亚热带森林生态系统碳收支对三种主要干扰类型的时空响应特征

Disturbances are the universal problem for all forest ecosystems. Forest disturbances and regrowth are critical factors impacting forest carbon budget and spatial pattern. Subtropical forest in China is vulnerable to harvest, fire, pest/pathogen and other disturbances due to the short-rotation harvesting, frequent and intensive human activities, monoculture and poor ecological structure and function. However, their effects on regional forest carbon budget are still unclear. This study choose Zhejiang provincial western forest as a typical representative forest ecosystem in subtropical area with typical disturbances and gradient difference (from natural reserve to urban district), and attempts to: (1) build the subtropical forest disturbance types detection model and analyze the temporal-spatial distribution characteristics of three major forest disturbance types (harvest, fire, pest/pathogen) during 1985-2016 using multi sources data including ground survey, all available time series Landsat, meteorological, terrain etc. (2) identify the temporal-spatial variability of forest carbon budget responses to three major forest disturbances utilizing the improved biogeochemical model InTEC. Quantify the contributions of three disturbance types to the regional forest carbon dynamics. These findings will be beneficial to scientific recognize the carbon budget dynamics of subtropical forest impacted by multiple disturbances, and provide a scientific foundation for forest management and carbon management in subtropical forest under the background of climate change.

干扰是森林生态系统面临的普遍问题，森林干扰及再生长是影响森林碳收支及空间分布特征的关键因子。我国亚热带森林存在轮伐期较短、人类活动频繁、树种单一、结构和功能较差等特点，极易遭受砍伐、火灾、病虫害等干扰，但其对区域森林生态系统碳收支的影响尚不明确。本研究拟以具有典型干扰特征及梯度差异（自然保护区到杭州市区）的亚热带森林生态系统浙江西部森林为研究对象，通过地面调查、密集时间序列Landsat、气象、地形等多源数据构建三种主要森林干扰类型（砍伐、火灾和病虫害）时空监测方法，揭示1985-2016年三种干扰类型时空变化特征；利用改进的生物地球化学模型InTEC阐明森林碳收支对三种干扰类型的时空响应特征，明确三种干扰类型对区域碳收支时空变化的贡献。研究结果将有助于准确认识多种干扰影响下的亚热带森林碳收支动态变化特征，为气候变化背景下的亚热带森林经营管理和碳管理提供科学依据。

基于时间序列遥感数据的森林干扰监测是准确认识森林生态系统演变过程的重要基础，准确监测森林干扰及其时空格局，评价其对森林碳收支过程的影响是当前应对气候变化和碳循环研究的重要研究内容。本项目基于密集长时间序列Landsat数据和MODIS数据，采用结构变化检测方法开展了亚热带典型地区森林干扰监测研究，评价了四种植被指数对亚热带森林干扰监测的敏感性，通过三种典型干扰事件刻画了干扰对森林变化的影响过程，通过时间序列连续土地覆被类型分类揭示亚热带典型地区植被干扰主要类型；通过构建植被突变、渐变和总变化指标，利用LISA方法揭示了森林干扰时空格局；利用样地调查数据和单木模型模拟了典型树种NPP与林龄的关系，评估了干扰信息在生物量估算中的作用；耦合气象、土壤、地形等多种数据，基于生态过程模型InTEC，在30m空间分辨率下实现了干扰及干扰强度对森林碳收支的影响评估。本项目构建了天目山自然保护区和大熊猫栖息地长时间序列遥感数据集，并针对研究区开展了一系列典型干扰事件的调查，形成了遥感-地面调查的植被干扰数据集，为后续的干扰算法开发与优化提供了重要基础数据集；在考虑干扰的基础上，从植被变化的角度评估了保护区景观破碎化，为保护区的管理与保护提供决策依据；干扰对森林碳收支的影响研究成果可为深入认识森林生态系统碳循环提供支撑。