五指山市林地景观格局及森林碳储量时空演变研究

发布时间：2017-04-20 16:09

  本文关键词：五指山市林地景观格局及森林碳储量时空演变研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：森林生态系统是陆地生态系统的主体,在维护全球碳平衡、生态稳定和缓解全球气候变暖中发挥着不可估量的作用,林地景观格局的生态脆弱性、敏感性、森林碳储量和碳密度是评价碳循环贡献的基础,研究其空间分布特征、趋势和动态变化对了解全球碳平衡和森林生态系统稳定性有着重要意义。本文依据五指山市1998年、2003年、2007年三期遥感影像数据,2010年森林资源二类调查数据和1993年、1998年、2003年、2008年四期一类清查数据,依据景观生态学、森林可持续经营和地统计学理论和方法,在林地景观类型格局指数建立、流域生态敏感性评价；景观类型脆弱度指数和生态脆弱度指数模型构建、林地景观面积预测、森林植被碳储量和碳汇经济价值估算等方面开展了研究。主要研究内容和研究结论如下：(1)选取聚合度(AI)、景观形状指数(LSI)、分离度(D)、边缘密度(ED)、香农多样性(SHDI)、香农均匀度(SHEI)、破碎度指数(FN)、连接度指数(CONNECT)、斑块密度(PD)等9个景观格局指数,利用景观fragstats3.4软件计算五指山市不同林地景观类型的景观格局指数。林地景观格局动态变化分析表明：五指山市各景观类型中阔叶混交林的形状指数最大为57.9017,而非林地的形状指数最小为2.7077。近10年内类型分布较为均匀,复杂度基本没变。各景观类型的斑块密度,均呈明显的增加趋势,形状指数与边缘密度变化方向一致,林地景观的分离度变化量较小,各斑块间相互影响及转化较小,景观斑块间类型的改变主要是通过林地与非林地间的转化完成,景观聚合度的年变化不大。(2)选取了坡度、高程、土壤类型、土地覆盖类型4个因子作为生态敏感性的评价因子,运用层次分析法综合评价了流域生态敏感性状况。结果表明：通过对比三期生态敏感性分布图可知,五指山市的极度敏感区和高度敏感区主要分布在区域北部、西南部和中部,并在1998年至2003年之间快速扩大1.765倍,通过对比发现该区与海拔、坡度和土壤类型具有较强的关联性原因可能是该区域海拔较高,地势陡峭,土壤类型在环境和自然条件影响下易发生水土流失和雨水侵蚀现象。不敏感区和轻度敏感区主要沿河分布,并在5年间迅速减少23302 hm2,其原因可能是随着人类活动的加剧,该区因其自然条件良好而受到较大干扰。中度敏感区面积变化虽然不大,但东南部生态敏感性随时间推移而逐渐降低的情况反映出生态敏感性变化的复杂性。在生态敏感性变化的过程中存在一定规律,即高级敏感区多由下一级转化而来,当地政府应以此为参考进行生态环境的保护和建设。(3)构建了景观类型脆弱度指数和生态脆弱度指数模型,运用因子分析法确定指标的权重,计算景观类型脆弱度指数和生态脆弱度指数；分析结果表明：五指山市各景观类型脆弱度排序为：乔经济林类其他灌木类硬阔类灌经济林类非林地软阔类阔叶混交林竹林类针叶林。乔经济林类对外界反映最为敏感,稳定性较差,其原因是乔经济林类所处区位海拔较高,受人为干扰因素大,聚合度低,破碎度大；其他灌木类的脆弱度仅次于橡胶林,其原因在于其他灌木类景观类型斑块数量少,生态系统连接度较低,对外部环境变化的抵御能力差。在9类景观类型中针叶林的生态脆弱性最低,其原因可能是该景观类型主要分布在人迹罕至的偏远山区,分布较为集中,受人为干扰少,生物结构群落较复杂,具有较强的生态稳定性。生态脆弱性有所升高,Ⅰ级区在5年时间内提高了8.7倍,而Ⅲ级区的面积逐渐减少,Ⅰ级区和Ⅱ级区主要分布在海拔较高、坡度较陡的区域,该区受人为干扰少,生态脆弱性较低。五指山市生态脆弱性的变化规律主要有两条：一是两级分化,即随着时间推移,Ⅲ级区面积减少,Ⅰ级区和Ⅱ级区、Ⅳ区和Ⅴ级区面积增大；二是V级区逐渐由单极向多极分化。这两条规律都直接受人为干扰因素的影响,在进行生态环境保护和建设时应积极采取减少人为干扰的措施。(4)通过分析1998年、2003年、2007年连续三期的五指山市林地景观,借助于GIS软件的空间采样和地统计学插值方法,生成生态脆弱性等级分布图；分析结构表明：1998年阔叶混交林的形状指数LSI最高,非林地类最低；针叶林类的破碎度FN最大,非林地类最小；非林地类的连接度CONNECT最大,阔叶混交林最小；针叶林的聚合度AI最大,乔木经济林的最小,阔叶混交林的斑块密度PD最大,非林地的最小；针叶林的边缘密度ED最大,其他灌木林类最小。2003年阔叶混交林的形状指数LSI最高,非林地类最低；针叶林类的破碎度FN最大,非林地类最小；非林地类的连接度CONNECT最大,竹林类最小；针叶林的聚合度AI最大,乔木经济林的最小,阔叶混交林的斑块密度PD最大,非林地的最小；针叶林的边缘密度ED最大,非林地类最小。2007年,阔叶混交林的形状指数LSI最高,非林地类最低；针叶林类的破碎度FN最大,非林地类最小；非林地类的连接度CONNECT最大,阔叶混交林最小；针叶林的聚合度AI最大,竹林类的最小,阔叶混交林的斑块密度PD最大,非林地的最小；针叶林的边缘密度ED最大,非林地类最小。(5)分别采用马尔科夫模型与GM(1,1)灰度模型对五指山市的阔叶混交林、乔木经济林类、硬阔类、针叶类、软阔类、竹林类、灌木经济林类、其他灌木类八类林地景观面积进行预测。两种模型对不同的景观类型预测精度各有优缺点,均适合运用在五指山市景观类型面积的预测中；在未来几十年内五指山市各林地景观类型面积的大小排序为：阔叶混交林乔木经济林类硬阔类针叶类软阔类竹林类灌木经济林类其他灌木类。(6)借助于地理信息系统技术分析其空间分布特征和变化趋势,运用生物量换算因子连续函数法估算五指山市森林植被碳储量,并采用造林成本法估算其碳汇经济价值。对五指山市研究发现：2010年五指山市总面积116054.7766hm2,总碳储量6060938.32t,约6.1Tg,全市平均碳密度52.22t/hm2,总固碳价值为16.5645亿元,结合该区森林资源现状,碳汇功能将随着时间的推移,具有较大的固碳经济效益。1993年至2008年间,五指山市森林植被碳储量总体分布趋势表现为自然演替→自然演替为主、人为干扰演替为辅→人为干扰演替→人为干扰演替为主、自然演替为辅；碳储量变化趋势为优→良→差→良,随着人们生态意识的加强和海南省各林业工程项目的实施,五指山市森林植被碳储量将逐步呈现良性发展趋势。
【关键词】：林地 景观格局 碳汇 趋势 五指山市
【学位授予单位】：中南林业科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S718.5
【目录】：

• 摘要4-7
• ABSTRACT7-14
• 1 研究背景和意义14-17
• 1.1 研究背景14-15
• 1.2 研究目的及意义15-17
• 2 国内外研究进展17-32
• 2.1 景观格局研究进展17-21
• 2.1.1 基本概念17-18
• 2.1.2 国内研究进展18-20
• 2.1.3 国外研究进展20-21
• 2.2 生态脆弱性与敏感性研究21-22
• 2.3 森林碳储量研究进展22-30
• 2.3.1 碳储量研究进展22-24
• 2.3.2 碳储量研究方法进展24-26
• 2.3.3 碳储量空间分布特征研究进展26-28
• 2.3.4 森林固碳价值28-30
• 2.4 存在的问题分析与展望30-32
• 3 研究区概况32-36
• 3.1 自然地理情况32-33
• 3.1.1 地理位置32
• 3.1.2 地形地貌32
• 3.1.3 气候32-33
• 3.1.4 水文33
• 3.1.5 土壤33
• 3.2 社会经济情况33-34
• 3.2.1 行政区划及人口33
• 3.2.2 经济发展33-34
• 3.3 森林资源情况34-36
• 3.3.1 植被34-35
• 3.3.2 动物35-36
• 4 研究内容、方法与技术路线36-48
• 4.1 数据来源36-41
• 4.1.1 数据来源36-37
• 4.1.2 数据处理37-41
• 4.1.3 软硬件支持41
• 4.2 主要研究内容41
• 4.3 研究方法41-47
• 4.3.1 景观格局空间异质性41-42
• 4.3.2 景观格局生态脆弱性42
• 4.3.3 景观格局动态模拟与预测42
• 4.3.4 森林碳储量估算42-44
• 4.3.5 空间数据分析44-46
• 4.3.6 森林固碳价值估算46-47
• 4.4 技术路线47-48
• 5 五指山市林地景观格局研究48-100
• 5.1 景观格局空间分异特征48-52
• 5.1.1 景观指标的选取及其计算48-51
• 5.1.2 景观异质性结果与分析51-52
• 5.2 林地景观格局动态变化分析52-58
• 5.3 基于景观格局和生态敏感性的林地生态脆弱性评价及分析58-79
• 5.3.1 五指山市林地生态脆弱性评价指标体系构建58-63
• 5.3.2 五指山市生态敏感性评价与分析63-69
• 5.3.3 五指山市区域生态脆弱性评价与分析69-79
• 5.4 林地景观格局动态模拟与预测79-100
• 5.4.1 基于GM(1,1)模型的林地景观动态模拟79-92
• 5.4.2 基于马尔科夫林地景观动态模拟92-98
• 5.4.3 模拟方法对比分析98-100
• 6 五指山市森林碳储量研究100-125
• 6.1 森林碳储量及碳密度空间异质性分析100-110
• 6.1.1 基于小班尺度的森林植被碳储量及碳密度分布特征100-102
• 6.1.2 不同区域森林碳植被碳储量及碳密度分布特征102-103
• 6.1.3 不同林种森林植被碳储量及碳密度分布特征103-104
• 6.1.4 不同森林类型碳储量及碳密度分布特征104-105
• 6.1.5 不同起源植被森林碳储量及碳密度分布105-106
• 6.1.6 不同龄组森林植被碳储量及碳密度分布106-108
• 6.1.7 不同郁闭度森林植被碳储量及碳密度分布108-109
• 6.1.8 不同自然度森林植被碳储量及碳密度分布109-110
• 6.2 基于地统计的森林碳储量动态变化分析110-122
• 6.2.1 数据资料统计结果110
• 6.2.2 趋势预测结果与分析110-111
• 6.2.3 简单克里金法预测结果与分析111-116
• 6.2.4 空间重分类结果与分析116-122
• 6.3 五指山市森林固碳价值分析122-125
• 7 结论与讨论125-128
• 7.1 结论125-127
• 7.2 讨论127-128
• 8 创新点与展望128-130
• 8.1 创新点128
• 8.2 展望128-130
• 参考文献130-142
• 攻读博士学位期间的主要学术成果142-144
• 致谢144

【参考文献】

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本文编号：319028