人工智能识别与人工识别红外相机动物影像准确率分析:以上海大金山岛猕猴监测为例

红外野生动物相机影像人工智能识别已成为生态学与人工智能交叉学科研究的热点之一。为探究人工智能识别红外相机动物影像的准确率及其影响因子,比较人工智能识别与人工识别的差异。以上海大金山岛猕猴(Macaca mulatta)监测为例,应用YOLO v3模型进行训练与测试,探讨YOLO v3模型识别大量红外相机图像的可行性。同时,对比人工智能图像识别与人工识别的准确率与识别效率,找出特定样本容量条件下识别方式的最优解。对11106张照片的识别结果表明,人工智能识别总准确率为69.0%,均值为68.2%;人工识别总准确率为99.0%,均值为99.1%。人工识别准确率显著高于人工智能识别准确率(t=-9.256,df=22,P<0.01)。简单生境背景的人工智能识别准确率显著高于复杂生境背景(Z=-2.270,P=0.023)。简单生境背景的人工识别准确率与复杂生境背景无显著差异(Z=-0.406,P=0.685)。因此,人工智能识别更适用于生境及背景简单的红外影像,但需谨慎用于识别复杂生境的背景。同时,人工智能识别可用于对大量照片的初筛。人工识别可用于识别复杂生境背景的照片和对人工智能初筛后照片的复核。对于万张级的样本量,人工智能并未显示出明显的时间优势,人工识别反而具有准确率优势。随着各类训练数据集的不断建立与开放应用,对于大型脊椎动物,特别是一些公众熟知的明星物种的人工智能识别可能会率先代替人工识别。

中国大陆青冈分布区东缘大金山岛种群种子形态变异

在大陆青冈分布区东缘的大金山岛种群中按不同坡向取样,旨在揭示相对均一条件下青冈种子的形态变异及变异的来源,以从不同侧面研究环境对形态变异的作用。大金山岛种群青冈种子的长度、直径和重量分别为1.557±0.128cm、1.175±0.112cm、1.321±0.310g,处于青冈种子正常分布范围内。单颗种子的长度、直径符合正态分布,而重量则明显偏离正态分布。不同坡向青冈种子间差异很小,表明微地形的影响较小;种群变异的来源株内和株间约各占一半,说明种子表型具有一定的可塑性,主要由于种子处于植株不同部位的缘故。

上海大金山岛种子植物区系的研究

上海大金山岛共有野生种子植物 6 1科 110属 145种。植物区系组成复杂、地理成分多样 ;在区系组成、性质和发生上 ,与同纬度的天目山植物区系相比具有很大的相似性 ,表现出与大陆植物区系极为密切的关系 ,并以滨海植物区系丰富、广布性成分增多、热带亲缘特征明显等为特色。

大金山岛常绿阔叶林和落叶阔叶林中小型土壤动物群落特征

于2017年秋季(10月)和冬季(12月)及2018年春季(3月)和夏季(6月)分别对大金山岛8个植物群落中小型土壤动物群落进行调查,共捕获5门14纲23个类群土壤动物8506只,优势类群分别为线虫纲(66.06%)、蜱螨亚纲(17.95%)和弹尾纲(11.15%),其余为稀有类群(4.84%)。常绿阔叶林中小型土壤动物4季平均密度和类群数均高于落叶阔叶林,且2种林型间类群数差异显著(P<0.05),而这2种植被类型夏季中小型土壤动物密度均显著高于其他3季(P<0.05);常绿阔叶林秋季中小型土壤动物类群数显著高于春、冬2季(P<0.05),而落叶阔叶林表现为秋季显著高于其他3季(P<0.05)。在垂直分布上,2种植被类型中小型土壤动物密度均表现出明显的表聚型,其0~5 cm土层密度分别占0~20 cm土层总密度的68.68%和66.94%。常绿阔叶林Shannon-Wiener多样性指数和Margalef丰富度指数均高于落叶阔叶林,且常绿阔叶林秋季这2个指数均显著高于其他3季(P<0.05);落叶阔叶林秋季中小型土壤动物Margalef丰富度指数显著高于其他3季(P<0.05)。由Pearson相关性分析可知,中小型土壤动物总密度以及线虫纲、蜱螨亚纲和弹尾纲密度均与土壤有机质含量呈正相关,与土壤pH呈负相关。

上海市大金山岛土壤重金属富集情况及生态影响评价

上海市大金山岛由于自然地理隔离的因素,受到人为侵扰较少,是上海市最大的乡土植物基因库。然而,重金属等污染物通过大气传输,在土壤中富集,造成土壤污染。本文对大金山岛土壤铅(Pb)、镉(Cd)、铜(Cu)、锌(Zn)浓度进行测定,以上海城市绿地土壤为对照,对比2012年大金山岛土壤测定结果进行对比分析。结果表明:(1)大金山岛土壤Pb、Cd、Cu、Zn浓度分别为36.2±10.3、0.9±0.5、52.1±63.7、91.0±62.2 mg/kg,Cd、Cu和Zn浓度显著低于城市绿地,但是Pb浓度显著高于城市绿地;与2012年相比,大金山岛土壤Pb、Cd和Cu浓度分别提高32.1%、350%和141%,Zn浓度降低6.5%;对比我国《土壤环境质量标准》一级标准,大金山岛土壤Pb、Cd、Cu、Zn超标率分别为50.0%、91.7%、76.2%和34.5%。(2)大金山岛土壤Pb、Cd、Cu、Zn浓度之间具有显著的正相关关系,但是时间变化规律不一致;土壤重金属的空间分布特征与潜在污染来源方向不符,西北部浓度较低而中部较高。(3) 2012年至2017年,大金山岛土壤总体污染水平从轻微生态危害程度上升到中等生态危害程度,主要污染物种为Cd。大金山岛Cd的污染加剧情况急需引起相关海洋及其岛屿生态与环境保护部门的重视,也需要进一步的治理措施加以防治。

上海大金山岛典型大气污染特征及来源分析

为了探究大金山岛典型大气污染物的特征及其来源,本文以气溶胶粒径谱仪、气体采样袋与测汞仪对大金山岛大气中的颗粒物PM2.5、PM10,挥发性有机物(VOCs),以及大气重金属汞进行监测、采集与分析。结果表明,颗粒物PM2.5和PM10浓度(μg/m^3)在空间上,依次表现为:小金山岛(45.76,60.97>金山码头(43.80,56.45)>大金山岛(37.92,53.63);大气总VOCs浓度(μg/m^3)在空间上,依次表现为:小金山岛(338.01)>大金山岛(318.72)>金山码头(303.93);大气重金属汞浓度(ng/m^3)在空间上,依次表现为:小金山岛(7.33)>大金山岛(6.02)>金山码头(4.65)。后向轨迹模型分析表明,到达大金山岛的气团主要来自西北方位的河南中西部及长三角西北部。

大金山岛土壤重金属污染评价及相关性分析

大金山岛是上海自然陆地海拔最高点,为了探明大金山岛陆域土壤重金属污染状况及其相关性,本研究以网格法及蛇形采样法进行布点采样,采用单因子污染指数法及潜在生态危害指数法对大金山岛陆域土壤环境重金属污染状况进行评价.结果表明,大金山岛陆域土壤重金属基本符合一级土壤标准,其中Cd有轻微污染,样品超标率为85.4%;其次是Pb,超标率为26.8%;Zn和Cu未超标.Pb-Cu、Pb-Zn、Cu-Zn之间在P=0.05水平有显著正相关性,说明其同源性较高,受成土母质影响很大,这也间接说明大金山岛被保护尚好,受人为活动影响较小.

大金山岛生态承载力评价

根据上海市近海海洋综合调查与评价(简称上海市"908"专项)的调查数据及相关遥感图像、统计年鉴、学者近年研究数据,运用层次分析法对大金山岛生态承载力进行分层指标体系构建及指标权重分析,以模糊综合评价法计算各指数隶属度值,定量分析了生态承载力与生态弹性力、资源承载力、生态系统压力三者的相关关系。研究表明:大金山岛生态弹性力、资源承载力、生态系统压力最大隶属度分别为0.36、0.48、0.86,等级均为优;总体生态承载力最大隶属度为0.49,等级为优。生态承载力大体上与资源承载力和生态弹性力呈正相关,与生态系统压力呈负相关。