河南西峡县森林地上生物量时空动态分析

【目的】森林生物量大小与森林生产力水平的高低密切相关,是反映森林生态系统功能的基本数据。【方法】以河南省西峡县为研究区域,以研究区1993—2013年5期森林资源连续清查固定样地数据,1993年、1998年、2003年、2008年、2013年Landsat TM/ETM+/OLI遥感图像为主要信息源,通过建立4种遥感估测模型,对研究区域1993—2013年的森林地上部分生物量进行时空动态分析。【结果】①随机森林遥感估测模型综合性能最高,k最邻近算法与装袋算法居中,多元线性回归最低; ②海拔、坡度、亮度指数、湿度指数、垂直植被指数和有效叶面积指数这6个因子是影响研究区域森林地上部分生物量大小的重要环境因子; ③1993—2013年期间,研究区域单位面积森林生物量经历了先从1993年34.68 Mg/hm²下降到2003年32.59 Mg/hm²、然后上升到2013年44.65 Mg/hm²的复杂变化历程; ④1993—2013年期间,表征空间自相关程度的全局Moran'I 指数不断降低,表明研究区域森林地上部分生物量的空间聚集性呈持续下降趋势。【结论】乱砍滥伐、毁林开荒行为,退耕还林、天然林保护政策,以及生态廊道、村镇绿化工程建设,是研究区森林地上生物量发生时空变化的主要驱动因素。     

基于连清数据的县域尺度森林地上生物量时空动态分析

森林生物量大小与森林生产力水平的高低密切相关,是反映森林生态系统功能的基本数据。以河南省西峡县为研究对象,以研究区1993—2013年5期217块森林资源连续清查固定样地数据,1993、1998、2003、2008、2013年Landsat TM/ETM+/OLI遥感图像为主要信息源,建立多元线性回归、k最邻近算法、装袋算法、随机森林4种遥感估测模型。在运用十折交叉验证法对遥感估测模型进行精度评价基础上,对研究区域1993-2013年的森林地上部分生物量进行时空分析。结果表明:(1)在4种遥感估测模型中,随机森林综合性能最高,K最邻近算法次之,装袋算法第三,多元线性回归最低;(2)在12个自变量中,海拔、坡度、亮度指数、湿度指数、垂直植被指数、有效叶面积指数这6个因子是影响研究区域森林地上部分生物量的重要环境变量;(3)1993—2013年,研究区域单位面积森林生物量经历了先下降(1993—2003)、后上升(2003—2013)的复杂发展历程;(4)1993—2013年,研究区域森林地上部分生物量的空间聚集性呈持续下降趋势,生物量变化平缓的冷点地段,主要分布在交通不便、森林茂密、人类干扰活动较少的北部深山和中部浅山区,而剧烈的地段,主要分布在交通发达、人口密度大、坡度较为平缓的中部河谷与南部丘陵地带。     

基于区域转换因子的不同立地质量阔叶林碳储量估测

【目的】研究不同立地质量类型对阔叶林碳储量遥感估测精度的影响。【方法】以2007年浙江建德市森林资源二类调查数据和TM影像为研究材料,根据区域的蓄积量-生物量转换因子连续函数法,并依据浙江省的生物量-碳储量含碳系数转换法计算阔叶林碳储量和地位级法评价立地质量等级,比较阔叶林地位质量等级中等以上、地位等级中等以下和不分地位等级3种碳储量遥感估测模型,并进行精度检验。【结果】以第1主成分为特征变量构建森林碳储量估测模型,相关系数R均在0.49以上,拟合效果较好; 将森林碳储量回归模型预测值与实测值进行对比分析,不分地位级总体估测精度为65.89%,地位等级中等以上、地位等级中等以下类型总体估测精度分别为82.53%、83.09%。【结论】分不同立地质量类型可以提高阔叶林碳储量遥感估测精度。     

结合冠层密度的森林净初级生产力遥感估测

【目的】 森林冠层密度与林分年龄、植被生长状况有关,在区域森林净初级生产力遥感估测中,结合森林冠层密度以期提高估测精度。【方法】 以广东省韶关市为研究对象,选用2017年Landsat-8 OLI影像、2017年357块森林资源连续清查固定样地数据为主要信息源,分别采用随机森林、多元线性回归、人工神经网络和K最近邻分类法等4种模型,结合森林冠层密度制图器(FCD)进行区域森林净初级生产力特征变量的选取、参数建模、模型精度评价和森林净初级生产力空间制图。【结果】 特征变量中,红光波段(B4)、归一化植被指数(NDVI)、比值植被指数(RVI)、叶面积指数(LAI)、缨帽变换土壤植被因子、纹理特征和地形特征在森林净初级生产力反演中有重要作用。将森林冠层密度因子加入反演模型后,4种遥感估测模型精度均有大幅度提高。对4种遥感估测模型进行性能比较,随机森林模型精度最高,其次是多元线性回归模型、人工神经网络模型,K-最近邻分类模型精度最低。研究区内森林净初级生产力平均值为10.689 t/(hm²·a),高森林净初级生产力 [≥18 t/(hm²·a)]林分面积仅占研究区的19.61%,主要分布在海拔较高的西北部。【结论】 结合冠层密度进行森林净初级生产力的建模,可有效提高模型估测精度。     

联合LiDAR和多光谱数据森林地上生物量反演研究

【目的】森林地上生物量的准确估测对于实时掌握全球碳储量变化及应对气候变化有着重要的意义。组合多种遥感数据特征优选,分类建模反演森林地上生物量,是提高森林地上生物量精度的有效方法。【方法】以根河市大兴安岭生态观测站寒温带天然林为研究对象,以机载激光雷达(LiDAR)、Landsat8 OLI两种遥感数据源结合55块地面调查数据,采用偏最小二乘算法优化筛选变量,再以线性多元逐步回归和快速迭代特征选择的最近邻算法(KNN-FIFS)构建模型,在两种数据源的不同组合方式下进行森林地上生物量反演。【结果】①基于线性多元逐步回归模型下的单一LiDAR数据反演精度决定系数(R²)为 0.76,均方根误差(RMSE)为 21.78 t/hm²;单一Landsat8 OLI数据的反演精度R²为 0.24,RMSE为39.27 t/hm²;LiDAR和Landsat8 OLI联合反演精度R² 为 0.84,RMSE为18.16 t/hm²;②基于KNN-FIFS模型下的单一LiDAR数据反演精度R²为 0.74,RMSE为23.83 t/hm²;单一Landsat8 OLI数据的反演精度R²为0.60,RMSE为 29.63 t/hm²;LiDAR和Landsat8 OLI联合反演精度R²为0.80,RMSE为21.15 t/hm²。【结论】①特征优选支持下的3种组合方式中,LiDAR和Landsat8 OLI两种数据的组合在两种模型中反演精度均最高,其中线性多元逐步回归模型的反演精度最高,说明LiDAR和Landsat8 OLI数据组合,激光雷达与光学数据优势特征互补,协同反演可有效提高森林地上生物量的反演精度;②单一数据源反演森林地上生物量精度中,LiDAR数据比Landsat8 OLI数据在两种模型反演精度中均较高,这与LiDAR数据空间分辨高、可获得垂直结构特征参数有关。     

茳芏(Cyperus malaccensis Lam.)生物量估测模型

【目的】探讨简单、方便且能准确估算盐沼植物生物量的方法,简化其生物量测定工作。【方法】以高度(H)和密度(D)2个形态因子作为变量,用数理统计方法构建茳芏(Cyperus malaccensis Lam.)生物量估测模型。【结果】茳芏地上生物量(Wa)以DH为变量进行估测更恰当,以DH为自变量的乘幂曲线模型Wa=0.0097(DH)1.177为生物量最佳估测模型。【结论】运用回归模型估算茳芏地上生物量可行,并可取得较为可靠的预测精度,茳芏地下生物量不能得出合适的估算方程。     

基于Landsat 8 OLI的滇西北高山亚高山针叶林地上生物量遥感估测模型构建及光饱和点确定

为确定高山松林与云冷杉林生物量遥感估测饱和值,以滇西北高山亚高山针叶林为研究对象,森林资源二类调查数据与同期Landsat 8 OLI遥感影像数据为数据源,采用曲线拟合求解地上生物量(aboveground biomass,AGB)估测光饱和值;采用线性逐步回归方法分别拟合无分层、坡向分层、龄组分层以及坡向龄组结合分层的模型,并进行森林AGB反演.结果表明,高山松林、云冷杉林地上生物量遥感估测光饱和值分别为149.09 t/hm~2和162.3 t/hm~2;分层模型相较于无分层模型具有较高的估测精度,尤其是对低AGB值(0～30 t/hm~2)和高AGB值(150 t/hm~2)具有更好的估计.考虑坡向、龄组分层及坡向龄组结合分层可在一定程度上降低高山松林与云冷杉林AGB遥感估测中低值高估和高值低估问题的影响,为森林生物量遥感估测提供参考.     

基于TM影像和森林资源二类调查数据的北京森林碳汇估算

在应对全球气候变化背景下,森林碳汇成为当前研究的核心内容之一.本研究基于“北京市植物种质资源调查项目”的调查资料(2007-2009)、2005年北京森林资源二类调查数据(2004)和2009年TM影像,建立了单木生物量方程、生物量转化和扩展系数和碳储量遥感估算模型,采用IPCC(2006)提供的库—差别方法估算了2011-2015年北京森林碳汇.2004年和2009年北京森林碳储量分别为5 240 490.8tC和6 158 970.6tC,平均碳密度分别为12.03tC/hm2和14.14tC/hm2(含地上和地下部分);2004年至2009年北京森林的碳汇为0.42tC/hm2·year,据此估算得到,2011年至2015年北京森林可固定的碳为914 550.0tC,年平均固定的碳为182 910.0tC.     

中国东北三省森林生物量及其空间格局

以2012—2014年SPOT-VGT旬合成归一化植被指数(NDVI)为数据源,借助Dong模型和遥感物候学的方法,对东北三省森林生物量密度的空间分布格局进行了分析.结果表明:东北三省多数森林生物量在50~150Mg/hm~2之间,平均生物量密度为93.47 Mg/hm~2,总量为3.24×109 Mg.从空间分布上看,平均生物量密度最高的区域出现在以针阔混交林为主的长白山地区,大于100Mg/hm~2;北部以兴安落叶松为主的大兴安岭地区的生物量密度较低,约为40~100Mg/hm~2;以防护林网为主的吉林省西部地区森林生物量密度最低,小于40Mg/hm~2.东北三省森林生物量的空间分布格局与水热条件的下降是一致的.     

亚热带常绿阔叶林幼树与灌木的地上生物量模型

【目的】准确估测亚热带常绿阔叶林木本植物幼苗、幼树及灌木的地上生物量,为森林生态系统的经营管理提供理论参考。【方法】通过采样准确获得九连山39种木本植物746个单株样本的地径(d)、树高(h)和木材基本密度(ρ),以及各器官(叶、枝、干)的地上生物量观测值,并按生活型将样本分为乔木组、小乔木组和灌木组3类,分别以d²、ρd²、d²h和ρd²h为自变量拟合模型,根据拟合模型的R²值和估计值的标准误(SEE)选择最优生物量模型。【结果】九连山常见木本植物的木材基本密度在0.459～0.784 g/cm³之间; 推导的64个生物量模型都具有较高的R²值和较低的SEE值,据此选择出16个最优生物量模型。其中,小乔木组和灌木组的叶片和枝条生物量在只含自变量d时具有较高的R²值,而乔木组和小乔木组树干以及总的地上生物量在含自变量d、h和ρ时具有较高的R²值和SEE值。【结论】研究拟合的模型可准确估算该地区及相似地区常见木本植物幼苗、幼树及灌木的地上生物量。     

基于Sentinel‑1和Sentinel‑2数据的杉木林地上生物量估算

雷达和光学遥感数据可以提供不同方面的信息，利用Sentinel?1与Sentinel?2联合估算亚热带地区森林地上生物量，探索光学数据与合成孔径雷达（SAR）数据结合对于提高森林地上生物量估测的优势。     

青钱柳幼林地上部分生物量生长模型研究

【目的】青钱柳是我国特有的珍稀多用途树种,研究青钱柳幼树地上部分生物量生长规律,为发展叶用林提供依据。【方法】以6年生的青钱柳人工幼林为研究对象,对其生长特性及生物量的分配进行了研究,同时选取了37株样木进行地上部分生物量及相关测树因子的分析评价,从19个生物量模型中进行筛选,构建了青钱柳人工林各生物量组分及地上部分生物量与相关测树因子的预估方程。【结果】青钱柳幼林地上部分生物量(W)与胸径(D)具有高度相关性,筛选的4个模型均以胸径作为自变量,则:①干生物量模型 W=0.15 D^2.1, R²=0.982;②枝生物量模型 W=0.05 D^1.88, R²=0.864;③叶生物量模型 W=0.07 D^1.55, R²=0.802;④地上部分生物量模型 W=0.28 D^1.95, R²=0.976。【结论】不同密度下6年生青钱柳幼林生长尚未郁闭,受密度效应的影响较低,胸径、树高和单株材积的总生长量之间差异不显著,单株和林分生物量分配模式基本相似,地上部分各器官生物量分配由大到小表现为干(73%)> 枝(16%)> 叶(11%)。     

基于森林资源清查数据的江西省主要森林类型净生产力研究

【目的】基于江西省2011年和2016年的森林资源清查数据,分别估算不同森林类型的净生产力,为森林资源科学经营提供依据。【方法】以江西省2011年和2016年两期森林资源清查数据为样本,采用生物量回归模型法,在样木水平上计算单木生物量、累计样地水平生物量并扩大到总体水平,测算乔木层生物量的生长量和枯损量,结合乔木层生物量结果估测灌木层和草本层,并估算不同森林类型的净生产力。【结果】综合考虑森林乔木层生长与枯损、林下灌木层、草本层生物量,基于复位样木,由单木生物量模型得到样地生物量,进而计算江西省主要森林类型的净生产力,得出阔叶混交林的净生产力最高,针阔混交林次之,而针叶林和阔叶纯林的净生产力较低。2011—2016年,江西省森林平均净生产力为7.28 t/(hm²·a),阔叶混交林净生产力最高为11.26 t/(hm²·a)。【结论】在国家标准框架下的森林净生产力估算模式,可为更大范围内、统一标准下客观准确评估森林净生产力提供参考。     

海南岛东北部木麻黄立木生物量建模

【目的】木麻黄是海南岛沿海主要的造林防护树种,量化估测木麻黄林生物量有利于明确木麻黄的碳汇贡献能力。【方法】以海南岛东林场木麻黄林为研究对象,选取了44株标准木,并获得其生物量实测数据。基于筛选的41株木麻黄样木生物量数据,分别选出地上和地下生物量最优独立模型,依据非线性度量误差模型的理论和求解方法,以及地上、地下生物量与材积变量之间的转换关系,建立了木麻黄地上生物量和地下生物量相容性模型,并采用加权回归消除各模型的异方差。【结果】地上、地下生物量最优独立模型为以胸径D为自变量的一元方程,立木材积的最优独立模型为以胸径D和树高H为自变量的二元独立模型; 非线性度量误差联立方程组能够很好地解决生物量相容性的问题,地上、地下生物量和立木材积的决定系数R²均大于0.95,并很好地改进了单株预测精度(平均百分标准误差E_MPSE均小于10%)和控制了平均预估误差; 同时,得出生物量转换因子(E_BCEF)和根茎比(R)的二元方程。【结论】此次建立的木麻黄生物量非线性联立方程组可用于大范围尺度估算木麻黄防护林的生物量及其碳储能力。     

基于图谱分析钦州市市辖区湿地动态变化

【目的】研究钦州市市辖区湿地动态变化情况,探明湿地变化速度和原因,为地学信息图谱在湿地动态变化研究提供典型案例和实证。【方法】根据钦州市市辖区1990年、2000年和2010年的TM遥感影像,采用人工解译法和谱间关系法提取钦州市市辖区湿地类型空间分布信息,并应用地学信息图谱分析方法进行湿地动态变化分析。【结果】(1)1990~2010年钦州市市辖区河流、湖泊水库面积分别减少958.52hm2、1718.93hm,主要转变为非湿地、虾塘;(2)1990~2010年虾塘面积增加4557.87hm2,主要由非湿地、河流等类型转入;(3)1990~2000年红树林面积增加468.51hm2,主要由非湿地、河流转入,2000~2010年面积减少104.67hm2,主要转变为非湿地、虾塘;(4)1990~2000年水田面积增加1506.98hm2,2000~2010年面积减少1226.89hm2。【结论】钦州市市辖区湿地保护的比较好,呈增长趋势。     

广州东部风水林斑块面积对生物量的影响

近年来人类活动的干扰导致许多连续的自然森林破碎为斑块化的森林片断(如村落旁保留的"风水林"),研究森林斑块的面积与森林生物量的关系对改善森林的碳汇作用具有十分重要的意义。本文在位于广州市东部的风水林中分别选取立地条件、森林植被类型和结构、林龄、森林生长发育阶段等因素相同但面积不同的大斑块(15-25 hm~2)、中斑块(5-8 hm~2)和小斑块(0.5-2 hm~2)各5个,采用样方调查和遥感估算相结合的方法,研究风水林地上生物量与斑块面积的关系,以及风水林斑块从林缘到林内地上生物量的梯度变化。结果显示:(1)平均生物量呈现出大斑块(199.33 t/hm~2)中斑块(181.59 t/hm~2)小斑块(147.51 t/hm~2)的趋势,大、中、小斑块的地上生物量之间存在显著性差异(P 0.01),斑块面积对地上生物量的影响比较显著;(2)样地调查结果和遥感数据都显示,边缘效应对风水林斑块地上生物量的影响比较明显:大斑块生物量从林缘到林内呈现斑块中心(290.24 t/hm~2)斑块中心到林缘的中间位置(226.63 t/hm~2),板块边缘(129.16 t/hm~2)的趋势;(3)大斑块中高大树木的比例较大,这是大斑块的生物量大于中、小斑块的主要原因。本研究的结果表明,保护和建设较大的森林斑块,有助于提高森林的碳汇作用。     

基于极化定向角补偿的思茅松林地上生物量反演

目的 极化合成孔径雷达在森林遥感监测中得到了广泛的应用。由于法拉第旋转和地物结构特性,电磁波极化定向角发生偏移,导致散射特征在机理上存在模糊性。本研究主要分析极化定向角偏移对体散射分量和地上生物量反演的影响。方法 以ALOS PALSAR全极化星载合成孔径雷达(SAR)数据为数据源,基于L波段散射特征,考虑地面与树干之间的二面角散射贡献,研究提出了一种扩展极化水云模型;基于Yamaguchi四分量分解参数和扩展极化水云模型估测思茅松林地上生物量。结果 通过酉变换来补偿极化定向角偏移后,体散射分量高估得到修正,极化定向角补偿后的体散射与实测地上生物量的回归模型较未补偿前效果更好(决定系数R²从0.214提升到0.332)。采用Yamaguchi四分量和扩展极化水云模型的地上生物量估测值和实测值有较强的相关性(R²= 0.644)和较低的均方根误差(23.11 t/hm²)。结论 SAR数据在极化分解前应进行极化定向角补偿,以减少体散射高估和二面角散射低估的问题,提高地上生物量反演精度。半经验极化扩展水云模型具有很好的估测森林地上生物量的潜力。     

台湾桤木林分生物量与营养元素的分布

对福建省来舟林场引种的 1 4年生台湾桤木人工林生物量及 9种营养元素的含量、积累、分配和生物循环的研究结果表明 ,( 1 )林分总生物量为 2 85 .8t/hm2 ,其中乔木层占 93.2 4 % ;林分净初级生产力为 36.0 5t/(hm2 ·a) ;( 2 )台湾桤木单株林木营养元素含量以根瘤、叶和果实为较高 ,不同元素平均含量的大小顺序依次为 :Ca,N ,K ,Mg ,Fe,P ,Mn ,Zn ,Cu;( 3)林分营养元素的积累总量为 481 3.5 4kg/hm2 ,地上部分和地下部分各占 83.4%和 1 6.6%。林分年吸收量、归还量、存留量分别为 1 1 81 .48、646.61和 5 34.87kg/(hm2 ·a) ;( 4 ) 9种元素的循环系数、利用系数和周转期分别为 0 .2 5～ 0 .64、0 .2 3～ 0 .69和 3.96～ 9.7a     

基于连清数据的湖南森林碳密度估计及变化特征分析

【目的】通过碳密度时空分析、驱动因素分析,探索科学适用的基于森林资源连续清查资料的大区域森林碳汇功能监测方法。【方法】以湖南省1999—2014年4期6 615块森林资源连续清查固定样地数据为主要信息源,采用Pearson相关系数,在5种理论半方差模型精度比较分析基础上,选取预测性能最高的模型进行森林碳密度克里金内插、时空分析、驱动因素分析。【结果】5种理论半方差模型预测精度按照从高到低排序为:球体模型>指数模型>圆形模型>线性模型>高斯模型。1999、2004、2009、2014年湖南省森林碳密度分别为17.156、17.938、18.491、20.489 t/hm²,标准差分别为13.309、15.499、16.211、17.141 t/hm²。1999—2014年,湖南省森林碳密度呈稳步上升趋势,空间聚集性减弱、破碎化趋势增强; 1999—2014年,湖南省森林碳密度在空间分布上整体呈现出西部、南部、东部较高(>20 t/hm²),北部、中部较低(5～20 t/hm²)的空间分布格局。1999—2014年,森林碳密度与植被覆盖度、坡度、土壤厚度始终保持正相关关系,与灯光亮度的相关性在1999、2004年为负相关,在2009、2014年则为正相关。【结论】湖南省碳密度的时空变化受林业政策调整和社会经济条件变化的双重影响,应加强退耕还林、公益林生态效益补偿的力度,巩固集体林权制度改革成果。     

珠海淇澳岛人工次生无瓣海桑纯林的植被碳储量变化

为了研究无瓣海桑在快速固碳方面的效果,基于多期遥感影像和实测样方数据,对1999—2019年期间,淇澳岛无瓣海桑的生长范围、年际生物量和植被碳储量进行了定量计算,分析引起这些变化的原因,并得到研究区生物量反演模型为B=75.906-6.144×SR-10.728×Variance,P＜0.01,R2=0.700。研究结果表明:(1)无瓣海桑在1999、2003、2009、2013、2019年的面积分别为0、29.520、114.245、140.280、332.399 hm2;1999、2003、2009、2013、2019年的碳储量分别为0、4 872.74、15 051.14、25 892.55、55 969.24 t,1999—2003、2003—2009、2009—2013、2013—2019年的固碳速率分别是:3.66、7.55、19.48、28.06 t/(hm2·a);20年间,无瓣海桑纯林的单位面积碳密度增长了168.38 t/hm2。(2)与其他红树林树种和同纬度的亚热带阔叶林相比,无瓣海桑的固碳速率更快,碳储量更大,是一种非常理想的能够用于修复裸地海岸的红树林植物。