基于无人机多维数据集的森林地上生物量估测模型研究

森林地上生物量(Aboveground biomass,AGB)是评价森林生长情况的重要指标。基于数字航空摄影(Digital aerial photography,DAP)生成的二维和三维数据,分别计算了41个点云高度变量和16个可见光植被指数,利用6种回归算法(随机森林(RF)、袋装树(BT)、支持向量回归(SVR)、Cubist、类别型特征提升(CatBoost)、极端梯度提升(XGBoost))分别构建了单一变量集和综合变量集AGB估测模型,探索了不同变量对于AGB估测模型的贡献。研究结果表明光谱数据集和点云数据集AGB预测模型精度最高分别为Cubist和XGBoost,R^(2)分别为0.5309和0.6395。组合数据集最高精度模型为XGBoost,R^(2)达到0.7601,XGBoost模型具有更高的AGB估测稳定性。研究还表明6种机器学习模型的贡献主要取决于所考虑的回归方法,所选择的特征个数和特征对模型的重要性在不同的模型中并不一致。DOM光谱特征在AGB的估测中具有更高的重要性。总体来说,二维和三维数据的结合能够有效提高森林AGB估测精度,基于无人机倾斜摄影获取的RGB影像能够实现森林AGB的快速无损估计。

基于经验模型和机理模型的杉木人工林生物量估测对比研究

为了揭示间伐干扰下杉木人工林生物量的变化规律,研究利用江西省吉水县石阳林场的36块杉木人工林样地的实测数据和研究区气候数据,通过基于经验的引入地位指数(SI)的生物量生长方程组和基于机理的3⁃PG模型,模拟并预估林分生物量,分析在间伐和非间伐的情况下,不同立地的林分其生物量0—50a的变化。结果表明:(1)构建了生物量生长方程组,并在参数a、b、c中引入地位指数SI,发现改进后的模型对于基础模型拟合精度更高,且对数似然比检验表明,改进效果显著(P<0.05)。(2)通过对3⁃PG模型预测精度验证发现,预估值和实测值之间有很高的一致性,各因子的决定系数(R^(2))在0.65—0.96之间,其中,胸径和树高的R^(2)均高于0.92;各因子的平均相对误差(MRE)不超过26%。(3)通过比较经验模型和机理模型的生物量预测发现,经验模型的预测误差MRE为16.50%,机理模型为23.52%,经验模型预估精度更高。进一步对未来预测对比分析表明,机理模型预估值高于经验模型。(4)两个模型模拟的杉木人工林生物量规律一致,即随着林龄的增加,杉木人工林林分总生物量均表现出先快速增加,后逐渐平稳的趋势;并且间伐不会改变这种趋势,但间伐林分在间伐后的生物量生长速率高于无间伐林分。此外,由于SI对经验模型影响显著,改进模型拟合效果更好,更具有生态学意义。参数化后的3⁃PG模型模预估精度较高,能够为江西杉木人工林生长规律研究提供依据。虽然经验模型和机理模型在对研究区杉木人工林生物量的预估上均具有较好的表现,但各具特点和局限性。经验模型参数较易获得,且经验模型预测生物量、林分胸高断面积和林分平均树高的R^(2)、MRE均优于机理模型;但模型对于建模数据内的评价效果较好,对于建模数据外的应用具有局限性,即经验模型更适合模拟生长期间的某一阶段的林分生物量。机理模型虽然需要的参数较多,但是考虑了生态学原理,弥补了经验模型的不足,可较好解释和模拟环境因子对树木生长的影响,对校正数据之外生长阶段的林分生物量预测更有优势。

将乐国有林场杉木径向生长及其对气候的响应

【目的】杉木是我国南方特有的用材树种,其具有良好的绿化效果,同时也具有较高的经济价值。本文主要对不同时间尺度上杉木径向生长动态及其与气候因子的关系展开研究,为科学经营研究区杉木提供参考依据。【方法】本研究利用径向生长测量仪对福建省将乐国有林场杉木进行了为期4年(2017年7月—2021年6月)的连续监测,对其径向生长量进行分析,确定生长季,同时进行偏相关分析及滑动相关分析探究温度、湿度、降水量等气候因子对杉木径向生长的影响。【结果】(1)杉木具有周期性的日径向改变,主要体现在3个阶段(第1个阶段是收缩、第2个阶段是恢复、第3个阶段是增长);杉木径向变化的季节动态经历了低谷期、上升期和稳定期;杉木的径向变化年际间存在差异,但径增长的时间序列和累积变化趋势基本是一致的。(2)拟合并分析杉木累积径向生长曲线可以确定福建将乐杉木的生长季为每年2—9月。(3)平均相对湿度、降水量、最低温度和平均温度是主要的影响因子,且杉木净增量与降水量具有显著正相关的关系,温度在适宜杉木径向生长的范围内越高越利于生长,但高于或低于这个范围均会起抑制作用;滑动相关分析结果表明随着生长季时间的变化,相关系数呈现先增加后减少的趋势。【结论】杉木径向生长与相对湿度、降水量、温度等气候因子有密切联系,因此研究杉木的径向变化特征和对气候因子的响应,为更好地规划目标树种的生存策略提供了重要的技术路径和参考模型。

兴安落叶松(Larix gmelini)幼中龄林的生物量与碳汇功能

兴安落叶松是我国的主要用材林,由于传统上对木材的长期依赖,使得其资源受到破坏,年龄结构发生改变,成过熟的原始林日渐减少,绝大部分是次生的幼中龄林。因此,研究其幼中龄林的生物量及碳汇功能很重要。森林生物量与森林生态系统的固碳能力密切相关,生物量与碳储量的多少直接影响到森林生态系统的功能,因而生物量与碳储量问题成为不同尺度生态学研究的热点。以我国大兴安岭兴安落叶松林为研究对象,通过样地调查,并结合我国森林资源清查资料对内蒙古大兴安岭地区兴安落叶松林的幼中龄林的生物量转换因子(BEF)、生物量及碳储量、碳密度、碳汇功能等进行了估算。通过实测数据及模型分析,得出以下基本结论:研究对象的BEF在0.4557与0.6988之间变动,平均值为0.5332。干、皮、枝、叶各组分生物量的分配比为:68.74:14.86:10.54:5.86。分别树干、树皮、枝、叶等组分,对其生物量与蓄积量的关系进行了拟合,建立了多组分生物量蓄积量的相关模型,分别是:干:y=0.4683x-11.291;皮:y=0.0472x+3.5674;枝:y=0.0415x+1.6787;叶:y=0.0197x+1·3405,均有很好的线性关系。地上生物量随蓄积量的增加而增加,其线性关系为:B=0.5767V-4.7042。利用近期清查数据,按材积源生物量法推算总生物量为9.49×107t,按0.5097的含碳率计算,得出兴安落叶松林幼中龄林总的碳储量为4.84×107t,碳密度为19.616t/hm2。通过两期数据对比分析,5a间所研究林分的碳储量增加0.89×107t,碳密度增加0.404t/hm2,说明其发挥着一定的碳汇作用。尽管近年来大兴安岭兴安落叶松林表现出了明显的碳汇功能,但整体上碳固定能力还不强,碳密度低于我国平均森林碳密度。应通过科学经营,挖掘潜力,使大兴安岭地区的森林生态系统在全球碳循环中发挥更大的作用。

中国大陆及邻区岩石圈三维流变结构

依据地震波速得到的上地幔温度和气象台站记录的地表温度为约束,结合地表热流和热导率观测数据,利用有限元方法计算了中国大陆及邻区岩石圈三维热结构.基于此温度结果和GPS观测得到的应变率数据,以滑动摩擦、脆性破裂和蠕变三种强度机制为约束,计算得到了中国大陆及邻区岩石圈三维流变结构.结果显示：弱强度和低等效黏滞性系数的下地壳在中国大陆及邻区普遍存在,并且下地壳的流变强度和等效黏滞性系数比上地壳和岩石圈地幔一般要低1～2个数量级;中国大陆范围内青藏高原存在着厚度最大、强度最低的下地壳;青藏高原的岩石圈强度和等效黏滞性系数比华北、华南和印度板块的都要低;岩石圈流变结构的横向分布特征与重力梯度带和地形过渡带比较一致.

基于Mask R-CNN和迁移学习的无人机遥感影像杉木单木树冠提取

【目的】利用无人机遥感影像对树冠进行自动化提取,获取高精度树冠信息。【方法】该研究提出一种基于Mask RCNN和迁移学习的无人机影像单木树冠提取方法。首先,选用在Faster R-CNN基础上改进优化的Mask R-CNN实例分割模型,特征提取网络在ResNet50残差网络和ResNet101残差网络二者间选取最优。其次,引入迁移学习与Mask RCNN一起训练,联合迁移学习的导向作用降低训练时间,提高训练精度。【结果】Mask R-CNN模型的总体精度为93.59%,用户精度为65.46%,F1分数为76.05%,平均精度均值为0.31;载入迁移学习后的Mask R-CNN模型在同等训练条件下比原模型的用户精度提升29.53%,F1分数提升19.63%,平均精度均值提升0.21;分别以ResNet50和ResNet101为特征提取网络的Mask R-CNN模型中,ResNet50+Mask R-CNN模型的总体精度、用户精度、F1分数、平均精度均值各为96.94%、95.57%、96.17%、0.54,ResNet101+Mask R-CNN模型的总体精度、用户精度、F1分数、平均精度均值各为96.20%、94.41%、95.19%、0.49;其中载入迁移学习的ResNet50+Mask R-CNN模型在预测东西冠幅、南北冠幅、树冠面积与样方郁闭度的预测决定系数分别为0.87、0.84、0.93和0.83。【结论】本研究提出的基于Mask R-CNN和迁移学习的方法得到了较为精准的树冠参数结果,为无人机遥感影像评估树木资源提供了一种快速高效的解决方案。

基于Sentinel-1和Sentinel-2数据融合的森林林龄反演和动态监测

【目的】在Google Earth Engine(GEE)云平台上借助其强大的计算和数据存储能力,融合多源遥感数据对森林林龄进行遥感反演和动态监测。【方法】融合2017—2023年间Sentinel-1、Sentinel-2及高程数据,通过随机森林(Random forest,RF)分类获取土地覆盖信息,并进一步提取森林的分布和面积,同时构建时间序列植被指数来准确提取森林变化区域。基于森林资源清查数据和融合的多源遥感数据,在GEE上构建RF回归、分类回归树(Cart)以及梯度提升回归树(Gradient tree boost,GTB)3种回归模型,用于杉木组、马尾松组、毛竹林、硬阔叶树组以及其他类树种组的2018年林龄遥感反演,并估算出2017年和2023年的林龄信息,以揭示林龄和龄组在2017—2023年的动态变化情况。【结果】1)2017—2023年,研究区森林面积的整体变化总计113.93 km^(2),此间森林的减少和更新并存,其空间分布特征呈现出明显的区域差异。具体而言,森林面积变化多发生于靠近城区和低海拔地区,且靠近城区的森林面积减少往往不再恢复至森林;2)在5种不同树种组构建的3种模型中,RF回归模型的林龄反演结果最佳,平均R^(2)为0.845,平均RMSE为5.32 a,其中毛竹林反演精度最高,R^(2)为0.863,RMSE为2.411 a;3)2017—2023年,研究区林龄在40 a以下的森林由54.59%减少至51.06%,其中龄组变化最显著为杉木组成熟林,面积增加了38.88%。【结论】在GEE上融合多源遥感数据进行林龄反演和动态监测具有重要的应用潜力,本研究结果可为使用云平台及哨兵系列卫星数据对森林资源长时间序列的林龄反演和动态监测的应用提供参考和借鉴。

基于GIS的森林景观定量分类

以金沟岭林场为例 ,利用电子林相图和森林资源二类调查资料基础 ,借助 GIS软件 Map Info和数字化仪跟踪矢量化 ,并运用景观生态学原理和方法 ,选取分维数、分离度斑块密度、景观优势度和均匀度等指标 ,对林场的景观格局进行了分析 ;同时采用类平均聚类法 ,选取分维数、分离度、斑块平均面积、最大斑块面积 4个景观类型特征指数作为聚类分析的聚类因子 ,进行定量地划分森林类型 ,合理地区划森林经营类型 ,为优化景观水平配置、制定生态采伐规程、编制森林经营方案提供理论基础。

利用三维孔隙弹性模型探讨紫坪铺水库对汶川地震的影响

本文基于三维孔隙弹性理论,建立了紫坪铺水库及周边地区的有限元模型.根据紫坪铺水库开始蓄水到汶川地震发震时刻的水位变化情况,计算了整个区域的孔隙压力和库仑应力.详细讨论了断层及周围地层的弹性模量和扩散系数对计算结果的影响.计算结果表明:从弹性角度看,断层的弹性模量对汶川地震震源处的库仑应力影响很小;震源处的库仑应力随着断层和周围地层的扩散系数增大而增大.当给定弹性模量和扩散系数代表性值的时候,计算结果表明在汶川地震发震时刻,震源处的库仑应力变化量为+1kPa左右,这表明紫坪铺水库使得汶川地震发震断层更加危险.是否这个量级的库仑应力就能够触发汶川地震还需要进一步探讨.通过分析库区周边小震的分布,发现小震分布区域均是库仑应力增加的地区,因此紫坪铺水库周边的小震应该与紫坪铺水库蓄水有直接关系.

数值模拟探讨青藏高原东部应力应变场及断裂活动性

青藏高原东部是我国活动构造非常强烈的区域,现今的应力应变状态对活动构造研究有重要参考意义。本文依据地质资料和岩石力学性质构建相应的有限元数值模型,以GPS观测为边界约束,计算得到了青藏高原东部应力应变场,在此基础上探讨了主要断裂的活动特征。结果显示,距离印度板块和欧亚大陆板块碰撞带较近的青藏高原,汇聚速度、最大压应变率和最大压应力均较高,而随着远离碰撞带各个数值相应降低;在青藏高原东部,以喜马拉雅东构造结为旋转中心的一系列弧形断裂滑动速率相对较高,如玉树—鲜水河—小江断裂带,巴塘—金沙江断裂带,嘉黎断裂带等,这些走滑断裂带控制着青藏高原东南缘物质旋转挤出的特征,而其它断裂带滑动速率则相对较低,在块体内部则更低;结果同时表明应变速率分配高的断裂达到屈服的时间短,对应的地震复发周期短。

秀珍菇多糖对D-半乳糖致衰老小鼠的保护作用

研究秀珍菇子实体多糖(polysaccharide from the fruiting body of Pleurotus geesteranus,PFP)对D-半乳糖致衰老小鼠的保护作用。通过腹腔注射60 mg/(kg·d)D-半乳糖建立衰老小鼠模型,同时灌胃50、100、200 mg/(kg·d)不同剂量的PFP,42 d后,采用试剂盒测定小鼠肝、脑组织中过氧化氢酶(catalase,CAT)、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase,GSH-Px)的活力和丙二醛(malondialdehyde,MDA)的含量;同时,对小鼠血清谷草转氨酶(aspartate aminotransferase,AST)、谷丙转氨酶(alanine aminotransferase,ALT)、碱性磷酸酶(alkaline phosphatas,ALP)活力以及脾脏指数、胸腺指数进行测定;苏木精-伊红染色观察肝、脑组织。结果表明,PFP能拮抗D-半乳糖引起的小鼠衰老,使小鼠肝、脑组织中的CAT、SOD、GSH-Px活力升高,MDA含量降低。与模型组相比,中、高剂量组PFP显著降低小鼠血清的AST、ALP、ALT活力(P<0.05,P<0.01),极显著提高脾脏指数和胸腺指数(P<0.01);组织切片显示PFP对小鼠肝、脑损伤具有保护作用。因此PFP具有良好的抗衰老作用,其机制可能与其提高机体的抗氧化能力、增强机体的免疫功能有关。

五指山保护区生态环境质量评价研究

五指山自然保护区是当今世界热带雨林保护较为完整的区域，是具有典型热带特征的自然生态系统。通过设置０．０６～０．１０ｈｍ２的样方进行调查与线路调查，对该区的土壤、植被、生态系统、物种多样性、动物等主要生态环境因子进行了分析评价。认为该区属区域生态环境脆弱的地带，生态服务功能敏感性强。在此基础上，提出区域的有序开发与环境保护协调发展的基本思路。

与物种多样性有关的长白落叶松人工林生物量

对不同龄组长白落叶松(Larix olgensis)人工林群落的物种多样性和生物量及二者关系研究分析。结果表明:1)随林龄增大,群落物种组成结构和多样性特征发生了很大变化。物种更迭现象明显,春榆等阔叶树重要值上升,长白落叶松优势地位逐渐下降,植被类型向针阔混交林演替。群落Sorensen相似性指数降低,Shannon-Winner多样性指数呈"S"型曲线增长,Pielou均匀度指数呈反"S"型曲线下降,Margalef丰富度指数呈单峰曲线增长趋势;2)随林龄增大,群落生物量"S"型曲线增长趋势明显,分配序列为:乔木层>木质物残体层>灌木层>草本层,占群落生物量比例分别为82.41%、15.10%、1.69%和0.81%。长白落叶松生物量占据主导地位,但所占比例持续下降,属于衰退型种群,而春榆等阔叶树比例上升。林下植被层中,草本的主导地位逐渐丧失,灌木取而代之,生物量所占比例明显升高。地表木质物残体生物量比例缓慢下降;3)群落中物种多样性测度指标与生物量之间单调线性增长的关系明显,Shannon多样性指数较之Pielou均匀度指数更适合作群落生物量度量指标,生物量与Margalef丰富度指数无明显相关性。

旅游风景区索道对环境的影响及其管理

为规范旅游风景区索道的运营管理提供科学依据 ,首先分析了旅游风景区索道的环境影响因子 ,建立了环境影响识别矩阵 .以拟建的五指山索道工程为例 ,分析了其带来水土流失及对水源涵养影响的可能性 .结果表明 ,在施工方式与运营管理 2个关键因子中 ,采用临时索道的施工方式带来的影响略高于人工拖运方式 ,运营管理中适时复绿可以减缓其影响 .在此基础上 ,就测量期。

深部洞室中微小温度年度变化足以造成地应变年度变化

利用轴对称线弹性模型有限元方法,计算了洞室中温度微小年变化引起的地倾斜和地应变.结果表明,在满足地震台站建设规范的情况下(洞室内温度年变化幅度应小于等于0.5℃),当洞室中温度年变化幅度仅为0.2℃时,仍会引起量级为10-7rad的地倾斜和10-7的地应变,并且在洞室的尽头和拐弯处由于热汇聚和热扩散的作用引起地倾斜和地应变的变化更为突出.因此今后在观测中,有必要进一步减小洞室内温度年变化;在台站设计建设和仪器布设中,对基线式仪器和摆式仪器都可以做一些恰当考虑,以尽量压制温度年变化带来的影响.

从同震和震后形变分析日本东北M_W 9.0级大地震对近场地震活动性的影响

2011年日本东北大地震后,不断有报道认为日本南海海槽可能会发生强震,日本东北大地震对南海海槽断层活动有何影响?本文采用粘弹性半无限空间模型,利用反演得到的日本东北大地震的断层模型,计算了岛内部分断层的同震和震后形变以及库仑应力变化.结果表明:2011年日本东北大地震,使得平行于日本海沟的岛内逆冲断层应力释放明显,5km深度,库仑应力降低值都在50kPa以上,按照该地区每年应力积累1～10kPa计算,相当于释放了5～50年的应力积累;平行于南海海槽的岛内逆冲断层,同震库仑应力增加了1kPa左右,相当于0.1～1年的正常构造运动应力积累;对于岛内的走滑断层,若其滑动方向与同震或震后形变方向一致,则库仑应力增加,反之则降低,如1948年福井地震发震断层库仑应力增加10kPa左右,相当于1～10年的正常构造运动应力积累,地震危险性明显增加.同时,分析了不同软流圈粘滞性对震后形变和库仑应力的影响,发现对于不同的软流圈粘滞性系数,震后的形变和库仑应力相比同震都会有所增加.因此,对于平行南海海槽的岛内逆冲断层和岛内部分滑动方向与同震形变一致的走滑断层,震后地震危险性相比同震会进一步增强.

可持续发展机制及相应林业对策的研究

运用Ｌｏｇｉｓｔｉｃ曲线描述系统的一般发展过程，根据其发展速度把发展过程分为起步、成长、成熟和顶极四个时期。定义成长期和成熟期为可持续发展期、而顶极期为非持续发展期。分析了影响可持续发展期长短的资源承载参数ｒ和环境容量参数ｋ，认为ｒ是从现有资源出发反映可持续发展期长短的参数、ｋ是反映资源环境容量不断开拓与革取能力的参数，从而剖析了可持续发展的实质是遵从复合Ｌｏｇｉｓｔｉｃ曲线。提出了可持续发展的林业应调整承载参数ｒ，延长成长期和成熟期、又要重视参数人，节约森林资源．挖掘替代产品．不断开拓森林资源与环境容量。

伊春林区林业企业局可持续发展能力的综合评价

为了对可持续林业的进一步量化研究提供方法论依据。文章首先提出伊春林区各林业局可持续能力综合评价与排序的指标体系，应用这一指标体系、并用类似模糊聚类分析的方法计算各林业局的可持续发展度（ＤＳＤ）。把ＤＳＤ≥０．８的“１５””等林业局划为１级林业局、为可望可持续类型；把０．４≤ＤＳＤ＜０．８的“１１”等林业局划为２级林业局．为调整可持续类型；把ＤＳＤ＜０．４的“０６”等林业局划为３级林业局、为潜力可持续类型。

草乌多糖的分离纯化和组成性质研究

目的 从草乌中分离草乌多糖 ,并研究其组成性质。方法 采用DEAE纤维素 (DEAE 5 2 )柱层析和凝胶柱层析分离纯化草乌多糖 ,气相色谱法和薄层层析法测定其多糖组成 ,凝胶过滤法测定其相对分子质量 ,红外光谱测定其苷键类型 ,比色法测定其糖含量。结果 分离得到的草乌多糖 (AconitumkusnezoffiiReichb .,AK)含有鼠李糖、木糖、甘露糖、葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖 ,它们的摩尔比为 1∶1.7∶2 0 3∶1.7∶5 9.7∶3 .5。其糖含量 88%。AK的平均相对分子质量为 2 .8× 10 4。它的红外光谱中有典型的多糖吸收峰 ,并具有α 型糖苷键 ,紫外扫描无核酸和蛋白特征吸收峰。结论 AK首次从草乌块根中提取获得 。

生态旅游景区环境容量研究

对五指山生态旅游区游客量、服务环境容量与生态环境容量及其相互关系的定量分析表明 ,五指山山上游览区正常日游客量为 1918游客时 ,极端游客量为 2 3 0 1游客时 ,其生态环境容量为 2 40 0游客时 ,服务环境容量 60 0 0游客时 .由于景区生态脆弱、生物群落对游客可能的干扰承载力弱、生态系统退化后恢复缓慢等原因 ,生态环境容量小于服务环境容量 ,会首先成为游客量逐年增加的限制因素 .