我国尺度兼容和树种分类的材积源森林碳储量模型

【目的】提出一种简单方便的森林碳储量估算方法,构建考虑林分特征的尺度兼容和树种分类的材积源森林碳储量模型,为估算多尺度和多树种森林碳储量提供方法和技术支持。【方法】基于第6~9次全国森林资源清查数据和异速生长方程,分别利用含哑变量的非线性最小二乘法的独立模型和非线性似然无关回归的联立方程组模型,构建考虑起源、龄组2个主要林分特征的尺度兼容和树种分类的森林碳储量模型,通过加权回归消除异方差,采用决定系数(R2)、估计值的标准差(SEE)、平均预估误差(MPE)、总相对误差(TRE)和差异百分比(VP)对模型进行评价;同时利用2021年林草综合监测数据,比较不同尺度模型估算全国森林碳储量的差异。【结果】1)共构建2 974类尺度兼容的森林碳储量模型,与独立模型相比,联立方程组模型的R2无明显差异。独立模型和联立方程组模型分别为1 383和1 591类,模型R2的平均值分别为0.966 1和0.965 2,MPE分别为0.75%和0.78%,联立方程组模型的R2仅下降0.000 9,MPE仅上升0.03%。2)共构建2 520类树种分类的森林碳储量模型,与尺度兼容模型结果一样,独立模型和联立方程组模型的R2无明显差异。独立模型和联立方程组模型均为1 260类,模型R2的平均值分别为0.944 3和0.942 4, MPE分别为0.48%和0.49%,联立方程组模型的R2仅下降0.001 9, MPE仅上升0.01%。3)构建4种不同建模方式(独立-尺度模型、独立-树种模型、联立-尺度模型、联立-树种模型)的森林碳储量模型。相比独立模型,联立方程组模型的参数变动幅度更小。4种不同建模方式共包含参数a和参数b分别为46 157和23 935个。独立模型和联立方程组模型参数a的平均值分别为0.596 5和0.620 0,极差分别为2.318 6和2.192 2,独立模型的参数极差偏高0.126 4;参数b的平均值分别为0.933 2和0.931 8,极差分别为0.672 3和0.506 5,独立模型的参数极差偏高0.166 7。4)不同尺度模型估算全国森林碳储量时,无论何种尺度,独立模型的估算差异均大于联立方程组模型,但总体上各种尺度模型的估算差异均在3%以内。【结论】1)本研究提出的从森林蓄积量直接到森林碳储量的材积源森林碳储量模型数据有效、方法可靠,可用于直接估算森林碳储量。2)基于含哑变量的非线性似然无关的联立方程组方法,可更好地建立尺度兼容和树种分类的森林碳储量模型。3)本研究构建的森林碳储量模型平均R2在0.95以上,MPE在1%以内,可用于林业实践中快速准确估算森林碳储量。4)根据模型的拟合精度以及参数的稳定性,建议使用以联立-尺度(以尺度为建模总体的联立树种分类模型)为建模方式的森林碳储量模型。5)在5%精度要求下,可使用国家尺度考虑林分起源、龄组的树种分类模型估算全国森林碳储量。

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。

基于Landsat8 OLI数据的山杏柠条灌木林碳储量遥感模型研究

基于Landsat8 OLI多光谱数据和内蒙古兴安盟地区189块山杏、柠条灌木林实测样地数据,利用多元逐步回归法建立地上碳储量遥感模型,并对模型的预估精度进行了分析。结果表明:选取包括单波段、波段组合、缨帽变换、植被指数及主成分分析共5组27个特征变量,通过分析27个特征变量与灌木林地上碳储量的Pearson相关性,进行特征变量的优化选取并建立模型。天然山杏、人工山杏和人工柠条3种灌木类型地上碳储量遥感模型的决定系数分别为0.61,0.86,0.74,预估精度分别为71%,77%,73%。优化的3种遥感模型可以应用到内蒙古范围内天然山杏、人工山杏和人工柠条林地上碳储量评估工作中。

长白落叶松人工林林分碳储量生长模型系研究

【目的】目前关于林分碳储量随年龄动态变化的模型研究较少,本研究通过建立林分水平的碳储量生长模型系,为区域尺度的森林碳储量动态预估提供方法。【方法】以吉林省长白落叶松人工林为对象,使用立地质量分级算法将所有样地划分为3个立地等级,并将其作为哑变量引入模型系中,使用联立方程组的方法将林分平均高、断面积生长模型和林分碳储量模型3个方程进行联合估计,建立林分碳储量生长模型系。采用调整确定系数(R^(2)_(adj))、估计值的标准误(SEE)和平均预估误差(MPE)来评价模型的表现,分析不同立地等级和林分密度指数(SDI)下林分碳储量的生长过程,及林分断面积和平均高对林分碳储量的影响。【结果】(1)林分碳储量生长模型系中林分平均高生长模型、林分断面积生长模型和林分碳储量模型的R^(2)_(adj)分别为0.879、0.977和0.953,MPE均<2%,具有较好的拟合优度。(2)直接利用林分平均高和断面积或由生长模型得到林分平均高和断面积的这两种途径都可以准确估计林分碳储量,结果仅相差0.02 t/hm^(2),模型系具有良好的通用性与稳定性。(3)林分碳储量生长量随立地质量的提高而增加;立地等级相同时,SDI<1500株/hm^(2)时生长较慢,SDI>1500株/hm^(2)时,在40年以后的林分密度对碳储量生长过程基本无影响;林分密度指数控制在1500~2000株/hm^(2)时可实现较快的碳储量生长。(4)林分碳储量随林分断面积和平均高的增加而增加,林分断面积与林分碳储量的关系更为密切。【结论】林分碳储量的生长和立地等级、林分平均年龄、密度、断面积、平均高等因子有密切联系,采用联立方程组方法是建立林分碳储量生长模型系的有效方法。本研究建立的林分碳储量生长模型系可以对林分碳储量动态进行有效预测,为了解林分碳储量的生长过程和森林碳汇评估提供了工具。

煤炭开采对区域农田植被碳库储量的影响评价

在人类煤炭开采活动的干预下,农田生态系统中碳储量迅速变化。这种变化不仅改变了土壤肥力及农田作物产量,而且对区域及全球环境具有很大影响,事实上稳定保持其碳库是农业减缓温室气体的主要途径。该文的研究目的就是从煤炭开采对区域农田植被碳库储量影响的角度来研究煤炭开采对农田生态系统碳储量的影响,以徐州九里矿区为研究区,通过区域内农田植被碳库采样与试验、区域植被碳库储量估算模型的构建以及碳储量估算得到九里矿区煤炭开采沉陷区农田植被的碳储量和碳密度分布图,然后与情景模拟得出的该区未受到煤炭开采影响情况下,经过几十年变化后农田植被的碳储量和碳密度分布图进行对比,得出煤炭开采对沉陷区范围的农田植被碳库的扰动影响,发现与不受到煤炭开采的影响相比,在沉陷区域外围地势较高的坡地煤炭开采对农田植被碳密度的影响很小,在沉陷区地势较低的季节性积水区和常年积水湿地区煤炭开采对农田植被碳密度的影响较大。在整个煤炭开采沉陷区范围内,与不受到煤炭开采的影响相比,煤炭开采沉陷区域农田植被碳库碳储量减少2.4万t。煤炭开采对区域农田植被碳库储量的影响属于失碳效应。

煤炭开采对农田土壤碳储量的影响研究——以典型煤炭开采沉陷盆地为例

以徐州九里矿区为研究区,选取典型煤炭开采沉陷盆地,通过设计沉陷盆地土壤有机碳库采样方案、实验室土壤有机碳含量测定、构建沉陷盆地土壤有机碳库储量模型以及煤炭开采沉陷前后沉陷盆地内农田土壤有机碳库储量变化的分析,研究了煤炭开采对农田土壤碳储量的影响。研究发现:在煤炭开采沉陷未扰动状况下,沉陷盆地各坡面区土壤有机碳密度均与对照区土壤的有机碳密度相同,煤炭开采沉陷后沉陷盆地各沉陷坡面区土壤有机碳密度随沉陷深度呈现先减小后增大的变化趋势:煤炭开采沉陷前沉陷盆地所在区域内土壤碳库有机碳储量是560.4 t,开采沉陷扰动后沉陷盆地内土壤碳库有机碳储量为530.9 t,比沉陷扰动前减少了5.3%,由此可知,煤炭开采对农田土壤碳储量影响为失碳(碳源)效应。

耕作方式对华北农田土壤有机碳储量及温室气体排放的影响

耕作方式能够改变土壤有机碳在土层中的分布,进而对土壤有机碳及土壤碳储量产生影响。该研究在模型调整的基础上选取了土壤有机碳(SOC)、土壤碳密度(SCD)、土壤呼吸(SR)以及生物量碳(BC)4个指标对DNDC(denitrification-decomposition)模型在华北麦-玉两熟农田的适用性进行验证,并用该模型模拟当地土壤碳储量(SCS)动态变化以及温室气体排放特征。结果表明,模型模拟值与实测值吻合良好,此模型可以适用于华北麦-玉两熟农田土壤有机碳的模拟研究;2001-2010年SOC和SCS逐年递增;对未来100a模拟发现,前15a旋耕(RT)和翻耕(CT)处理SOC增长迅速,而免耕(NT)SOC的剧烈增长趋势要持续近40a;对比各处理100a碳储量变化可知,前20aCT处理SCS最大,20a后NT处理SCS最大;各处理土壤全球变暖潜势(GWP)大小为CT>RT>NT。通过验证该文证明了DNDC模型可以较好地研究华北麦-玉两熟农田土壤碳循环;长久来看NT有利于农田SCS的积累以及GWP的降低。该研究能够为华北麦-玉两熟农作区固碳减排提供依据。

基于林分生长模型的天山云杉碳汇潜力估测

为掌握研究区天山云杉(Picea schrenkiana)林分碳储量现状,估算其碳汇潜力,了解其碳汇动态变化过程,分别基于Gompertz、Logistic、Mitscherlich和Schumacher等4个常用生长曲线方程,采用林龄、平均树高、平均胸径和林分密度等指标构建林分蓄积量生长模型,选取最优模型,通过林分生物量-林分蓄积量回归模型和含碳系数建立林分碳储量生长模型,计算不同林分条件下天山云杉生长到180 a的碳密度年均增长量,预测研究区当前、30 a后和60 a后的林分碳储量及碳汇潜力。结果表明,对比不同生长曲线方程后选择Schumacher方程构建林分蓄积生长模型并转化为林分碳储量生长模型,模型精度89.082%,估计值的标准差13.006、总系统误差-0.293、平均系统误差-5.943、决定系数0.895。基于林分碳储量生长模型计算出天山云杉在相同林分密度条件下,随着林分立地条件的变化,林分碳密度0~180 a年平均增长量为0.020~0.641 t/(hm^(2)·a),研究区全域林分碳密度平均增长量为0.299 t/(hm^(2)·a),年平均增长量拐点位于30 a处。天山云杉林分碳汇潜力为1.245×10^(4) t碳;当前、未来30 a和未来60 a林分碳储量分别为3.439×10^(6) t碳、3.447×10^(6) t碳、3.450×10^(6) t碳,未来30 a、未来31~60 a的增长量分别为8×10^(3) t碳、3×10^(3) t碳,涨幅分别为0.233%和0.087%。本研究构建的林分碳储量生长模型具有较高的精度和稳定性,可用于研究区天山云杉林分碳汇潜力的估测;研究区天山云杉成熟林、过熟林占比较高,林分碳汇潜力低,需进行林龄结构优化,以促进天山云杉林的可持续发展。