基于遥感技术的红树林生态系统多层次评估——以九龙江河口红树林为例

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红树林生态系统为人类提供了大量的生态、经济和社会效益。在福建省九龙江河口,由于人为活动等原因,大量红树林已遭受破坏,同时为恢复和重建红树林的生态功能,红树林造林计划也已展开。然而,该区域红树林的总体状况仍有待进一步了解。实地调查红树林的状态需要花费大量人力物力;遥感技术则提供了一个有效的手段来准确评估红树林的分布、地上生物量和生态系服务价值等。利用遥感技术的红树林研究在该地区鲜有报道。本研究基于遥感技术对九龙江河口红树林生态系统进行多层次综合评估:利用Landsat影像研究了红树林分布和地上生物量(AGB)在三个时期(1995-2004、2004-2014和1995-2014年)的变化情况;综合评估了高分辨率遥感影像(PLEIADES)不同窗口大小下的纹理指数量化红树林地上碳储量的潜在能力,并对地上碳储量进行了精确估算;结合高分辨率卫星数据(PLEIADES)、市场价格法和替代成本法,提出了一个基于像元的生态系统服务价值计算方法,估算了九龙江河口红树林潜在生态系统服务价值(海岸保护、碳固定、营养去除和重金属去除)及其空间变异性。本研究旨在基于遥感技术深入了解红树林状态,探究其变化的原因,为该地区红树林管理提供科学的依据。主要研究结果如下:(1)1995-2014年,红树面积和AGB均呈增加趋势,其中,红树林面积和AGB净增加速率分别为5.5%和7.2%。红树林扩张是面积和AGB增加的主要原因。此外,在不扩大面积的情况下,红树林自身生长对AGB的增加也有很大的贡献潜力。与AGB相似,地上碳储量从1995年的57t C/ha增加到2014年的79 t C/ha,这说明该地区的红树林在缓解全球气候变暖中发挥着积极的作用。然而,由于人类活动的不断增加,红树林的面积仍存在减少的情况,此外,潮差变化也可能是红树林减少的另一个重要原因。(2)基于纹理的模型具有更好的地上碳储量(AGC)估算潜力,其R2值可达0.934,RMSE值为3.76 t C/ha。研究表明,随着纹理计算窗口大小的增大,R2值增大,RMSE值减小。根据验证结果,最佳模型为模型7(R2=0.878),最终运用模型7对该地区AGC进行了准确量化。利用该模型计算得到的选定区域的AGC值范围从1到153 t C/ha。(3)由于红树林离海岸距离差异以及红树林所处生长阶段不同,红树林生态系统服务价值具有很大的变异性。研究区红树林生态系统服务的总估值为287,993 US$/a(约 1,650 US$/ha/a,174.58 ha)。海岸保护提供的价值最高(239,683 US$/a),占生态系统服务总价值的83.23%,其次是营养盐去除(25,283 US$/a),占生态系统服务总价值的8.78%,与沿海保护和营养盐去除相比,重金属去除(10,289 US$/a)和碳汇(2015 年 12,738 US$/a)价值相对较低。
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