基于样地观测与尺度转换的喀斯特区植被碳空间分异研究

Southwest Karst Area may be an important carbon sink after the implementation of ecological engineering in China. The carbon pool in vegetation plays a more important role in the ecosystem carbon budget than that in shallow soils with a limited carbon savings. However, due to the special nature of the geological setting of the Karst region, the spatial distribution of vegetation has a three-dimensional characteristics of discontinuity and fragmentation, which result in the difficulty in obtaining the underground section of vegetation and lack of attention. Therefore, the carbon pool in vegetation including aboveground and underground parts becomes a problem restricting the regional vegetation carbon savings assessment. Based on a large number of field investigation and observed data from a few sampling plots, this project intends to explore the spatial differentiation characteristics of vegetation carbon of different vegetation types, and to investigate the ratios between parts of above and below ground and their main influencing factors in peak cluster depressions. Then we try to realize the cross-scale assessment from the kind of earth observation to the typical karst area with multi-source remote sensing images combined with methods such as multivariate statistical model, wavelet analysis and spatial model. Finally, we attempt to reveal the spatial distribution characteristics and spatial differentiation of the vegetation carbon savings in typical karst region of northwest Guangxi. The achieved results will provide a scientific basis for reducing uncertainty to estimate carbon stocks in the karst region and the carbon balance of terrestrial ecosystems, and to provide a scientific reference for benefit evaluation and adaptive regulation of the karst rocky desertification comprehensive treatment project.

西南喀斯特区可能是我国生态工程实施后的一个重要的碳汇，尤其是其植被碳相对于浅薄土层的有限碳储蓄，在生态系统碳收支中扮演着更为重要的角色。但是由于该地区地质环境背景的特殊性，植被的空间分布具有三维不连续与片段化特征，该特征决定了植被地下部分获取的困难性与缺少关注，导致包含地上与地下部分完整的区域植被碳储蓄评估也就成为了难点。本项目拟基于多样地大量野外样地调查与实测数据，首先探讨喀斯特不同植被类型的多个峰丛洼地植被碳的空间分异特征及地上地下部分的比例关系及其主要影响因素，然后结合多源遥感影像，通过多元统计模型、小波分析和空间模型等方法实现从样地观测到典型喀斯特区域的跨尺度评估，进而揭示典型喀斯特区域(桂西北)植被碳储蓄空间分布特征与空间分异规律。研究结果可为喀斯特区域碳储量与陆地生态系统碳平衡估算减少不确定性提供科学依据，并为喀斯特石漠化综合治理工程的效益评价与适应性调控提供科学参考。

西南喀斯特区可能是我国生态工程实施后的一个重要的碳汇，尤其是其植被碳相对于浅薄土层的有限碳储蓄，在生态系统碳收支中扮演着更为重要的角色。但是由于该地区地质环境背景的特殊性，植被空间分布具有三维不连续与片段化特征，该特征决定了区域植被碳评估成为难点。针对这一问题，本项目通过大量野外样地实测数据与多源遥感影像数据，结合多元统计/空间模型/尺度分解等分析方法，对桂西北喀斯特区域植被碳时空分异特征及其主要影响因素进行了研究。研究结果发现，(1) 喀斯特区域植被碳密度呈增长变化趋势，空间分布表现为西部(非典型喀斯特区)高中东部(典型喀斯特区)低，空间分布发生了明显变化(石漠化治理区明显增加)。(2) 植被碳空间分异受自然条件影响，其影响排序为：地质>土壤>植被>温度>降水，与降水正相关，而与气温负相关；同时显著受制于人类作用，其增减变化与退耕还林强度变化具有明显的一致性，易受人为活动改变的土地利用类型、森林类型、林种和植被类型等因素对植被碳变化影响相对重要性高。(3) 区域净初级生产力与气候变化具多时间尺度特征，以3年/5年短时间尺度为主，表现为波动频繁；准3年时间尺度的日照时长具显著解释意义，准3年时间尺度年均气温和准5年时间尺度年均降水具中度解释意义。以上研究结果表明，生态环境移民/退耕还林对植被碳密度格局具有重要影响，地表覆盖变化与石漠化治理对植被碳生态系统服务有积极影响，增加了植被固碳释氧能力，提升了生态服务效益。研究结果可为喀斯特区域碳储量与碳平衡估算减少不确定性提供科学依据，并为喀斯特石漠化治理效益评价与适应性调控提供科学参考。