基于深度学习方法荒漠草原典型植物花朵计数

草原植物花朵计数可以帮助我们了解草原植物的生长状况、繁殖能力、群落结构等信息,通过人工计数方法获取草原上不同物种花朵丰度是一个费时费力的过程。本研究基于深度学习目标检测方法,在鄂尔多斯荒漠草原上10个样地和50个样方上开展检测模型训练、评估和应用。从YOLOv7的3个模型整体表现来看,YOLOv7-E6E的F1-sorce和mAP@0.5均可达到0.7以上,具有较高的识别精度。从YOLOv7的3个模型在5种花朵检测的表现来看,YOLOv7-X、YOLOv7-E6E模型在北芸香、蒙古韭、细叶韭的检测上mAP@0.5高于0.8,而3个模型中仅有YOLOv7-E6E在蒺藜、兔唇花的mAP@0.5超过0.6。从模型在50个样方的花朵计数应用来看,YOLOv7-E6E模型花朵计数的总体正确率为0.91,能满足这5种草原开花植物检测和计数的需要。综上所述,通过深度学习花朵快速计数可以提高样方尺度花期植物调查效率,但为满足大规模物种调查和计数的任务需求,仍需扩大样本量和不断改进模型结构,以提高模型植物花朵检测的整体性能。

基于无人机和地面调查的典型草原“种-面积”关系

本研究以呼伦贝尔市典型草原为研究对象,通过传统地面样方调查和无人机调查,系统研究了“种-面积”关系,确定了典型草原地面与无人机调查的最小调查面积.调查结果表明:1)典型草原的物种数量与调查面积呈非线性关系,“种-面积”关系呈现为S=aln(bA+1).基于组合样方法,至少要包括8个1m^(2)小样方,才能达到涵盖80%物种的目标,基于巢式样法,需要的最小调查面积为8.63m^(2);2)针对典型草原,无人机调查的平均物种发现率为传统地面调查方法的81.7%,无人机可作为地面调查的辅助手段,提高调查的效率;3)在典型草原物种监测中,可选取1个或2个组合样方,并使用无人机进行4~5次随机拍摄作为补充,此时可发现典型草原物种总数的84.7%~88.3%.该方法相对传统的3~5次重复样方调查,代表性更高,调查效率更高.

生物多样性对人类福祉贡献评估:以钱江源地区为例

基于生物多样性对人类福祉贡献的指标体系,在钱江源地区开展生物多样性与人类福祉关系定量评估。结合统计、遥感、地面调查等多源数据,基于生物多样性对人类福祉贡献的视角,从物质贡献、生态调节贡献、文化精神贡献3个方面,分别对一级、二级和三级指标进行评估,分析生物多样性对人类福祉贡献的空间分布差异和动态变化。结果表明,研究区人类福祉指数空间异质性较强,主要是由于自然资源差异所致;人类福祉指数整体以开化县、玉山县水平较高,开化县主要体现在生态调节贡献较高,玉山县主要体现在物质供给和精神文化贡献较高。物质、调节、精神文化3个方面的时空分布差异较大,物质贡献整体呈逐渐增加趋势,其中玉山县是物质供给水平最高且增长速度最快的县域;生态调节贡献整体呈先增加后降低趋势,其中以开化县、婺源县、休宁县贡献水平较高,这3个地区自然资源优势突出,森林生态系统面积较大;精神文化贡献指数受人文主观因素影响较大,其中玉山县游憩指数表现突出。近20 a人类福祉整体呈先增加后降低的趋势,其中玉山县一直呈增长趋势,且增长速度最快,主要体现在物种供给水平增长,物种供给增长是该评价指标体系中对人类福祉增长贡献效果最显著的指标。

锡林郭勒盟草地变化监测及驱动力分析

综合利用RS和GIS技术,结合2000~2013年长时间序列遥感影像数据,对锡林郭勒盟的草地变化进行了监测与分析,并从土地利用、气象条件、人类活动等多方面,利用地理相关分析等地统计分析方法,开展了草地变化驱动力分析.结果表明:2000~2013年间,锡林郭勒盟的草地质量总体上得到改善,约有4.04%的区域发生变化,变化区域中大部分属于显著或微弱增加,仅有约3.93%的变化区域退化比较明显,它们主要集中在辖区从东北向西南的中部地区,尤以苏尼特左旗东南部、锡林浩特市中部以及西乌珠穆沁旗东北部退化严重.通过相关分析发现,研究区域内草地变化与气温的相关性不显著,而与降水和人类活动的相关性显著.在上述草地退化比较严重的苏尼特左旗东南部?锡林浩特市中部以及西乌珠穆沁旗东北部地区,气温和降水的变化对草地年NDVI最大值的变化均没有显著影响(P>0.1);但除苏尼特左旗东南部外,锡林浩特市、西乌珠穆沁旗辖区内的草地退化区域皆分布在矿区8km的缓冲区内,尤其是西乌珠穆沁旗辖区内,矿区内部的草地出现了严重退化.相关的结论可服务于锡林郭勒草原生态保护监管等管理决策工作,同时相关的技术方法也可为其他区域生态变化的监测与分析提供借鉴和参考.

基于WOFOST模型分析不同气候情景对辽宁典型雨养春玉米产量的影响

气温、降水和辐射是农作物生长发育必需的基本气候要素,其大小、波动及空间分布决定局部地区的种植结构和农产品产量增减,具有喜温喜水特性的玉米其生长发育对气候变化的响应更为敏感。本研究基于辽宁省新民和朝阳地区近40a气象数据分析各气候要素变化特征,根据局地气候暖干化趋势耦合气温、降水、辐射三要素构建不同气候情景,利用田间实测数据对WOFOST模型进行校准和适用性检验,并将该模型用于模拟不同气候情景下辽宁典型雨养春玉米产量变化。结果表明:(1)验证后的WOFOST模型能较好地模拟两站点春玉米产量,其模拟值与实测值的相对均方根误差分别为8.78%和5.96%,一致性系数分别为0.82和0.96。(2)新民和朝阳两地在设定的气候要素变化范围内春玉米产量与气温呈负相关,与降水呈正相关。在气温增加,降水减少,辐射增强的不同梯度气候情景下,新民(气温+1.2℃,降水量−25%,辐射+4%)和朝阳(气温+1.4℃,降水量−25%,辐射+3%)减产幅度分别达92.5%和85.9%,接近雨养春玉米绝产的警戒气候情景。(3)新民春玉米产量受降水影响显著,朝阳则对气温变化响应敏感,而两地产量对给定比例的辐射变化均未表现出明显波动。

随机森林算法在新疆物种丰富度影响因素研究中的应用

基于多源遥感数据及其产品,以2010年新疆地区鸟类与哺乳动物物种丰富度空间分布数据为基础,结合土地利用、植被、气候、地形等遥感数据产品,探讨了影响新疆地区鸟类和哺乳动物物种丰富度的各环境因子空间分布及其差异.通过随机森林算法对影响鸟类和哺乳动物种数的环境解释变量进行了重要性评估,同时采用探索性回归分析对物种丰富度与环境因子的关系进行建模,比较了鸟类和哺乳动物在草地、林地和耕地三种生境中的主要环境影响因子及其差异.结果显示:影响物种丰富度的环境因子中,植被生长状态与能量转换能力对鸟类丰富度十分重要,且草地的海拔高度重要性最高,为38.38%;耕地所处的气候类型对鸟类丰富度有明显影响,其中年均温重要性达到32.98%;哺乳动物的三种生境选择中气候和海拔条件十分重要,共占重要性的60%以上,最高达76.85%,在耕地中哺乳动物更看重气候而非植被生长情况;三种生境中鸟类和哺乳动物的最优模型及其影响因子均不同,耕地对于鸟类、林地对于哺乳动物的模型解释力最高,分别为69.9%和68.9%,随机森林和探索性回归分析均显示年均温、年降水量和海拔高度是哺乳动物丰富度差异的重要解释因子.

新疆鸟类和哺乳动物物种丰富度空间异质性及其多尺度效应

基于新疆维吾尔自治区鸟类和哺乳动10km×10km物种空间分布数据及1km×1km土地利用数据,引入NDVI、海拔和地理纬度等辅助数据,分别对物种和土地利用数据进行尺度变换,计算分析了1~10km尺度下的景观指数,并进一步在生态系统层面进行尺度效应研究,以探究表征物种多样性空间异质性的合理尺度.结果表明:新疆总体的景观类型较为丰富,北疆的景观丰富度和破碎度都相对高于南疆,并且各类型斑块分布不均匀,景观中存在具有优势度的斑块.鸟类在聚落、水体和湿地生态系统中的尺度效应明显,而哺乳动物的尺度效应在农田、森林生态系统比较显著.7~10km尺度下,聚落景观面积越小,分割度越高,水体景观越破碎,越离散,形状越复杂,鸟类丰富度越高.农田和森林生态系统的景观特征对哺乳动物丰富度具有较高的参考价值.7~10km下,农田斑块越离散、形状越复杂,哺乳动物物种丰富度越低;4km尺度下,森林景观斑块形状越复杂、连接度越高,哺乳动物物种越丰富.

定量测度生物多样性对人类福祉贡献的指标体系研究

生物多样性关系人类福祉,是人类赖以生存的基础。定量评估生物多样性对人类福祉的贡献尤为重要,是当前的研究热点。在总结前人研究理论的基础上,从物质贡献、生态调节贡献和精神文化3个方面,构建了基于生态系统服务视角的生物多样性对人类福祉贡献评估的指标体系,并利用专家打分确定各级指标权重。该指标体系具有较好的可操作性和可推广性,可用于我国生物多样性对人类福祉贡献的多尺度评估。同时,指标体系具有一定的灵活性,允许在三级指标中增加反映地方或局地特征的特色指标,可以促进局地尺度的精细化研究,这将为我国生物多样性保护、生态系统管理和人类福祉相关的决策制定提供重要的科学基础。

2001—2016年中国生物多样性保护优先区域植被和水域动态监测与分析

生物多样性是生态可持续发展的必要条件,生物多样性保护优先区域是我国生物多样性保护的关键区域,植被和水域是重要的自然生境条件,监测其动态变化具有重要意义。选取与生物多样性维持能力密切相关的植被覆盖度和水域面积为监测指标,利用2001—2016年中分辨率成像光谱仪(MODIS)反射率数据和国产全球陆地特征量(GLASS)产品为主要数据源,对我国32个陆地和水域生物多样性保护优先区域开展自然生境状况遥感监测,并对其现状和变化趋势进行深入分析。结果表明:全部32个陆地和水域生物多样性保护优先区域植被的覆盖状况优于全国平均水平,2001—2016年植被覆盖以改善为主,53.98%的面积植被覆盖度呈增加趋势,24.41%的面积呈降低趋势,羌塘-三江源区、呼伦贝尔区和洞庭湖区等优先区域近5 a呈现下降趋势;32个优先区域水域面积总体呈增加趋势,羌塘-三江源区、松嫩平原区和西鄂尔多斯-贺兰山-阴山区3个区域水域面积增加较明显。

Spatial distribution pattern in mammal and bird richness and their relationship with ecosystem services in Sanjiangyuan National Park, China

Species diversity exhibit a close relationship with ecosystem services, and making clear the relationship can help us understand the service value and functional mechanism of ecosystems and take measures to promote human well-being. Here, we used species survey data and multi-source habitat factors to simulate the spatial distribution of species richness and four types of ecosystem services(water production, net primary productivity, carbon storage, and habitat quality) in Sanjiangyuan National Park located in Qinghai Province, China. We also analyzed the spatial distribution pattern and explored the spatial relationship between species richness and ecosystem services through Geo Detector analyses. We found that high species richness in Sanjiangyuan National Park was shown to be mainly distributed in areas with high vegetation growth on both sides of rivers. The effect of climate on the spatial distribution of species richness in the park is the highest among all the selected environmental variables. For the relationship between species diversity and ecosystem services, the relative correlation strength of single ecosystem service varied among the three main ecosystems(grassland, meadow, and wetland) and all relations are positive.

陆地生态系统保护修复成效评估研究进展及主要科学问题

生态保护和修复是促进受损生态系统尽快得到恢复的主要途径。综述分析了国内外生态保护恢复成效评估研究进展,全球生态保护修复行动持续关注生物多样性保护,分类型对生态系统恢复提出倡议和制订一些国际性公约。我国生态空间保护从抢救性保护向系统性保护转变,从单一类型保护向整体性保护转变;陆地生态系统修复从生态问题修复治理到单一类型生态系统修复治理转变,再到山水林田湖草的系统性综合治理的转变;生态系统修复方式由人工修复为主转变为自然修复为主、人工修复为辅。生态保护成效评估研究可以概括为基于生物群落和生态系统的保护成效评估两大类,生态修复成效评估主要是基于多尺度的成效评估。同时,生态保护修复成效评估的空间与时间基准值确定,荒漠、冰川、湿地、城市、海洋、农田等生态系统观测综合评估及成效评估技术方法体系欠缺,生态保护修复区域资料空缺的科学补充等,是生态保护恢复成效评估研究中存在的几个科学问题。

生物多样性贡献人类福祉的研究进展

近年来,生态系统服务和人类福祉之间的关系成为了生态学研究的重点,生态系统所提供的各类生态系统服务,是人类生存和社会经济发展的基础,只有健康的生态系统才能够为人类提供更多的福祉。生物多样性是生物及其与环境形成的生态复合体以及与此相关的各种生态过程的总和,表现在生命系统的各个组织水平上,从多方面影响生态系统服务,进而影响人类福祉。通过系统地总结前人的研究,从生物多样性与生态系统服务之间的关系出发,进而从机理方面研究生物多样性及其生态系统服务与人类福祉之间的协同与权衡,包括供给功能、支持功能、调节功能、美学功能、服务功能和多功能性,最后提出提高生物多样性的方法,为未来的生物多样性和人类福祉研究提供参考。

鄱阳湖湿地生态变化遥感监测分析研究

鄱阳湖是长江经济带重要生态功能区,其生态环境变化对长江经济带生态环境具有重要意义,分析鄱阳湖区生态系统变化和水域变化,为鄱阳湖区生态环境治理和修复提供建议。通过分析鄱阳湖区1980~2015年生态系统变化及其水域变化,得出主要结论如下:(1)鄱阳湖区1980~2015年森林、草地、湿地等自然生态系统面积下降,而城镇等非自然生态系统面积上升较快。湿地生态系统作为鄱阳湖区主要生态系统,由于受围湖造田、城市扩张等人类活动影响,面积下降迅速。(2)近32年鄱阳湖区季节性水域面积波动较大,常年性水域面积相对较为稳定,2000年之后,鄱阳湖区季节性水域面积呈现缓慢下降的趋势。(3)鄱阳湖区以高淹没频率为主,占整个湖区的14.32%,高淹没频率变化强度以减弱为主,表明高淹没区水体稳定性增强。低淹没频率占湖区的3.18%,低淹没频率变化强度以增强为主,说明水陆交界区演替增强。(4)36.81%的新增季节性水体生态系统类型为农田,39.10%的丧失季节性水体生态系统类型为农田,由此可见,农田是除湿地生态系统外影响季节性水体转换的重要因素。(5)鄱阳湖区应严控围湖造田和周边城市建设,严防开发建设挤占湿地生态空间;加强入湖河流水质评估和规划,保证湖水淹没能维持湖区湿地生态系统平衡。

黄河流域湿地状况监测与分析

黄河流域生态保护和高质量发展是国家重大战略之一,开展黄河流域湿地状况监测与分析,有助于加强黄河流域湿地保护治理,对维护流域生态安全具有重要意义。通过土地利用和调研资料对黄河流域湿地开展监测和分析,结果如下:1)2018年黄河流域湿地面积约为22708.35 km^(2),面积最大的为沼泽湿地,占2018年全流域湿地面积的比例为39.6%。2)2018年黄河流域湿地面积相比2000年增加1021.62 km^(2),增加面积最大的为人工湿地。3)黄河流域7个国际重要湿地除黄河首曲外面积均在增加,面积增加最为明显的为黄河三角洲湿地。4)黄河流域湿地存在部分退化、人工化、水资源过度开发、水污染严重、湿地生物多样性降低等问题。

爱辉—腾冲生态脆弱带划定与生态特征分析

“胡焕庸线”(爱辉—腾冲人口分界线)是气候-地形-生产方式综合要素影响下的一种反映,其生态背景是农牧分界线。基于前人对于农牧交错带的划分,结合行政管理单元以便于相关政策制定,按照县域单元划定了爱辉—腾冲生态脆弱带(简称“胡焕庸带”)边界。通过对“胡焕庸带”的生态状况分析,结果表明:1)“胡焕庸带”是在自然与人文要素双重作用下具有农牧交错生态脆弱带特征;2)“胡焕庸带”是我国生态系统类型和人类开发活动的过渡带,对生态保护、修复、规划、管理等具有重要的意义;3)“胡焕庸带”地区具有重要的生态战略以及生态敏感性,目前生态保护工作已逐步加强;4)要进一步加强不同区域不同类型的针对性生态保护。“胡焕庸带”西部的湿地、“胡焕庸带”中草地、森林等生态类型保护均需要加大力度。