【摘要】：沼澤濕地生態(tài)系統(tǒng)是陸地生態(tài)系統(tǒng)服務功能最強、服務價值最高,生物多樣性最豐富、保護意義最重大,固碳潛力最大,生態(tài)系統(tǒng)凈化能力最強的生態(tài)系統(tǒng),榮獲“地球之腎”美譽。沼澤濕地被認為是地球上最大的生態(tài)系統(tǒng)碳庫之一,它對全球碳循環(huán)有重要影響。沼澤濕地的碳積累和碳排放已經(jīng)成為世界各國政府乃至全球最為關注的問題之一。北方沼澤濕地生態(tài)系統(tǒng)通常分布在中高緯度地區(qū),是巨大的陸地碳庫。北方沼澤濕地碳庫對氣候變化十分敏感,氣候輕微變化都會影響沼澤濕地生態(tài)系統(tǒng)碳收支。作為典型的北方沼澤濕地區(qū),大興安嶺(Greater Khingan Mountains,GKM)是中國第二大凍土區(qū),儲藏著大量碳。因此,對大興安嶺沼澤濕地碳儲量準確估算,可為大興安嶺沼澤濕地的保護、利用和生態(tài)恢復提供科學依據(jù),為沼澤濕地的管理提供理論指導,并對有效加強沼澤濕地分布區(qū)的生態(tài)環(huán)境保護,促進沼澤濕地分布區(qū)生態(tài)環(huán)境與社會經(jīng)濟協(xié)調發(fā)展提供重要依據(jù)和決策參考。也為我國沼澤濕地碳循環(huán)研究提供科學依據(jù),對全球碳儲量估算和碳循環(huán)研究有重要意義。本文通過對大興安嶺沼澤濕地調查,確定了大興安嶺沼澤濕地主要類型�；贚andsat 8 OLI和GF-1遙感影像,綜合利用面向對象分類方法和人工目視解譯方法實現(xiàn)了大興安嶺沼澤濕地信息提取并制圖,總體分類精度較好,能夠滿足本研究需求。基于野外實地采集的土壤樣品,采用地理信息系統(tǒng)技術和普通克里金空間插值方法,完成了大興安嶺沼澤濕地土壤有機碳含量空間模擬;并運用GIS中疊加分析方法和數(shù)理統(tǒng)計方法,分析了土壤有機碳含量的垂直和水平分布的分異性及其影響因素;最終完成土壤有機碳密度和儲量的估算�；贚andsat 8 OLI影像建立31個特征變量,綜合野外采集的生物量樣本,采用逐步回歸方法建立反演大興安嶺沼澤濕地植被生物量模型。利用碳系數(shù)和模擬生物量估算沼澤濕地植被有機碳密度。綜合以上結果估算大興安嶺沼澤濕地有機碳儲量。通過本研究得出的結論如下:(1)經(jīng)過對大興安嶺沼澤濕地調查確定其遙感分類系統(tǒng)為:草本沼澤、灌叢沼澤和森林沼澤。在e Cognition 8.64平臺上,綜合利用Landsat 8 OLI和GF-1遙感影像,可以有效優(yōu)化光譜分辨率和空間分辨率,有助于保證大興安嶺沼澤濕地分類精度。采用多時相遙感影像(6月末或7月初以及8月末9月初影像)綜合利用的優(yōu)勢:不同沼澤濕地植被之間或與其他地物類型之間存在著一定物候差異,從而使它們的在某個特定時期光譜特征、紋理特征等差異明顯,選取此時遙感影像有助于沼澤濕地信息提取。(2)基于多尺度分割方法將Landsat 8 OLI和GF-1影像分割為對象單元。在此基礎上,通過分析紋理、位置、形狀和上下文關系等特征、遙感影像光譜的均值、亮度和標準差特征以及NDVI、NDWI、RVI、DVI、PVI、SAVI和TSAVI等指數(shù),綜合利用面向對象和人工目視解譯分類方法可以有效地提取大興安嶺的草本沼澤、灌叢沼澤、森林沼澤和非沼澤濕地信息。大興安嶺沼澤濕地分類結果總體精度和Kappa系數(shù)分別為0.9181和0.8863,分類效果較好。結果可知,大興安嶺草本濕地33140.31 km2,灌叢濕地3763.81 km2,森林濕地877.26 km2。(3)基于Landsat 8 OLI影像7個波段的反射率和NDVI、NDWI、RVI、DVI、PVI、SAVI、TSAVI、MSAVI、RDVI、NIR/G、EVI、TVI、RI、NDI、BI、GVI、WI、PC1、PC2、PC3、MNF1、MNF2、MNF3和MNF4等31個特征變量,結合實測不同沼澤濕地生物量,采用逐步回歸方法構建生物量反演模型,以此估算植被生物量空間分布。研究發(fā)現(xiàn),草本沼澤和森林沼澤模型建立引入模型變量較多,模擬精度較高。灌叢沼澤建立的生物量模型具有一定的預測能力,模擬時僅引入一個變量,相對其他兩種沼澤濕地類型的生物量模擬模型模擬能力略差。參考大興安嶺沼澤濕地生物量模型的R2、RMSE和r RMSE來選取模擬效果最好的模型。大興安嶺沼澤濕地生物量集中分布在0-4 kg/m2范圍,高值區(qū)主要分布在大興安嶺北部。大興安嶺沼澤濕地碳儲量為2.21 Pg C。(4)大興安嶺沼澤濕地0-30、30-60和60-100 cm層土壤有機碳含量差異顯著(p0.05),隨深度增加土壤有機碳含量顯著減小。土壤有機碳含量變異程度隨著土壤深度增加而變大。不同沼澤濕地類型土壤有機碳含量在0-30 cm層差異顯著(p0.05),灌叢沼澤和森林沼澤土壤有機碳含量明顯高于草本沼澤;隨著深度增加,同層不同沼澤濕地類型土壤有機碳含量差異顯著性減小(p0.05)。(5)通過統(tǒng)計分析可知,大興安嶺沼澤濕地類型是影響土壤有機碳含量差異的主要因素,土壤類型對其影響相對較小。大興安嶺草本沼澤土壤有機碳含量與高程呈顯著負相關(p0.05),與降水呈極顯著正相關(p0.01);灌叢沼澤土壤有機碳含量與降水呈顯著正相關(p0.05);森林沼澤土壤有機碳含量與氣溫呈極顯著負相關(p0.01),與降水量呈極顯著正相關(p0.01)。大興安嶺沼澤濕地土壤有機碳含量與氣候因素相關性大,與地形因素相關性小。隨著土壤深度增加,本文所考慮的影響因素對土壤有機碳含量影響逐漸減小。(6)通過普通克里金插值對大興安嶺沼澤濕地土壤有機碳密度進行空間模擬并估算了土壤有機碳儲量。大興安嶺0-30 cm、30-60 cm和60-100 cm土壤有機碳密度平均值分別為28.43 kg/m2、17.45 kg/m2和15.60 kg/m2,草本沼澤、灌叢沼澤和森林沼澤土壤有機碳儲量分別為1723.39、276.89和57.54 Tg C。不同沼澤濕地類型在0-30 cm土層土壤有機碳密度差異顯著(p0.05),灌叢沼澤森林沼澤草本沼澤。大興安嶺沼澤濕地土壤有機碳50%以上分布在0-30 cm,并隨深度增加而減少。(7)大興安嶺沼澤濕地平均有機碳密度為58.50 kg C·m-2,其變化范圍為12.48~306.39 kg C·m-2,濕地碳儲量為2.21 Pg C。不同沼澤濕地平均有機碳密度由高到低為森林沼澤灌叢沼澤草本沼澤。草本沼澤的平均有機碳密度相對較小,但其有機碳儲量最高,為157637 t C,主要由于大興安嶺沼澤濕地類型中草本沼澤面積遠高于其他沼澤濕地類型面積。
【圖文】：

第2章 研究區(qū)概況和研究方法2.1 大興安嶺區(qū)域概況大興安嶺位于中國東北部（118°12'01"-127°10'24"E，46°58'02"-53°13'37"N），地跨黑龍江省和內蒙古自治區(qū)，是內蒙古高原與松遼平原的分水嶺,總面積 24.67萬 km2（如圖 2.1）。包括大興安嶺地區(qū)、呼倫貝爾市、齊齊哈爾市和興安盟所轄的 12 個縣（市）。大興安嶺是一個傾斜的板塊，，東部邊緣為東北平原，地貌形成具有明顯的不對稱形態(tài)，西高東低，西坡平緩，東坡陡峭。地形總勢呈東北-西南走向，屬淺山丘陵地帶。水資源豐富，河谷開闊，有利于沼澤濕地發(fā)育。共有河流 150 多條，主要河流包括：黑龍江、嫩江、根河、呼瑪河、塔河甘河、額爾古納河等。

實類型與分類結果的相關性，它用來指示某種分類方法是否比隨機分類更hieu 等, 2007)。其計算公式為： 1 121rii i ii iri iiN X X , XKappaN X , X (2式中：r是誤差矩陣中總數(shù)列（即總的類別數(shù)）；iiX 是誤差矩陣中第 i 行、象元數(shù)量（即正確分類的數(shù)目）；iX 和iX 是第 行和第 列上的總象元N 是總的用于精度評估的象元數(shù)量(Jia 等, 2015; 滿衛(wèi)東, 2014)。表 2.3 Kappa 系數(shù)分級評價Table 2.3 The Kappa grades分級評價 差 中 好 非常好Kappa 系數(shù) <0.41 0.41-0.61 0.61-0.81 >0.81步驟九：在 ArcGIS 10.3 軟件中制作沼澤濕地專題地圖。
【學位授予單位】：中國科學院大學(中國科學院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：X171.1

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