李慧仁，王立中，劉學(xué)爽，胡林林，韋昌雷

(大興安嶺林業(yè)集團(tuán)公司農(nóng)業(yè)林業(yè)科學(xué)研究院,黑龍江嫩江源森林生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站，黑龍江 大興安嶺 157000)

?

基于3S技術(shù)的南甕河國家級自然保護(hù)區(qū)植被地上生物量初步估計(jì)

李慧仁，王立中，劉學(xué)爽，胡林林，韋昌雷

(大興安嶺林業(yè)集團(tuán)公司農(nóng)業(yè)林業(yè)科學(xué)研究院,黑龍江嫩江源森林生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站，黑龍江 大興安嶺 157000)

摘要以黑龍江省南甕河國家級自然保護(hù)區(qū)為研究對象，利用3S技術(shù)完成保護(hù)區(qū)內(nèi)各地類的區(qū)劃、判讀，然后進(jìn)行野外植被生物量實(shí)測工作。通過統(tǒng)計(jì)分析，得到研究區(qū)內(nèi)植被地上生物量總量為1 284.96萬t。保護(hù)區(qū)最大的景觀格局為森林，面積占總面積的58%，生物量占到總量的92%；其次是草本沼澤。二者面積占總面積的95%，生物量占總生物量的98.85%，是保護(hù)區(qū)內(nèi)主要的景觀類型。

關(guān)鍵詞南甕河；生物量；3S技術(shù)

2003年6月，國務(wù)院批準(zhǔn)晉升黑龍江省級自然保護(hù)區(qū)-南甕河保護(hù)區(qū)為國家級自然保護(hù)區(qū)，該保護(hù)區(qū)屬于濕地生態(tài)系統(tǒng)類型的自然保護(hù)區(qū)，也是我國寒溫帶林區(qū)較大型的濕地類型自然保護(hù)區(qū)，又是嫩江水系的主要發(fā)源地和珍稀水禽的繁衍棲息地。2007年，國家林業(yè)局大興安嶺林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)院對南甕河國家級自然保護(hù)區(qū)進(jìn)行了林業(yè)專業(yè)調(diào)查，其中對24種野生經(jīng)濟(jì)植物總儲(chǔ)量進(jìn)行調(diào)查，并研究得到25種經(jīng)濟(jì)植物的干濕系數(shù)。這是迄今對南甕河自然保護(hù)區(qū)內(nèi)植被生物量做的唯一一次全面調(diào)查統(tǒng)計(jì)。

基于傳統(tǒng)方法進(jìn)行濕地植被生物量研究，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，研究結(jié)果往往難以對中等或區(qū)域尺度的濕地植被量進(jìn)行估算，而且野外條件的復(fù)雜性和對濕地植被類型的典型分布缺少全局觀，限制了樣本的有效數(shù)量。為了克服這一不足，許多研究傾向于利用遙感技術(shù)對植被生物量區(qū)劃、判讀[1-5]，但遙感技術(shù)的不足之處也顯而易見，那就是能判讀出景觀格局，不能對地下生物量進(jìn)行測算[6]。

本文采用遙感、地理信息系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)相結(jié)合的方法，以Landsat TM數(shù)據(jù)為主信息源，以傳統(tǒng)林業(yè)專業(yè)調(diào)查為輔助。首次對南甕河自然保護(hù)區(qū)地上植被生物量進(jìn)行研究。

1研究區(qū)概況

黑龍江省南甕河自然保護(hù)區(qū)位于大興安嶺東部林區(qū)東南部，大興安嶺支脈伊勒呼里山南麓，北以伊勒呼里山為界與新林林業(yè)局相鄰，東以二根河為界與呼瑪縣林業(yè)局相望，南與加格達(dá)奇林業(yè)局毗鄰，西與松嶺林業(yè)局接壤。地理坐標(biāo)為125°01′42″—125°50′03″ E；50°59′56″—51°39′37″ N。南北長約72.7 km，東西寬約57.3 km?？偯娣e229 523 hm2。地勢北高南低，西高東低，海拔高一般為500～800 m，最低海拔370 m，最高1 041 m。保護(hù)區(qū)地處寒溫帶，屬寒溫帶濕潤型氣候。冬季嚴(yán)寒干燥，夏季溫暖多雨。年平均氣溫-3 ℃。極端最低溫度-48 ℃，最高溫度36 ℃?！?0 ℃的年積溫在1 400～1 500 ℃，年平均降水量為500 mm。5月下旬開始進(jìn)入無霜期，延續(xù)到9月上旬，為時(shí)90～100 d，植物生長期較短。5—6月因蒙古草原風(fēng)的作用，蒸發(fā)量為降水量的2～2.5倍，形成云霧少，日照強(qiáng)，溫度低的氣候特點(diǎn)，林木火險(xiǎn)增多，故大多陽坡受火災(zāi)影響發(fā)育為草原化的干山坡。7—8月集中降雨，形成有利于植物生長的條件。但因凍土層的普遍存在，使土層透水性極差，降水大多滯留于地表，形成廣泛分布的沼澤植被。9月末、10月初開始降雪，消融時(shí)間為次年4月下旬、5月上旬，穩(wěn)定積雪覆蓋日數(shù)可達(dá)200 d以上，最大積雪厚度30～40 cm。

南甕河自然保護(hù)區(qū)在大興安嶺植被區(qū)劃中，屬南部柞樹-興安落葉松林區(qū)，植被較豐富，植被組成具有寒溫帶與溫帶綜合特點(diǎn)。主要喬木樹種有興安落葉松、白樺、山楊、柞樹、柳樹等，這些喬木樹種構(gòu)成保護(hù)區(qū)森林資源的主體。主要灌木有榛子、東北赤楊、叢樺、興安杜鵑、胡枝子、繡線菊等，前3種灌木主要構(gòu)成灌叢。主要地被物為大葉樟、杜香、篤斯越橘、越橘、鹿蹄草等及各類蕨菜、草蓯蓉、苔蘚等。張玉民等也對南甕河濕地動(dòng)植物進(jìn)行研究，對其生態(tài)效益進(jìn)行評價(jià)[7]。

2數(shù)據(jù)來源及預(yù)處理

2.1遙感數(shù)據(jù)來源及預(yù)處理

數(shù)據(jù)源為2010年Landsat TM遙感影像，2007年1∶10萬南甕河自然保護(hù)區(qū)地形林相圖。其他輔助解譯資料有：SPOT5衛(wèi)片、Word view0.5m全色影像。數(shù)據(jù)處理軟件為ENVI4.8、ArcGIS10.0、Fragstats4.1、Google Earth、Excel。解譯過程見參考文獻(xiàn)[8]。

2.2植被樣地設(shè)置及實(shí)地調(diào)查

8月植被生長茂盛期間，對研究區(qū)內(nèi)植被生物量進(jìn)行野外采集實(shí)測工作。具體如下:以遙感圖像為主要依據(jù)，利用手持GPS和地形圖進(jìn)行定位，設(shè)置調(diào)查樣地并進(jìn)行采樣，選擇的采樣點(diǎn)應(yīng)植被分布均勻、交通方便。樣地依采樣植被種類差異設(shè)置相應(yīng)樣方。喬木林分4種林型：落葉松純林、落葉松-白樺林、白樺純林、其他闊葉樹林，樣方大小為5 m×5 m，記錄喬木種類、胸徑、樹高等數(shù)據(jù)，根據(jù)已知的生長方程，算出生物量。灌木樣方1 m×1 m、濕地樣方0.5 m×0.5 m。采用全收割，記錄地上部分生物量。

3結(jié)果與分析

3.1景觀格局分布情況

根據(jù)上述研究分析過程制作出南甕河自然保護(hù)區(qū)濕地景觀格局分布圖，該區(qū)域內(nèi)有7種景觀類型：草本沼澤、灌叢沼澤、森林沼澤、永久性河流、道路、森林、沼澤化草甸。同時(shí)統(tǒng)計(jì)得到的各類型面積計(jì)入表3。

3.2植被生物量實(shí)測值

對南甕河自然保護(hù)區(qū)5種景觀類型進(jìn)行野外生物量采集。經(jīng)實(shí)驗(yàn)室烘干、稱質(zhì)量、統(tǒng)計(jì)得到生物量數(shù)據(jù)，結(jié)果見表1。

表1　南甕河自然保護(hù)區(qū)野外生物量采集數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)　gm-2

表1　南甕河自然保護(hù)區(qū)野外生物量采集數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)　gm-2

類型樣點(diǎn)數(shù)/個(gè)最小值最大值平均值標(biāo)準(zhǔn)差森林193782139528893865草本沼澤9958102398656灌叢沼澤9575756658423森林沼澤122824553639551240沼澤化草甸643656348653

經(jīng)過計(jì)算統(tǒng)計(jì)，森林類型中落葉松純林生物量為37～53 thm-2、落葉松-白樺林45～69 thm-2、白樺純林89～139 thm-2、其他闊葉樹林95～110 thm-2，平均值為88.93 thm-2；森林沼澤因常年積水，主要喬木類型為毛赤楊，草本多為苔草和其他水生植物群落，其平均生物量為39.55 thm-2；草本沼澤主要植物為大葉樟、小葉樟為主的植被群落，平均生物量為9.86 thm-2；灌叢沼澤主要灌木為柴樺、篤斯越橘，平均生物量為6.58 thm-2；沼澤化草甸主要植被為苔草苔草及其他水生植物群落，平均生物量為4.86 thm-2。

3.3南甕河植被生物量估算

由表2可以看出：南甕河自然保護(hù)區(qū)植被地上生物量總量為1 284.96萬t。其中，森林生物量為1 186.6萬t，占總生物量的92.37%。草本沼澤生物量為83.32萬t占總生物量的6.48%。森林沼澤生物量為13.11萬t，占總生物量的1.02%。灌叢沼澤和沼澤化草甸生物量共計(jì)1.57萬t，只占總生物量的0.13%。

由表2可以看出，南甕河自然保護(hù)區(qū)最大的景觀格局為森林，面積占總面積的58%，但生物量卻占到總量的92%以上，其次是草本沼澤，面積占總面積的37%，兩者面積總和占總面積的95%，生物量總和占總生物量的98.85%，說明森林和草本沼澤是保護(hù)區(qū)內(nèi)主要的景觀類型，構(gòu)成了保護(hù)區(qū)生態(tài)結(jié)構(gòu)的主體。

表2　南甕河自然保護(hù)區(qū)各景觀類型面積、植被生物量統(tǒng)計(jì)

4結(jié)論與討論

4.1黑龍江省南甕河自然保護(hù)區(qū)植被地上生物量總量為1 284.96萬t，其中，森林生物量為1 186.6萬t、草本沼澤生物量為83.32萬t、森林沼澤生物量為13.11萬t、灌叢沼澤和沼澤化草甸生物量共計(jì)1.57萬t。

4.2保護(hù)區(qū)最大的景觀格局為森林，面積占總面積的58%，生物量占到總量的92%以上，其次是草本沼澤，兩者面積總和占總面積的95%，生物量總和占總生物量的98.85%，是保護(hù)區(qū)內(nèi)主要的景觀類型。

4.3本研究對黑龍江省南甕河自然保護(hù)區(qū)植被地上生物量進(jìn)行了初步統(tǒng)計(jì)，缺少連續(xù)多年動(dòng)態(tài)研究分析，這也成為今后研究的一個(gè)方向。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李穎,張養(yǎng)貞,張樹文.三江平原沼澤濕地景觀格局變化及其生態(tài)效應(yīng)[J].地理科學(xué)，2002(6)：677-681

[2] 莫利江,曹宇,胡遠(yuǎn)滿,等.面向?qū)ο蟮臐竦鼐坝^遙感分類—以杭州灣南岸地區(qū)為例[J].濕地科學(xué)，2012(2)：206-212

[3] 溫兆飛,張樹清,陳春,等.三江源區(qū)湖泊和沼澤遙感影像分類研究[J].濕地科學(xué)，2010(2)：132-137

[4] 郭俊光,唐志強(qiáng).南甕河國家級自然保護(hù)區(qū)濕地資源與功能評價(jià)分析[J]. 內(nèi)蒙古林業(yè)調(diào)查設(shè)計(jì)，2008，31(8)：11-14

[5] 孫永軍,童慶禧,秦其明.利用面向?qū)ο蠓椒ㄌ崛竦匦畔J].國土資源遙感，2008(1)：79-82

[6] 李仁東,劉紀(jì)遠(yuǎn).應(yīng)用LandsatETM數(shù)據(jù)估算鄱陽湖濕生植被生物量[J].地理學(xué)報(bào),2001.56,533-540

[7] 張玉民,孫天洪.嫩江源頭—南甕河森林濕地自然保護(hù)區(qū)綜合效益評價(jià)[J].內(nèi)蒙古林業(yè)調(diào)查設(shè)計(jì)，2002，25(1)：22-23

Aboveground Biomass in Nanwenghe National Nature Reserve Based on 3S Technology

Li Huiren, Wang Lizhong, Liu Xueshuang, Hu Linlin, Wei Changlei

(Academy of Agricultural and Forestry, Forest Group Company of Daxing’anling,Heilongjiang Nenjiangyuan National Forest Ecosystem Located Observation Research Station, Daxing’anling 157000，China)

AbstractTaking Nanwenghe National Nature Reserve in Heilongjiang Province as research object, regionalization and interpretation of every category were completed in Nature Reserve by using 3S technology. Through statistical analysis, it obtains that the total aboveground biomass in the study area are 12 849 600 t. The largest landscape patterns in Nature Reserve is the forest, its area constitute 58% of the total area;its biomass constitute 92% of the total, followed by marshes. Both constitute 95% of the total area;biomass ,which constitute 98.85% of the total biomass, is the main type of landscape in Nature Reserve.

Key wordsNanwenghe;biomass；3S technology

中圖分類號：S759.9

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi:10.13601/j.issn.1005-5215.2016.04.022

基金項(xiàng)目：國家公益性行業(yè)專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目(201004074)

作者簡介：李慧仁(1983-)，男，新疆昌吉人，碩士研究生，工程師，主要從事林學(xué)研究，Email：15904570285@163.com通訊作者：王立中，高級工程師，Email：2187876@163.com

收稿日期：2016-03-07

文章編號：1005-5215(2016)04-0064-03