川西天然林保护工程区森林景观格局变化及其固碳效益
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摘要
木茹林场位于我国第二大林区—西南林区道孚县境内,是我国天然林保护工程重点实施区域。本文在运用景观生态学原理和方法的基础上,以3期(1989年、1997年和2007年)TM遥感影像为数据源,利用3S技术,研究了木茹林场天然林保护工程实施前(1989年～1997年,下同)、后(1998年～2007年,下同)景观格局变化,并结合实测的森林生物量数据和遥感地形数据建立了森林生物量回归模型,估算了研究区的森林固碳效益。其目的是为正确评价天然林保护工程在景观格局变化以及在缓解全球气候变化中的作用提供础数据,进而为川西亚高山天然林资源的可持续经营管理提供理论依据。
(1)天然林保护工程实施前、后木茹林区森林景观类型面积发生了不同程度的变化。天然林保护工程实施前,研究区针叶林面积由1989年的16882.74 hm2减少到1997年的13819.95 hm2；灌木林和阔叶林面积分别由1989年的5093.28 hm2、1354.77 hm2增加到1997年的7182.81 hm2、2506.50 hm2。天然林保护工程实施后,针叶林和阔叶林面积分别由1997年的13819.95 hm2、2506.50 hm2增加到2007年的15080.13 hm2、2583.90 hm2。同时,研究区景观基质—针叶林面积的比例由1989年的38.32%下降到1997年的31.37%,而在天然林保护工程实施后,提高到了34.23%。可见,天然林保护工程的实施促进了研究区景观格局的演变,遏止了景观基质面积的大幅下降。
(2)天然林保护工程促使景观异质性和破碎化程度降低,景观整体连通性逐渐恢复。天然林保护工程实施前,景观边缘密度指数、香农多样性指数分别由1989年的106.68 m·km-2和1.60上升到1997年的109.42 m·km-2和1.68；结合度指数由1989年的98.20下降到1997年的97.07。天然林保护工程实施后景观边缘密度指数、破碎化指数和香农多样性指数分别由1997年的109.42 m·km-2、0.0354和1.68下降到2007年的105.18 m·km-2、0.0323和1.61；结合度指数由1997年的97.07增加到2007年的97.60。可见,天然林保护工程的实施有利于促进生态系统的能量流动和物质循环,减小扰动的传播；有利于整个生物群落的演替和发展,保护生物多样性。
(3)实测森林生物量与遥感地形数据相关性分析表明：植被指数和各波段地表反射率与生物量相关性较好(P<0.05),地形数据相关性不显著。这表明,川西天然林保护工程区更适合用遥感影像各波段地表反射率和植被指数来建立森林生物量遥感模型。
(4)采用线性、曲线及多元逐步回归方法拟合了森林生物量遥感模型,依据判定系数(R2)、显著性(P)确定了研究区针叶林、阔叶林和灌木林最优生物量遥感模型,其模型分别为Y=127.340 TM2+93.835 TM3+344.518 TM5-75.505 WVI+0.339 V13-226.322 BVI+9.664(R2=0.888,P<0.05)、Y=-204.723 TM2+105.448 TM3-58.121 WVI-37.948 DVI+57.346 BVI+13.325(R2=0.620, P<0.05)和Y=-49.469 TM2-141.236 TM3+0.056 BVI+16.468(R2=0.620,P<0.05)。
(5)天然保护工程的实施提高了森林的固碳能力及效益。研究区在天然林保护工程实施前,森林植被固碳能力从1989年的1465362.31 Mg减少到1997年1420723.63Mg,其固碳效益按造林成本法和瑞典碳税法分别减少了1219.98万元和5557.52万元；天然林保护工程实施之后,森林植被固碳能力从1997年的1420723.63 Mg增加到2007年1630589.88 Mg,其森林固碳效益按造林成本法和瑞典碳税法分别增加了5735.64万元和26128.35万元。可见,天然林保护工程的实施,在增强森林的固碳能力及效益、减缓全球气候变化方面起着重要的作用。
Forest Muru in China's second largest forest-Southwest Forestry District Daofu County, is the focus of the implementation of China's Natural Forest Protection Project area.In this paper, using landscape ecological principles and methods based on the order 3 (1989,1997 and 2007) TM remote sensing image as data source, using 3S technology, research the Forest Muru before the implementation of natural forest protection project (1989 to 1997, the same below) and after (1998 to 2007, the same below) landscape pattern changes, combined with the measured data and remote sensing of forest biomass and topographic data to establish a forest biomass regression model, estimated in the study area of the forest carbon sequestration benefits.The aim is to correctly evaluate the natural forest protection project in the landscape pattern change and mitigate global climate change in the role to provide base data, which to provide a theoretical basis for sustainable management of Subalpine natural forest resources
(1) Before and after Natural Forest Project, the area of forest landscape in Forest Muru has changed in different degrees.Before the Natural forest protection project,the area of coniferous forest was 16882.74 hm2 in 1989 while was 13819.95 hm2 in 1997;the area of shrub forest and broadleaf forest have increased from 5093.28 hm2 to 7182.81 hm2and 1354.77 hm2 to 2506.50 hm2 from 1989 to 1997. After Natural Forest Protection Project, the area of coniferous forest and broadleaf forest has increased from 13819.95 hm2 to 15080.13 hm2 and 2506.50 hm2 to 2583.90 hm2 from 1997 to 2007.Meanwhile, the landscape matrix-coniferous forest in the study area has increased to 34.23% after Natural Forest Project,which was 38.32% in 1989 falling to 31.37% in 1997.It shows that the implementation of natural forest protection project has promoted the evolution of landscape pattern, stopped the landscape matrix area declining.
(2) The Natural forest protection project promotes reduction of the landscape heterogeneity and fragmentation and the gradual recovery of the overall connectivity of the landscape.Before the implementation of natural forest protection, landscape edge density index and Shannon diversity index has increased from 106.68 m·km-2 and 1.60 to 109.42 m·km-2 and 1.68 from 1989 to 1997 while the combined index fell from 98.20 to 97.07.The edge density index,the landscape fragmentation index and Shannon diversity index has fallen from 109.42 m·km-2,0.0354 and 1.68 to 105.18 m·km-2,0.0323, and 1.61 from 1997 to 2007 while the combined index has increased from 97.07 in 1997 to 97.60 in 2007 after the implementation of Natural forest protection project.Visiblly, natural forest protection project helps to promote the energy flow and material circulation in the ecosystem and reduce the spread of disturbance,which is benefit for the succession and development in the whole biological community and conservation of biological diversity.
(3) Correlation Analysis forest biomass measured and topographic to show that:vegetation index and various wave bands surface index of reflection is better correlated with biomass (P<0.05), but topographic is not significant. The results demonstrated that the forest biomass remote sensing model is established by vegetation index and various wave bands surface index of reflection in the region of Western Sichuan natural forest protection project.
(4) The forest biomass remote sensing model is fitted by method which linearity, curve and multiple regression. Based on determination coefficient (R2), significance (P) has determined most superior biomass remote sensing model for coniferous forest, the foliage forest and the scrub forest in the research area. The model respectively is Y=127.340 TM2+93.835 TM3+344.518 TM5-75.505 WVI+0.339 V13-226.322 BVI+9.664 (R2= 0.888, P<0.05), Y=-204.723 TM2+105.448 TM3-58.121 WVI-37.948 DVI+57.346 BVI+13.325 (R2=0.620, P<0.05) and Y=-49.469 TM2-141.236 TM3+0.056 BVI+16.468 (R2= 0.620, P<0.05).
(5) The implementation of natural protection project improves the carbon fixing capacity and effectiveness of forest.Carbon fixing capacity of forest vegetation dropped from 1465362.31Mg to 1420723.63 Mg from 1989 to 1997, the carbon fixing benefits caculated by reforestation cost-effective carbon tax and Sweden declined 12,199,800 yuan and 55.5752 million yuan before the implementation of natural forest protection project in the study area.So,natural forest protection projects, in enhancing forest carbon fixing capacity and effectiveness of the mitigation of global climate change plays an important role.
(1)天然林保护工程实施前、后木茹林区森林景观类型面积发生了不同程度的变化。天然林保护工程实施前,研究区针叶林面积由1989年的16882.74 hm2减少到1997年的13819.95 hm2；灌木林和阔叶林面积分别由1989年的5093.28 hm2、1354.77 hm2增加到1997年的7182.81 hm2、2506.50 hm2。天然林保护工程实施后,针叶林和阔叶林面积分别由1997年的13819.95 hm2、2506.50 hm2增加到2007年的15080.13 hm2、2583.90 hm2。同时,研究区景观基质—针叶林面积的比例由1989年的38.32%下降到1997年的31.37%,而在天然林保护工程实施后,提高到了34.23%。可见,天然林保护工程的实施促进了研究区景观格局的演变,遏止了景观基质面积的大幅下降。
(2)天然林保护工程促使景观异质性和破碎化程度降低,景观整体连通性逐渐恢复。天然林保护工程实施前,景观边缘密度指数、香农多样性指数分别由1989年的106.68 m·km-2和1.60上升到1997年的109.42 m·km-2和1.68；结合度指数由1989年的98.20下降到1997年的97.07。天然林保护工程实施后景观边缘密度指数、破碎化指数和香农多样性指数分别由1997年的109.42 m·km-2、0.0354和1.68下降到2007年的105.18 m·km-2、0.0323和1.61；结合度指数由1997年的97.07增加到2007年的97.60。可见,天然林保护工程的实施有利于促进生态系统的能量流动和物质循环,减小扰动的传播；有利于整个生物群落的演替和发展,保护生物多样性。
(3)实测森林生物量与遥感地形数据相关性分析表明：植被指数和各波段地表反射率与生物量相关性较好(P<0.05),地形数据相关性不显著。这表明,川西天然林保护工程区更适合用遥感影像各波段地表反射率和植被指数来建立森林生物量遥感模型。
(4)采用线性、曲线及多元逐步回归方法拟合了森林生物量遥感模型,依据判定系数(R2)、显著性(P)确定了研究区针叶林、阔叶林和灌木林最优生物量遥感模型,其模型分别为Y=127.340 TM2+93.835 TM3+344.518 TM5-75.505 WVI+0.339 V13-226.322 BVI+9.664(R2=0.888,P<0.05)、Y=-204.723 TM2+105.448 TM3-58.121 WVI-37.948 DVI+57.346 BVI+13.325(R2=0.620, P<0.05)和Y=-49.469 TM2-141.236 TM3+0.056 BVI+16.468(R2=0.620,P<0.05)。
(5)天然保护工程的实施提高了森林的固碳能力及效益。研究区在天然林保护工程实施前,森林植被固碳能力从1989年的1465362.31 Mg减少到1997年1420723.63Mg,其固碳效益按造林成本法和瑞典碳税法分别减少了1219.98万元和5557.52万元；天然林保护工程实施之后,森林植被固碳能力从1997年的1420723.63 Mg增加到2007年1630589.88 Mg,其森林固碳效益按造林成本法和瑞典碳税法分别增加了5735.64万元和26128.35万元。可见,天然林保护工程的实施,在增强森林的固碳能力及效益、减缓全球气候变化方面起着重要的作用。
Forest Muru in China's second largest forest-Southwest Forestry District Daofu County, is the focus of the implementation of China's Natural Forest Protection Project area.In this paper, using landscape ecological principles and methods based on the order 3 (1989,1997 and 2007) TM remote sensing image as data source, using 3S technology, research the Forest Muru before the implementation of natural forest protection project (1989 to 1997, the same below) and after (1998 to 2007, the same below) landscape pattern changes, combined with the measured data and remote sensing of forest biomass and topographic data to establish a forest biomass regression model, estimated in the study area of the forest carbon sequestration benefits.The aim is to correctly evaluate the natural forest protection project in the landscape pattern change and mitigate global climate change in the role to provide base data, which to provide a theoretical basis for sustainable management of Subalpine natural forest resources
(1) Before and after Natural Forest Project, the area of forest landscape in Forest Muru has changed in different degrees.Before the Natural forest protection project,the area of coniferous forest was 16882.74 hm2 in 1989 while was 13819.95 hm2 in 1997;the area of shrub forest and broadleaf forest have increased from 5093.28 hm2 to 7182.81 hm2and 1354.77 hm2 to 2506.50 hm2 from 1989 to 1997. After Natural Forest Protection Project, the area of coniferous forest and broadleaf forest has increased from 13819.95 hm2 to 15080.13 hm2 and 2506.50 hm2 to 2583.90 hm2 from 1997 to 2007.Meanwhile, the landscape matrix-coniferous forest in the study area has increased to 34.23% after Natural Forest Project,which was 38.32% in 1989 falling to 31.37% in 1997.It shows that the implementation of natural forest protection project has promoted the evolution of landscape pattern, stopped the landscape matrix area declining.
(2) The Natural forest protection project promotes reduction of the landscape heterogeneity and fragmentation and the gradual recovery of the overall connectivity of the landscape.Before the implementation of natural forest protection, landscape edge density index and Shannon diversity index has increased from 106.68 m·km-2 and 1.60 to 109.42 m·km-2 and 1.68 from 1989 to 1997 while the combined index fell from 98.20 to 97.07.The edge density index,the landscape fragmentation index and Shannon diversity index has fallen from 109.42 m·km-2,0.0354 and 1.68 to 105.18 m·km-2,0.0323, and 1.61 from 1997 to 2007 while the combined index has increased from 97.07 in 1997 to 97.60 in 2007 after the implementation of Natural forest protection project.Visiblly, natural forest protection project helps to promote the energy flow and material circulation in the ecosystem and reduce the spread of disturbance,which is benefit for the succession and development in the whole biological community and conservation of biological diversity.
(3) Correlation Analysis forest biomass measured and topographic to show that:vegetation index and various wave bands surface index of reflection is better correlated with biomass (P<0.05), but topographic is not significant. The results demonstrated that the forest biomass remote sensing model is established by vegetation index and various wave bands surface index of reflection in the region of Western Sichuan natural forest protection project.
(4) The forest biomass remote sensing model is fitted by method which linearity, curve and multiple regression. Based on determination coefficient (R2), significance (P) has determined most superior biomass remote sensing model for coniferous forest, the foliage forest and the scrub forest in the research area. The model respectively is Y=127.340 TM2+93.835 TM3+344.518 TM5-75.505 WVI+0.339 V13-226.322 BVI+9.664 (R2= 0.888, P<0.05), Y=-204.723 TM2+105.448 TM3-58.121 WVI-37.948 DVI+57.346 BVI+13.325 (R2=0.620, P<0.05) and Y=-49.469 TM2-141.236 TM3+0.056 BVI+16.468 (R2= 0.620, P<0.05).
(5) The implementation of natural protection project improves the carbon fixing capacity and effectiveness of forest.Carbon fixing capacity of forest vegetation dropped from 1465362.31Mg to 1420723.63 Mg from 1989 to 1997, the carbon fixing benefits caculated by reforestation cost-effective carbon tax and Sweden declined 12,199,800 yuan and 55.5752 million yuan before the implementation of natural forest protection project in the study area.So,natural forest protection projects, in enhancing forest carbon fixing capacity and effectiveness of the mitigation of global climate change plays an important role.
引文
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