人工林能為人類社會提供重要的物質(zhì)供給和生態(tài)服務(wù),是天然林保護(hù)和森林可持續(xù)管理的重要組成部分。受頻繁的人類活動和自然干擾影響,人工林的生物量變化劇烈,是全球森林碳計量的重要不確定性來源。傳統(tǒng)森林生物量估算方法嚴(yán)重受制于清查數(shù)據(jù)的可獲得性與準(zhǔn)確性,而這類數(shù)據(jù)通常更新緩慢、透明度低,難以涵蓋人工林生物量的時-空動態(tài)。近年來,基于統(tǒng)計模型的遙感方法已成為估算森林生物量的重要技術(shù)手段,但是受光譜信號飽和、模型外推偏差大、無云數(shù)據(jù)獲取困難等影響,該方法在我國主要的人工林分布區(qū)-亞熱帶地區(qū)的應(yīng)用存在較大的困難。
中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所干擾生態(tài)學(xué)研究團(tuán)隊及其合作者以湖南省會同縣為例,從森林干擾歷史重建角度出發(fā),利用Landsat時間序列數(shù)據(jù)實現(xiàn)了區(qū)域人工林林齡的遙感反算,并將其與樹木異速生長模型和機(jī)器學(xué)習(xí)算法相結(jié)合,提出了以林齡為核心的人工林生物量遙感估算方法(圖1)。通過與傳統(tǒng)方法對比研究發(fā)現(xiàn)(圖2),傳統(tǒng)僅依賴光譜信息的方法難以區(qū)分不同林齡間生物量的差異;單純添加林齡信息雖然可以改善傳統(tǒng)方法的模型擬合優(yōu)度,但是對于幼齡林、中齡林生物量仍然存在顯著高估現(xiàn)象;通過結(jié)合林齡與異速生長模型可以改進(jìn)人工林樹密度和生物量的估算精度,所得結(jié)果與生態(tài)理論更為符合。亞熱帶地區(qū)是我國速生豐產(chǎn)林的主要分布區(qū),同時也是我國生物多樣性保護(hù)和水土保持重要功能區(qū)。本研究豐富了人工林碳計量的研究方法,同時可為亞熱帶地區(qū)森林生態(tài)與管理提供重要的信息支撐。
該研究成果以Combining allometry and Landsat-derived disturbance history to estimate tree biomass in subtropical planted forests為題發(fā)表在遙感領(lǐng)域頂級期刊《Remote Sensing of Environment》上。干擾生態(tài)學(xué)組房磊博士為第一作者,楊健研究員為通訊作者,合作者包括碩士研究生張文秋(已畢業(yè))、張偉東副研究員和閆巧玲研究員。該研究得到國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項目、國家自然科學(xué)基金項目以及中科院特色研究所項目的支持,數(shù)據(jù)收集工作得到了中國科學(xué)院會同森林生態(tài)實驗站支持。

圖1. 本研究提出的生物量估算方法框架

圖2.三種方法估算的樹干(a)、皮(b)、葉(c)、枝(d)、根(e)生物量以及總生物量(f)對比(Allometric-本研究提出的方法、CRS-傳統(tǒng)遙感方法、CRS_EX-拓展后的傳統(tǒng)遙感方法、Field-野外觀測數(shù)值)




