毛竹林碳储量对冠层参数的响应分析与评价

来源 :浙江农林大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:tju515
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毛竹林冠层是毛竹林与外界环境相互作用最直接和最活跃的部分,是植被光合作用的主要载体,在反映生态系统物质能量的传输、太阳辐射的传输以及维护环境因子、生理参数在空间上的分布状态等方面有重要作用,是目前全球气候变化和生物多样性的研究热点。其中,冠层郁闭度和叶面积指数作为两个重要的植被冠层参数,在竹林经营管理、生态系统分析中对竹林碳储量研究起到了重要作用。因此,森林生物量对冠层参数的响应的研究,将对于竹林碳储量的估测、空间分布的研究有重要意义。本研究以浙江省安吉县为实验区,利用卫星遥感影像数据并结合毛竹林外业调查资料,在先前研究的基础上,采用地统计相关原理,对毛竹林叶面积指数(LAI,LeafArea Index)、冠层郁闭度(CC,Canopy Closure)两个冠层参数进行估算,借助GIS空间分析模块,分析它们与碳储量的相关性,探讨毛竹林碳储量对其冠层参数空间响应;同时对毛竹竹笋快速生长过程中冠层参数对毛竹林生产力的影响进行了分析。主要内容包括以下几方面:1.采用地统计相关方法,对毛竹林LAI和CC进行空间估算,然后结合先前关于安吉县毛竹林及其碳储量空间分布信息等,在ArcGIS软件支持下,分析碳储量、冠层郁闭度和叶面积指数三个参数分等级的空间分布格局,并对各个乡镇的属性特征进行了统计。2.采用变异函数理论,分别计算碳储量、冠层郁闭度和叶面积指数在各个乡镇上的半方差函数图,通过比较选取最优模型,并对各个乡镇毛竹林碳储量、冠层郁闭度和叶面积指数的空间异质性及相关性进行分析和比较。3.分别从毛竹快速生长过程、乡镇及全县三个不同的层面,研究毛竹林碳汇对冠层参数的响应,并构建了相关关系模型。4.分析光谱反射率与碳储量之间的关系,建立多元线性模型,并从两者的空间分布上说明其响应关系。通过研究,本文主要得到以下结论:1.插值结果表明,基于协同克里格插值得到的毛竹林LAI和CC预测值与实测值之间的决定系数R2分别为0.6351和0.4285,说明LAI、CC空间估算结果在一定程度上是可靠的,且协同克里格法预测精度高于普通克里格法。研究区内CC分布整体上呈西南到东北逐渐递减趋势,中南部地区几个乡镇CC值最高,最大值可达0.870,北部几个乡镇的CC值较低;LAI也具有与CC相似的空间分布格局。2.通过对各拟合结果的选择,研究区碳储量和LAI、CC具有相似的空间异质性特征,LAI和CC的变程值均与碳储量变程值有显著相关性,从结构比来看,各乡镇上的碳储量、LAI、CC大部分为结构性占主导,其中皈山乡、杭垓镇、鄣吴镇随机因素80%,占主导,这与近年来竹林经营规划强度加大有关。总体上指数模型和线性模型能较好地拟合安吉县各乡镇的毛竹林冠层参数及碳储量空间变异。3.碳储量对冠层参数的响应方面,(1)时间尺度上的响应研究表明,在毛竹笋快速生长过程中,LAI、CC均与总初级生产量(GPP,Gross Primary Productivity)成显著正相关关系,相关指数分别为0.334和0.464;(2)从空间格局响应上来看,毛竹林碳储量与LAI和CC具有相似的空间分布格局,且各乡镇碳储量与LAI和CC之间的相关性较好,决定系数分别达到0.7328、0.6396;(3)空间变异的响应方面,LAI、CC两个冠层参数的空间结构比即空间自相关性是影响毛竹林碳储量的主导因素,它们与碳储量之间的关系极为显著,相关系数为别0.94和0.77。且碳储量的随机方差与LAI、CC之家也存在一定的相关关系。4.研究表明,毛竹林碳储量与毛竹林第一、二、三、四、七波段的光谱反射率(band1、 b and2、band3、band4、band7)、土壤调整植被指数(SAVI)、红外指数(IIVI)、缨帽变换第三成分(kt3)之间存在较好的相关关系,并在此基础上建立了以上因子与碳储量的回归模型,模型检验值RMSE为4.129;平均绝对误差MAE为3.213和平均相对误差MRE为18.51%,误差较小,精度较高;相关系数为0.704,模型相关性较高。
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