【摘要】：沼澤濕地生態(tài)系統(tǒng)是陸地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能最強(qiáng)、服務(wù)價(jià)值最高,生物多樣性最豐富、保護(hù)意義最重大,固碳潛力最大,生態(tài)系統(tǒng)凈化能力最強(qiáng)的生態(tài)系統(tǒng),榮獲“地球之腎”美譽(yù)。沼澤濕地被認(rèn)為是地球上最大的生態(tài)系統(tǒng)碳庫(kù)之一,它對(duì)全球碳循環(huán)有重要影響。沼澤濕地的碳積累和碳排放已經(jīng)成為世界各國(guó)政府乃至全球最為關(guān)注的問(wèn)題之一。北方沼澤濕地生態(tài)系統(tǒng)通常分布在中高緯度地區(qū),是巨大的陸地碳庫(kù)。北方沼澤濕地碳庫(kù)對(duì)氣候變化十分敏感,氣候輕微變化都會(huì)影響沼澤濕地生態(tài)系統(tǒng)碳收支。作為典型的北方沼澤濕地區(qū),大興安嶺(Greater Khingan Mountains,GKM)是中國(guó)第二大凍土區(qū),儲(chǔ)藏著大量碳。因此,對(duì)大興安嶺沼澤濕地碳儲(chǔ)量準(zhǔn)確估算,可為大興安嶺沼澤濕地的保護(hù)、利用和生態(tài)恢復(fù)提供科學(xué)依據(jù),為沼澤濕地的管理提供理論指導(dǎo),并對(duì)有效加強(qiáng)沼澤濕地分布區(qū)的生態(tài)環(huán)境保護(hù),促進(jìn)沼澤濕地分布區(qū)生態(tài)環(huán)境與社會(huì)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展提供重要依據(jù)和決策參考。也為我國(guó)沼澤濕地碳循環(huán)研究提供科學(xué)依據(jù),對(duì)全球碳儲(chǔ)量估算和碳循環(huán)研究有重要意義。本文通過(guò)對(duì)大興安嶺沼澤濕地調(diào)查,確定了大興安嶺沼澤濕地主要類(lèi)型�；贚andsat 8 OLI和GF-1遙感影像,綜合利用面向?qū)ο蠓诸?lèi)方法和人工目視解譯方法實(shí)現(xiàn)了大興安嶺沼澤濕地信息提取并制圖,總體分類(lèi)精度較好,能夠滿足本研究需求�；谝巴鈱�(shí)地采集的土壤樣品,采用地理信息系統(tǒng)技術(shù)和普通克里金空間插值方法,完成了大興安嶺沼澤濕地土壤有機(jī)碳含量空間模擬;并運(yùn)用GIS中疊加分析方法和數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法,分析了土壤有機(jī)碳含量的垂直和水平分布的分異性及其影響因素;最終完成土壤有機(jī)碳密度和儲(chǔ)量的估算。基于Landsat 8 OLI影像建立31個(gè)特征變量,綜合野外采集的生物量樣本,采用逐步回歸方法建立反演大興安嶺沼澤濕地植被生物量模型。利用碳系數(shù)和模擬生物量估算沼澤濕地植被有機(jī)碳密度。綜合以上結(jié)果估算大興安嶺沼澤濕地有機(jī)碳儲(chǔ)量。通過(guò)本研究得出的結(jié)論如下:(1)經(jīng)過(guò)對(duì)大興安嶺沼澤濕地調(diào)查確定其遙感分類(lèi)系統(tǒng)為:草本沼澤、灌叢沼澤和森林沼澤。在e Cognition 8.64平臺(tái)上,綜合利用Landsat 8 OLI和GF-1遙感影像,可以有效優(yōu)化光譜分辨率和空間分辨率,有助于保證大興安嶺沼澤濕地分類(lèi)精度。采用多時(shí)相遙感影像(6月末或7月初以及8月末9月初影像)綜合利用的優(yōu)勢(shì):不同沼澤濕地植被之間或與其他地物類(lèi)型之間存在著一定物候差異,從而使它們的在某個(gè)特定時(shí)期光譜特征、紋理特征等差異明顯,選取此時(shí)遙感影像有助于沼澤濕地信息提取。(2)基于多尺度分割方法將Landsat 8 OLI和GF-1影像分割為對(duì)象單元。在此基礎(chǔ)上,通過(guò)分析紋理、位置、形狀和上下文關(guān)系等特征、遙感影像光譜的均值、亮度和標(biāo)準(zhǔn)差特征以及NDVI、NDWI、RVI、DVI、PVI、SAVI和TSAVI等指數(shù),綜合利用面向?qū)ο蠛腿斯つ恳暯庾g分類(lèi)方法可以有效地提取大興安嶺的草本沼澤、灌叢沼澤、森林沼澤和非沼澤濕地信息。大興安嶺沼澤濕地分類(lèi)結(jié)果總體精度和Kappa系數(shù)分別為0.9181和0.8863,分類(lèi)效果較好。結(jié)果可知,大興安嶺草本濕地33140.31 km2,灌叢濕地3763.81 km2,森林濕地877.26 km2。(3)基于Landsat 8 OLI影像7個(gè)波段的反射率和NDVI、NDWI、RVI、DVI、PVI、SAVI、TSAVI、MSAVI、RDVI、NIR/G、EVI、TVI、RI、NDI、BI、GVI、WI、PC1、PC2、PC3、MNF1、MNF2、MNF3和MNF4等31個(gè)特征變量,結(jié)合實(shí)測(cè)不同沼澤濕地生物量,采用逐步回歸方法構(gòu)建生物量反演模型,以此估算植被生物量空間分布。研究發(fā)現(xiàn),草本沼澤和森林沼澤模型建立引入模型變量較多,模擬精度較高。灌叢沼澤建立的生物量模型具有一定的預(yù)測(cè)能力,模擬時(shí)僅引入一個(gè)變量,相對(duì)其他兩種沼澤濕地類(lèi)型的生物量模擬模型模擬能力略差。參考大興安嶺沼澤濕地生物量模型的R2、RMSE和r RMSE來(lái)選取模擬效果最好的模型。大興安嶺沼澤濕地生物量集中分布在0-4 kg/m2范圍,高值區(qū)主要分布在大興安嶺北部。大興安嶺沼澤濕地碳儲(chǔ)量為2.21 Pg C。(4)大興安嶺沼澤濕地0-30、30-60和60-100 cm層土壤有機(jī)碳含量差異顯著(p0.05),隨深度增加土壤有機(jī)碳含量顯著減小。土壤有機(jī)碳含量變異程度隨著土壤深度增加而變大。不同沼澤濕地類(lèi)型土壤有機(jī)碳含量在0-30 cm層差異顯著(p0.05),灌叢沼澤和森林沼澤土壤有機(jī)碳含量明顯高于草本沼澤;隨著深度增加,同層不同沼澤濕地類(lèi)型土壤有機(jī)碳含量差異顯著性減小(p0.05)。(5)通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析可知,大興安嶺沼澤濕地類(lèi)型是影響土壤有機(jī)碳含量差異的主要因素,土壤類(lèi)型對(duì)其影響相對(duì)較小。大興安嶺草本沼澤土壤有機(jī)碳含量與高程呈顯著負(fù)相關(guān)(p0.05),與降水呈極顯著正相關(guān)(p0.01);灌叢沼澤土壤有機(jī)碳含量與降水呈顯著正相關(guān)(p0.05);森林沼澤土壤有機(jī)碳含量與氣溫呈極顯著負(fù)相關(guān)(p0.01),與降水量呈極顯著正相關(guān)(p0.01)。大興安嶺沼澤濕地土壤有機(jī)碳含量與氣候因素相關(guān)性大,與地形因素相關(guān)性小。隨著土壤深度增加,本文所考慮的影響因素對(duì)土壤有機(jī)碳含量影響逐漸減小。(6)通過(guò)普通克里金插值對(duì)大興安嶺沼澤濕地土壤有機(jī)碳密度進(jìn)行空間模擬并估算了土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量。大興安嶺0-30 cm、30-60 cm和60-100 cm土壤有機(jī)碳密度平均值分別為28.43 kg/m2、17.45 kg/m2和15.60 kg/m2,草本沼澤、灌叢沼澤和森林沼澤土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量分別為1723.39、276.89和57.54 Tg C。不同沼澤濕地類(lèi)型在0-30 cm土層土壤有機(jī)碳密度差異顯著(p0.05),灌叢沼澤森林沼澤草本沼澤。大興安嶺沼澤濕地土壤有機(jī)碳50%以上分布在0-30 cm,并隨深度增加而減少。(7)大興安嶺沼澤濕地平均有機(jī)碳密度為58.50 kg C·m-2,其變化范圍為12.48~306.39 kg C·m-2,濕地碳儲(chǔ)量為2.21 Pg C。不同沼澤濕地平均有機(jī)碳密度由高到低為森林沼澤灌叢沼澤草本沼澤。草本沼澤的平均有機(jī)碳密度相對(duì)較小,但其有機(jī)碳儲(chǔ)量最高,為157637 t C,主要由于大興安嶺沼澤濕地類(lèi)型中草本沼澤面積遠(yuǎn)高于其他沼澤濕地類(lèi)型面積。
【圖文】：

第2章 研究區(qū)概況和研究方法2.1 大興安嶺區(qū)域概況大興安嶺位于中國(guó)東北部（118°12'01"-127°10'24"E，46°58'02"-53°13'37"N），地跨黑龍江省和內(nèi)蒙古自治區(qū)，是內(nèi)蒙古高原與松遼平原的分水嶺,總面積 24.67萬(wàn) km2（如圖 2.1）。包括大興安嶺地區(qū)、呼倫貝爾市、齊齊哈爾市和興安盟所轄的 12 個(gè)縣（市）。大興安嶺是一個(gè)傾斜的板塊，，東部邊緣為東北平原，地貌形成具有明顯的不對(duì)稱(chēng)形態(tài)，西高東低，西坡平緩，東坡陡峭。地形總勢(shì)呈東北-西南走向，屬淺山丘陵地帶。水資源豐富，河谷開(kāi)闊，有利于沼澤濕地發(fā)育。共有河流 150 多條，主要河流包括：黑龍江、嫩江、根河、呼瑪河、塔河甘河、額爾古納河等。

實(shí)類(lèi)型與分類(lèi)結(jié)果的相關(guān)性，它用來(lái)指示某種分類(lèi)方法是否比隨機(jī)分類(lèi)更hieu 等, 2007)。其計(jì)算公式為： 1 121rii i ii iri iiN X X , XKappaN X , X (2式中：r是誤差矩陣中總數(shù)列（即總的類(lèi)別數(shù)）；iiX 是誤差矩陣中第 i 行、象元數(shù)量（即正確分類(lèi)的數(shù)目）；iX 和iX 是第 行和第 列上的總象元N 是總的用于精度評(píng)估的象元數(shù)量(Jia 等, 2015; 滿衛(wèi)東, 2014)。表 2.3 Kappa 系數(shù)分級(jí)評(píng)價(jià)Table 2.3 The Kappa grades分級(jí)評(píng)價(jià) 差 中 好 非常好Kappa 系數(shù) <0.41 0.41-0.61 0.61-0.81 >0.81步驟九：在 ArcGIS 10.3 軟件中制作沼澤濕地專(zhuān)題地圖。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：X171.1

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本文編號(hào)：2648497