林火干扰下大兴安岭地区森林碳储量变化研究

Carbon storage change in the north forest ecosystem significantly under the influence of fire disturbance, which could lead to function transformation of carbon source or sink in forest ecosystem. Accurate quantification of carbon storage change under the fire disturbance is of outstanding realistic meaning and scientific value to regional carbon cycle and global climate change. This study estimates temporal and spatial variation of forest carbon storage resulted in fire disturbance in the past 50 years combining forest fire combustion with vegetation restoration after disturbance. We will select burned areas of different years based on quadrat investigation and remote sensing data to estimate forest carbon storage change caused by fire disturbance each year by the inversion of carbon emission released in forest fire combustion, carbon fixation with vegetation restoration and soil carbon pool change on the basis of burning intensity grade by using space replacing time. The aim of this study is to answer how does carbon storage change in the north forest ecosystem under the fire disturbance in the past 50 years and whether there exists transformation between carbon source and sink, which contribute to clarifying the interference process of surface landscape and interaction mechanism with its influences, constructing the method system of monitoring land surface change and effect evaluation and provide scientific basis for making scientific carbon emission plan and forest fire management strategy in our country.

在林火干扰的影响下，北方森林生态系统碳储量会发生明显变化，可能导致森林生态系统的碳源-汇功能发生转变。准确量化林火干扰下的森林碳储量变化对于区域碳循环以及全球气候变化研究具有突出的现实意义和科学价值。以大兴安岭地区为研究对象，将林火燃烧过程和干扰后的植被恢复过程相结合，估算过去50年林火干扰导致的森林碳储量时空变化。选取不同年份的火烧迹地，基于样方调查和遥感数据，以火烧烈度分级为基础，采用空间代替时间的方法，对森林燃烧过程的碳排放量，植被恢复过程的碳固定量以及土壤碳库的变化进行过程反演，估算每年火干扰导致的森林碳储量变化。本研究旨在回答过去50年火干扰下的北方森林生态系统碳储量如何变化及是否存在碳源-汇功能的转变这一科学问题。对阐明地表景观干扰过程及其影响的相互作用机理、构建陆地表层变化监测与效应评估的方法体系有着重要的科学意义，为国家制定科学的碳排放计划和林火管理策略提供科学依据。

林火干扰下的北方森林碳储量变化明显，多年冻土的存在使得北方森林的生态环境更为复杂，遥感尤其是多种遥感指数为植被碳循环研究提供了直接有效的工具。利用遥感结合地面调查数据可以很好的对林火碳循环进行研究。根据申请书要求，本项目做了以下几方面的研究。.（1）基于碳卫星数据，根据某一次林火的烟雾量排放以及火后CO2浓度变化提出了一种基于遥感手段的林火碳排放估算方法；.（2）基于野外调查采样及室内实验测定的方法，反演了火烧迹地粗木质残体（CWD）的载量，量化了火烧迹地兴安落叶松粗木质残体的分解速率；.（3）针对火后植被恢复遥感绿度信息监测的不准确性，利用日光诱导叶绿素荧光（SIF）数据对火后植被恢复进行了研究。并利用SIF数据对大兴安岭地区的植被特征及其对冻土的影响进行了研究并构建了大兴安岭地区植被反演方法；.（4）利用遥感数据结合植被调查对大兴安岭地区火后植被恢复序列进行了研究，注重分析了坡地和谷地植被恢复序列的差异。.研究结果表明：.（1）利用碳卫星，利用MODIS数据反演林火烟雾排放范围，利用MISR多角度影像计算烟雾高度，利用OCO-2计算林火前后CO2浓度变化可以计算某一次林火的CO2排放量。.（2）大兴安岭地区火烧迹地CWD储量为80.49t/hm2；碳储量为40.21t/hm2；氮储量为84.14kg/hm2。研究区CWD的储量高于大部分森林生态系统（0.2-177.6t/hm2），落叶松CWD分解95%平均需要176年。.（3）SIF数据由于其可以直接反应植被的光合作用强弱，可以用于火后植被演替监测，其效果明显好于光学遥感的绿度指标。大兴安岭冻土区随着冻土的退化，植被群落组成结构、生产力等特征也会发生变化，当到达新的相对稳定状态时，植被的生长状况相比于退化前会更好。.（4）随着火后恢复时间的增加，谷地和坡地的物种数量都逐渐减少，相比之下，谷地中的物种相对丰富。火后落叶松在谷地中恢复得很慢，在坡地恢复更为迅速，并能在短期内恢复到落叶松群落的最高水平。研究最主要的结论为坡地和谷地的火后植被恢复序列。