林窗对森林生物量估算结果进行尺度推译的影响

Forest is the largest carbon sink of terrestrial ecosystems, and the estimation of forest biomass at different spatial scales has received more and more attentions. Estimation of forest biomass at landscape and regional scale is usually obtained by scaling the biomass investigation results of forest plots. However, there is a large error in the scaling of forest biomass at plot scale due to the existence of forest gap, but the degree and the mechanism of the impact of forest gap were not systematically studied in past. In this study, the temperate forest in Lesser Khingan Mountains area is selected as the objective, and the distribution forest gap will be described using high resolution remote sensing images and field observations; forest biomass at different spatial scales will be obtained by investigating forest plots with continuous increased sizes, multiple remote sensing inversion, and simulation in a forest landscape model. Based on the investigation of forest gap and biomass, the impact degree of forest gap on the scaling of estimations of forest biomass at different spatial scales will be explored using pattern-process-scale theory in landscape ecology, and the impact mechanism will also be analyzed. Finally, the best size of forest plot that receives the minimum influence of forest gap in biomass estimation scaling will be selected to optimize the method and improve the accuracy of forest biomass estimation at landscape and regional scales in forest inventory.

森林是陆地生态系统中最大的碳库，不同空间尺度森林生物量的估算越来越受到关注。景观和区域尺度森林生物量的估算通常是基于森林样方调查结果的空间外推。然而，林窗的存在会影响样方尺度森林生物量估算结果进行尺度推译的精度，但林窗的影响程度和影响机制长期以来缺乏系统研究。本研究以小兴安岭地区温带森林为研究对象，通过野外观测和高分辨率遥感影像来刻画森林林窗的结构与组成；同时通过对大小连续增加的森林样方的调查、多源遥感数据反演和森林景观模型模拟的方法来估算森林生物量。基于林窗和森林生物量调查结果，应用景观生态学格局-过程-尺度理论，探索在不同空间尺度上林窗对森林生物量样方调查结果的影响程度，并分析林窗结构和组成对尺度推译结果的影响机制。最终，筛选受林窗影响最低的森林样方大小，优化林业调查中景观和区域尺度的森林生物量估算方法并提高估算精度。

开展森林地上生物量的估算是评估区域乃至全球碳循环的一项重要工作，而基于野外样方调查方法的估算结果是开展森林地上生物量估算结果尺度推绎的基础。然而，已有的关于森林地上生物量估算的研究大多是依赖于较小的样方而获得的结果，而在小样方中森林林窗往往难以被涵盖在内，从而会导致森林地上生物量产生高估现象。因此，研究森林林窗对森林地上生物量估算结果的影响程度与机制将有助于我们提高森林碳汇的评价精度。本项目以小兴安岭地区森林景观为研究对象，选取丰林保护区内阔叶红松林30公顷大样地开展林窗空间分布制图与森林地上生物量样方调查。同时，采用多源遥感数据反演和森林景观模型模拟的方法估算小兴安岭地区的森林地上生物量，最终探索样方内林窗面积比例与森林地上生物量样方估算误差间的关系。研究主要产生以下结果：（1）多源光学和雷达遥感数据可以很好地被用于拟合森林地上生物量反演模型，尤其是在添加地形因素后，反演模型的精度得到提升。（2）森林景观模型可以较好地模拟景观尺度的森林地上生物量，且空间代替时间的方法可以用于验证森林景观模型对森林地上生物量的长期模拟结果。（3）基于比较多源遥感数据反演和森林景观模型模拟的森林地上生物量与样方调查值可以发现森采用小样方估算的森林地上生物量明显产生高估现象，但高估的程度随着样方变大而降低。通过本研究的开展，可以优化林业调查中大尺度的森林生物量估算方法，从而提高估算精度。