本文關(guān)鍵詞：杉木人工林生態(tài)系統(tǒng)生物量及碳儲量定量估測

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【摘要】：森林作為陸地上最大的碳儲庫,其對全球碳循環(huán)的調(diào)節(jié)控制作用非常重要,如何能快速且精準的對森林生態(tài)系統(tǒng)的生物量和碳儲量進行估測顯得非常重要。本研究以福建省三明市將樂縣杉木人工林為研究對象,研究了不同齡級杉木人工林喬木層、林下灌草層、凋落物層及土壤層的含碳率,進而對杉木人工林生態(tài)系統(tǒng)的生物量及碳儲量進行了定量估測。同時建立了基于高分辨率衛(wèi)星影像的杉木人工林喬木層生物量、碳儲量反演模型,并對研究區(qū)杉木人工林進行了估算。主要研究結(jié)論如下：(1)杉木屬于淺根系植物,單株生物量主要集中在地上部分,地上部生物量占76.09%～78.49%,地下部分占21.51～23.91%。除幼齡林外,其它齡級林木各器官生物量均為B樹干B樹根B樹枝B樹葉。杉木地下根系生物量分布規(guī)律是B20-40cm＞B10-20cm ＞B40-60cm＞B60-80cm＞B80cm以上,地下不同粗細等級根系生物量分布規(guī)律在不同齡級都表現(xiàn)為B大根B粗根B中根B細根。(2)通過含碳率測定結(jié)果可知,杉木地上部分的含碳率大于地下部分含碳率。杉木整株平均含碳率為46.97%。相同器官含碳率在各年齡階段無顯著差異,相同年齡階段不同器官間差異性顯著。地上部分各器官平均含碳率為C。C桔枝C樹干C活檜C樹枝。其中針葉含碳率在各器官中最高,平均含碳率為49.58%。去皮樹干為47.62%,樹皮47.31%,活枝為47.45%,枯枝為47.81%；杉木地下部分平均含碳率為44.44%,且C大根C中根C細根C粗根。其中杉木大根平均含碳率為46.66%,粗根為45.80%,中根為46.17%,細根為46.13%；(3)杉木人工林林下植被的含碳率為C灌木層C草本層，其中林下灌木層平均含碳率為43.56%,枝、葉、根平均含碳率分別為含碳率44.49%、43.50%、42.71%；草本層平均含碳率為36.10%,地上、地下平均含碳率分別為41.72%、30.47%；杉木林下凋落物的平均含碳率為40.41%,且C未分解層C平分解層C完全分解層。土壤的有機碳含量隨著土壤深度的增加而減小,同一土層深度不同林齡下的土壤有機碳含量差異顯著,同一林齡的不同土層深度的土壤有機碳含量差異性顯著。(4)根據(jù)林木生物量的相容性理論,以總生物量為基礎(chǔ),直接控制各器官或組分的生物量,采用模型聯(lián)合估計的方法建立了杉木總體生物量估計的相容性模型,總體估計精度達到93.4%。分析結(jié)果顯示杉木人工林生態(tài)系統(tǒng)生物量隨著林分年齡的增加而增加,成熟林達到最大值,而后急劇下降。其中喬木層生物量所占比例最高,隨著林分年齡不同,約為89.17～223.01t·hm-2；灌木層生物量為約0.44～13.27t·hm2,草本層生物量為約1.61～4.90 t·hm-2,凋落物層生物量為約2.97～5.75t·hm-2。(5)杉木人工林生態(tài)系統(tǒng)總的碳儲量在幼齡林、中齡林、近熟林、成熟林和過熟林中分別為182.61,182.29,243.69,245.16和210.05 t·hm-2。其中,植被層占總碳儲量的44.49%～61.95%,凋落物層占總碳儲量的0.73%～1.25%；土壤層占總的碳儲量37.20%～54.76%。植被層以喬木層碳儲量最大,占96.47%～97.76%,林下植被碳儲量占2.24%～4.50%。(6)利用樣地調(diào)查數(shù)據(jù),從6種樹冠面積-胸徑模型中選擇擬合精度最高的模型(CA=a+b D+c D2)作為基礎(chǔ)模型,考慮不同樣地會對樹冠產(chǎn)生不同的影響,將樣地做為隨機效應(yīng),建立了杉木樹冠面積-胸徑混合線性效應(yīng)模型(LME模型),從模型驗證結(jié)果可以看出,考慮異方差結(jié)構(gòu)和隨機效應(yīng)的LME模型能夠顯著提高模型的預(yù)估精度,杉木林樹冠面積-胸徑關(guān)系模型的模擬精度的adj-R2從0.3267提高到0.4953,而驗證精度的adj-R2從0.0889提高到0.3127。(7)利用高分辨率衛(wèi)星影像,基于控制標記符分水嶺分割算法,結(jié)合形態(tài)學(xué)圖像分析方法對杉木人工林不同年齡階段的單木樹冠進行了提取,總的來說幼齡林、成熟林和過熟林階段,樹冠的提取的精度較高,而在中齡林和近熟林階段,樹冠的精度較差,其中幼齡林株數(shù)精度平均達到96.02%,用戶精度達到82.93%。中齡林株數(shù)精度平均達到85.11%,用戶精度達到60.46%。近熟林株數(shù)精度平均達到79.77%,用戶精度達到54.00%,成熟林株數(shù)精度平均達到83.92%,用戶精度達到69.65%。過熟林株數(shù)精度平均達到93.15%,用戶精度達到79.96%。(8)利用基于高分辨率衛(wèi)星影像的樹冠面積提取結(jié)果,結(jié)合線性混合效應(yīng)杉木樹冠面積-胸徑模型對杉木胸徑進行預(yù)估,并結(jié)合喬木生物量預(yù)估模型對杉木人工林不同發(fā)育階段的杉木喬木生物量進行預(yù)估,結(jié)果顯示杉木林各生長階段林分喬木層生物量預(yù)估精度分別為67.57%,71.94%,73.05%,96.10%和93.15%。
【學(xué)位授予單位】：北京林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：S718.55

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