基于森林冠层高度和异速生长方程的中国红树林地上生物量估算

红树林是一种高效率的滨海蓝碳生态系统,准确估算红树林地上生物量对研究碳循环和气候变化十分重要,获取中国红树林地上生物量将具有现实意义和应用价值。遥感技术便捷高效、观测范围广,能够服务于大尺度的生态系统监测。文章使用基于GEDI星载激光雷达反演的森林冠层高度数据和基于异速生长原理构建的红树林“树高-生物量”异速生长方程,估算2019年中国红树林地上生物量,进而分析其数量、空间分布特征及主要影响因素。结果显示,2019年中国红树林地上生物量总量和均值分别约为1974827 t和73.0 t/hm^(2);红树林分布的各省份(地区)的地上生物量均值在53.3~92.1 t/hm^(2),其中海南省的红树林地上生物量均值最高,达到92.1 t/hm^(2);中国红树林地上生物量的累积和分布受纬度和人为因素的影响。研究结果能够为后续红树林生态系统碳储量的核算提供数据基础和技术参考,也将有助于中国沿海红树林生态恢复和保护措施的制定,以及控制碳排政策的出台实施。

基于机载激光雷达与高景一号数据的草原地上生物量反演研究

草原地上生物量(AGB)是草原调查监测中的重要指标,是草原生态保护和资源合理利用的依据,对草原可持续发展与科学管理具有重要意义。本研究以广西兴安县热性灌草丛为研究对象,结合机载激光雷达数据与高分辨率多光谱卫星影像,利用2021年采集的89个实地样方调查数据,对草原AGB进行了遥感反演研究。结果表明,草层高度信息是草原AGB建模的重要指标。增强型植被指数(EVI)、比值植被指数(RVI)、归一化植被指数(NDVI)中EVI与AGB的相关系数最高(0.666),高度指标中平均草层高度(CHM_(mean))与AGB的相关系数最高(0.686),二者结合的指标中RVI×CHM_(mean)与AGB的相关系数最高(0.735)。模型精度验证结果显示,EVI模型中均方根误差(RMSE)最低,为292.047 g·m^(-2),CHM_(mean)模型中RMSE最低,为245.084 g·m^(-2),RVI×CHM_(mean)模型中RMSE最低为225.872 g·m^(-2)。结果说明机载激光雷达数据可以有效提取草层高度信息,尽管存在明显的低估现象,但在草原AGB研究中仍具有较大的应用潜力。

我国高分遥感近十年林业应用研究进展

2013年以来,随着我国高分遥感不断发展,高分影像在森林参数提取、森林资源调查和森林灾害监测等林业细分领域得到了广泛应用。本文总结了高分遥感在上述领域的研究进展,梳理了高分影像相关的定量分析方法,重点介绍了多元线性回归、随机森林、支持向量机、BP神经网络、像元二分类法、面向对象分类法等较为常用的6种定量分析方法及其应用特点。

小叶章种群地上生物量与株高的分形特征

小叶章（Ｄｅｙｅｕｘｉａａｎｇｕｓｔｉｆｏｌｉａ）为三江平原的代表植物，也是优良的饲用植物，文章应用分形理论的方法，探讨了三江平原典型草甸小叶章种群地上生物量与株高的关系，揭示其地上生物量的积累和空间分布规律及生长过程。结果表明：两者之间存在分形特征，具有自相似规律。在６～９月其分形维数Ｄ值分别为１１６９、１６７４、２０６５、１８４３；在整个生长季其Ｄ值为１７３０。说明小叶章种群生物量积累及其空间分布是一个分形生长过程，服从Ｄ值规律增长。其成熟植株可看做是生长初期植株经生长放大而形成的。

群桩效应对砂土地基中高桩承台群桩基础抗震性能的影响

针对我国广泛使用的高桩承台群桩基础,基于一组砂土地基中桩柱式基础的抗震试验数据和分析模型,建立了合理的高桩承台群桩基础Pushover分析有限元模型,分别研究在峰值和极限状态时,不同桩基自由长度和不同砂土密度条件下,群桩效应对高桩承台群桩基础整体峰值抗力和变形模式、桩顶水平剪力分配、桩身截面弯矩分布、桩身水平变形和曲率分布的影响,并讨论自由长度和砂土密度对群桩效应的影响。结果表明:群桩效应使基础峰值抗力降低;使峰值状态时承台和桩身水平位移增加,承台转角减小,而对极限状态时承台和桩身水平位移以及承台转角的影响主要依赖于自由长度大小;群桩效应对桩基剪力分配的影响较小;群桩效应对桩身分布弯矩峰值影响较小,但是对弯矩沿桩身的分布和桩身分布曲率峰值影响很大,且这种影响对于后排桩最大,中排桩次之,前排桩最小,自由长度和砂土密度对此时群桩效应的影响均较大。

厚穗宾草地上部生物量与株高的分形关系

应用分形几何学的方法对厚穗宾草种群地上部生物量与株高的关系进行了分析研究.结果表明:厚穗宾草种群地上部生物量与株高之间存在着明显的分形关系.不同时期,不同高度的植株在空间分布结构存在着相似性,各时期分维数分别为1.9931(3月),1.3173(5月),1.6182(6月),2.1191(7月),1.9356(8月),1.6686(9月).整个生长季,分维数呈抛物线型,7月份达到最大值,并且生长后期的较大植株同生长前期的植株相似,分维数为1.4668.

退化草地阿尔泰针茅生殖株丛与非生殖株丛的空间格局

生殖株丛与非生殖株丛的空间格局是株丛自身特性和植物种内、种间关系综合作用的结果。采用草地群落学调查与点格局分析方法,在祁连山北坡高寒退化草地设置4个退化梯度,每个梯度内随机设置3个2 m×2 m的样方,分析了0—100cm空间尺度上阿尔泰针茅(Stipa krylovii)种群生殖与非生殖株丛的生物量、高度和空间格局。结果表明:未退化草地中,阿尔泰针茅生殖与非生殖株丛均出现聚集格局,且分布于不同的尺度区间;草地退化过程中,生殖与非生殖株丛聚集格局出现重叠且重叠的空间尺度发生转换,从18—19 cm、54—68 cm转换为45—78 cm;生殖株丛空间格局以聚集分布为主,聚集格局尺度随生物量和株高增加而增大;非生殖株丛以聚集和均匀分布为主,聚集格局尺度随生物量和株高下降而减小,均匀格局尺度增大。在干扰活动影响下,生物量分配和株高的转变是种群空间格局发生尺度转换的关键因素,反映了退化草地植物种群繁殖与更新的适应性途径。

云雾山天然草地植物生长规律

试验以云雾山优势种本氏针茅(Stipa bungeana)、大针茅(Stipa grandis)与伴生种百里香(Thymus mongolicus)、铁杆蒿(Artemisia sacrorum)、厚穗冰草(Agropyron dasystachys)、二裂萎陵菜(Potentilla bifurca)和阿尔泰狗娃花(Heteropappus altaicus)为研究对象,对每一植物选择典型植株进行标记,重点从植物株高和地上单株生物量两个方面对其生长动态,进行一个生长周期(返青期-枯黄期)的观察测量,结果表明:(1)植物生长在株高和地上单株生物量达到最大值之前,均基本符合Logistic生长模型;(2)在植物整个生长过程中,地上单株生物量月变化与株高存在动态分形关系:lnB=D×lnH+lnC。(3)植物生长除受其生物学特性支配外还受外界环境因子的限制,在干旱半干旱地区,降雨量显得尤为重要,在本次试验中,植物株高增长和地上单株生物量月变化均与降雨量累积存在着极显著的对数相关性:y=a×lnx+b。

毛果苔草种群地上生物量与株长或鞘高分形特征

By using the principles and methods of fractal geometry theory, the relationship between aboveground biomass and plant length or sheath height of Carex lasiocarpa population was studied. The results showed that there was a good static fractal relationship between them, and the resulted fractal dimension was an efficient description of the accumulation of aboveground biomass in each organ. The dynamic fractal relationship showed that during the whole growing season, the increase of aboveground biomass had a self-similarity, being a fractal growth process, and the pattern of its increase was the fractal dimension D. Based on these results, a fractal growth model of Carex lasiocarpa population was established, which regarded the bigger grass as the result of the amplification of seedling growth.

三江平原典型小叶章种群地上生物量的空间结构分形特征

2005年5月至10月,应用分形几何学的原理和方法对三江平原典型小叶章种群地上生物量与株高的空间结构分形关系进行了研究。结果表明,典型草甸小叶章和沼泽化草甸小叶章的地上生物量与株高存在良好的静态分形关系,其分形维数(D)是对地上生物量在各器官中积累规律的表征;二者地上生物量与株高的对数值线性相关,相关系数分别介于0.579～0.919和0.655～0.914之间(P<0.01,D值介于1.778～3.414和2.238～3.924之间,各时期地上生物量均以株高的幂函数形式积累;二者地上生物量与株高静态分形关系D值的季节动态基本一致,其变化均符合抛物线模型(P<0.05),而局部波动又与地上生物量的变化有关;生长季内,二者地上生物量与株高动态分形关系的D值分别为2.749和2.738,说明地上生物量的积累具有自相似性,符合幂函数增长的分形生长过程。研究还表明,仅用D值来刻画不同植物地上生物量的空间积累与展布存在一定的局限性,它只能用于测度和描述一种植物体生物量的空间积累及其对空间的占据,而一般不能用于植物间相应指标的类比;导致不同植物D值差异的原因可能与植物生长所处生境、外在因素以及模型参数(C)有关。

虉草人工草地的生长动态研究

对虉草人工草地的株高、生长速率、种群密度、种群出生率和地上生物量动态进行了研究,结果表明:虉草种群出生率呈现多峰型周期性变化,整个生长季出现3次峰值,以拔节-抽穗期种群出生率最高(41.77%);株高生长曲线呈单峰型,孕穗-开花期生长速率最大(3.17cm/d),盛花期后生长速率递降;株高与叶片数的季节变化动态均呈"S"型曲线;随草地年龄增加,地上生物量和种群密度呈现逐渐上升的趋势,表明试验期内虉草种群仍处于增长期。

祁连山北坡5类天然草地地上部数量特征及其与环境因子的关系

利用祁连山北坡5类天然草地调查数据和同期的气象资料,分析其地上部数量特征及其与环境因子的关系。结果表明,5类草地的地上生物量、植被盖度均存在显著差异(P<0.05),表现为山地草甸>山地草甸草原>山地草原>高寒草原>山地荒漠草原;各草地群落地上生物量、高度和盖度的季节变化均呈单峰型,且峰值均出现在8月下旬;地上生物量与植被盖度显著相关(P<0.05),与群落高度(除山地草甸外)极显著相关(P<0.01),说明地上生物量随植被盖度和高度的增加而增大;各草地群落高度在达到最大值之前,均基本符合Logistic生长模型(P>0.01);地上生物量与同期水热因子的相关性均不显著(P>0.05),各草地群落高度和植被盖度对水热因子的敏感性存在差异。

基于SPOT6遥感影像的滩涂湿地入侵种互花米草植株高度的反演研究

本文以SPOT6高空间分辨率遥感影像为数据源,通过植被覆盖度和地上生物量两个参数进行滩涂湿地入侵种互花米草植株高度的估算研究。结果表明,三沙湾滩涂湿地互花米草植株高度平均值为2.04m,以1～2m和2～3m植株为主要分布高度,分布面积分别为6.83km2和10.31km2,占研究区互花米草总面积的33.83%和51.06%,小于1 m和大于3 m的互花米草仅占9.26%和5.84%。估算值与真实值之间的均方根误差为0.204,绝对误差为0.04～0.37m。该方法是对高空间分辨率光学影像应用研究的重要尝试,其反演方法具有较好的可行性,可较为准确的获取滩涂湿地植株高度信息。

涝渍胁迫对冬小麦生长因子变化的影响研究

通过田间试验,研究了水位调控下不同生育阶段涝渍胁迫对作物生长指标(茎蘖数、株高、冠层叶面积指数(CLAI)及地上干物质量)的影响。结果表明,返青分蘖期涝渍胁迫使小麦茎蘖数增多,拔节孕穗期和抽穗开花期涝渍胁迫则使小麦茎蘖数迅速下降,而乳熟期涝渍胁迫则对小麦茎蘖数影响不明显;返青分蘖期、拔节孕穗期及抽穗开花期控水对株高影响最为明显,应尽量避免在拔节孕穗期受涝渍胁迫;返青分蘖期、拔节孕穗期涝渍胁迫不利于叶片生长,导致冠层叶面积指数下降,抽穗开花期受渍胁迫导致小麦晚熟,冠层叶面积指数增大,乳熟期受涝胁迫加速了叶片的衰老,导冠层叶面积指数迅速下降;考虑到小麦地上干物质量的积累,应避免在返青分蘖期、拔节孕穗期、抽穗开花期涝渍胁迫,且应以较大的地下水降落速度排出地下水。

不同放牧率对草甸植被特征的影响

通过对羊草+苔草草甸进行受控放牧实验,定量研究了草地植被结构对不同放牧率条件下的反应特征。结果表明:所有不同放牧小区的四种牧草牧前高度远远低于对照小区,而且留茬高度差异不大。各种牧草放牧后的高度受草地群落生物量和牧草本身适口性的影响,适口性越高,降低程度越大。在整个生长季内,羊草+苔草草甸群落地上部分生物量一直处于不断增加的状态,其中苔草和芦苇地上生物量于6月份达到峰值;羊草于7月份达到峰值;香茅在整个生长季内不断增加,于8月份达到最大值。各放牧小区群落生物量均明显低于对照小区。随着放牧率的提高,多样性指数先增高后降低,即适度放牧有利于多样性的维持。

草地植物群落地上生物量非破坏性估测方法的探讨

羊草群落的高度和盖度与地上生物量存在良好的复相关关系(R=0.9316),所获多元回归方程可用于该群落地上生物量的估测。通过对羊草群落、羊草+杂类草群落和贝加尔针茅群落植冠红光(0.63-0.69μm)和近红外辐射(0.76-0.90μm)反射率实测数据的分析,表明这些群落的光谱反射率比IR、IR/R和VI与地上生物量呈高度的指数相关关系,其中由VI和IR/R所获各群落不同生长时期地上生物量回归模型的估测效果较好。

河套灌区灌溉定额对膜下滴灌玉米生产性状及水分利用效率的影响

为评价膜下滴灌在河套灌区玉米种植过程中的适宜性,同时筛选出适宜灌区的滴灌灌溉定额。试验以传统漫灌CK(358 mm)为对照,设置不同滴灌灌溉定额DP1(180 mm)、DP2(200 mm)、DP3(220 mm)、DP4(240 mm)和DP5(260 mm)共5个处理,系统研究了不同处理对玉米全生育期内株高、叶面积指数、地上部生物量累积量、叶片SPAD值及产量和水分利用效率的影响。结果表明:各滴灌处理玉米生产指标及水分利用效率均显著高于传统漫灌处理。随滴灌灌溉定额的增加,玉米株高、叶面积指数、地上部生物量累积量和SPAD均呈显著增加趋势,整体表现为处理DP5>DP4>DP3>DP2>DP1,但各指标DP4和DP5间差异性不显著,说明当灌溉量达到一定值时,继续增加灌溉水量对玉米生长指标影响大幅减弱。膜下滴灌显著提高了玉米产量和水分利用效率,且以处理DP4增加最显著,产量分别较处理CK,DP1,DP2,DP3和DP5高56.06%,40.37%,33.67%,6.50%和5.48%,水分利用效率高149.05%,26.56%,25.22%,5.82%和12.44%。综合分析该地区玉米膜下滴灌灌溉定额以240 mm为宜。

模拟增温和氮素添加对高寒草地植物群落的影响

为研究温度升高和氮素添加对高寒草地植物群落生长的影响,通过模拟增温和添加不同形态及配比氮素的方法,在玉树珍秦乡高寒草地生态系统野外试验观测站进行了短期观测。研究结果表明:对高寒草地植物群落高度和地上生物量鲜重而言,增温(A1)与不增温(A2)处理之间存在显著差异(P<0.05);添加氮素会增加草地植物群落高度和地上生物量鲜重,且显著差异(P<0.05);但添加不同形态及配比的氮素,对高寒草地植物群落高度和地上生物量鲜重没有明显的影响。增温和氮素添加的交互效应对高寒草地植物群落高度和地上生物量鲜重有一定的影响。

刺槐立木地上生物量方程模型研建

以在河北省平泉县东山栽植的288株4年生菌料刺槐林为试验材料,以生长量因子树高、地径、冠幅以及地径平方与树高乘积为自变量,以立木地上部分(不含树叶)生物量即自然风干质量为因变量,应用SPSS 17.0软件对数据进行统计和回归分析,构建生物量估测模型。对初选出的20个估测模型采用决定系数R^2和SEE值进行模型拟合效果检验,优选出4个估测模型。对优选出的4个估测模型以总相对误差(RS)、平均相对误差(EE)、平均相对误差绝对值(RMA)和预估精度(P)进行预测精度验证,最后确定最优估测模型。结果显示,优选的4个估测模型为:以冠幅作自变量的线性方程y=4.746x-8.278、幂函数y=0.451x^(2.309)、对数函数y=14.867ln(x)-10.210和以地径作自变量的复合函数y=1.426×1.252~x,通过RS、EE、RMA、P预测精度验证,都可以用来预测刺槐地上部分(不含树叶)生物量。以冠幅作自变量的幂函数y=0.451x^(2.309)预测该生物量更为准确,预测精度更高,线性方程y=4.746x-8.278次之。相关性和回归分析表明,生长量因子树高、地径、冠幅相互之间均呈极显著正相关,冠幅与地径的相关系数高达0.905,冠幅与树高的相关系数最低,为0.695。对其线性回归方程检验后认为,以地径作自变量,以冠幅作因变量的线性方程y=0.282x+1.296,决定系数R^2>0.8,SEE值很小,可靠性比较高,可以通过地径来预测冠幅的大小。

星载大光斑LiDAR与HJ-1A高光谱数据联合估测区域森林地上生物量

以吉林省汪清林业局经营区为研究区,利用HJ-1A/HSI高光谱数据和ICESat-GLAS波形数据,估测区域森林地上生物量。从平滑后的GLAS波形数据中提取波形长度W和地形坡度参数TS,建立GLAS森林最大树高估测模型;从GLAS波形数据中提取能量参数I(植被回波能量Ev和回波总能量E之比),建立GLAS森林郁闭度估测模型;利用GLAS估测的森林最大树高和森林郁闭度联合建立森林地上生物量模型。由于GLAS呈离散条带状分布,无法实现区域估测,因此研究将GLAS波形数据与HJ-1A/HSI高光谱数据联合,基于支持向量回归机算法实现森林地上生物量区域估测,得到研究区森林地上生物量分布图。研究结果显示,基于W和TS建立的GLAS森林最大树高估测模型的adj.R^2=0.78,RMSE=2.51m,模型验证的adj.R^2=0.85,RMSE=1.67m。地形坡度参数TS能够有效的降低地形坡度的影响;当林下植被高度为2m时,得到的基于参数I建立的GLAS森林郁闭度估测模型效果最好,模型的adj.R^2=0.64,RMSE=0.13,模型验证的adj.R^2=0.65,RMSE=0.12。利用森林最大树高和森林郁闭度建立的森林地上生物量模型的adj.R^2=0.62,RMSE=10.88 t/hm^2,模型验证的adj.R^2=0.60,RMSE=11.52 t/hm^2。基于支持向量回归机算法,利用HJ-1A/HSI和GLAS数据建立的森林地上生物量SVR模型,生成了森林地上生物量分布图,利用野外数据对得到的分布图进行验证,验证结果显示森林地上生物量估测值与实测值存在很强的线性关系(adj.R^2=0.62,RMSE=11.11 t/hm^2),能够满足林业应用的需要。因此联合ICESat-GLAS波形数据与HJ-1A高光谱数据,能够提高区域森林地上生物量的估测精度。