基于GIS的黑河市森林碳儲(chǔ)量空間分布特征研究.pdf

1、人類在認(rèn)識(shí)、改造、利用自然、造福全人類的過(guò)程中，引發(fā)了全球變暖等一系列的生態(tài)問(wèn)題，如何發(fā)揮碳匯在減緩溫室效應(yīng)方面的巨大作用深受世人矚目。森林生態(tài)系統(tǒng)的碳儲(chǔ)量巨大，如何準(zhǔn)確估算森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量及其分布特征已受到普遍關(guān)注。本論文以黑龍江省黑河市各市縣林區(qū)為研究對(duì)象，基于固定樣地測(cè)定數(shù)據(jù)建立主要樹(shù)種的相容性生物量模型，結(jié)合含碳率估算其生物量、碳儲(chǔ)量密度和森林生態(tài)系統(tǒng)的碳儲(chǔ)量，并從坡向、坡度、海拔等角度探討碳儲(chǔ)量與立地因子的關(guān)系，再利用Arc

2、GIS軟件中的空間插值功能對(duì)碳儲(chǔ)量及其動(dòng)態(tài)變化的空間分布特征進(jìn)行分析，從而為制定科學(xué)有效的碳匯政策提供合理依據(jù)。
　　本研究的主要成果包括:
　　1、基于2009年在研究區(qū)內(nèi)各縣市生態(tài)公益林區(qū)固定樣地中的解析木樹(shù)干解析、生物量及各器官碳系數(shù)測(cè)定數(shù)據(jù)，建立了黑河市主要樹(shù)種的相容性生物量模型，同時(shí)分析總結(jié)喬木層各器官、林下層各部分以及土壤層的含碳率，再結(jié)合研究區(qū)2005、2006年的重點(diǎn)生態(tài)公益林監(jiān)測(cè)樣地?cái)?shù)據(jù)，估算出各林分類型各

3、組成部分的生物量和碳儲(chǔ)量密度，以及森林生態(tài)系統(tǒng)的碳儲(chǔ)量。
　　2、從坡向、坡位、坡度、海拔等方面分析喬木層碳儲(chǔ)量的總體分布特征，以及各林分類型在不同的立地條件下的碳儲(chǔ)量分布，發(fā)現(xiàn)黑河市重點(diǎn)生態(tài)公益林喬木層約35％的碳儲(chǔ)量分布在陰坡，緩坡（5°≤坡度＜15°）碳儲(chǔ)量最大約為總量的52.27％，其次是平坡（坡度＜5°）約占39.69％。柞樹(shù)林、軟闊混交林、硬闊混交林和白樺林是黑河市的四種主要林分類型，201-400m的海拔高度最適合它

4、們生長(zhǎng)，尤其以201-250m的森林碳儲(chǔ)量最大。將坡向和坡位分別作為虛擬變量和數(shù)值化轉(zhuǎn)換，嘗試構(gòu)建了碳儲(chǔ)量與上述四個(gè)立地因子的多元線性回歸方程，但發(fā)現(xiàn)僅用這些立地因子很難準(zhǔn)確描述碳儲(chǔ)量的變化規(guī)律，將樣地的平均胸徑和平均樹(shù)高引入自變量，林木和立地因子一起構(gòu)建的多元線性回歸方程效果較好。
　　3、以黑河市重點(diǎn)生態(tài)公益林的600塊固定樣地為數(shù)據(jù)源，選用GIS地統(tǒng)計(jì)分析中的四種插值方法（反距離權(quán)重法、樣條函數(shù)法、普通克里格法和協(xié)同克里格法

5、）分別對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量進(jìn)行了空間內(nèi)插，經(jīng)過(guò)交叉驗(yàn)證和驗(yàn)證選出最優(yōu)的碳儲(chǔ)量空間內(nèi)插方法，并用ArcGIS10.0軟件繪制了黑河市重點(diǎn)生態(tài)公益林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量分布圖。
　　將樣地點(diǎn)一分為二，使用訓(xùn)練子集樣地點(diǎn)做空間插值，使用驗(yàn)證子集樣地點(diǎn)來(lái)驗(yàn)證其插值表面的精度。經(jīng)過(guò)交叉驗(yàn)證和驗(yàn)證比較插值精度發(fā)現(xiàn)，張力樣條函數(shù)法是最適合描述研究區(qū)碳儲(chǔ)量空間分布的插值方法。
　　在碳儲(chǔ)量空間插值分布圖上，比較了不同齡組的樣地點(diǎn)的空間分布位置發(fā)現(xiàn)

6、，幼齡林?jǐn)?shù)量少且碳儲(chǔ)量平均水平低，中齡林比近熟林的數(shù)量多但后者比前者碳儲(chǔ)量平均水平高，成熟林?jǐn)?shù)量較少但碳儲(chǔ)量平均水平高，過(guò)熟林?jǐn)?shù)量少但碳儲(chǔ)量平均水平較高，即從空間分布特征上驗(yàn)證了森林生態(tài)系統(tǒng)的林木生長(zhǎng)規(guī)律。比較不同坡向和坡度上的碳儲(chǔ)量分布特征，發(fā)現(xiàn)不同坡向上的樣地碳儲(chǔ)量多數(shù)在29.09-34.80 T/hm2和34.80-42.50T/hm2區(qū)間內(nèi)，陰坡的樣地?cái)?shù)量、總碳儲(chǔ)量和平均碳儲(chǔ)量水平都是最高的，陽(yáng)坡、半陽(yáng)坡和半陰坡的碳儲(chǔ)量分布類似

7、。緩坡的碳儲(chǔ)量分布比平坡多，但其平均碳儲(chǔ)量水平比平坡低，斜坡的總碳儲(chǔ)量和平均碳儲(chǔ)量高于陡坡。
　　比較這四種主要林分類型在不同海拔區(qū)間內(nèi)的空間分布特征可知:白樺林主要分布在孫吳縣和愛(ài)輝區(qū)的250-450m的垂直范圍內(nèi)，其碳儲(chǔ)量值多數(shù)在29.09-34.80 T/hm2區(qū)間。軟闊混交林以孫吳縣分布量最多，主要分布在201-400m的垂直空間里，其碳儲(chǔ)量水平以29.09-34.80 T/hm2居多，34.80-42.50T/hm2其次

8、。硬闊混交林主要分布在孫吳縣201-400m的垂直空間里，碳儲(chǔ)量平均水平約為34.80 T/hm2。柞樹(shù)林的分布范圍最廣，主要分布在151-350m的垂直空間內(nèi)，尤其是151-250m內(nèi)的分布量最多，其碳儲(chǔ)量水平多在34.80-52.89 T/hm2區(qū)間內(nèi)。
　　4、結(jié)合黑河市國(guó)家森林資源連續(xù)清查樣地二期復(fù)測(cè)數(shù)據(jù)(2005-2010)和生態(tài)公益林監(jiān)測(cè)樣地復(fù)測(cè)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)估算了黑河市各林分類型各齡組的年均碳儲(chǔ)量密度變化，并使用最優(yōu)空間

9、插值方法繪制其動(dòng)態(tài)變化圖，分析各林分類型碳儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)變化的空間分布規(guī)律。
　　中齡林的喬木層年均碳凈增量較高，且多數(shù)分布在孫吳縣中西部和遜克縣北部邊界，其他齡組的喬木層年均碳凈增量較低。枯倒木年均碳儲(chǔ)量分布最多的主要分布在愛(ài)輝區(qū)和嫩江縣的西部。全市采伐木碳儲(chǔ)量總體較低，大部分地區(qū)為零采伐，僅在愛(ài)輝區(qū)東部、孫吳縣中部的近熟林、中齡林和成熟林內(nèi)有少量采伐木碳儲(chǔ)量。進(jìn)界木年均碳儲(chǔ)量分布最多的在遜克縣東北部，幼齡林、近熟林和成熟林的進(jìn)界木碳

10、儲(chǔ)量較高，過(guò)熟林的進(jìn)界木碳儲(chǔ)量最低。
　　白樺林在遜克縣的年均碳凈增量和進(jìn)界木碳儲(chǔ)量最大，在愛(ài)輝區(qū)的年均碳凈增量最小，枯倒木碳儲(chǔ)量最大，采伐木碳儲(chǔ)量最小。軟闊混交林在遜克縣的年均碳凈增量最大，在孫吳縣的枯倒木碳儲(chǔ)量最小，采伐木碳儲(chǔ)量最大，愛(ài)輝區(qū)的年均碳凈增量最小，采伐木碳儲(chǔ)量最小。硬闊混交林在遜克縣的碳凈增量和枯倒木碳儲(chǔ)量比孫吳縣大。柞樹(shù)林在遜克縣的年均碳凈增量和進(jìn)界木碳儲(chǔ)量比孫吳縣大。
　　本文基于ArcGIS空間插值方法