孔 蕊, 張?jiān)鲂?, 張鳳英, 田佳西, 朱 斌, 朱 敏, 王益明

(1.南京林業(yè)大學(xué) 生物與環(huán)境學(xué)院 南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心, 南京210037;2.河海大學(xué) 水文水資源學(xué)院 水文水資源與水利工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 南京 210098)

森林儲(chǔ)存了大量的碳匯，對(duì)全球碳循環(huán)產(chǎn)生了巨大的影響[1]。近幾十年來，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展及人類不合理的開發(fā)利用，導(dǎo)致全球CO2濃度的增加和地球不斷變暖。陸地森林碳匯有助于抵消25%人為排放的化石燃料，為減緩大氣CO2濃度升高應(yīng)對(duì)氣候變化發(fā)揮著重要的作用[2]。森林碳儲(chǔ)量在區(qū)域尺度上的時(shí)空分布也可以揭示碳匯的變化，為合理的碳減排目標(biāo)和森林管理方案提供依據(jù)[3]。因此，準(zhǔn)確估算森林碳儲(chǔ)量是陸地碳循環(huán)研究的基礎(chǔ)。

目前，估算森林碳儲(chǔ)量的方法很多，主要有野外獲取法[4-5]、模型模擬[6-7]和遙感估算[8-9]。野外收獲碳儲(chǔ)量在世界各地得到了廣泛的應(yīng)用。然而，野外測(cè)量數(shù)據(jù)的獲取需要消耗大量的人力，不能提供大面積碳儲(chǔ)量的空間分布。近年來，模型估算被廣泛應(yīng)用于當(dāng)前和未來氣候條件下植被生長(zhǎng)和植被覆蓋度的定量估算。例如，Potter等[6]利用CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型繪制了2000—2010年?yáng)|南亞地區(qū)的森林碳儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)變化。Sitch等[7]利用LPJ(Lund-Potsdam-Jena)模型對(duì)全球陸地碳循環(huán)進(jìn)行了研究。值得注意的是，LPJ模型充分模擬了陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)，從氣候強(qiáng)迫和特定的初始條件來預(yù)測(cè)生態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)。然而，由于模型構(gòu)建、碳儲(chǔ)量轉(zhuǎn)換系數(shù)和輸入數(shù)據(jù)的差異，森林碳儲(chǔ)量模擬結(jié)果差異較大[10]。

遙感技術(shù)具有廣泛的覆蓋面和重復(fù)觀測(cè)能力，促進(jìn)了森林碳儲(chǔ)量空間分布和時(shí)間變化的研究。例如，Liu等[8]通過衛(wèi)星觀測(cè)估算了1993—2012年全球森林和非森林生物群落的地上碳儲(chǔ)量，發(fā)現(xiàn)從2003年起，俄羅斯和中國(guó)的森林面積擴(kuò)大，熱帶森林砍伐量下降。Exbrayat等[3]利用衛(wèi)星觀測(cè)估算了1993—2012年期間砍伐森林和氣候變化對(duì)亞馬遜盆地地上碳儲(chǔ)量的影響。目前的遙感產(chǎn)品雖然具有較高的空間分辨率，但記錄長(zhǎng)度有限。最近，一些學(xué)者利用遙感估算和全球動(dòng)態(tài)植被模型分析了生態(tài)工程對(duì)森林碳儲(chǔ)量的影響。例如，Tong等[9]利用衛(wèi)星數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)中國(guó)西南喀斯特地區(qū)地上碳儲(chǔ)量在2000年后呈增加趨勢(shì)，而LPJ模型模擬的地上碳儲(chǔ)量呈下降趨勢(shì)，研究表明生態(tài)工程可以對(duì)碳循環(huán)起到積極作用，以減緩氣候變化。

長(zhǎng)江流域是我國(guó)生物多樣性保護(hù)的熱點(diǎn)地區(qū)和生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重點(diǎn)區(qū)域。2000年前后，國(guó)家在長(zhǎng)江流域啟動(dòng)實(shí)施了退耕還林、天然林資源保護(hù)工程，加快了長(zhǎng)江流域森林面積的顯著增加，提高了森林的固碳能力。前人在長(zhǎng)江流域?qū)ι痔純?chǔ)量時(shí)空變化進(jìn)行了一定研究。例如，賈松偉[11]利用第七次全國(guó)森林清查數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)江流域森林植被的碳儲(chǔ)量在1989—2008年間從1 345.30 Tg C增加到了1 924.98 Tg C。郭焱等[12]研究表明，1998—2008年實(shí)施天然林資源保護(hù)后，長(zhǎng)江上游森林碳儲(chǔ)量增加了705.12 Tg C。盡管一些學(xué)者對(duì)長(zhǎng)江流域森林碳儲(chǔ)量進(jìn)行了一定研究，但針對(duì)長(zhǎng)江流域森林碳儲(chǔ)量的整體性及系統(tǒng)研究報(bào)告較少。因此，本文基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)、遙感估算和LPJ模型模擬，探索1993—2012年長(zhǎng)江流域森林地上碳儲(chǔ)量的時(shí)空動(dòng)態(tài)變化及其驅(qū)動(dòng)因素。本研究對(duì)我國(guó)應(yīng)對(duì)氣候變化的可持續(xù)森林管理政策的制定具有一定的借鑒意義。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)域

長(zhǎng)江流域位于24°30′—35°45′N,90°33′—122°25′E，流域總面積為180萬km2，約占全國(guó)總面積的18.75%。長(zhǎng)江是我國(guó)第一、世界第三大河。長(zhǎng)江流域指長(zhǎng)江干流和支流流經(jīng)的廣大區(qū)域。由嘉陵江等11大水系構(gòu)成，西自發(fā)源地青海，東至上海，涉及19個(gè)省、自治區(qū)和直轄市。由于氣候條件優(yōu)越，長(zhǎng)江流域具有豐富的森林資源。山地寒溫性針葉林主要分布在長(zhǎng)江江源區(qū)，而亞熱帶常綠闊葉林則分布在長(zhǎng)江流域中下游。此外，長(zhǎng)江上游的森林是中國(guó)三大林區(qū)之一。

1.2 數(shù)據(jù)來源

從中國(guó)森林生態(tài)系統(tǒng)生物量數(shù)據(jù)庫(kù)中，共收集了長(zhǎng)江流域454個(gè)實(shí)測(cè)地上生物量的樣點(diǎn)[13]。實(shí)測(cè)地上碳儲(chǔ)量由地上生物量乘以植被含碳系數(shù)0.5得到[14]。遙感估算的地上碳儲(chǔ)量(Aboveground Biomass Carbon,ABC)來自1993—2012年0.25°分辨率下的全球衛(wèi)星植被光學(xué)深度(Vegetation Optical Depth,VOD)數(shù)據(jù)集(http:∥www.wenfo.org/wald/global-biomass)。模型模擬的地上碳儲(chǔ)量由空間分辨率為0.5°×0.5°的LPJ模型模擬得到(Simulated Aboveground Biomass Carbon,ABCsim)(表1)。

氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)來自1993—2012年長(zhǎng)江流域175個(gè)氣象觀測(cè)站(http:∥data.cma.cn)。LUCC(Land-Use and Land-Cover Change)數(shù)據(jù)來自中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http:∥www.resdc.cn)的中國(guó)1∶100萬比例尺土地利用現(xiàn)狀遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)(2010年)。LUCC分為森林、耕地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用土地。長(zhǎng)江流域森林分布如圖1所示。

表1 本研究中地上碳儲(chǔ)量數(shù)據(jù)的概述

圖1 研究區(qū)森林分布

1.3 研究方法

1.3.1 遙感數(shù)據(jù)介紹 遙感估算的地上碳儲(chǔ)量是基于1993年以后由一系列無源微波衛(wèi)星傳感器獲得的VOD數(shù)據(jù)集。VOD是地表植被總含水量的指標(biāo)，包括冠層和木質(zhì)成分[3]。因此，VOD數(shù)據(jù)集可以定性地捕捉不同土地覆蓋類型下植被含水量的長(zhǎng)期年際變化。地上碳儲(chǔ)量的計(jì)算主要通過以下步驟完成：首先，利用全球的地上植被碳密度基準(zhǔn)圖，建立地上生物量(Above-Ground Biomass,AGB)與VOD之間的關(guān)系；其次，將推導(dǎo)出的VOD-AGB關(guān)系應(yīng)用于所有年份的VOD地圖，得到了1993—2012年基于VOD的AGB地圖；最后，地上碳儲(chǔ)量由AGB根據(jù)的50%碳轉(zhuǎn)換系數(shù)估算[15]，推導(dǎo)了1993—2012年基于VOD的地上碳儲(chǔ)量。

1.3.2 LPJ模型介紹 LPJ模型在模擬陸地碳循環(huán)和水文循環(huán)中均有應(yīng)用。該模型主要考慮了植被光合作用、呼吸作用、凋落物分解、植被生長(zhǎng)和死亡的過程，并引進(jìn)了火災(zāi)的干擾機(jī)理。根據(jù)植物的生理、形態(tài)、物候、生物氣候?qū)W和火災(zāi)反應(yīng)特性，對(duì)植物功能類型分為10類。在這些植物功能類型中，碳庫(kù)主要存在于葉子、根、邊材和心材。

采用LPJ模型在0.5°空間分辨率下對(duì)地上碳儲(chǔ)量進(jìn)行模擬。LPJ模型模擬時(shí)，首先從1961—1990年氣候數(shù)據(jù)運(yùn)行1000年，使生態(tài)系統(tǒng)達(dá)到平衡。LPJ模型的輸入數(shù)據(jù)包括：月均氣溫、月降水、月云量、月濕潤(rùn)天數(shù)、土壤質(zhì)地和年CO2濃度資料驅(qū)動(dòng)LPJ模型。產(chǎn)出數(shù)據(jù)包括植被碳儲(chǔ)量、植被凈初級(jí)生產(chǎn)力、葉面積指數(shù)、蒸散等。

傳統(tǒng)建筑施工圖紙都是以平面效果顯示，而設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí)要有很強(qiáng)的立體感，并通過平面圖進(jìn)行建筑工程各項(xiàng)數(shù)據(jù)的體現(xiàn)，從而使施工人員能夠了解施工方案。不過，現(xiàn)代建筑工程的規(guī)模越來越大，其復(fù)雜程度也不能同日而語(yǔ)，工程設(shè)計(jì)人員憑借簡(jiǎn)單的線條圖已經(jīng)不能完全體現(xiàn)建筑工程的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，而施工人員對(duì)于平面圖的理解也有很高的難度，基于這種情況，越來越多的建筑企業(yè)開始應(yīng)用BIM技術(shù)，BIM技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)建筑工程設(shè)計(jì)的可視化，能夠直觀立體的展現(xiàn)建筑工程設(shè)計(jì)。不僅如此，通過BIM技術(shù)在工程設(shè)計(jì)過程中，也能夠標(biāo)注重點(diǎn)施工階段和位置，對(duì)不同構(gòu)件間的反饋與互動(dòng)進(jìn)行有效的結(jié)合，使工程設(shè)計(jì)的整個(gè)階段都實(shí)現(xiàn)可視化。

1.3.3 遙感與模型數(shù)據(jù)驗(yàn)證 首先，有必要對(duì)遙感估算、模型模擬和實(shí)測(cè)的地上碳儲(chǔ)量進(jìn)行對(duì)比研究。為了使實(shí)測(cè)值與遙感估算、模型模擬的尺度能夠匹配，采用如下方法進(jìn)行比較。如果一個(gè)森林像元中出現(xiàn)兩個(gè)或多個(gè)樣地，則可以將該像元的值與像元中樣地的平均值進(jìn)行比較[16]。經(jīng)處理后，研究區(qū)有效值為103個(gè)樣點(diǎn)。如圖2所示，1993—2012年遙感估算與實(shí)測(cè)的地上碳儲(chǔ)量之間的關(guān)系顯著(p<0.01)。同時(shí)，LPJ模擬與實(shí)測(cè)的地上碳儲(chǔ)量的關(guān)系也有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p<0.01)。因此，遙感估算和LPJ模擬的地上碳儲(chǔ)量可用于本研究。從圖3的空間分布可以看出，遙感估算和LPJ模擬的地上碳儲(chǔ)量的空間分布總體上是一致的，但也存在差異。

圖2 1993-2012年長(zhǎng)江流域遙感估算、LPJ模擬與實(shí)測(cè)森林地上碳儲(chǔ)量的關(guān)系

1.3.4 統(tǒng)計(jì)方法 利用地理信息系統(tǒng)對(duì)氣象數(shù)據(jù)、地上碳儲(chǔ)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和空間插值，得到柵格圖像。克里金方法是對(duì)空間分布數(shù)據(jù)進(jìn)行最優(yōu)的插值法。本文采用簡(jiǎn)單線性回歸法進(jìn)行長(zhǎng)期趨勢(shì)檢驗(yàn)。簡(jiǎn)單線性回歸法是一種參數(shù)檢驗(yàn)方法，它由兩個(gè)步驟組成，分別以時(shí)間t為自變量和植被變量(即本研究中的ABC或ABCsim)為因變量；采用t檢驗(yàn)對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)[17]。以95%置信區(qū)間作為閾值，對(duì)顯著增加和顯著減少進(jìn)行分類。本文使用相關(guān)性分析法來研究氣溫降水與地上碳儲(chǔ)量之間的相關(guān)程度。相關(guān)系數(shù)的顯著性在0.05置信水平進(jìn)行評(píng)估。同樣采用t檢驗(yàn)對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。本文分析了長(zhǎng)江流域地上碳儲(chǔ)量與溫度距平和降水距平的關(guān)系。本文定義地上碳儲(chǔ)量距平為1993—2012年期間各年的地上碳儲(chǔ)量與20 年平均地上碳儲(chǔ)量之間的差值。

2 研究結(jié)果

2.1 長(zhǎng)江流域森林地上碳儲(chǔ)量的空間分布

長(zhǎng)江流域森林碳密度空間分布在不同區(qū)域間存在較大差異(圖3)。圖3A顯示了遙感估算的森林碳密度變化區(qū)間為5.9 ～117.18 Mg/hm2，平均值為41.53 Mg/hm2。依據(jù)全國(guó)第7次森林資源連續(xù)清查資料(2004—2008年)，全國(guó)喬木林的碳密度為42.82 Mg/hm2 [18]，與本文研究結(jié)果接近。LPJ模擬估算的年均碳密度為63.32 Mg/hm2，高于遙感估算的值。從圖3A可以看出，四川盆地嘉陵江流域和鄱陽(yáng)湖流域森林地上碳儲(chǔ)量相對(duì)較高，長(zhǎng)江中下游及西部山區(qū)的地上碳儲(chǔ)量相對(duì)較低。從圖3B可以看出，烏江流域森林地上碳儲(chǔ)量較高，這與圖3A分布不同。LPJ模擬估算的碳儲(chǔ)量的空間分布與長(zhǎng)江流域的溫度、降水格局相對(duì)一致。而遙感估算的碳儲(chǔ)量的空間分布受氣候變化和區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響。長(zhǎng)江流域中下游地區(qū)經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)，對(duì)森林的開發(fā)和利用強(qiáng)度都高于長(zhǎng)江上游地區(qū)。在長(zhǎng)江流域中下游，雖然氣溫、降水、光照等自然條件優(yōu)越，但經(jīng)濟(jì)利益驅(qū)動(dòng)下的人類活動(dòng)對(duì)森林造成了極大的破壞。

圖3 1993-2012年長(zhǎng)江流域森林地上碳儲(chǔ)量遙感估算、LPJ模擬的空間變化

2.2 長(zhǎng)江流域森林地上碳儲(chǔ)量的年際變化

圖4展示了長(zhǎng)江流域森林地上碳儲(chǔ)量的變化趨勢(shì)。如圖4A所示，長(zhǎng)江流域大部分地區(qū)森林地上碳儲(chǔ)量呈顯著增加趨勢(shì)，長(zhǎng)江上游有部分地區(qū)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)江流域森林地上碳儲(chǔ)量呈增加趨勢(shì)的占總研究區(qū)域的67 %，其中顯著增加的占59.68%；呈減少趨勢(shì)的區(qū)域占10.08%，其中4.45%為顯著減少，呈減少趨勢(shì)的主要分布在長(zhǎng)江流域西北部地區(qū)；其中呈無變化趨勢(shì)的區(qū)域占22.92%。如圖4B所示，長(zhǎng)江流域大部分地區(qū)呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，鄱陽(yáng)湖流域呈減少趨勢(shì)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，研究區(qū)域森林地上碳儲(chǔ)量呈增加趨勢(shì)的占總研究區(qū)域的49.58 %，其中顯著增加的占35.42%；呈減少趨勢(shì)的區(qū)域占39.17%，其中14.58%為顯著減少；其中呈無變化趨勢(shì)的區(qū)域占11.25%?？傮w顯示，長(zhǎng)江流域森林碳儲(chǔ)量在近20 a呈增加趨勢(shì)。

如圖4C所示，遙感估算的森林碳庫(kù)從1993年的2 563.91 Tg C上升到2012年的2 893.17 Tg C，增長(zhǎng)率為12.84%。森林碳庫(kù)增長(zhǎng)率由1993—2000年的3.15%提高到2001—2012年的8.01%。而LPJ模擬的森林碳庫(kù)從1993年的4 159.06 Tg C上升到2012年的4 210.88 Tg C，增長(zhǎng)率僅為1.25%。事實(shí)上，2000年之前遙感估算與LPJ模擬的森林碳庫(kù)的變化規(guī)律相似。2000年實(shí)施生態(tài)工程之后，遙感估算的碳庫(kù)迅速增長(zhǎng)。

2.3 氣候變化對(duì)長(zhǎng)江流域森林地上碳儲(chǔ)量的影響

圖5為1993—2012年長(zhǎng)江流域森林地上碳儲(chǔ)量與溫度、降水的相關(guān)性空間分布。如圖5A所示，除岷江流域和嘉陵江流域外，長(zhǎng)江流域森林地上碳儲(chǔ)量76.19%的像元與溫度呈正相關(guān)關(guān)系。而森林地上碳儲(chǔ)量與長(zhǎng)江流域大部分降水呈負(fù)相關(guān)，洞庭湖流域森林地上碳儲(chǔ)量與降水呈顯著負(fù)相關(guān)(圖5B)。LPJ模擬的森林地上碳儲(chǔ)量也有類似的結(jié)果，58.75%的森林地上碳儲(chǔ)量與溫度呈正相關(guān)(圖5C)。然而，洞庭湖流域和漢江流域森林地上碳儲(chǔ)量與氣溫呈負(fù)相關(guān)。此外，57.92%的森林地上碳儲(chǔ)量與降水呈負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖5D)。因此，長(zhǎng)江流域森林地上碳儲(chǔ)量與溫度呈正相關(guān)關(guān)系，但與降水呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

圖4 1993-2012年長(zhǎng)江流域森林地上碳儲(chǔ)量遙感估算、LPJ模擬變化趨勢(shì)的空間分布及遙感估算和LPJ模擬的森林碳庫(kù)變化的時(shí)間序列

為更好地理解森林地上碳儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)變化與氣候變化的關(guān)系,分析了森林地上碳儲(chǔ)量距平與氣候距平的關(guān)系(圖6)。如圖6A，6C所示，1993—2012年研究區(qū)森林地上碳儲(chǔ)量距平與溫度距平呈增加的變化趨勢(shì)。然而，研究區(qū)森林地上碳儲(chǔ)量距平與降水距平的變化趨勢(shì)相反(圖6B，6D)。但需要注意的是，在2000年之后遙感估算的森林地上碳儲(chǔ)量增加的幅度大于溫度、降水的變化的幅度，LPJ模擬的森林地上碳儲(chǔ)量與溫度、降水都呈微弱的變化幅度。總體而言，森林地上碳儲(chǔ)量隨溫度的增加而增加，隨降水的減少而增加。

圖5 基于遙感估算的森林地上碳儲(chǔ)量與溫度、降水的空間相關(guān)性及LPJ模擬的森林地上碳儲(chǔ)量與溫度、降水的空間相關(guān)性

圖6 基于遙感估算的森林地上碳儲(chǔ)量變化與溫度變化、降水變化的關(guān)系及LPJ模擬的森林地上碳儲(chǔ)量變化與溫度變化、降水變化的關(guān)系

3 討 論

長(zhǎng)江流域是我國(guó)重要的亞熱帶林區(qū)，尤其是長(zhǎng)江上游地區(qū)。嘉陵江流域和漢江流域的森林地上碳儲(chǔ)量相對(duì)較高，而西部山區(qū)相對(duì)較低。這種分布格局與植被類型、氣溫和降水分布密切相關(guān)。針葉林分布在嘉陵江流域和漢江流域，具有較高的生物量和碳儲(chǔ)量。然而，青海省森林資源相對(duì)匱乏，森林碳儲(chǔ)量較低。這與之前的研究相似。例如，張林等[19]基于森林資源調(diào)查資料，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，四川盆地和嘉陵江流域的森林碳密度較高。劉雙娜等[20]等利用國(guó)家第六次森林清查資料和遙感數(shù)據(jù)，結(jié)果表明長(zhǎng)江流域四川、云南兩省生物量值較大，西部山區(qū)生物量值較低。我們的研究結(jié)果還表明，近20 a來長(zhǎng)江流域森林地上碳儲(chǔ)量呈顯著增長(zhǎng)趨勢(shì)。遙感估算的森林碳庫(kù)從1993年的2 563.91 Tg C增加到2012年的2 893.17 Tg C，增長(zhǎng)率為12.84%。已有學(xué)者對(duì)長(zhǎng)江流域碳儲(chǔ)量的變化做出類似的研究[11-12]。

本文中森林地上碳儲(chǔ)量與溫度呈正相關(guān)關(guān)系，但與降水呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。這與之前的研究結(jié)果相似。例如，Lucht等[21]發(fā)現(xiàn)當(dāng)北半球氣溫上升0.8℃，植被呈現(xiàn)出變綠的趨勢(shì)。Peuelas等[22]研究表明，歐洲地區(qū)當(dāng)氣溫升高約1℃時(shí)，灌木林生態(tài)系統(tǒng)的地上碳儲(chǔ)量會(huì)增加15%。然而，極端干旱可能對(duì)植被活動(dòng)產(chǎn)生不利影響。Yang等[23]的研究表明，在2005年的特大干旱之后，整個(gè)亞馬遜流域的碳損失率達(dá)到了平均每年(0.3±0.2) Pg C。此外，Clifford等[24]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)年平均降水量大于600 mm時(shí)，森林對(duì)溫度更加敏感，降水量的減少可以間接促進(jìn)森林活動(dòng)。Stegen等[25]發(fā)現(xiàn)在相對(duì)干燥的環(huán)境中降水對(duì)森林碳儲(chǔ)量的變化具有重要的驅(qū)動(dòng)作用，而在相對(duì)濕潤(rùn)地區(qū)溫度等其他因素對(duì)植被碳儲(chǔ)量起決定性作用?？偟膩碚f，降水增加超過植被所需時(shí)，對(duì)植被活動(dòng)產(chǎn)生不利的影響。

生態(tài)工程對(duì)森林地上碳儲(chǔ)量變化也起到了重要作用。遙感估算森林地上碳儲(chǔ)量的增長(zhǎng)率由1993—2000年的3.15%提高到2001—2012年的8.01%。遙感估算和LPJ模擬的地上碳儲(chǔ)量的變化趨勢(shì)在2000年前是比較一致的。但2000年實(shí)施重大生態(tài)工程后，遙感估算的地上碳儲(chǔ)量迅速增加。為了應(yīng)對(duì)氣候變化，改善生態(tài)環(huán)境，我國(guó)在長(zhǎng)江流域?qū)嵤┑娜笊鷳B(tài)工程見表2。天然林資源保護(hù)工程始于2000年，目的是對(duì)生物多樣性保護(hù)、減少土壤侵蝕和洪水的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)起到了對(duì)其他自然災(zāi)害的預(yù)防作用。退耕還林工程始于1999年，促進(jìn)了荒山荒地向森林的轉(zhuǎn)變。退耕還林工程是目前世界上規(guī)模最大的生態(tài)工程。三北、長(zhǎng)江流域等重點(diǎn)防護(hù)林建設(shè)工程始于1978年，是針對(duì)長(zhǎng)江流域等生態(tài)脆弱地區(qū)而建立的，旨在抗洪、減少水土流失。通過生態(tài)工程的實(shí)施，長(zhǎng)江流域森林面積不斷擴(kuò)大，森林碳匯逐漸增加。植樹造林和生態(tài)工程對(duì)植被覆蓋度和碳儲(chǔ)量有顯著的影響，這與其他研究結(jié)果一致。例如，Woodbury等[26]研究發(fā)現(xiàn)，從1990—2004年，實(shí)施植樹造林促進(jìn)美國(guó)地區(qū)的森林固碳能力提高到平均每年11 Tg C。Ouyang等[27]指出中國(guó)實(shí)施生態(tài)工程對(duì)碳匯的增加做出了重要貢獻(xiàn)，2000—2010年中國(guó)的碳匯增加了23.4%。Li等[28]認(rèn)為，森林碳儲(chǔ)量的增加主要由森林面積擴(kuò)大和植被生長(zhǎng)促進(jìn)，特別是造林計(jì)劃的實(shí)施。

表2 長(zhǎng)江流域三大生態(tài)工程基本概述

由于數(shù)據(jù)的限制，研究結(jié)果存在一定的不確定性。其一，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來自中國(guó)森林生態(tài)系統(tǒng)生物量數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建是根據(jù)1978—2008年公開發(fā)表和出版的中國(guó)森林生物量研究的資料，并篩選出具有代表性、客觀性和可比性的數(shù)據(jù)資料，在篩選過程中有可能存在一定誤差；其二，不同數(shù)據(jù)之間的分辨率可能也會(huì)影響到研究結(jié)果精度。如遙感估算的地上碳儲(chǔ)量的分辨率是0.25°，但LPJ模型模擬的地上碳儲(chǔ)量的分辨率是0.5°。誠(chéng)然，本研究主要集中在長(zhǎng)江流域區(qū)域尺度使用地上碳儲(chǔ)量數(shù)據(jù)集來評(píng)價(jià)近20 年的植被活動(dòng)，并沒有直接量化氣候變化和生態(tài)工程對(duì)森林碳儲(chǔ)量的影響。但是我們研究使用了遙感估算和LPJ模型模擬對(duì)比，強(qiáng)調(diào)了生態(tài)工程重要性。生態(tài)工程可促進(jìn)植被的綠化趨勢(shì)，并對(duì)植被的固碳能力產(chǎn)生積極影響，這表明有必要將氣候變化和生態(tài)工程的雙重影響納入未來植被碳儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)變化的研究之中。

4 結(jié) 論

(1) 遙感估算的長(zhǎng)江流域森林地上碳儲(chǔ)量在1993—2012年呈顯著增長(zhǎng)趨勢(shì)。碳庫(kù)從1993年的2 563.91 Tg C增加到2012年的2 893.17 Tg C，增長(zhǎng)率為12.84%。森林地上碳儲(chǔ)量的分布具有明顯的空間異質(zhì)性，嘉陵江流域和漢江流域森林地上碳儲(chǔ)量值較高，西部山區(qū)較低。

(2) 氣候變化，尤其是降水和溫度的變化，對(duì)于森林地上碳儲(chǔ)量有著重要影響?？傮w上，長(zhǎng)江流域地區(qū)森林地上碳儲(chǔ)量與溫度呈正相關(guān)關(guān)系，但與降水呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。森林地上碳儲(chǔ)量隨溫度的增加而增加，隨降水的減少而增加。

(3) 從森林地上碳儲(chǔ)量變化的時(shí)間序列表現(xiàn)出，遙感估算的森林碳庫(kù)增長(zhǎng)率由1993—2000年的3.15%提高到2001—2012年的8.01%。LPJ模擬的碳庫(kù)從1993年的4 159.06 Tg C增加到2012年的4 210.88 Tg C，增長(zhǎng)率僅為1.25%。長(zhǎng)江流域森林地上碳儲(chǔ)量的增加可能是由于2000年后生態(tài)工程的實(shí)施。