中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所環(huán)江喀斯特生態(tài)系統(tǒng)觀測研究站王克林研究員團(tuán)隊在我國西南喀斯特地區(qū)不同恢復(fù)管理措施固碳效應(yīng)的識別與權(quán)衡方面取得重要進(jìn)展，相關(guān)研究成果于1月8日以研究論文（Article）Forest management in southern China generates short term extensive carbon sequestration發(fā)表在Nature Communications上。
在高強(qiáng)度人為干擾向大規(guī)模自然封育與人工造林背景下，我國西南喀斯特地區(qū)（西南8省區(qū)）生態(tài)環(huán)境狀況顯著改善，石漠化面積已實(shí)現(xiàn)了“持續(xù)凈減少”。然而，在前期西南喀斯特地區(qū)初步“變綠”基礎(chǔ)上，如何有效權(quán)衡自然恢復(fù)、人工造林、封禁保護(hù)等不同恢復(fù)管理措施，一直是政府后續(xù)生態(tài)工程實(shí)施關(guān)注的重點(diǎn)。區(qū)域尺度上不同人類管理措施對生態(tài)系統(tǒng)的影響及其效應(yīng)識別與量化一直是國內(nèi)外研究的難點(diǎn)和熱點(diǎn)。
論文第一作者童曉偉博士、Martin Brandt博士在王克林研究員、岳躍民研究員指導(dǎo)下，與丹麥哥本哈根大學(xué)地理系Rasmus Fensholt教授團(tuán)隊、法國環(huán)境與氣候科學(xué)實(shí)驗(yàn)室（LSCE）Philippe Ciais教授團(tuán)隊、中科院遙感與數(shù)字地球研究所張兵研究員團(tuán)隊等合作，將區(qū)域生態(tài)評估的學(xué)科前沿與喀斯特生態(tài)恢復(fù)的國家需求相結(jié)合，集成長時間序列光學(xué)遙感影像、微波遙感影像、高分辨率遙感影像（2m，10000余景）、機(jī)器學(xué)習(xí)算法及林業(yè)清查與統(tǒng)計數(shù)據(jù)，發(fā)展了基于林地出現(xiàn)概率及人為干擾持續(xù)時間、幅度、速率與方向的不同管理措施下區(qū)域植被景觀類型（老林/天然林、自然恢復(fù)、人工造林、毀林、人工林采伐與跡地更新等）遙感識別模型，量化了不同恢復(fù)管理措施的固碳效應(yīng)及其差異。研究發(fā)現(xiàn)在不同恢復(fù)管理措施下，西南地區(qū)森林覆蓋（高度≥5米）由1982年的21%增加到2016年的38%，2002-2017年西南地區(qū)植被地上生物量固碳速率為0.11±0.05PgCy-1，其中新建林的貢獻(xiàn)達(dá)32%，抵消了該區(qū)域過去6年人類化石燃料燃燒CO2排放的33%；老林/天然林面積僅占8.8%，但固定了研究區(qū)20.5%的碳，是相對穩(wěn)定的碳庫；2002-2017年自然恢復(fù)（面積5.4%）和人工造林（面積7.4%）的固碳速率分別達(dá)0.01 PgCy-1和0.021PgCy-1，對整個區(qū)域碳吸收的貢獻(xiàn)率分別為14%和18%；研究區(qū)2017年的木材產(chǎn)量是2003年的3倍，但人工林采伐區(qū)域的植被生長依然貢獻(xiàn)了約16%的碳匯。同時，研究發(fā)現(xiàn)8%的區(qū)域土壤水分顯著下降，且土壤水分降低的熱點(diǎn)區(qū)域主要集中在大規(guī)模人工造林的區(qū)域。
研究表明，西南地區(qū)過去15年約有30%的區(qū)域被受保護(hù)的林地覆蓋，27%的區(qū)域是造林或人工林采伐區(qū)域，這些不同恢復(fù)管理措施下的林地短期內(nèi)（2002-2017）貢獻(xiàn)了約47%的區(qū)域植被生長固碳量。相比1980s-1990s中國森林0.075PgCy-1以及陸地生態(tài)系統(tǒng)的0.177PgCy-1的固碳能力，西南地區(qū)植被恢復(fù)固碳能力較強(qiáng)。但從區(qū)域緩解氣候變化的角度來看，依靠擴(kuò)大造林規(guī)模來完全抵消人類活動的碳排放不可行，因西南地區(qū)當(dāng)前可造林的區(qū)域面積有限，同時，還面臨土壤水分降低的潛在生態(tài)風(fēng)險與挑戰(zhàn)。因此，未來應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)西南地區(qū)已造林區(qū)域的可持續(xù)管理，對自然恢復(fù)灌草叢、中幼林及大面積的人工林進(jìn)行提質(zhì)改造與建設(shè)，提升區(qū)域生態(tài)恢復(fù)的可持續(xù)性。
作為亞熱帶濕潤半濕潤區(qū)，西南喀斯特與非喀斯特區(qū)域土壤水分是否會限制森林的可持續(xù)恢復(fù)生長，仍需要更多的長期觀測。同時，本研究基于較粗空間分辨率（500m、25km）的長時間序列遙感影像區(qū)分了大區(qū)域尺度不同植被景觀類型及其固碳-耗水效應(yīng)，亟需結(jié)合遙感大數(shù)據(jù)及深度學(xué)習(xí)來精細(xì)識別植被恢復(fù)景觀類型，進(jìn)一步量化碳水過程及其生態(tài)服務(wù)效應(yīng)，揭示西南喀斯特區(qū)域生態(tài)恢復(fù)的關(guān)鍵驅(qū)動因子及生態(tài)-社會系統(tǒng)的互饋過程機(jī)理。
該研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)基金、中科院“美麗中國”A類先導(dǎo)專項(xiàng)等項(xiàng)目的支持。
不同恢復(fù)管理措施下區(qū)域植被景觀類型識別
西南地區(qū)植被恢復(fù)的固碳與耗水效應(yīng)