半干旱地区土壤有机碳遥感估算研究
土壤碳库是陆地生态系统中最大的碳库，对全球碳循环具有显著影响的主要为土壤有机碳（Soil Organic Carbon，SOC）。干旱半干旱区在全球生态系统中占据重要地位，属于“潜在的荒漠化发生区”，生态环境脆弱，极易受自然与人为因素的影响。因此准确估测区域SOC，摸清其空间分布规律，对于区域碳循环过程与调控机制具有实际的意义，同时可以为半干旱区碳库储量研究提供一定的科学参考。随着定量遥感技术的发展，利用遥感数据度量、监测SOC成为一种新的手段，而如何利用遥感数据准确地估算区域SOC至关重要。 本文以浑善达克沙地及其周边地区为研究区，以2014-2016年MODIS和GF-1 WFV为数据源，通过构建不同的土壤有机碳密度（Soil Organic Carbon Density, SOCD）估算模型并验证，选取最优模型估算半干旱区浑善达克沙地及其周边地区的SOCD。首先，基于MODIS数据，利用改进的CASA模型估算年均NPP，并结合土壤呼吸模型反演年均土壤基础呼吸(Soil Basal Respiration，SBR)，将实测SOCD分别与年均NPP和年均SBR构建估算模型并验证，选取最优模型估算研究区SOCD;然后，以GF-1 WFV为数据源，通过时空融合模型构建高空间分辨率NDVI数据集进而估算年均NPP与年均SBR，并分别与实测SOCD构建模型验证，选取最佳估算模型进行浑善达克沙地SOCD的测算。通过比较不同的SOCD估算模型，探讨基于实测数据和多尺度遥感数据的SOCD估算最优模型，进而分析了影响SOCD的自然和人为因素。主要研究结果如下: (1)基于半干旱区实测土壤剖面数据，结合高时空分辨率遥感数据能够更加准确地估算SOCD。通过比较不同的估算模型可知，相比于年均NPP，综合了植被生长状况和土壤呼吸的年均SBR与实测SOCD构建的估算模型具有更好的精度，最优模型决定系数R2约为0.70，模型精度可达到77.87％，SOCD实测值与估测值的R2达到0.86，RMSE为0.266 kg C/m2。 (2)基于MODIS和GF-1构建的SOCD-NPP模型和SOCD-SBR模型以及验证结果可知，结合实测SOCD，基于GF-1数据构建的SOCD-SBR模型精度更高，估测误差较低，能够更加细致、有层次地描述浑善达克沙地SOCD与空间分布格局，对于研究区围栏封育、植树造林、防沙固沙工程具有重要意义。 (3)基于GF-1数据的SOCD-SBR模型进行估算，结果显示，浑善达克沙地及其周边地区SOCD空间分布显著不均，东西差异较大，SOCD由西至东逐渐增大，形成了以西部为中心的土壤碳密度低值区和以东部为中心的土壤碳密度高值区。研究区SOCD最高约为6.77 kg C/m2，最低SOCD约为0.66 kg C/m2，平均SOCD约为1.22 kg C/m2。 (4)通过分析实测SOCD与年均温度和年降水量之间的相关性可知，在P＜0.01水平上，浑善达克沙地SOCD与年均温度显著负相关，与年降水量在一定程度上显著正相关。另一方面，人为作用对SOCD也具有较大的影响，其影响主要体现在不同土地覆盖/利用方式下SOCD存在较大差异，浑善达克沙地中SOCD从高到低依次为乔木林地＞耕地＞灌木林＞草地。
半干旱地区;土壤有机碳;遥感估算;最优模型
中国林业科学研究院
硕士
地图学与地理信息系统
高志海
2018
中文
S153.6;S127
88
2018-11-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）