融合地理信息与HASM模型的东北地区沼泽湿地土壤有机碳储量估算

Northeast China is one of the most important regions with large areas of vegetated wetlands. It is of significance to scientifically estimate soil organic carbon stocks in wetlands of Northeast China and discover their spatial patterns and controlling factors, which is beneficial for assessing potentials of wetlands carbon sequestration at the national scale and making decisions for ecosystem managements to tackle climate changes. First, this project will obtain spatial distribution information, based on Landsat OLI images and object-based imagery analysis (OBIA) method. Second, we will carry out field soil profile sampling with a large number of sites, explore relationships between soil organic carbon density (SOCD) and environmental factors, and find the controlling factors. Third, we will conduct spatial simulation of wetlands SOCD, by combining (high accuracy surface modeling for soil properties, HASM) and general linear model (GLM), with the help of geographic information including data of climate, topography, and geomorphology and vegetation type. Finally, soil organic carbon stored in wetlands at the regional scale and its spatial pattern will be studied. The project, characterized by discipline and regional features, has novelty during the spatial prediction of SOCD by using HASM and GLM, under the assistance of geographic information. The implementation of this project will help to reduce the uncertainty of estimation of wetlands carbon stocks at the national scale, and provide sound scientific base and data support for making reasonable ecosystem carbon management strategies.

东北地区是我国沼泽湿地的重要分布区，科学评估沼泽湿地土壤有机碳库，揭示其空间分布格局及控制因素，对于估算全国尺度湿地固碳潜力及制定应对气候变化的生态系统管理对策具有重要意义。本项目以我国东北地区沼泽湿地为研究对象，结合Landsat OLI遥感影像与面向对象方法，提取沼泽湿地空间分布信息；基于大量土壤剖面采样数据，分析土壤有机碳密度与环境要素的关系，确定其控制因子；融合高精度曲面建模（HASM）与地理信息（气候、地形、地貌、植被类型等），并与广义线性模型（GLM）相结合，实现沼泽湿地土壤有机碳密度空间模拟；估算区域尺度沼泽湿地土壤有机碳储量并分析其空间格局。项目具有明显的学科特色和地域特色，在结合HASM模型与GLM模型并融合地理信息进行土壤有机碳密度空间预测方面具有创新性。本项目的实施将有助于降低国家尺度湿地碳储量估算的不确定性，为合理制定生态系统碳管理策略提供可靠的科学基础与数据支持。

准确估算沼泽湿地土壤有机碳储量、揭示其空间分布格局及控制因素有助于预测陆地生态系统对气候变化的反馈关系，对于理解区域乃至全球的碳收支具有重要意义。本项目以东北地区沼泽湿地为研究对象，基于大量野外土壤剖面采样数据，分析土壤有机碳密度与环境要素的关系，融合高精度曲面建模与地理信息，实现沼泽湿地土壤有机碳密度空间模拟；估算区域尺度沼泽湿地土壤有机碳储量并分析其空间格局。 . 研究结果发现：（1）2015年东北地区沼泽湿地总面积为77906km2，沼泽湿地的分布呈现明显的空间差异性，总体呈北多南少的格局。（2）野外沼泽湿地采样点统计结果表明，不同深度的土壤有机碳密度不同，0~30 cm、30~60 cm 和 60~100 cm 的土壤有机碳密度平均值分别为 15.55kg/m2、9.80kg/m2和 7.61kg/m2，从垂直分布来看，沼泽湿地土壤有机碳密度随深度增减而减小。（3）不同环境因子对土壤有机碳密度的影响重要性不同。东北地区有机碳密度空间异质性较高，1米深的沼泽湿地有机碳密度平均为48.23 kg/m2，0~30 cm、30~60 cm 和 60~100 cm深度中，沼泽湿地有机碳密度的平均值分别为22.74 kg/m2，13.58 kg/m2和11.92 kg/m2。在不同地区中，大兴安岭湿地区的有机碳密度最高，而辽河三角洲湿地区的有机碳密度最低。（4）东北地区沼泽湿地土壤有机碳储量十分丰富，基于模型估算总储量达到3.71 Pg C。在不同深度中，储量分布具有明显差异，其中，0~30 cm深度的土壤有机碳储量为1.75 Pg C，占1米深土壤有机碳储量的一半左右；30~60 cm深度的土壤有机碳储量为1.04 Pg C；60~100 cm中，土壤有机碳储量为0.92 Pg C。土壤有机碳储量随着深度的增加而逐渐降低，沼泽湿地土壤有机碳主要集中在土壤表层。. 遥感成为湿地遥感制图的重要技术手段，充分考虑气候因子、土壤属性及地形条件等各种地理信息对土壤有机碳密度的影响，选择可靠的土壤有机碳密度空间推演方法，对于准确估算区域土壤有机碳储量至关重要。本项目的实施，可以为预测湿地生态系统与气候变化之间的反馈关系、客观认识我国湿地生态系统的碳汇功能、合理制定碳管理策略提供可靠的科学基础与数据支持。