[發(fā)明專(zhuān)利]基于物種分布和生產(chǎn)力耦合的工業(yè)用材林生產(chǎn)力預(yù)測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011612643.3
• 申請(qǐng)日: 2020-12-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112597661B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王維楓;孫杰杰;李愿會(huì);王倩;王祥福;馬雪紅;焦文星;王榮女;董文婷
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南京林業(yè)大學(xué);國(guó)家林業(yè)和草原局西北調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)院
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/20
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/20;G06Q10/04;G06Q50/02;G06F111/10
• 代理公司: 南京申云知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32274
• 代理人: 田沛沛;邱興天

本發(fā)明公開(kāi)一種基于物種分布和生產(chǎn)力耦合的工業(yè)用材林生產(chǎn)力預(yù)測(cè)方法，采用最大熵模型對(duì)工業(yè)用材林適宜性進(jìn)行模擬，并將預(yù)測(cè)的環(huán)境適宜性和工業(yè)用材林生產(chǎn)力數(shù)值建立耦合關(guān)系，得出環(huán)境適宜度?生產(chǎn)力轉(zhuǎn)換方程。然后再進(jìn)行未來(lái)多種不同強(qiáng)度氣候變化場(chǎng)景下的適生區(qū)模擬，將得到的全球環(huán)境適宜度圖層通過(guò)生產(chǎn)力?環(huán)境適宜度之間的轉(zhuǎn)換方程進(jìn)行進(jìn)一步柵格計(jì)算。最終得到工業(yè)用材林在全球的適生區(qū)和生產(chǎn)潛力。本發(fā)明物種分布模型結(jié)合了發(fā)表的地面調(diào)查生物量數(shù)據(jù)對(duì)未來(lái)森林生產(chǎn)力進(jìn)行預(yù)測(cè)，不僅實(shí)現(xiàn)了全球尺度的高精度模擬，也能結(jié)合未來(lái)氣候變化的特點(diǎn)進(jìn)行大尺度上的未來(lái)生物量分布模擬，對(duì)工業(yè)用材林造林區(qū)域選擇和未來(lái)生產(chǎn)力保持或提升具有重要意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于森林生產(chǎn)力預(yù)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于物種分布和生產(chǎn)力耦合的未來(lái)工業(yè)用材林生產(chǎn)力預(yù)測(cè)方法。

背景技術(shù)

木材緊缺一直是一個(gè)全球性的問(wèn)題，且我國(guó)的木材緊缺問(wèn)題尤其嚴(yán)重。目前，我國(guó)是全球第一大木材進(jìn)口國(guó)和第二大木材消耗國(guó)。為了滿(mǎn)足人民的生產(chǎn)生活需要，我國(guó)只能依靠增加進(jìn)口量來(lái)維持木材供應(yīng)。近年來(lái)我國(guó)進(jìn)口木材占國(guó)內(nèi)木材消耗量的比重由2000年的27.9％上升到2014年的50.7％。即便增加了木材進(jìn)口量，我國(guó)木材年均缺口仍達(dá)3億立方米。在這樣木材緊缺的背景下，工業(yè)用材林的生產(chǎn)保持或提升問(wèn)題將關(guān)乎我國(guó)各行各業(yè)的原材料保障供應(yīng)。

近年來(lái)，由于天然林的禁伐，工業(yè)用材林未來(lái)生產(chǎn)力的模擬預(yù)測(cè)方法和產(chǎn)量維持問(wèn)題成為已經(jīng)成為重要議題。1990年以來(lái)，原始森林面積減少了8100萬(wàn)公頃，已經(jīng)給部分國(guó)家?guī)?lái)了較為嚴(yán)重的生態(tài)問(wèn)題。而后，巴西、澳大利亞、德國(guó)、美國(guó)、加拿大、南非等國(guó)家相繼出臺(tái)了天然林保護(hù)工程、建立國(guó)家公園或自然保護(hù)區(qū)、實(shí)行禁伐或限伐政策來(lái)加強(qiáng)對(duì)天然林過(guò)度開(kāi)發(fā)的限制。另一方面，全球人工林造林速度在近10年已經(jīng)開(kāi)始放緩。然而人們對(duì)木材的需求量仍在持續(xù)增長(zhǎng)，因此木材供需矛盾已經(jīng)日益突出。

工業(yè)用材林(Industrial forest plantations)是森林生態(tài)系統(tǒng)中非常重要的組成部分。它給人類(lèi)生存和發(fā)展提供了重要的基礎(chǔ)原材料，如木材、食品以及油料等。同時(shí)，它在自然界中也是最豐富、最穩(wěn)定的儲(chǔ)碳庫(kù)之一，在維持生態(tài)平衡方面發(fā)揮著不可替代的重要作用。根據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織(FAO，The Food and Agriculture Organization)森林資源開(kāi)發(fā)服務(wù)處(Forest Resources Development Service)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，人工林以在全球森林中3.2％的比重，提供了全球35％的木材，其中用于提供木材的工業(yè)用材的占到了人工林中的60％以上，且該比重仍在逐年上升。然而，在全球氣候變化背景下，工業(yè)用材林的產(chǎn)量也將面臨巨大挑戰(zhàn)。氣候變化現(xiàn)已成為一個(gè)重大的全球問(wèn)題。史無(wú)前例的全球氣候變化已經(jīng)造成物種適生區(qū)域范圍的轉(zhuǎn)移和局部的物種滅絕，并預(yù)計(jì)在未來(lái)會(huì)產(chǎn)生更大的影響。一些森林原本的適宜生境地在未來(lái)的氣候條件下可能變得不再適合原本的森林生長(zhǎng)，并影響現(xiàn)有森林的氣候適宜性和生產(chǎn)力。因此，在全球氣候變化下，工業(yè)用材林的適生區(qū)域和生產(chǎn)力面臨著巨大的不確定性。

MaxEnt模型是物種分布模型中被最為廣泛應(yīng)用的一種，因?yàn)樗哂休^高的穩(wěn)定性和可預(yù)測(cè)性。它是一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)算法的模型，它主要利用物種出現(xiàn)點(diǎn)的地理坐標(biāo)、以及氣候條件等環(huán)境圖層數(shù)據(jù)來(lái)完成森林的環(huán)境適宜度模擬。目前，該模型已經(jīng)被廣泛應(yīng)于氣候變化背景下瀕危動(dòng)植物適生區(qū)預(yù)測(cè)、生物入侵預(yù)測(cè)等領(lǐng)域，且已經(jīng)取得了較好的預(yù)測(cè)效果。該模型在瀕危動(dòng)植物的保護(hù)和管理領(lǐng)域發(fā)揮了巨大的價(jià)值和作用。目前尚未有學(xué)者試圖用它來(lái)預(yù)測(cè)氣候變化背景下的森林生產(chǎn)力。

從環(huán)境變量對(duì)森林生產(chǎn)力的影響角度來(lái)說(shuō)，以往森林生產(chǎn)力預(yù)測(cè)技術(shù)通常只考慮單一氣候變量或土壤對(duì)森林生產(chǎn)力的影響。從生產(chǎn)力模擬尺度的角度來(lái)說(shuō)，現(xiàn)有生產(chǎn)力模擬技術(shù)通常只模擬了某一小尺度區(qū)域的森林生產(chǎn)力響應(yīng)氣候變化。以往關(guān)于物種適生區(qū)的模擬技術(shù)也較多關(guān)注于瀕危動(dòng)植物、微生物對(duì)氣候變化的響應(yīng)，較少涉及工業(yè)用材林對(duì)氣候變化的響應(yīng)。