不同植被类型森林生物量反演模型研究——以湖南省公益林为例

生态公益林是构筑国土生态安全的重要基础,是实现“两山”理念的重要保障。以湖南省不同植被类型(针叶林、阔叶林、针阔混交林、竹林和灌木)公益林为对象,利用2021年湖南省公益林固定样地监测数据、Landsat 8遥感数据,构建不同植被类型公益林生物量支持向量机模型、决策树模型和随机森林模型3种反演模型。结果表明,3种模型中,随机森林模型估算精度最高,其中竹林的拟合程度最好,R2为0.79,RMSE为25.60 t·hm^(-2)。研究结果表明,基于随机森林模型、植被类型分类反演可以有效提高森林生物量的估测精度,为提升森林生物量估算的准确性提供新方法。

气候对不同林型兴安落叶松林生产力的影响

以内蒙古大兴安岭地区两种林型的兴安落叶松(Larix gmelinii)天然林为对象,运用树木年轮学与异速生长方程模型,推算过去20 a杜香(Ledum palustre L.)-兴安落叶松林及草类-兴安落叶松林净初级生产力(N_(PP))的年际变化,结合中国气象数据网获取的气象数据,分析气候因子对不同林型兴安落叶松林N_(PP)的影响。结果表明:两种林型生物量呈逐年上升的趋势,N_(PP)呈“上升-下降-上升”的波动式上升趋势。不同林型N_(PP)与各气候因子的相关分析表明,2000—2020年温度(T)对两种林型兴安落叶松林N_(PP)起正向影响,而降水(P)对草类-兴安落叶松林N_(PP)起正向影响。由于气候的“滞后效应”,杜香-兴安落叶松林N_(PP)与上一年8月份月平均最高温度呈极显著正相关,草类-兴安落叶松林N_(PP)与上一年11月份月平均温度、上一年7月份降水量呈显著正相关。

长白山阔叶红松林林层群落结构与生产力的关系

【目的】探究长白山阔叶红松林不同林层群落结构与林分生产力的关系,分析林分生产力的影响因素,为温带森林的恢复与可持续经营提供科学依据。【方法】基于长白山自然保护区阔叶红松林40 hm^(2)固定监测样地2年(2014和2019年)植被调查数据,以样地内胸径(DBH)≥5 cm的木本植物为对象,根据胸径将阔叶红松林群落划分为优势木层、亚优势木层、中等木层和被压木层,运用R4.0.3软件计算各林层物种多样性、结构多样性和林分密度,与生产力进行相关性分析并构建结构方程模型,探讨不同林层物种多样性、结构多样性和林分密度对生产力的影响。【结果】1)林分密度与生产力显著正相关(P<0.05),且相关关系随林层上升而下降。2)Pearson相关性分析结果显示,生产力与代表物种组成α多样性的香农威纳指数显著正相关(P<0.05),且随林层上升相关关系减弱;反之,代表物种组成β多样性的香农熵指数与生产力存在显著负相关(P<0.05),但该相关关系在中等木层和亚优势木层不显著。此外,物种均匀度指数与生产力显著负相关(P<0.05),相关系数随林层上升先增大后减小;胸高断面积基尼系数和胸径均匀度指数与生产力显著负相关(P<0.05),且该相关关系随林层上移而减弱,在优势木层与生产力无显著相关性。胸径香农威纳指数与生产力呈显著正相关(P<0.05),且随林层上移相关关系降低,相关系数由0.44降至0.31。3)不同林层林分密度对生产力均有显著影响(P<0.001),且随林层上升其作用强度逐渐降低,路径系数由0.59降至0.27;物种多样性在被压木层和中等木层对生产力有显著正向作用(P<0.05),在优势木层和亚优势木层对生产力无显著影响;结构多样性在被压木层和中等木层通过作用于物种多样性和林分密度间接影响林分生产力,在优势木层和亚优势木层则直接作用于林分生产力。【结论】各林层林分密度对生产力均有显著影响(P<0.05),且随林层上升对生产力的作用强度逐渐降低,群落物种多样性和结构多样性对生产力的作用方向和强弱在不同林层表现各异。深入探讨不同林层物种多样性和结构多样性以及其如何影响森林生产力,在现代森林经营管理中尤为重要。

基于机器学习的油松人工混交林单木地上生物量混合效应模型构建

利用现地调查数据,构建油松人工混交林单木地上生物量估算模型。通过野外调查,共获取了1313株油松人工混交林单木生物量实测数据,基于最小二乘法、线性混合效应模型和随机森林混合效应模型,分别构建油松人工混交林单木地上生物量模型。结果表明:1)线性混合效应模型(LME)和随机森林混合效应模型(MXRF)结果与普通最小二乘模型(OLS)相比,立地因子作为随机效应能够提升模型的解释能力;2)随机森林混合效应模型(MXRF)的决定系数(0.9907)大于线性混合效应模型(0.9347)和普通最小二乘模型(0.9332),且随机森林混合效应模型的均方根误差(RMSE)和平均绝对误差绝对值(MAE)均小于线性混合效应模型和普通最小二乘模型,说明MXRF模型拟合效果优于OLS模型;3)MXRF模型拟合克服了2种线性模型拟合中存在的异方差问题。本研究构建的模型较好地反映了油松人工混交林地上生物量与生长指标间的关系,形式简单、使用方便,可以为林分生长预测和可持续经营提供依据。

基于参数最优地理探测器的福建省植被NPP时空分异及驱动力探究

植被净初级生产力(NPP)是生态系统碳循环的重要组成,研究其时空尺度的变化和驱动机制,对生态系统的可持续发展具有重大意义。选取MOD17A3HGF植被NPP数据、土地利用、地形、气象和社会经济数据,通过Sen+MK趋势分析、Hurst指数、最优参数地理探测器等方法,分析2000-2020年福建省植被NPP时空变化特征及未来趋势,并探究植被NPP空间分异的驱动因子。结果表明,1)2000-2020年福建省植被NPP呈波动状缓慢下降,多年均值为843.71 gC·m^(-2)·a^(-1);灌木植被NPP的多年均值926.54 gC·m^(-2)·a^(-1),是生产力最强的土地利用类型;植被NPP主要集中在600~900 gC·m^(-2)·a^(-1),处在该范围的区域占全省总面积的52.09%~66.23%。2)福建省北部、东南部植被NPP多为显著上升,而中部和西南部主要为显著下降;未来植被NPP变化趋势以反持续性为主(53.25%),应重点关注闽北山地与闽江下游区域。3)造成植被NPP空间分异的驱动因子平均解释度高低排序为降水量>气温>土地利用>夜间灯光>人口密度>坡度>高程>国内生产总值,双因子交互中最高解释度为气温∩降水量(0.282),自然因子间的交互作用影响更大。

张掖市人工林区域水源涵养能力与覆盖面积空间差异动态模拟分析

为明确张掖市人工林水源涵养能力和生态恢复效果,对张掖市人工林区域水源涵养能力计量及其空间差异动态进行模拟分析。采集当地水源涵养能力影响因素数据,计算水源涵养量,划分水源涵养能力等级。借助ArcGIS软件模拟分析空间差异动态,模拟得出张掖市2017—2021年的水源涵养能力空间分布特征。结果表明,2017年张掖市东部靠边缘区域水源涵养能力等级非常高,西北角和东部中间区域等级较高,等级一般区域主要分布在水源涵养能力等级较高地区的周边,等级较低区域主要分布在西部、东北部、中部以及南部等地区,等级非常低区域主要分布在南部区域。2018年水源涵养能力等级非常高区域覆盖面积存在零散扩大分布特征,等级较高区域覆盖面积向西南方向扩大且西北角与东部中间区域连通,其余等级覆盖面积则相应减少。2019—2020年水源涵养能力非常高、较高地区所占面积进一步扩大,其余等级覆盖面积则相应继续减少。2021年,具有非常高、较高水源涵养能力等级面积已覆盖当地人工林大部分区域并已延伸至西南部边缘,其余等级区域所占面积则继续缩小。研究表明,张掖市人工林区域具有提高水源涵养和生态恢复能力,据此提出提高灌木和草地种植量,在含水量较高区域种植经济林和针叶林等种植策略。

竹林生物量和碳储量研究进展

为了解竹林生态系统在助力“双碳”实现过程中的潜力和价值,在梳理国内外相关文献的基础上,归纳总结竹林生物量、生物量生长模型以及碳储量的研究进展,并针对竹子生物量研究中存在的问题,提出相应对策。研究结果可为竹林的开发利用及竹林在全球气候变化中的适应和应对措施提供参考。

黑龙江省林业碳汇概况与资源分布分析

森林碳汇主要指森林存储和吸收二氧化碳温室气体的能力。森林在应对气候变化中至关重要,因为森林通过光合作用吸收二氧化碳,从而减缓温室效应。通过对黑龙江的林业碳汇概况及其分布情况的分析,为黑龙江林业碳汇资源的开发、利用、保护和调查提供建议,以促进林业碳汇由资源向资产、再由资产向资金的转化,最终实现碳达峰和碳中和。

杉木人工林生物量分布特征及其碳计量参数

探究杉木人工林生物量的分布规律并建立其生物量预测模型,为预测和评估其固碳能力提供依据。采用野外生物量调查和室内测定等方法,选择广西杉木典型栽培区的不同林龄阶段和不同立地条件的杉木人工林为研究对象,对其根茎比、木材基本密度、含碳率和生物量转化与扩展因子等参数进行分析。结果表明:不同林龄杉木树干生物量的占比最高,幅度为40.00%~67.40%,树根其次,幅度为14.70%~22.70%;杉木的平均根茎比值为0.263,木材基本密度的平均值为300.5 kg/m^(3);不同相对生长方程回归模型对于树干、树皮、树枝、地上生物量、地下生物量以及总生物量的拟合效果并无明显差别;杉木各器官平均含碳率为50.57%,呈随林龄增加而增加的趋势;杉木树干生物量与蓄积量的关系以幂函数略优,而地上生物量、地下生物量和总生物量与蓄积量的关系则以双曲线模型略优。

国有林场森林碳汇试点建设浅析

在全球气候加速变化、自然灾害增多增强的背景下,我国积极行动,制定了碳达峰和碳中和目标,对国有林场进行森林碳汇试点建设作了简要分析,探讨实施步骤及可行性,并提出几点建议。

河南省2040年土地利用格局及有机碳储量预测研究

基于河南省2000、2020年土地利用数据以及社会、气象数据,采用PLUS模型模拟河南省2040年不同发展情景下的土地利用及有机碳分布格局。模拟结果显示,河南省2040年3种情景下的有机碳储量分别为1206.98×10^(6) t(自然发展情景)、1211.98×10^(6) t(耕地保护情景)、1212.20×10^(6) t(生态保护情景),表明林地数量的提高对河南省有机碳储量的提升具有积极作用。河南省有机碳呈明显的区域性分布特征,总体表现为西部较高,南部次之,东部和北部表现出一定的中等水平分布特征。

浙江省天然阔叶林物种多样性和结构多样性对生产力的影响

为探讨浙江省天然常绿阔叶林、落叶阔叶林、常绿和落叶阔叶混交林等3种植被覆盖类型物种多样性和结构多样性与环境因子对生产力的影响,以2021年浙江省森林资源连续清查数据为基础,用R语言分析3种植被覆盖类型物种多样性、群落多样性和生产力之间的关系,选择表示物种多样性和结构多样性的最优指标并进行相关性检验,对环境因子与生产力的关系进行冗余分析。结果显示,常绿阔叶林物种多样性与生产力呈显著负相关(R=-0.26,P<0.05),而结构多样性与生产力呈显著正相关(R=0.51,P<0.05);落叶阔叶林、常绿和落叶阔叶混交林的物种多样性(R=0.33,P<0.05;R=0.32,P<0.05)、结构多样性(R=0.51,P<0.05;R=0.47,P<0.05)与生产力均呈显著正相关,且结构多样性与生产力的相关性明显优于物种多样性与生产力的相关性。此外,研究发现不同类型的天然阔叶林受到环境因子影响差异较大。在常绿阔叶林中,坡度是影响生产力最显著的因素;而在落叶阔叶林、常绿和落叶阔叶混交林中,坡位是影响生产力最显著因素。研究认为,群落结构多样性和物种多样性的提高,对促进天然阔叶林生产力具有显著影响,不同天然阔叶林生产力水平受环境因子影响差异显著。

基于InVEST模型的河池市森林碳储量估测研究

为了探明河池市碳储量变化情况并快速评估分级,以2010年、2020年土地利用数据为数据源,研究基于InVEST模型的河池市森林碳储量估测模型的构建及其空间分布。结果表明,河池市2010和2020年碳储量分别为219.1×10^(6) t和234.8×10^(6) t,呈增长趋势,碳储量在空间分布上表现为北部、中部及南部较高,西北部和东部较低的空间特征;河池市固碳能力与土地利用类型变化密切相关,林地对河池市碳储量增加贡献最大。根据河池市碳储量空间分布对全市碳储量的重要程度进行分级,更为直观地展现全市碳储量在区位上的重要程度。

云南省云南松林碳储量变化趋势研究

基于云南省1978—2017年8次森林资源清查数据,采用云南省林业调查规划院调查构建的云南松生物量与蓄积量模型和碳系数相关研究成果,计算各清查年度云南松林生物量、碳储量和碳密度,分析云南省39年来云南松林碳储量、碳密度变化趋势。结果表明,云南松龄组、起源等结构上的变化引起碳储量和碳密度有增有减、有升有降,生物量和碳储量总体呈增加趋势,碳密度呈上升趋势。

广东罗浮山省级自然保护区主要森林类型蓄积量与生物量分析

通过样方调查法,对广东罗浮山省级自然保护区主要森林类型的蓄积量与生物量进行调查,分析其蓄积量与生物量的分布特点,为森林资源的保护和调查监测提供科学依据。结果表明:在16个20 m×20 m的样方中,共记录有维管植物210种,隶属于81科158属。监测样地乔木层植物种类121种,隶属于48科90属,灌木层植物种类109种,隶属于42科78属,草本层植物种类29种,隶属于19科28属,层间藤本植物种类40种,隶属于21科33属,各类植物个体总数为6042个。监测样地可划分为3个植被型,5个植被亚型,5个群丛。监测样地乔木层单一树种华润楠、木荷、马尾松和黄樟的蓄积量排在前4。监测样地乔木层平均蓄积量为161.32 m^(3)·hm^(-2),最高的是LFS-M华润楠-密花树常绿阔叶林,为265.04 m^(3)·hm^(-2);群丛乔木层平均蓄积量为158.27 m^(3)·hm^(-2),最高的是马尾松-木荷群丛,为186.33 m^(3)·hm^(-2)。由D方程和D2H方程得出不同监测样地乔木层生物量均为LFS-M华润楠-密花树常绿阔叶林的最高。由D方程得出不同群丛乔木层生物量为华润楠-密花树群丛的最高,达174.20 t·hm^(-2);由D2H方程计算得出群丛乔木层生物量为马尾松-木荷群丛的最高,为154.10 t·hm^(-2)。

基于改进CASA模型的晋北地区植被NPP时空动态及气候影响研究

【目的】探究晋北地区气候和植被类型等因子对植被净初级生产力(NPP)的影响,对于明晰干旱半干旱地区植被对气候变化的响应,以及保障生态脆弱地区植被恢复和可持续发展具有重要参考价值。【方法】基于改进的CASA模型模拟了晋北地区2000-2020年植被NPP,量化了其时空分布格局、变化趋势和空间变异性,并分析了研究期间气候因素与植被NPP的相关关系。【结果】2000-2020年研究区植被NPP年均值(以C计)介于225.28~484.09 g/m^(2)之间,平均值为349.76 g/m^(2),年均增速为8.75 g/m^(2)。植被NPP年均值呈现出东高西低、南高北低的格局,NPP年均值主要集中在200~400 g/m^(2),占研究区总面积的65.15%,各植被类型NPP年均值的大小为:林地(691.79 g/m^(2))>灌丛(492.97 g/m^(2))>耕地(378.39 g/m^(2))>草地(343.85 g/m^(2))>未利用地(277.45 g/m^(2))>建设用地(223.96 g/m^(2))。研究区植被NPP各变异程度面积比例大小顺序:稳定性一般(46.4%)>稳定(30.9%)>稳定性较差(17.9%)>非常稳定(4.8%),稳定性在空间尺度上呈现出由东南向西北逐渐递减的趋势。研究期间植被NPP与降水呈显著正相关关系,与温度相关性不显著,与太阳辐射整体呈正相关关系。【结论】研究期间晋北地区植被NPP呈现出波动上升的趋势,空间分布异质性明显,整体波动性较大。在降水、气温和太阳辐射3个气象因子中,降水和太阳辐射均会影响植被NPP变化,其中降水对晋北地区植被NPP年均值的影响最为显著。

基于区域化特征分析的活立木生物量调查抽样优化

森林生物量调查监测是正确认识和管理森林生态系统的基础性工作,分析已有的调查资料是提高抽样效率的有效途径。采用四川省森林资源连续清查第六次至第九次数据,即2002年、2007年、2012年和2017年4个年度固定样地的调查数据,进行区域化特征分析,基于聚类分布模式进行空间分层抽样,采用不等概率抽样估计总体特征值。结果表明:区域化特征聚类分层能有效降低层内的方差,作为空间分层抽样的先验信息;在95%可靠性下,空间分层抽样活立木生物量估计精度的均值为93.41%,显著减少了外业样地调查工作量,能有效地提高抽样效率。

基于InVEST模型的甘肃省祁连山林区乔木林碳储量时空变化研究

以祁连山林区乔木林为研究对象,基于甘肃省林地更新数据和中国土地覆盖及地形数据,运用InVEST模型估算和分析祁连山林区乔木林的碳储量时空变化特征。结果表明,1)研究区乔木林碳储量的分布呈现北部片状—中部点状片状—南部线状的分布特征。2)2016-2019年研究区乔木林碳储量增长了258.91万t,年均碳汇量86.30万t。3)2016、2019年云杉的碳储量占比最大,平均占比88.82%,且以最具未来碳汇潜力的中龄林和近熟林增长为主,主要分布在海拔2500~3500 m、坡度10°~40°的阴坡和半阴坡及半阳坡。4)2016-2019年,牧草地、耕地、未利用地、建设用地向林地转移1219.22 hm^(2),呈现牧草、耕地、未利用地、建设用地向林地回转的趋势。研究结果一定程度上反映了研究区森林碳汇功能向良性转变,表明了退耕还林、人工造林等生态治理工程的有效性。

基于森林资源二类调查数据的森林生物量抽样设计对比研究

探究和对比不同抽样方法对森林生物量抽样调查中样地数量、样地布设及估算精度等方面的影响,优选适宜的抽样方案,在保证精度的前提下节省外业调查的工作量和成本。基于云南省大理市2016年森林资源二类调查小班数据,以森林起源、龄组、优势树种作为分层变量,在可靠性为95%、抽样精度为90%和85%的条件下,计算分层抽样所需的样本单元数,并与系统抽样进行比较分析;以分层抽样方法进行大理市森林地上生物量的抽样设计,将抽样结果与系统抽样方法进行比较分析。结果表明,抽样精度为90%时,分层抽样所需的样本单元数分别比系统抽样少21.91%、12.92%和45.51%;抽样精度为85%时,分层抽样所需的样本单元数分别比系统抽样少21.51%、12.66%和45.57%;在相同的抽样精度条件下,抽样单元数呈现起源>优势树种>龄组的变化趋势。按抽样精度90%,系统抽样估测的大理市森林地上总生物量为1 914.83万t,按起源、优势树种和龄组,其总生物量估测值分别为1 608.22万t、1 679.03万t、1 536.08万t。在可靠性和抽样精度相同时,实际抽样精度排序为起源>优势树种>龄组,其中,利用优势树种估测的森林地上总生物量为1 679.03万t,最接近实际值,按优势树种估测的抽样效果较好,抽样精度为96.63%。由于分层抽样具有样本数量少、抽样精度高的明显优势,可为区域森林生物量抽样调查和估测提供方法参考。

基于Landsat的香格里拉市高山松地上生物量动态研究

采用不同时期的Landsat5 TM卫星遥感影像数据和1987—2007年5期云南省香格里拉市森林资源连续清查样地调查数据,通过数据筛选,应用随机森林算法(RF)、梯度提升回归树算法(GBRT)等相关性分析模型,估测1987—2007年间云南省香格里拉市高山松地上生物量动态变化规律。结果表明,GBRT算法的估测模型效果最好,决定系数R^(2)为0.99,预估精度P为70.07%;RF算法次之,决定系数R^(2)为0.89,预估精度P为66.10%。1987—2007年的20年间,香格里拉高山松地上生物量总量经历了先减又增的过程,1987、1992、1997、2002、2007年地上生物量分别为1023.29、1022.38、1011.73、1018.02、1019.33万t。但截至2007年,高山松地上生物量仍然未恢复到1987年水平。结合20年的林业发展过程,对高山松地上生物量动态变化原因进行简要分析,对后续研究提出了建议。