基于3S技術的南甕河國家級自然保護區植被地上生物量初步估計

李慧仁，王立中，劉學爽，胡林林，韋昌雷

(大興安嶺林業集團公司農業林業科學研究院,黑龍江嫩江源森林生態系統國家定位觀測研究站，黑龍江 大興安嶺 157000)

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基于3S技術的南甕河國家級自然保護區植被地上生物量初步估計

李慧仁，王立中，劉學爽，胡林林，韋昌雷

(大興安嶺林業集團公司農業林業科學研究院,黑龍江嫩江源森林生態系統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區為研究對象，利用3S技術完成保護區內各地類的區劃、判讀，然后進行野外植被生物量實測工作。通過統計分析，得到研究區內植被地上生物量總量為1 284.96萬t。保護區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%，是保護區內主要的景觀類型。

關鍵詞南甕河；生物量；3S技術

2003年6月，國務院批準晉升黑龍江省級自然保護區-南甕河保護區為國家級自然保護區，該保護區屬于濕地生態系統類型的自然保護區，也是我國寒溫帶林區較大型的濕地類型自然保護區，又是嫩江水系的主要發源地和珍稀水禽的繁衍棲息地。2007年，國家林業局大興安嶺林業調查規劃設計院對南甕河國家級自然保護區進行了林業專業調查，其中對24種野生經濟植物總儲量進行調查，并研究得到25種經濟植物的干濕系數。這是迄今對南甕河自然保護區內植被生物量做的唯一一次全面調查統計。

基于傳統方法進行濕地植被生物量研究，不僅費時費力，研究結果往往難以對中等或區域尺度的濕地植被量進行估算，而且野外條件的復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量。為了克服這一不足，許多研究傾向于利用遙感技術對植被生物量區劃、判讀[1-5]，但遙感技術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行測算[6]。

本文采用遙感、地理信息系統和全球定位系統相結合的方法，以Landsat TM數據為主信息源，以傳統林業專業調查為輔助。首次對南甕河自然保護區地上植被生物量進行研究。

1研究區概況

黑龍江省南甕河自然保護區位于大興安嶺東部林區東南部，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局相鄰，東以二根河為界與呼瑪縣林業局相望，南與加格達奇林業局毗鄰，西與松嶺林業局接壤。地理坐標為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。總面積229 523 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。保護區地處寒溫帶，屬寒溫帶濕潤型氣候。冬季嚴寒干燥，夏季溫暖多雨。年平均氣溫-3 ℃。極端最低溫度-48 ℃，最高溫度36 ℃。≥10 ℃的年積溫在1 400～1 500 ℃，年平均降水量為500 mm。5月下旬開始進入無霜期，延續到9月上旬，為時90～100 d，植物生長期較短。5—6月因蒙古草原風的作用，蒸發量為降水量的2～2.5倍，形成云霧少，日照強，溫度低的氣候特點，林木火險增多，故大多陽坡受火災影響發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，消融時間為次年4月下旬、5月上旬，穩定積雪覆蓋日數可達200 d以上，最大積雪厚度30～40 cm。

南甕河自然保護區在大興安嶺植被區劃中，屬南部柞樹-興安落葉松林區，植被較豐富，植被組成具有寒溫帶與溫帶綜合特點。主要喬木樹種有興安落葉松、白樺、山楊、柞樹、柳樹等，這些喬木樹種構成保護區森林資源的主體。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植物進行研究，對其生態效益進行評價[7]。

2數據來源及預處理

2.1遙感數據來源及預處理

數據源為2010年Landsat TM遙感影像，2007年1∶10萬南甕河自然保護區地形林相圖。其他輔助解譯資料有：SPOT5衛片、Word view0.5m全色影像。數據處理軟件為ENVI4.8、ArcGIS10.0、Fragstats4.1、Google Earth、Excel。解譯過程見參考文獻[8]。

2.2植被樣地設置及實地調查

8月植被生長茂盛期間，對研究區內植被生物量進行野外采集實測工作。具體如下:以遙感圖像為主要依據，利用手持GPS和地形圖進行定位，設置調查樣地并進行采樣，選擇的采樣點應植被分布均勻、交通方便。樣地依采樣植被種類差異設置相應樣方。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、樹高等數據，根據已知的生長方程，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結果與分析

3.1景觀格局分布情況

根據上述研究分析過程制作出南甕河自然保護區濕地景觀格局分布圖，該區域內有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。同時統計得到的各類型面積計入表3。

3.2植被生物量實測值

對南甕河自然保護區5種景觀類型進行野外生物量采集。經實驗室烘干、稱質量、統計得到生物量數據，結果見表1。

表1　南甕河自然保護區野外生物量采集數據統計　gm-2

表1　南甕河自然保護區野外生物量采集數據統計　gm-2

類型樣點數/個最小值最大值平均值標準差森林193782139528893865草本沼澤9958102398656灌叢沼澤9575756658423森林沼澤122824553639551240沼澤化草甸643656348653

經過計算統計，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：南甕河自然保護區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，南甕河自然保護區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區內主要的景觀類型，構成了保護區生態結構的主體。

表2　南甕河自然保護區各景觀類型面積、植被生物量統計

4結論與討論

4.1黑龍江省南甕河自然保護區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1.57萬t。

4.2保護區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%，是保護區內主要的景觀類型。

4.3本研究對黑龍江省南甕河自然保護區植被地上生物量進行了初步統計，缺少連續多年動態研究分析，這也成為今后研究的一個方向。

參考文獻：

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

[2] 莫利江,曹宇,胡遠滿,等.面向對象的濕地景觀遙感分類—以杭州灣南岸地區為例[J].濕地科學，2012(2)：206-212

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

[4] 郭俊光,唐志強.南甕河國家級自然保護區濕地資源與功能評價分析[J]. 內蒙古林業調查設計，2008，31(8)：11-14

[5] 孫永軍,童慶禧,秦其明.利用面向對象方法提取濕地信息[J].國土資源遙感，2008(1)：79-82

[6] 李仁東,劉紀遠.應用LandsatETM數據估算鄱陽湖濕生植被生物量[J].地理學報,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區綜合效益評價[J].內蒙古林業調查設計，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

文獻標識碼：A

doi:10.13601/j.issn.1005-5215.2016.04.022

基金項目：國家公益性行業專項經費項目(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