Journal of Plant Ecology ›› 2026, Vol. 19 ›› Issue (2): 1-.DOI: 10.1093/jpe/rtaf174
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Qian Liu1,2, Xiaolin Zhu2,*, Nan Jiang1,3, Lihao Zhang1, Shiyuan Wu1, Ge Meng1, Yunze Zang1 and Miaogen Shen1,*
1Faculty of Geographical Science, Beijing Normal University, Beijing 100875, China, 2Department of Land Surveying and Geo-Informatics, The Hong Kong Polytechnic University, Hong Kong 999077, China, 3National Institute of Natural Hazards, Ministry of Emergency Management of China, Beijing 100085, China
*Corresponding authors. E-mails: xiaolin.zhu@polyu.edu.hk(X.Z.); shenmiaogen@bnu.edu.cn(M.S.)
摘要: 精确量化森林碳,氮和磷储量是深入理解全球生物地球化学循环机制的基础。然而,相较于碳储量,学术界对于森林氮,磷储量的认知仍较为有限,主要原因之一是缺少准确的大尺度估算方法。为此,本研究提出了一种基于机器学习的两步骤森林地上碳,氮,磷储量估算方法框架。通过整合野外实测数据, 合成孔径雷达与光学遥感影像,以及土壤和气候等环境变量,实现了对大兴安岭地区北方森林地上碳,氮,磷储量的高精度估算。首先,通过引入植被覆盖度以增强合成孔径雷达对森林地上生物量的估算能力。与现有中国地上生物量分布图相比,该方法显著提高了估算精度 (R²由0.22提升至0.53) 其次,基于植被指数时间序列构建了一种新型三角指数,该指数能够有效表征植被对养分的吸收与累积。在此基础上,将该三角指数与地上生物量及其它辅助变量作为预测变量,采用高斯过程回归模型分别估算了地上碳,氮和磷储量。与现有数据集相比,本研究提出的方法显著提升了碳,氮,磷储量的估算精度,其R²分别从0.18,0.01和0.44提高至0.83,0.76和0.77。这一改进主要得益于三角指数和地上生物量两个关键预测变量的引入。本研究开发了适用于北方森林生态系统的大尺度地上碳,氮,磷储量遥感制图方法,可为全球碳与养分循环评估及气候变化研究提供可靠的技术支持。根据本文描述的方法,为中国东北大兴安岭冻土区生成的2007–2010年和2015–2023年森林生物量(AGB)、碳(C)、氮(N)和磷(P)数据集,可在https://data.tpdc.ac.cn/en/data/61a8b5f9-9cd1-4e78-8f8c-f35bcce5cdba获取。