鎮(zhèn)域尺度農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)地上生物量遙感估算及地表有機碳儲量研究.pdf

1、陸地土壤碳庫是地球表面最大的碳庫，全球大約含有2500Pg的碳儲存在土壤中，土壤碳庫約是大氣碳庫（760Pg）的3.3倍，是植物碳庫（560Pg）的4.5倍，其中農(nóng)田土壤儲存的碳占土壤碳庫量的8％-10％。一般情況下，農(nóng)業(yè)利用會降低土壤有機碳密度，目前土地開墾已使土壤有機碳減少了30％-50％，大部分以CO2的形式釋放到大氣中，農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)對大氣溫室氣體的貢獻率已達到20％，在全球陸地生態(tài)系統(tǒng)碳庫中農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳庫受到的人為干擾最強烈，

2、而其在較短時間內(nèi)可以調(diào)節(jié)。目前在小尺度下農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的研究成果尚不多見，因此，開展小尺度范圍農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)有機碳儲量方面的研究，對保持農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展、提高農(nóng)業(yè)土壤碳固持能力、保障糧食安全與緩解氣候變化趨勢具有積極意義。
　　 本文以微山縣馬坡鄉(xiāng)為研究區(qū)域，實測了研究區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)表層土壤的常規(guī)指標(biāo)及地表植被信息，結(jié)合遙感影像資料，以及研究區(qū)行政圖、1:50000 地形圖、土地利用現(xiàn)狀圖等基礎(chǔ)圖件資料，嘗試遙感技術(shù)在土壤有機碳

3、儲量方面的應(yīng)用，提取了研究區(qū)的農(nóng)田信息和4種植被指數(shù)，并建立了基于植被指數(shù)的地上生物量遙感估算模型。根據(jù)地表土壤和植被的實測數(shù)據(jù)，分析各個生態(tài)因子與土壤有機碳的相關(guān)關(guān)系，建立了土壤有機碳影響因子集，并建立了基于多因子的地表土壤有機碳模擬模型。最后，結(jié)合地表土壤有機碳儲量和植被碳儲量，估算了研究區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)地表有機碳的儲量。得出以下主要結(jié)論：
　　 （1）本文應(yīng)用監(jiān)督分類和人工參與分類的非監(jiān)督分類方法，對研究區(qū)的遙感影像進行分類

4、，后者的分類結(jié)果更好，并且分類過程較簡易、快速，分類檢驗結(jié)果表明，利用高空間分辨率遙感影像直接提取作物種植面積，能夠獲得較高精度的作物分類結(jié)果。
　　 （2）通過土壤有機碳與其他生態(tài)因子的相關(guān)性分析，得出與土壤有機碳具有顯著性相關(guān)關(guān)系的生態(tài)因子有土壤的砂粒、粉粒與黏粒含量、土壤堿解氮、土壤速效鉀、土壤水分含量、土壤容重。采用多元線性回歸分析方法，建立了土壤有機碳回歸模型，最優(yōu)模型為8 因子模型（地上生物量、粉粒、砂粒、土壤表層溫

5、度、秸稈鉀、土壤水分、土壤水解氮、土壤速效鉀）和9 因子模型（地上生物量、粉粒、砂粒、土壤表層溫度、秸稈鉀、土壤水分、秸稈全氮、土壤水解氮、土壤速效鉀）。
　　 （3）研究區(qū)實測的地上作物生物量與遙感植被指數(shù)之間存在著較好的相關(guān)性，基于遙感植被指數(shù)來建立農(nóng)田作物生物量的遙感估算模型是可行的。但是，不同遙感數(shù)據(jù)源、不同植被指數(shù)以及不同形式的模型之間存在一定的差別。從不同的遙感影像數(shù)據(jù)源來看，基于SPOT-5 影像提取的植被指數(shù)與實

6、測玉米地上生物量之間的相關(guān)系數(shù)整體上高于ETM 影像提取的植被指數(shù)，并且其相關(guān)系數(shù)均在0.8以上；基于ETM 影像的植被指數(shù)中，除了SAVI以為，其他3種植被指數(shù)與實測地上生物量的相關(guān)系數(shù)也均在0.8以上。從不同植被指數(shù)類型上看,4種植被指數(shù)與研究區(qū)實測的地上生物量之間均存在著較好的相關(guān)性，并且均達到了0.01的顯著性水平，但NDVI的相關(guān)性均為最高，分別為0.889和0.907，其次為RVI和RDVI，而SAVI的相關(guān)性最低，分別為0

7、.792和0.841。
　　 與ETM數(shù)據(jù)相比，SPOT-5數(shù)據(jù)提取植被指數(shù)的波段信息能滿足要求，且SPOT-5數(shù)據(jù)具有較高的空間分辨率，與實測地上生物量的樣點有更好的對應(yīng)性，更適合小尺度生物量的遙感監(jiān)測。
　　 （4）結(jié)合實測的地表土壤有機碳含量和地表生物量碳儲量，估算了研究區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)地表有機碳儲量，各碳庫的儲量結(jié)果如下：地上植被生物量碳庫為3.18×107kg；地下根系生物量碳庫為3.18×106kg；表層土壤有