论文部分内容阅读
中国亚热带森林约占全国森林面积的二分之一,准确估算亚热带区域的碳收支,已成为我国生态学和地球科学领域面临的重大挑战。然而,目前亚热带森林生物量的估算主要集中在地上生物量,对地下生物量的估算研究相对较少,是公认的全球变化研究中的知识空白区域之一。此外,亚热带森林在群落组成、结构及立地条件等方面存在较大差异,导致其空间地下生物量的估算存在极大的不确定性。本研究首先采用收获法,分别对亚热带森林主要优势树种的地下生物量进行了测量,分析了不同优势树种地下生物量的空间分布特征及其与测树因子(树高、胸径等)的关系,并构建了主要优势树种地下生物量的最优估算模型。其次,整合613条地下生物量地面调查数据、气候、地形以及MODIS遥感数据,利用Cubist机器学习方法,绘制了空间分辨率为1km的亚热带森林地下生物量分布图,确定了影响地下生物量估算的主要因子。具体研究结果表明:(1)亚热带森林主要优势树种的地下生物量特征差异显著。11种优势树种地下生物量占总生物量的13.5%~27.0%,其中,落叶阔叶林的地下生物量(23%)显著大于常绿阔叶(21%)林和针叶林(14%);此外,地下生物量占总生物量的比值也受海拔的影响,表现为随着海拔的升高而升高。影响优势树种地下生物量估算的主要影响因素有:森林类型、树种、经度、地上生物量、胸径、树高以及立木材积。经多模型对比后发现,适合亚热带主要优势的地下生物量最优模型为双因素指数模型,该方法可以很好地将经纬度、海拔、胸径、树高以及材积等因素融入模型,从而使得其估算的精度进一步提高。(2)亚热带森林地下生物量总量为149×10~6Mg,其范围为0~225Mg/ha,平均地下生物量为50.14Mg/ha,东部地区的地下生物量显著高于西部地区。基于17个环境变量(nir、red、blue、green、swir1、swir2、thermal、NDVI、EVI、LWSI、NDWI、SAVI、降水、温度、海拔、坡度和地上生物量)的Cubist模型能够解释64%的亚热带森林地下生物量变化,均方根误差为13.12Mg/ha,该结果表明本研究所估算的地下生物量精度较高。其中,对地下生物量估算最重要的变量分别是地上生物量、NDVI、SAVI、EVI和降水等。本研究不仅明确了亚热带森林主要优势树种地下生物量的特征及其影响因素,并且进一步整合大量地下生物量地面调查数据和遥感数据,精确估算了亚热带森林地下生物量及其空间分布,为国家和全球尺度的碳储量估算提供了可靠的科学依据和有效的技术手段。