以下文章来源于生态循环圈 ，作者Eco_Cycles
文章信息
期刊：Global Change Biology
题目：China's wetland soil organic carbon pool: New estimation on pool size, change, and trajectory
作者：Yongxing Ren, Dehua Mao, Zongming Wang, Zicheng Yu, Xiaofeng Xu, Yanan Huang, Yanbiao Xi, Ling Luo, Mingming Jia, Kaishan Song, Xiaoyan Li
发表日期：2023-08-28
研究背景
湿地是全球碳循环中陆地碳库的重要组成部分。湿地SOC储量的变化通过温室气体排放对气候产生影响，即使影响幅度很小，也可能对全球碳循环和气候造成严重干扰。因此，准确量化湿地有机碳储量并预测其变化是湿地可持续管理的必要条件。
尽管许多研究已经估计了中国湿地SOC储量，但其总量和空间分布的估计仍存在很大的不确定性。由于湿地面积、采样深度、采样周期和估计方法的不同，中国湿地SOC储量的估计值变化很大。传统估算的方法，如清单和区域统计，以及基于空间自相关的插值方法，如克里金和反距离加权，由于湿地的非区域分布特征，无法对湿地SOC的空间分布、动态变化和储存提供可靠的估计。而机器学习算法可以有效地整合遥感观测数据和地理数据，进而建立SOC密度的空间投影模型，准确估计湿地SOC储量。
以往的研究主要集中在估算湿地SOC的储量，很大程度上忽略了其动态变化和驱动因素，没有试图了解SOC储量的未来变化。因此，本研究的总体目标是更新对中国全国湿地SOC储存现状、变化和未来轨迹的理解。
研究方法
本研究基于湿地 SOC 密度数据库、相关地理空间环境数据和最新出版的湿地地图，采用机器学习方法估算了中国湿地的 SOC 储量及其随时间的变化。作者建立了一个中国湿地SOC密度数据库，其中包含过去20年间收集的181项已发表研究中的809个样本，这些样本已在公开发表的文献中进行了介绍。根据不同深度土壤剖面中SOC密度数据之间的关系，将所有样本扩展并标准化至1m深度。作者使用了3种不同的机器学习方法来评估它们在估算中国湿地SOC储量和变化方面的稳健性。
图1. 中国湿地和样本的空间分布
图2. 量化湿地土壤SOC储量的流程图
研究结果
本研究结果表明，随机森林模型能较准确地估算湿地SOC，R2为0.65。2000年中国湿地1 m深度的平均SOC密度为25.03±3.11 kg C m−2，2020年为26.57±3.73 kg C m−2，增加了6.15%。SOC 储量从 2000 年的 4.73 ± 0.58 Pg 下降到 2020 年的 4.35 ± 0.61 Pg，降幅为 8.03%，这是因为尽管同期 SOC 密度增加，但湿地面积从 189.12 × 103 km2 下降到 2020 年的 162.8 × 103 km2，减少了13.6%。自2000年以来湿地碳积累速率为107.5±12.4 g C m−2 year−1，湿地的面积无变化。
气候变化引起湿地SOC密度的变化，未来气候变暖干燥将导致湿地SOC储量减少。在SSP1-2.6（低碳排放）情景下，到2100年中国湿地碳储量不会发生显著变化，但在SSP5-8.5（高碳排放）情景下，中国湿地的SOC储量将显著减少约5.77%。
本研究从样本数据库、湿地范围和估算方法3个方面对湿地SOC储量的估算进行优化。研究结果表明，利用一致的SOC密度和范围数据对估算和预测湿地SOC储量具有重要意义。
图3. 中国湿地土壤SOC密度数据库的特征
图4. 预测土壤SOC密度的随机森林模型分析
图5. 中国湿地土壤SOC密度的空间模式
图6. 2000年和2020年不同地理区域的平均湿地土壤SOC密度的变化
图7. 2000 年和 2020 年不同地区湿地土壤SOC储量
研究结论
本研究利用随机森林方法，建立了中国湿地SOC分布和密度综合数据库，更新了2000-2020年中国湿地SOC储量及其变化。2000-2020年，未变化湿地土壤SOC净积累速率为107.5±12.4 g C m−2 year−1。尽管从 2000 年到 2020 年中国湿地的 SOC 密度平均增加了 6.15%，但湿地 SOC 储量却从 4.73 ± 0.58 Pg C 变为 4.35 ± 0.61 Pg C，减少了 8.03%。气候变化是影响湿地SOC密度变化的最大因素。增温和干旱对湿地SOC储量均有负面影响，而降水增加对湿地有机碳储量有积极贡献。在SSP5-8.5未来气候情景下，湿地SOC储量将显著减少(约减少5.77%)。综上所述，本研究的时空估算是对现有湿地SOC测量结果的重要补充，将加深对湿地碳循环的理解。
转自：“生态遥感前沿”微信公众号
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