基于3S技术的南瓮河国家级自然保护区植被地上生物量初步估计

李慧仁，王立中，刘学爽，胡林林，韦昌雷

(大兴安岭林业集团公司农业林业科学研究院,黑龙江嫩江源森林生态系统国家定位观测研究站，黑龙江 大兴安岭 157000)



基于3S技术的南瓮河国家级自然保护区植被地上生物量初步估计

李慧仁，王立中，刘学爽，胡林林，韦昌雷

(大兴安岭林业集团公司农业林业科学研究院,黑龙江嫩江源森林生态系统国家定位观测研究站，黑龙江 大兴安岭 157000)

摘要以黑龙江省南瓮河国家级自然保护区为研究对象，利用3S技术完成保护区内各地类的区划、判读，然后进行野外植被生物量实测工作。通过统计分析，得到研究区内植被地上生物量总量为1 284.96万t。保护区最大的景观格局为森林，面积占总面积的58%，生物量占到总量的92%；其次是草本沼泽。二者面积占总面积的95%，生物量占总生物量的98.85%，是保护区内主要的景观类型。

关键词南瓮河；生物量；3S技术

2003年6月，国务院批准晋升黑龙江省级自然保护区-南瓮河保护区为国家级自然保护区，该保护区属于湿地生态系统类型的自然保护区，也是我国寒温带林区较大型的湿地类型自然保护区，又是嫩江水系的主要发源地和珍稀水禽的繁衍栖息地。2007年，国家林业局大兴安岭林业调查规划设计院对南瓮河国家级自然保护区进行了林业专业调查，其中对24种野生经济植物总储量进行调查，并研究得到25种经济植物的干湿系数。这是迄今对南瓮河自然保护区内植被生物量做的唯一一次全面调查统计。

基于传统方法进行湿地植被生物量研究，不仅费时费力，研究结果往往难以对中等或区域尺度的湿地植被量进行估算，而且野外条件的复杂性和对湿地植被类型的典型分布缺少全局观，限制了样本的有效数量。为了克服这一不足，许多研究倾向于利用遥感技术对植被生物量区划、判读[1-5]，但遥感技术的不足之处也显而易见，那就是能判读出景观格局，不能对地下生物量进行测算[6]。

本文采用遥感、地理信息系统和全球定位系统相结合的方法，以Landsat TM数据为主信息源，以传统林业专业调查为辅助。首次对南瓮河自然保护区地上植被生物量进行研究。

1研究区概况

黑龙江省南瓮河自然保护区位于大兴安岭东部林区东南部，大兴安岭支脉伊勒呼里山南麓，北以伊勒呼里山为界与新林林业局相邻，东以二根河为界与呼玛县林业局相望，南与加格达奇林业局毗邻，西与松岭林业局接壤。地理坐标为125°01′42″—125°50′03″ E；50°59′56″—51°39′37″ N。南北长约72.7 km，东西宽约57.3 km。总面积229 523 hm2。地势北高南低，西高东低，海拔高一般为500～800 m，最低海拔370 m，最高1 041 m。保护区地处寒温带，属寒温带湿润型气候。冬季严寒干燥，夏季温暖多雨。年平均气温-3 ℃。极端最低温度-48 ℃，最高温度36 ℃。≥10 ℃的年积温在1 400～1 500 ℃，年平均降水量为500 mm。5月下旬开始进入无霜期，延续到9月上旬，为时90～100 d，植物生长期较短。5—6月因蒙古草原风的作用，蒸发量为降水量的2～2.5倍，形成云雾少，日照强，温度低的气候特点，林木火险增多，故大多阳坡受火灾影响发育为草原化的干山坡。7—8月集中降雨，形成有利于植物生长的条件。但因冻土层的普遍存在，使土层透水性极差，降水大多滞留于地表，形成广泛分布的沼泽植被。9月末、10月初开始降雪，消融时间为次年4月下旬、5月上旬，稳定积雪覆盖日数可达200 d以上，最大积雪厚度30～40 cm。

南瓮河自然保护区在大兴安岭植被区划中，属南部柞树-兴安落叶松林区，植被较丰富，植被组成具有寒温带与温带综合特点。主要乔木树种有兴安落叶松、白桦、山杨、柞树、柳树等，这些乔木树种构成保护区森林资源的主体。主要灌木有榛子、东北赤杨、丛桦、兴安杜鹃、胡枝子、绣线菊等，前3种灌木主要构成灌丛。主要地被物为大叶樟、杜香、笃斯越橘、越橘、鹿蹄草等及各类蕨菜、草苁蓉、苔藓等。张玉民等也对南瓮河湿地动植物进行研究，对其生态效益进行评价[7]。

2数据来源及预处理

2.1遥感数据来源及预处理

数据源为2010年Landsat TM遥感影像，2007年1∶10万南瓮河自然保护区地形林相图。其他辅助解译资料有：SPOT5卫片、Word view0.5m全色影像。数据处理软件为ENVI4.8、ArcGIS10.0、Fragstats4.1、Google Earth、Excel。解译过程见参考文献[8]。

2.2植被样地设置及实地调查

8月植被生长茂盛期间，对研究区内植被生物量进行野外采集实测工作。具体如下:以遥感图像为主要依据，利用手持GPS和地形图进行定位，设置调查样地并进行采样，选择的采样点应植被分布均匀、交通方便。样地依采样植被种类差异设置相应样方。乔木林分4种林型：落叶松纯林、落叶松-白桦林、白桦纯林、其他阔叶树林，样方大小为5 m×5 m，记录乔木种类、胸径、树高等数据，根据已知的生长方程，算出生物量。灌木样方1 m×1 m、湿地样方0.5 m×0.5 m。采用全收割，记录地上部分生物量。

3结果与分析

3.1景观格局分布情况

根据上述研究分析过程制作出南瓮河自然保护区湿地景观格局分布图，该区域内有7种景观类型：草本沼泽、灌丛沼泽、森林沼泽、永久性河流、道路、森林、沼泽化草甸。同时统计得到的各类型面积计入表3。

3.2植被生物量实测值

对南瓮河自然保护区5种景观类型进行野外生物量采集。经实验室烘干、称质量、统计得到生物量数据，结果见表1。

表1　南瓮河自然保护区野外生物量采集数据统计　gm-2

表1　南瓮河自然保护区野外生物量采集数据统计　gm-2

类型样点数/个最小值最大值平均值标准差森林193782139528893865草本沼泽9958102398656灌丛沼泽9575756658423森林沼泽122824553639551240沼泽化草甸643656348653

经过计算统计，森林类型中落叶松纯林生物量为37～53 thm-2、落叶松-白桦林45～69 thm-2、白桦纯林89～139 thm-2、其他阔叶树林95～110 thm-2，平均值为88.93 thm-2；森林沼泽因常年积水，主要乔木类型为毛赤杨，草本多为苔草和其他水生植物群落，其平均生物量为39.55 thm-2；草本沼泽主要植物为大叶樟、小叶樟为主的植被群落，平均生物量为9.86 thm-2；灌丛沼泽主要灌木为柴桦、笃斯越橘，平均生物量为6.58 thm-2；沼泽化草甸主要植被为苔草苔草及其他水生植物群落，平均生物量为4.86 thm-2。

3.3南瓮河植被生物量估算

由表2可以看出：南瓮河自然保护区植被地上生物量总量为1 284.96万t。其中，森林生物量为1 186.6万t，占总生物量的92.37%。草本沼泽生物量为83.32万t占总生物量的6.48%。森林沼泽生物量为13.11万t，占总生物量的1.02%。灌丛沼泽和沼泽化草甸生物量共计1.57万t，只占总生物量的0.13%。

由表2可以看出，南瓮河自然保护区最大的景观格局为森林，面积占总面积的58%，但生物量却占到总量的92%以上，其次是草本沼泽，面积占总面积的37%，两者面积总和占总面积的95%，生物量总和占总生物量的98.85%，说明森林和草本沼泽是保护区内主要的景观类型，构成了保护区生态结构的主体。

表2　南瓮河自然保护区各景观类型面积、植被生物量统计

4结论与讨论

4.1黑龙江省南瓮河自然保护区植被地上生物量总量为1 284.96万t，其中，森林生物量为1 186.6万t、草本沼泽生物量为83.32万t、森林沼泽生物量为13.11万t、灌丛沼泽和沼泽化草甸生物量共计1.57万t。

4.2保护区最大的景观格局为森林，面积占总面积的58%，生物量占到总量的92%以上，其次是草本沼泽，两者面积总和占总面积的95%，生物量总和占总生物量的98.85%，是保护区内主要的景观类型。

4.3本研究对黑龙江省南瓮河自然保护区植被地上生物量进行了初步统计，缺少连续多年动态研究分析，这也成为今后研究的一个方向。

参考文献：

[1] 李颖,张养贞,张树文.三江平原沼泽湿地景观格局变化及其生态效应[J].地理科学，2002(6)：677-681

[2] 莫利江,曹宇,胡远满,等.面向对象的湿地景观遥感分类—以杭州湾南岸地区为例[J].湿地科学，2012(2)：206-212

[3] 温兆飞,张树清,陈春,等.三江源区湖泊和沼泽遥感影像分类研究[J].湿地科学，2010(2)：132-137

[4] 郭俊光,唐志强.南瓮河国家级自然保护区湿地资源与功能评价分析[J]. 内蒙古林业调查设计，2008，31(8)：11-14

[5] 孙永军,童庆禧,秦其明.利用面向对象方法提取湿地信息[J].国土资源遥感，2008(1)：79-82

[6] 李仁东,刘纪远.应用LandsatETM数据估算鄱阳湖湿生植被生物量[J].地理学报,2001.56,533-540

[7] 张玉民,孙天洪.嫩江源头—南瓮河森林湿地自然保护区综合效益评价[J].内蒙古林业调查设计，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

中图分类号：S759.9

文献标识码：A

doi:10.13601/j.issn.1005-5215.2016.04.022

基金项目：国家公益性行业专项经费项目(201004074)

作者简介：李慧仁(1983-)，男，新疆昌吉人，硕士研究生，工程师，主要从事林学研究，Email：15904570285@163.com通讯作者：王立中，高级工程师，Email：2187876@163.com

收稿日期：2016-03-07

文章编号：1005-5215(2016)04-0064-03