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基于机器学习算法的华中天然林土壤有机碳特征与关键影响因子

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林业科学 2024年第3期60卷 65-77页

作者：沈琛琛肖文发朱建华曾立雄陈吉臻黄志霖中国林业科学研究院森林生态环境与自然保护研究所国家林业和草原局森林生态环境重点实验室北京100091 南京林业大学南方现代林业协同创新中心南京210037

【目的】比较4种机器学习算法在模拟华中地区3种典型天然林土壤有机碳含量上的表现,筛选最优模型算法,明确影响该地区天然混交林土壤有机碳富集与空间分布的关键气候环境因子,为森林土壤有机碳分布格局研究提供技术参考。【方法】以华... 详细信息

【目的】比较4种机器学习算法在模拟华中地区3种典型天然林土壤有机碳含量上的表现,筛选最优模型算法,明确影响该地区天然混交林土壤有机碳富集与空间分布的关键气候环境因子,为森林土壤有机碳分布格局研究提供技术参考。【方法】以华中地区3种典型天然林(常绿针叶混交林、落叶阔叶混交林和常绿阔叶混交林)为研究对象,引入4种机器学习算法(支持向量机、人工神经网络中的多层感知器、随机森林和分位数回归森林),模拟0~60 cm土层土壤有机碳含量,比较模型解释量及表现稳定性,筛选最优模型算法。【结果】4种机器学习算法均能成功模拟天然林0~60 cm土层土壤有机碳含量,多层感知器、随机森林、分位数回归森林模拟结果明显优于支持向量机,其中随机森林模型表现最稳定,决定系数最高达0.620。母质、土壤密度、孔隙度、地理位置、海拔、植被和水分亏损情况等共同影响华中地区天然林0~60 cm土层土壤有机碳含量,但显著影响表层(0~20 cm)、中层(20~40 cm)与深层(40~60 cm)土壤有机碳含量的因子并不一致且影响机制不同。在0~20 cm土层,显著影响因子最复杂,除土壤密度以外,土壤孔隙度、地形、植被和气候均产生显著影响(P森林的水分不足会限制各层土壤有机碳富集。森林土壤有机碳含量随土层加深显著下降,常绿针叶混交林土壤有机碳含量在各土层均最高,落叶阔叶混交林居中,常绿阔叶混交林最低。【结论】华中地区天然林土壤有机碳含量分布呈现明显差异,常绿针叶混交林土壤有机碳贡献最大,成土母质和土壤物理属性对土壤有机碳富集与分布起决定性作用;适宜天然林生长的地理立地条件和气候环境,共同造就该地区天然林土壤有机碳富集。在营林和管理时可加大本地树种混交比重,提升森林土壤碳汇功能。

关键词：森林土壤有机碳空间分布天然林机器学习华中地区

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林场级森林林木碳储量估测方法研究

北京林业大学学报 2013年第5期35卷 144-148页

作者：刘宪钊陆元昌马履一薛杨中国林业科学研究院资源信息研究所北京林业大学省部共建森林培育与保护教育部重点实验室海南省林业科学研究所生态研究室

为了研究林场级森林林木生物量和碳储量的信息,以海南省岛东林场为例,采用系统(等距)抽样方式对该场林木资源进行抽样调查。选择政府间气候变化专门委员会(IPCC)制定的方法对不同龄组、不同类型森林的林木生物量和碳储量进行估算。结果... 详细信息

为了研究林场级森林林木生物量和碳储量的信息,以海南省岛东林场为例,采用系统(等距)抽样方式对该场林木资源进行抽样调查。选择政府间气候变化专门委员会(IPCC)制定的方法对不同龄组、不同类型森林的林木生物量和碳储量进行估算。结果显示:林场森林林木碳储量大,达53.00万t,但单位面积上的碳汇能力低,仅为54.35 t/hm2;不同类型林分各个生长阶段(龄组)的单位面积碳储量不尽相同,其中木麻黄成熟林最高,为141.08 t/hm2。以上结果表明,当前短周期人工林皆伐作业模式下的森林林木生物量积累不足,造成岛东林场碳汇能力较低。当前经营方式不能满足应对全球气候变化为目的的多功能森林经营的要求,需要寻找一种新的经营方式来改变这一现状。

关键词：经营单位系统抽样生物量碳储量

毛乌素沙地生态系统碳储量时空变化及其驱动因素分析：以乌审旗为例

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生态与农村环境学报 2024年

作者：李悦赵红霞胡尔查胡永宁王铮内蒙古农业大学林学院内蒙古自治区林业科学研究院内蒙古大青山森林生态系统国家定位观测研究站

随着防沙治沙任务的不断推进，毛乌素沙地植被盖度显著提高，大量沙地转为草地、林地。预测碳储量的时空变化，探究其变化的驱动因素，可为毛乌素沙地生态系统保护和土地利用规划提供科学依据。本研究以乌审旗为例，基于1990—2020年土... 详细信息

随着防沙治沙任务的不断推进，毛乌素沙地植被盖度显著提高，大量沙地转为草地、林地。预测碳储量的时空变化，探究其变化的驱动因素，可为毛乌素沙地生态系统保护和土地利用规划提供科学依据。本研究以乌审旗为例，基于1990—2020年土地利用数据，采用PLUS-InVEST模型探讨过去30年及2035年4种情景（自然发展情景、可持续协调发展情景、生态保护情景和经济发展情景）碳储量时空变化，并借助地理探测器模型和LMDI模型探究引起碳储量变化的驱动因素。结果显示：（1）30a乌审旗耕地、林地、水域和建设用地面积扩张，草地和沙地面积缩减；草地和林地作为主要碳储存地，30a生态系统碳储量增加266.59×104t，林地面积的增长是碳储量增加的主要原因。（2）2035年自然发展情景碳储量增加最多，生态保护情景次之。4种发展情景碳储量较2020年分别增加122.46×104t（NE），3.60×104t（ED），81.67×104t（EP），18.66×104t（SC）。（3）地理探测器模型得出DEM、NDVI和转入林地面积对碳储量变化的解释力最大；LMDI模型得出林地转入面积和经济发展对碳储量影响呈正相关关系。研究结果表明：多情景分析不仅有助于深入全面了解碳储量时空及格局演变特征，还有利于制定满足城镇集约化和生态高质量发展且兼顾增汇的土地利用规划策略。

关键词：土地利用变化碳储量情景模拟驱动因素毛乌素沙地

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绿洲农田防护林带根生物量调查方法

林业资源管理 2017年第5期 78-85+100页

作者：赵英铭雷渊才杨文斌包春燕高君亮黄雅茹张鸿怿中国林业科学研究院荒漠化研究所中国林业科学研究院沙漠林业实验中心国家林业局内蒙古磴口荒漠生态系统定位观测研究站中国林业科学研究院资源信息研究所巴彦淖尔市科技局

森林固碳可减缓气候变暖环境恶化,故碳汇一直是国内外研究热点。我国人工林已成为林业主体,西北地区将成为未来人工造林的主要区域,但西北碳汇和生物量的研究较少,为探明西北地区人工林碳汇功能,且不破坏原有基础设施,特开展本项研究。... 详细信息

森林固碳可减缓气候变暖环境恶化,故碳汇一直是国内外研究热点。我国人工林已成为林业主体,西北地区将成为未来人工造林的主要区域,但西北碳汇和生物量的研究较少,为探明西北地区人工林碳汇功能,且不破坏原有基础设施,特开展本项研究。以绿洲田渠林路式新疆杨农田防护林带为调查对象,采用空间代时间的方法,按照胸径、树高由小到大,由胸径、树高与相对应的根生物量建立生长模型,以此模拟林带生物量增长过程。对根生物量调查,采取6个步骤和相应计算公式,设计了一种田渠路林式农田防护林带根生物量调查计算方法,最终建立了由胸径、树高与根生物量的增长模型,其中胸径与主根、侧根、根生物量模型分别为W=0.0268D1.32.1717,W=0.0191D1.32.1346,W=0.0465D1.32.1557。模型经检验,回归关系极显著,与以往模型相比更可靠实用。

关键词：根生物量田渠林路式农田防护林绿洲沙漠

碳中和目标下中国森林碳储量、碳汇变化预估与潜力提升途径

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林业科学 2024年第4期60卷 157-172页

作者：刘世荣王晖李海奎余振栾军伟中国林业科学研究院森林生态环境与自然保护研究所国家林业和草原局森林生态环境重点实验室北京100091 中国林业科学研究院资源信息研究所国家林业和草原局森林经营与生长模拟重点实验室北京100091 南京信息工程大学应用气象学院南京210044 国际竹藤中心竹藤资源与环境研究所国家林业和草原局/北京市共建竹藤科学与技术重点实验室北京100102

增强森林固碳增汇功能是减缓大气二氧化碳浓度上升和全球气候变暖的重要手段,也是实现碳中和国家战略目标的有效途径。本研究基于文献分析法和模型模拟,系统阐述中国森林碳储量和碳汇现状、动态变化与潜力提升途径。根据国家森林资源连... 详细信息

增强森林固碳增汇功能是减缓大气二氧化碳浓度上升和全球气候变暖的重要手段,也是实现碳中和国家战略目标的有效途径。本研究基于文献分析法和模型模拟,系统阐述中国森林碳储量和碳汇现状、动态变化与潜力提升途径。根据国家森林资源连续清查数据测算的森林植被碳储量近5年平均年增长0.152 Pg(以C计),2000s—2010s中国陆地生态系统碳汇量约229.7 Tg·a^(-1)(以C计),其中森林植被(指乔木林)碳储量约增加150.6 Tg·a^(-1)(以C计),约占整个陆地生态系统植被碳汇量的65.6%。过去70年,中国森林已从碳源转变为逐渐增强的碳汇。在森林面积保持不变的情景下,相比2000s—2010s时段,2030年后现有乔木林的生物量碳汇将有所下降;如果森林面积未来持续增加,2030—2050年中国新增乔木林的碳汇量仍将呈增加趋势。在全球变化背景下,气候变化及其引发的风险(极端干旱与热浪事件、森林火灾、病虫害等)可能会削弱森林碳汇功能。为维持并提升森林碳储量和碳汇潜力,需要采取森林碳储与碳汇双增以及森林碳汇与木质林产品碳库协同提升的策略,从保碳、增碳、扩碳和碳资源化利用的汇转移4个途径对森林资源实施保护修复、精准绿化、科学经营与合理利用以及多时空尺度的优化布局,同时重视森林土壤碳库增汇的长期效应。在林业减缓和适应气候变化框架下,森林碳汇潜力提升未来研究重点是科学推进国土绿化适宜造林地和树种选择,森林经营增汇技术,森林碳储、碳汇协同提升与木质产品库的碳汇转移与存续的时空配置优化模式,森林土壤固碳增汇机制以及潜力研究,准确评估森林碳汇对实现国家碳中和目标的贡献及其时间表和路线图。

关键词：森林碳储量碳汇森林面积固碳潜力碳增汇技术

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森林生态系统服务功能评估区域差异性

东北林业大学学报 2010年第11期38卷 49-53页

作者：王兵任晓旭胡文魏江生国家林业局森林生态环境重点实验室(中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所) 北京100091 内蒙古农业大学

在颁布的森林生态系统服务功能评估标准的框架下,采用森林生态系统定位研究网络(CFERN)台站多年连续观测数据和2007年辽宁省森林资源清查数据及公共数据,对本溪市和大连市森林生态服务功能的物质量和价值量进行比较分析。结果表明:本溪... 详细信息

在颁布的森林生态系统服务功能评估标准的框架下,采用森林生态系统定位研究网络(CFERN)台站多年连续观测数据和2007年辽宁省森林资源清查数据及公共数据,对本溪市和大连市森林生态服务功能的物质量和价值量进行比较分析。结果表明:本溪市和大连市的森林生态系统服务功能的总价值分别为280.30、205.82亿元·a-1;按不同优势树种(组)划分的林分类型在两市的森林生态系统服务功能中发挥的作用均有差别;针叶树种的林分在大连市发挥的生态服务功能价值要优于本溪市,而阔叶树种则相反。

关键词：森林生态系统生态服务功能价值评估

重点国有林区森林碳储量动态变化及增汇策略分析——以龙江森工为例

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江西农业大学学报 2024年第3期46卷 582-596页

作者：郭同方吴水荣张超苏秦中国林业科学研究院林业科技信息研究所北京100091

【目的】重点国有林区是中国实现碳中和目标的压舱石,研究其森林碳储量增汇动态尤为重要。【方法】基于2002年和2020年2个时点的森林资源二类调查与档案年度更新数据和相关文献资料,采用森林生物量扩展因子法,估算龙江森工及其所辖23个... 详细信息

【目的】重点国有林区是中国实现碳中和目标的压舱石,研究其森林碳储量增汇动态尤为重要。【方法】基于2002年和2020年2个时点的森林资源二类调查与档案年度更新数据和相关文献资料,采用森林生物量扩展因子法,估算龙江森工及其所辖23个林业局和7个直属林场的森林碳储量与碳密度动态变化,利用生物量-林龄模型和最大碳密度估测固碳潜力,分析重点国有林区增汇策略。【结果】2002—2020年,(1)龙江森工碳储量提升,森林植被碳储量由189.23 TgC增加到333.43 TgC,增长了71.22%;(2)龙江森工森林植被以乔木林为主要固碳类型,且乔木林碳储量占比增大,由91.97%提升到99.77%,其中沾河林业局碳储量最高、绥阳林业局碳储量增量最大、丰林林场碳密度最高、穆棱林业局碳密度增长量最多;(3)龙江森工以混交林为主要固碳森林类型,且占比上涨,碳储量占比最大的为阔叶混交林,纯林中以蒙古栎林和落叶松林为主;(4)绝大部分森林类型的碳储量为净增加,各森林类型的碳密度呈现显著增加趋势,2020年不同树种的碳密度介于36.94~70.61 MgC/hm^(2),蒙古栎林为碳密度最大森林类型,落叶松林为碳密度增量最大森林类型;(5)从各林龄组来看,中龄林碳储量占比最大,碳密度和林龄呈正向增长;(6)通过预测分析,龙江森工碳储量到2030年可达到396.33 TgC、2060年可达到519.16 TgC;乔木林碳密度从2020年的59.64 MgC/hm^(2),分别增长到2030年的73.11 MgC/hm^(2)和2060年的95.76 MgC/hm^(2),增量呈现减弱的趋势。【结论】为进一步提高森林固碳增汇作用,应加强森林生态系统保护修复与可持续经营,由于造林扩碳潜力有限,重点在于开展森林质量精准提升经营提质增汇,并探索通过碳资源化利用将森林生态系统碳汇向木质林产品碳库转移的双汇协同提升途径。

关键词：重点国有林区龙江森工碳储量碳汇

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北京香山公园主要植被类型的夏季环境效应评价

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林业科学 2018年第4期54卷 155-164页

作者：杜万光王成王茜包红光贺然徐晨高飞谢静中国林业科学研究院林业研究所国家林业局森林培育重点实验室北京100091 国家林业局城市森林研究中心北京100091 北京市园林科学研究院北京100102 北京市园林绿化局北京100013 内蒙古农业大学林学院呼和浩特010018 北京市公园管理中心北京100044 北京市林业碳汇工作办公室北京100013

【目的】对香山公园典型植被生态环境效应相关影响因子分析评价,以期为游客选择香山公园最佳游览时间及公园绿地管理和景观设置提供理论依据。【方法】夏季连续10天在北京香山公园5处不同植物类型的游憩点进行测定,选择园外广场为对照,... 详细信息

【目的】对香山公园典型植被生态环境效应相关影响因子分析评价,以期为游客选择香山公园最佳游览时间及公园绿地管理和景观设置提供理论依据。【方法】夏季连续10天在北京香山公园5处不同植物类型的游憩点进行测定,选择园外广场为对照,分析6处监测点微气候、PM_(10)和PM_(2.5)浓度、人体舒适度、空气负离子浓度及噪音情况,研究各因子日变化规律,并统计比较不同游憩点间差异和各生态因子间的相关性。【结果】香山公园日空气温度和空气相对湿度呈单峰型变化,平均降低空气温度1.7℃,增加空气相对湿度6%;人体舒适度达到Ⅱ级标准的时间最长可达8.5 h;PM_(10)和PM_(2.5)浓度均呈早晚高、午后低的双峰型变化特征,各游憩点对PM_(2.5)日均净化率达27.6%,对PM_(10)日均净化率达25.9%,2种颗粒物浓度间呈极显著正相关(P生态效应最高,草坪最低;香山公园夏季合理的游憩时段为7:00—11:00和17:00—20:00。

关键词：生态环境效应大气颗粒物人体舒适度负离子浓度噪音

石羊河下游人工梭梭林健康评价体系构建及应用研究

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干旱区研究 2022年第3期39卷 872-882页

作者：李雪宁徐先英郑桂恒马全林张裕年刘虎俊赵鹏杨雪梅甘肃省治沙研究所荒漠化与风沙灾害防治国家重点实验室培育基地甘肃兰州730070 中国林业科学研究院荒漠化研究所北京100091 中国林业科学研究院森林生态环境与自然保护研究所北京100091

人工梭梭(Haloxylon ammodendron)林是石羊河下游分布最广、面积最大的人工固沙林,具有防风固沙、改良土壤、调节气候、增加碳汇等生态功能。近年来,人工梭梭林的普遍退化严重威胁着民勤绿洲的生态安全。因此,及时摸清人工梭梭林的健康... 详细信息

人工梭梭(Haloxylon ammodendron)林是石羊河下游分布最广、面积最大的人工固沙林,具有防风固沙、改良土壤、调节气候、增加碳汇等生态功能。近年来,人工梭梭林的普遍退化严重威胁着民勤绿洲的生态安全。因此,及时摸清人工梭梭林的健康状况,对人工固沙林的可持续经营具有重要意义。通过查阅文献及咨询专家(调查问卷),构建了5个一级指标和19个二级指标的人工梭梭林健康评价体系,采用AHP层次分析法和熵值法确定各指标的权重。基于野外调查数据,运用生态健康综合指数(HI),对人工梭梭林的健康状况进行评价,结果表明:石羊河下游人工梭梭林整体处于亚健康状态,健康指数值在0.50~0.67之间,均值为0.617。造成人工梭梭林处于亚健康的主要原因是群落结构不合理及生境因子的影响等,建议采取间伐、平茬以及围封等抚育管护措施来提高人工梭梭林的稳定性。

关键词：石羊河下游人工梭梭林健康评价层次分析法熵值法可持续经营

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