基于中国生态系统研究网络(CERN)长白山温带阔叶红松林(CBM)和鼎湖山南亚热带常绿林(DHM)2010年群落调查资料,计算得到两个生态系统的植被、凋落物和土壤的碳储量及其各部分,并结合生态系统通量观测以及呼吸不同组分的估算,初步构建了两类成熟林生态系统的碳分配模式。结果表明,CBM的碳储量略高于DHM,其差异主要来自于乔木的碳储量,并且两类森林植被、土壤和枯落物碳储量的分配比例呈现相似的特征。在植被碳库中,CBM将较多的碳分配到乔木中的树干和根系,而DHM则更多将碳分配到乔木中的枝条和叶片。CBM和DHM植被碳库与土壤碳库的比例分别为1.5和1.3,根冠比分别为0.30和0.25。CBM土壤碳储量的77%分布于表层,而DHM深层土壤仍有较多的碳储存。CBM和DHM的NPP/GPP分别为0.76和0.58,Re/GPP则分别达到了0.98和0.87,而自养呼吸与异养呼吸的比例分别为0.41和1.23。其差异的主要原因是DHM叶片、枝条和根系的自养呼吸量较高导致。观测结果显示,2010年CBM为弱的碳汇(0.24),而DHM表现为较强的碳吸收能力(3.38),但由于碳交换往往在环境因子影响下出现较大的季节和年际变化特征,因此还需要更长时间观测数据以更为准确地评价生态系统的碳汇能力。     

官厅水库小流域植被净初级生产力估算

植被是小流域的物质基础,植被净初级生产力的稳定性关系到小流域的健康和可持续发展。以官厅水库小流域为研究区,采用改进型CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型,利用2005年、2010年和2015年以及邻近年份的每年3～11月的Landsat TM/ETM+/OLI影像数据,估算官厅水库小流域植被净初级生产力,考虑到植物的物候特征,在模型计算过程中,引入归一化差值植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)时间序列特征,提取地物信息,从而提高了改进型CASA模型中植被最大光能利用率使用范围的准确度。研究结果显示,2005年、2010年和2015年官厅水库小流域植被净初级生产力的总量分别为6.33×10~8g碳、6.73×10~8g碳和7.37×10~8g碳。     

基于树木年轮信息的江西千烟洲人工林碳蓄积分析

作者设计和实现了基于树木年轮信息动态估算树木材积生长量模型TGTRing.利用该模型动态估算了中国红壤丘陵典型区千烟洲三种人工林乔木层的生物量和碳蓄积量.结果表明:马尾松的年生物量和碳蓄积量的增长曲线分别在林分年龄17年和18年左右开始出现拐点,湿地松、杉木的年生物量和碳蓄积量则均在林分年龄15年左右开始出现拐点;20年的单位面积生物量和碳蓄积量杉木林最高,分别为171.697 t/hm2和92.29 tc/hm2,其次为湿地松林,分别为147.639 t/hm2(未割脂)和135.743 t/hm2(割脂)、80.18 tc/hm2(未割脂)和73.72tc/hm2(割脂),马尾松林最低,为133.84 t/hm2和73.92 tc/hm2;平均年生物量和碳蓄积量杉木林最高,分别为8.58 t/hm2/yr和4.61 tc/hm2/yr;湿地松林次之,未割脂和割脂湿地松林生物量分别为7.38和6.76 t/hm2/yr、碳蓄积分别为4.01和3.69 tc/hm2/yr;马尾松林最低,分别为6.69 t/hm2/yr和3.70 tc/hm2/yr;到2006年为止,千烟洲马尾松林乔木层总生物量和碳蓄积量分别为3324.43 t、14156.64 tc,杉木林分别1326.97 t、713.27 tc:湿地松林按未割脂算分别为14156.64 t和7688.21 tc,按割脂算分别为13015.97 t和7068.78 tc;千烟洲湿地松人工林因为割脂原因,乔木层总生物量损失1140.67 t,总碳蓄积量损失619.43 tc.     

国产高分一号数据估算草地植被覆盖度方法研究——以呼伦贝尔草原露天煤矿区为例

为了探讨与分析国产高分一号(GF-1)数据在北方露天煤矿区草地植被覆盖度估测中的精度及适用性,该文基于GF-1与SPOT6多光谱影像数据,以多个植被指数为自变量,利用像元二分模型、偏最小二乘(PLS)回归、支持向量机(SVM)回归3种模型对区内植被覆盖度进行估算,结合野外同步实地植被样方数据,对比分析不同估算模型的精度及适宜性,并通过蒙特卡洛模拟多尺度交叉建模的误差传播,分析空间分辨率不同对植被覆盖度估测的精度影响。结果表明:GF-1数据基于增强型植被指数的SVM回归模型(R~2=0.8149,RPD=2.336,RMSE=8.694%)与SPOT6数据基于归一化植被指数的SVM回归模型(R~2=0.8755,RPD=2.870,RMSE=7.032%)估算效果较好。不同分辨率数据交叉传递过程中SVM回归模型的精度高于PLS回归模型。因此,基于GF-1数据构建的SVM回归模型可以高精度地估算区域草地植被覆盖度。     

基于土地利用/覆被分类系统估算 碳储量的差异——以海南岛森林为例

土地利用/覆被分类系统是碳蓄积研究的依据,然而各种碳蓄积研究所采用的土地利用/覆被分类系统不尽相同。根据1993年海南林业资源二类调查资料,我们按照USGS土地利用/覆被、LCCS土地覆被和中国科学院土地资源三种分类系统所定义的类别进行分类并计算了各自的碳储量和碳密度,为碳储量的进一步精确估算和土地覆被分类系统研制提供重要的科学依据。结果发现,（1）不同的土地利用/覆被分类系统所对应的总碳储量以及平均碳密度都有了明显的差别。林业调查资料的植被分类、FAO 土地覆被分类系统(LCCS)、USGS 土地利用/土地覆被分类系统以及我国学者常用的中国科学院土地资源分类系统的碳蓄积量(Tg C)分别是28.98、28.71、21.04和21.04;碳密度(t C/ha)分别是31.24、30.95、22.68和22.68。（2）土地利用分类系统和土地覆被分类系统之间的结果具有较大差异,其碳储量相差7.67～7.94 Tg C,碳密度则相差8.27～8.56 t C/ha;差距在26.47%～37.74%之间。与其他学者研究结果比较发现,土地利用/覆被分类系统造成的碳蓄积差异的变化方向是不定的,取决于具体的分类系统和材积-生物量函数。不同土地利用/覆被分类系统对于植被划分的不同,导致了材积-生物量回归方程和类别面积的差异是造成碳蓄积和碳密度估算差异的根本原因。目前常用的土地利用/覆被分类系统在估算碳蓄积中存在一定问题,不适合于高精度的碳蓄积计算。体现地表植被生物量差异、植被叶型和外貌特征、种类及树龄差异等内涵的土地利用/覆被分类系统利于陆地碳循环研究的深化。     

深圳市红树植物群落碳储量的遥感估算研究

红树林在全球碳循环中扮演着重要角色。利用SPOT5影像数据,得到深圳市红树林的空间分布特征;利用样方调查数据,采用逐步回归方法,建立红树植物群落碳密度估算模型,评估深圳市红树植物群落的碳储量。研究结果表明,深圳市红树林主要分布在福田区、宝安区、南山区和大鹏新区,总面积约为169.7 hm2;以多波段光谱反射率和归一化植被指数作为自变量建立的红树植物群落碳密度回归方程的拟合效果较好,决定系数为0.75,平均相对误差为27.32%,可以用来估算红树植物群落碳密度和碳储量;2012年深圳市红树植物群落碳储量为0.93×104t,平均红树植物群落碳密度为54.81 t/hm2。其中,大鹏新区盐灶村银叶树(Heritiera littoralis)群落的碳密度最高,达到70.02 t/hm2,福田区红树林自然保护区中的红树植物群落碳储量最高,约占深圳市红树植物群落碳储量的70%。     

中亚干旱荒漠区植被碳储量估算

荒漠是陆地生态系统的重要组成部分,荒漠植被碳储量研究是陆地生态系统碳循环研究的重要内容之一。中亚五国及中国准噶尔荒漠是中亚干旱区的主体部分,目前关于该地区荒漠植被碳储量的研究尚属空白。在对准噶尔荒漠不同植被类型活生物量碳大规模调查的基础上,结合中亚干旱荒漠区植被图,利用平均生物量法初步估算了中亚区域荒漠植被碳储量。结果表明：中亚区域荒漠面积共310.37×104 km2,总生物量碳储量为57.03×10⁷ t,地上、地下生物量碳分别为28.87×10⁷ t和28.16×10⁷ t,各占50.63%和49.37%。各植被型中,温带半灌木、矮半灌木荒漠的生物量碳储量最大,达到14.17×10⁷ t （占24.84%）。中亚荒漠平均生物量碳密度为1.837 t/hm²,其中温带矮半乔木荒漠碳密度最大（2.367 t/hm²）。可以推测,在未来中亚地区降水持续增加的条件下下,中亚荒漠植被将会有更大的碳汇潜力。     

红壤侵蚀区芒萁覆盖对土壤团聚体稳定性的影响

土壤团聚体在维持土壤结构和保持水土等方面具有重要的作用。以未治理地(Y0)、恢复13年(Y13)和恢复31年(Y31)的马尾松林为研究对象,分析保留芒萁覆盖地(NRd)、去除芒萁覆盖地(Rd)与林下裸地(CK)之间表层土壤团聚体稳定性差异及其与根系生物量、土壤有机质等的关系。结果表明:芒萁覆盖显著提高了表层土壤有机质含量(74.8%、25.9%、54.0%)和根系生物量(92.3%、84.4%、89.2%)。在恢复13年和31年的马尾松林中,NRd处理的土壤大团聚体(0.25 mm)比例分别比CK处理的高18.0%和16.8%(P0.05),平均重量直径和几何平均直径亦显著高于CK。去除芒萁1年后,未治理地(Y0)土壤的有机质含量和粉粒与黏粒(0.053 mm)比例分别下降了46.3%和61.1%(P0.05);而在恢复的马尾松林中由于去除芒萁导致根系的大量死亡,Rd处理的有机质含量提高了9.2%和18.7%(P0.05),大团聚体比例、平均重量直径和几何平均直径则无显著差异。Pearson相关分析发现,根系和土壤有机质含量与平均重量直径和几何平均直径呈显著或极显著正相关关系,而与分形维数呈负相关关系。因此,在侵蚀地植被恢复过程中,林下植被芒萁覆盖增加了地下根系生物量,促进了土壤有机质的积累,从而显著提高了土壤团聚体的稳定性,对维持土壤结构和减少土壤侵蚀具有重要意义。     

祁连山国家公园森林地上碳密度遥感估算

准确、及时地绘制森林地上碳密度图是了解全球碳循环的必要条件。虽然星载激光雷达(如ICESat/GLAS)数据已被广泛用于估算大尺度的森林地上碳密度分布,但地形坡度对GLAS提取冠层高度精度的影响往往限制了其在山区森林的应用。通过以祁连山国家公园为研究区域,结合GLAS数据、Landsat OLI(Operational land imagery)数据、样地调查数据,对祁连山地区进行区域性的森林地上碳密度估算。首先通过改进后的地形校正模型减小坡度对GLAS数据提取森林冠层高度精度的影响,使得更多的GLAS数据可用于后续的研究;其次将所建立的不同类型森林地上生物量估算模型与相关碳含量转换系数结合,得到GLAS激光光斑(脚印点)的森林地上碳密度;最后利用非参数化算法最大熵(Max Ent)模型得到祁连山国家公园2018年森林地上碳密度分布图。结果表明:祁连山国家公园2018年平均森林地上碳密度为40.72±6.72 t·hm~(-2),总蓄积量为28.58±4.72 Tg,海拔2770～3770 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。采用森林资源清查数据独立验证估算结果的准确性,模型估测均方根误差(Root mean square error,RMSE)为18.946t·hm~(-2)。本研究结果可以为监测区域乃至国家尺度的森林碳储量变化以及制定可持续的森林管理措施提供依据。此外,本文所采用的方法在山区森林碳储量估算方面也具有较大的潜力。