城市森林结构与削减空气中PM_(2.5)和PM_(10)的耦合关系——以北京市海淀区中关村森林公园为例

以北京市中关村森林公园为例,选取典型林分样地连续进行监测实验,测定其夏季和秋季的颗粒物浓度,选取森林冠层结构指标进行耦合,研究颗粒物浓度的日变化和季节变化,进一步评估分析不同森林冠层结构下空气颗粒物浓度的影响因素,综合评定哪种因素能更好地调节空气颗粒物浓度。通过对北京市城市森林公园内不同林分在密度冠层结构下的空间分布特性,并根据平均枝下高(HCB)、郁闭度、冠高比(RCT)、叶面积指数(LAI)和冠层厚度(CTH)这5个冠层空间结构指标,探究城市森林结构与削减空气中PM_(2.5)和PM_(10)的耦合关系。结果表明:(1)不同的城市森林林分类型冠层结构以及对空气颗粒物的浓度之间均存在着显著差异(P<0.05),其中叶面积指数(LAI)、平均枝下高(HCB)、冠层厚度(CTH)以及郁闭度对颗粒物的影响较为显著,是削减颗粒物最为主要的影响因素;(2)林内外的颗粒物浓度变化存在明显的季节差异,夏季和秋季期间高密度林分的颗粒物浓度变化与其他2种林分密度要明显;3种不同密度的林分内颗粒物削减程度均为上午>中午>下午,比较得知秋季的变化趋势比夏季要剧烈;(3)各林分类型间的颗粒物削减程度存在显著差异性,相对于其他3种林分类型来说,针阔混交林对颗粒物的削减程度较高,说明对颗粒物的削减作用较大。冠层结构指标对城市森林内空气颗粒物的削减程度影响显著,并且与叶面积指数(LAI)、平均枝下高(HCB)、冠层厚度(CTH)以及郁闭度相关性较高。

邻体竞争对城市森林微景观中针叶树视觉形态性状的影响

树木视觉形态性状是城市绿地微景观美学质量的重要影响因素之一,树木视觉形态性状的变化与其周围邻体木的竞争作用息息相关,但邻体竞争对树木视觉性状的作用机制尚不明确。研究于2022年8—10月对北京市城市公园中常见的针叶树种白皮松、侧柏、油松、圆柏展开调查,从树冠形态、干冠协调、树干形态3个方面构建了9个树木视觉形态性状指标,采用3个不同的竞争指标分析邻体竞争对针叶树种视觉形态性状的影响。结果表明,针叶树的树冠形态对邻体竞争的响应比较敏感,竞争中的白皮松、侧柏、油松、圆柏偏冠指数与孤立木相比分别提高了16.95%、28.95%、22.76%、17.67%;树冠缺失率分别提高了3.92%、6.09%、4.87%、4.95%。与孤立木相比,部分针叶树种高径比、分枝角变异度在多侧竞争环境中显著提高,而树冠舒展度则显著降低。邻体竞争强度越大,针叶树树冠的偏移与缺失程度越大。当针叶树受到强烈的侧方竞争时,对象木树冠和树干的径向生长显著受阻,表现为树冠舒展度大幅度下降、高径比显著提高,使树冠向细高方向发展。当针叶树上方的生长空间被占据时,其轴向生长同样受到严重阻碍,树木的冠径比和高径比维持较稳定状态。总体而言,四种针叶树种在视觉形态上对竞争胁迫的响应具有一定差异性,其中油松最为敏感,圆柏次之。综上,在城市森林微景观中,邻体竞争会导致针叶树种的树冠及树形发生明显变化,这种变化主要受综合资源竞争的影响,与其周围潜在生长空间的大小及对称性有关。在城市森林景观营建时,建议将针叶树栽植在对称的竞争环境中,但是其邻体木不宜过高,通过四周邻体木的适度竞争,能够促进针叶树的轴向生长,同时降低树冠偏移或变形的风险,提高其视觉美学效果。

气候变化对北京近远郊地区油松径向生长影响的比较研究

【目的】以气候变暖为主的气候变化对树木健康及生态系统的稳定产生了深刻影响。本文通过研究气候变化对远郊油松天然林和近郊油松人工林径向生长的影响,揭示城市远郊自然生态系统和近郊山地树木径向生长对气候敏感度的差别。【方法】建立了远郊和近郊油松林的标准年表及差值年表,分别与气候指标进行相关分析;利用R软件建立年轮指数与气候指标的最优模型;通过4个韧性力指标分析近郊油松径向生长对干旱条件的响应。【结果】(1)两地均呈现气候暖干化现象,其中近郊地区气候暖干化现象更为严重。(2)年表中统计参数均显示,近郊油松径向生长对气候信息更敏感。(3)远郊油松径向生长与当年及上年秋冬季最低温、上年夏秋季标准化降水蒸散指数(SPEI)呈显著正相关;近郊油松径向生长与上年及当年夏季极高温呈显著负相关,与上年及当年夏秋两季的SPEI呈显著正相关;近郊油松径向生长与当年帕尔默干旱指数(PDSI)年均值呈显著正相关,且严重干旱事件期间对PDSI变化更敏感。【结论】远郊油松天然林和近郊油松人工林树木径向生长均存在“滞后效应”,近郊油松林的树木径向生长受城市化的影响,对极端气候的响应更加敏感,更易受到夏季高温和干旱胁迫的影响;但是,在不超过承受阈值的前提下,近郊油松人工林树木径向生长可从长期干旱事件中恢复。

城市森林林内景观质量定量通用判别技术研究

【目的】针对城市森林林内景观质量评价研究中存在的理论研究多、评价指标体系不通用等问题,构建区域性通用的林内景观质量评价指标体系,并提出林内景观分级标准,为城市森林结构优化、经营管理和生产实践提供技术支撑。【方法】以城市公园风景游憩林、郊野公园风景游憩林、居住区城市森林、城郊山地风景林等为研究对象,在林分尺度上筛选评价指标,以因子分析法构建林分结构质量综合指数,采用Topsis法结合聚类分析对城市森林林内景观质量等级进行划分。【结果】(1)4种类型的城市森林筛选出15个评价指标用于城市森林林内景观评价,将林内景观分为优、高、中、低4个等级。(2)城市森林林内景观质量评价,核心指标包括乔木树种丰富度、林下物种丰富度、林型、林分整洁度、胸径分化度、郁闭度、观赏器官多样性、色彩季相多样性、单位面积胸高断面积、冠径比等。(3)不同类型城市森林最优景观的指标特点不完全相同。城市公园风景游憩林:相对枝下高最小,径高比较小,冠径比较大,林分整洁度高;居住区城市森林:单位面积胸高断面积最大,相对枝下高最小,冠径比较小,季相丰富度高。郊野公园风景游憩林:单位面积胸高断面积、树高分化度和径高比最大,乔木树种种类最多,观赏器官较多样,多为混交林。城郊山地风景林:郁闭度适中、灌木相对高度最低、林分垂直层次和林下物种较丰富、林分整洁度高。【结论】总体上看,树种组成丰富、适度混交、林内整洁、胸径分化度和郁闭度都适宜的林分和观赏器官较多样,季相富于变化的景观更受人们的喜爱,不同类型城市森林的林分密度和冠径比的最优范围不同。在城市森林经营管理中,建议适当丰富林木树种种类,注重彩色植物和多季相树种的配置,适当调整林分密度,及时修枝、割灌,清除林下杂乱的枯落物和生活垃圾,保持林分整洁,并根据城市森林类型适时采取不同的经营管理措施,以提高其景观质量。

功能性状和立地条件与树木根系NO_(3)^(-)吸收能力的关系

【目的】养分是干旱瘠薄立地中树木生长的重要限制因素,树木对干旱瘠薄立地中养分的吸收利用方式决定其生态适应对策。本研究通过野外原位测定,探究根系氮吸收动力学及其与根系形态性状间的耦合关系,为揭示林木根系在干旱瘠薄环境中的生理功能奠定基础。【方法】以北京市百望山森林公园内的山桃、栓皮栎和元宝枫为对象,采用以硝态氮(NO_(3)^(-))为唯一氮源的改良型梯度霍格兰营养液,在一般程度的干旱瘠薄立地和极端程度的干旱瘠薄立地中分别开展野外原位测定根系NO_(3)^(-)吸收动力学研究,并通过Pearson相关性分析和通径分析研究根系NO_(3)^(-)吸收速率与根系功能性状间的关系。【结果】树种、立地条件和两者的交互效应对NO_(3)^(-)吸收速率和动力学参数均有显著或极显著的影响。3个树种对氮的亲和性均较高,元宝枫根系对NO_(3)^(-)的吸收速率偏低,在2种立地条件中均显著低于山桃和栓皮栎。生长在更加干旱瘠薄立地中的速生树种对NO_(3)^(-)的吸收具有补偿性。根系功能性状与NO_(3)^(-)的吸收速率有很好的耦合关系,比根长和比根表面积对根系NO_(3)^(-)吸收速率有显著正效应,根直径和根组织密度则相反。分支结构性状中,分支强度和链接数对根系NO_(3)^(-)吸收速率的作用较弱。【结论】生长速度较快的山桃和栓皮栎根系的NO_(3)^(-)吸收速率在极端干旱瘠薄立地胁迫下显著降低,元宝枫则相反。采取提高最大吸收速率和降低氮亲和力的“速度策略”可保障速生树种根系对NO_(3)^(-)的补偿性吸收。高比根长、高比根表面积、低根直径和低根组织密度的形态性状组合,可有效提高根系在干旱瘠薄立地中对NO_(3)^(-)的吸收速率。

黄栌幼苗根系构型对土壤养分胁迫环境的适应性研究

【目的】通过研究黄栌幼苗根系构型对土壤养分胁迫环境的适应性,探讨黄栌根系构型在土壤养分供应不足环境中的适应对策。【方法】试验材料为一年生黄栌幼苗,采用盆栽模拟控制试验,设置养分充足(即全土,土壤含沙比例0,CK),轻度养分胁迫(土壤含沙比例30%,N1),中度养分胁迫(土壤含沙比例50%,N2),重度养分胁迫(土壤含沙比例70%,N3)和极度养分胁迫(即全沙,土壤含沙比例100%,N4)5个梯度,分别在移栽后第31、38、45、52和59天取样,研究幼苗根系分枝模式、几何特征和不同径级细根形态在上述养分环境中的变化规律。【结果】(1)CK处理幼苗的根系拓扑指数(TI和DBI)最大,最长链接路径的链接数(a)、根系外部链接数(μ)以及所有链接路径的链接总数(Pe)最小。N1环境中,幼苗的TI和DBI最小,a、μ和Pe最大,分别比CK高53.2%、131.6%和194.7%。(2)N1、N2、N3和N4处理中:幼苗比根长(SRL)、比表面积(SRA)和分枝密度(RBI)逐渐增大,其中,N4处理幼苗的SRL、SRA和RBI分别比CK高67.7%~157.4%、52.3%~120.7%和14.7%~42.1%;根尖数量(RT)、根链接数量(RLN)、根链接总长度(RLTL)和分枝数量(RF)逐渐减小,以N1处理为最大,分别比CK高95.0%~279.6%、104.3%~247.4%、77.4%~193.5%和102.6%~235.0%;根链接平均长度(RLAL)、根链接平均直径(RLAD)和根组织密度(RTID)均呈减小趋势,以N4处理最小,分别比CK低15.2%~22.7%、9.3%~21.4%和32.4%~42.7%。(3)CK环境中,SRL和SRA的正相关系数最大(0.951),N4环境中,RF与RLN之间和RLAL和RLAD之间的正相关系数最大(分别为0.989、0.904)。N1、N2和N3处理的RBI和RLAL之间的负相关系数分别为-0.915、-0.889和-0.893。(4)N3和N4处理中,0~0.50 mm范围内细根的平均长度比例、平均表面积比例、平均体积比例和平均根尖数量比例均高于其他处理,分别达86.3%和86.1%、67.6%和66.7%、40.2%和38.1%、98.6%和98.4%,而上述指标在CK处理中均为最低,分别为80.9%、59.4%、32.2%和97.2%。【结论】(1)土壤养分充足时,黄栌根系最接近分枝少且结构相对简单的鲱鱼骨分枝模式,具有向土壤深处延伸生长的倾向。轻度胁迫环境中,黄栌构建了分枝多、次级根重叠度高的叉状分枝模式,主、侧根尽可能地主动向距离根基较远的土壤中拓展以吸收更大范围内的养分。中度、重度和极度胁迫环境中,幼苗为减少碳消耗而采取相对简单化的根系结构对策,根系通过形成短而细的密集横向分枝(以细根为主)而加强原位利用养分能力。(2)改变根系构型几何特征参数间的协同或权衡关系、实现自身资源利用的经济化,也是黄栌应对不同土壤养分环境的重要方面。(3)从全土到极端严重胁迫环境,0~0.50 mm范围细根的分化明显增强。重度胁迫逆境时,0~0.50 mm的细根是幼苗吸收养分的重要活跃位点。极度胁迫逆境时,黄栌通过促进产生一定数量的寿命相对较长、周转速率相对较慢的细根(0.50~2.00 mm)以减少细根周转对碳的消耗,从而维持根系资源利用效率。

不同坡向坡位对桉树造林成活率的影响及生长效应分析

分析不同坡向、坡位对桉树造林成活率、树高及胸径的影响。采用桉树组培苗木进行造林试验,以1年生桉树人工林样地调查数据为研究对象,调查造林效果,记录样地坡向、坡位,并实测每株林木的树高和胸径。结果表明,坡向或坡向与坡位二者的交互作用对桉树造林成活率、树高、胸径的影响程度均强于坡位,其中坡向对桉树造林成活率及当年生长量的影响程度最大;不同坡向对桉树造林成活率及当年生长量的影响极为显著,造林成活率受坡向的影响最大,不同坡位对桉树造林成活率及当年生长量的影响不显著,坡位对造林成活率、树高、胸径的影响较小;从阳坡、半阳坡、半阴坡、阴坡光照依次逐渐减弱,桉树造林成活率分别为90.83%、84.18%、77.34%、75.95%,平均树高从8.59 m减小到7.57 m,平均胸径从6.26 cm减小到5.43 cm;从阳坡到阴坡,桉树造林成活率、平均树高、平均胸径均呈现逐渐减小的趋势,而随不同坡位的降低,其变化不明显,但均在中坡表现出最小值。

根系功能性状对干瘠立地适应的种间差异--以北京石质山地主要观赏树种为例

分析干瘠立地中不同树种根功能性状的变化及差异,研究不同树种对干瘠环境的适应对策。试验材料为林龄、林分密度相对一致的石质山区主要观赏树种(黄栌、山桃、栓皮栎),采用挖掘法获取树木细根,测定细根形态参数。根据田间持水量和石砾含量分别设置4个干瘠梯度(轻度、中度、重度、极度),对比分析北京干瘠地3种树种根功能性状,探讨干瘠立地中不同树种根系形态的差异及其对特殊生境的适应。结果表明:干旱、瘠薄均对树木的根功能性状产生影响,但对不同性状以及不同树种的影响程度具有差异,其中对山桃根系的影响最大;3种树种根功能性状在不同干瘠等级下存在显著变化,同一性状的变化因树种不同而异。从轻度到极度干旱,3种树种的RL均逐渐减小,但是黄栌变化不显著;黄栌、栓皮栎RTD随干瘠的加剧而减小,而山桃随干瘠的加剧而增加;黄栌和山桃SRL随干旱、瘠薄的加剧,表现出一致的规律,即从轻度到极度,其SRL随即减小,而栓皮栎SRL随干旱、瘠薄的加剧而增大;随干瘠的加剧,黄栌SRA显著减小,山桃、栓皮栎SRA随干瘠的加剧而增大。树木对干瘠环境的变化都有一定的响应能力及适应对策,能够通过自身的形态变化来适应不断变化的环境,但不同物种对干瘠环境变化的适应途径不同,通过权衡碳分配、碳消耗采取了相应的生态适应策略,不同树种间存在明显差异。本研究3种树种中,黄栌在干瘠环境下根系性状变化不显著,耐干瘠能力较强;干瘠胁迫对山桃根系性状影响显著,山桃通过主动调节根系形态变化来适应不断变化的环境,具有较强的抗干瘠能力;栓皮栎的细根数量多,吸收土壤水分、养分能力较强,能够在干瘠环境中快速生长。

类型与结构对北京市居住区宅旁绿色空间质量的影响

【目的】居住区宅旁绿色空间是最接近居民生活并为居民所使用的绿色空间,既有生态美学价值和保健功能,又能对住宅的低层住户空间起到遮蔽作用,具有一定的安全性。本研究通过构建城市居住区宅旁绿色空间质量评价指标,分析建成年代和空间类型对宅旁绿色空间质量的影响,旨在为未来科学建设居住区宅旁绿色空间提供理论支撑。【方法】以北京市不同建成年代的居住区宅旁绿色空间为研究对象,从宅旁绿化空间树种组成、空间结构、美学特性、保健功能4方面,构建居住区宅旁绿色空间质量评价指标。通过简相关分析,从15个指标中筛选出9个用于质量评价的主要指标,并通过主成分分析降维构建3个质量评价指数,并确定各指数和指标的权重,进一步通过指数综合得分与所筛选指标间的关系对不同建成年代的居住区宅旁绿色空间质量进行分析。【结果】(1)居住区宅旁绿色空间质量受结构、树种组成、美学效果3个主成分影响,各成分对其空间质量的影响程度依次为30.34%、24.27%、22.26%。(2)中间型居住区的绿色空间综合得分分别高于新建型居住区和老旧型居住区1.60%和8.34%,但建设时间对居住区宅旁绿色空间质量的影响在统计学上未达显著水平。(3)绿色空间类型对宅旁绿色空间质量有极显著的影响,综合得分由高到低依次为宅间组合式、自然群落式、规则成林式、宅旁紧贴式。(4)空间尺度及植物配置方式的不同是造成绿色空间类型间质量差异的主要原因。【结论】类型和结构对居住区宅旁绿色空间质量有显著影响,居住区建成年代对其质量无显著影响。宅旁绿色空间质量主要取决于绿色空间结构、空间协调度和视觉质量。植物视线遮蔽度、相对空间垂直绿量对绿色空间结构质量的贡献较大;色彩丰富度、树种多样性对宅旁绿色空间质量有正向促进作用;植被与建筑空间协调度在一定范围内对绿色空间质量有积极影响。在设计与建设居住区宅旁绿色空间时,应重点考虑宅间组合式、自然群落式、规则成林式的空间类型,少用或不用宅旁紧贴式。在住宅建筑高度一定的情况下,适当扩大宅旁绿色空间的宽度,保证空间协调度处于较好水平,并采用乔-灌-草近自然复层种植结构,合理分配乔木、灌木数量比例,在满足空间结构、功能的基础上,兼具视觉美感与景观效应。

中国328个城市的植被覆盖度长期变化特征及其驱动因子

城市绿地有助于促进城市居民健康,增强城市生态系统生物多样性,减轻环境污染,缓解城市热岛效应.然而城市植被盖度异质性高,量化难度大.本文利用30m分辨率的陆地卫星数据,研究了1990~2022年间我国328个城市植被覆盖度的变化.结果显示,1990~2005年,由于城市内建筑容积率和不透水表面的增加,全国平均城市植被覆盖度由0.38降至0.35.此后,城市植被覆盖度开始逆转,到2022年增长至0.45,这种增长趋势在新建城区最明显.2005年以前,平均城市植被覆盖度的降低主要是低植被覆盖区域的扩张造成的;此后,城市植被盖度的增加则表现为高植被覆盖区域的扩张.城市植被覆盖度变化趋势的转折与2004年以后国家陆续出台政策要求增加城市绿地覆盖度有关,城市国内生产总值与城市植被覆盖度变化呈现最高相关性.对于大城市和中等规模城市,影响植被覆盖度的前三个因子分别为国内生产总值、城市人口和气温.但对于干旱/半干旱地区的城市,植被覆盖度变化对气候因素(如降水)的敏感度更高.尽管近年来中国城市的总体植被覆盖度显著增加,但在小城市和大城市老城区的城市绿地仍有改善空间.

干旱胁迫环境中黄栌幼苗叶功能性状变异与产地地理-气候因子的关系

【目的】分析持续干旱胁迫环境中不同产地黄栌幼苗叶功能性状的变异规律及差异,并探究产地地理-气候因子对叶功能性状变异的影响。【方法】采用田间模拟试验方法,选取来自5个产地的黄栌1年生幼苗作为供试材料,设置对照(CK,土壤田间持水量的75%~80%)、中度胁迫(MS,土壤田间持水量的55%~65%)和重度胁迫(SS,土壤田间持水量的35%~45%)3个土壤水分含量梯度,分析干旱胁迫、产地及其二者的交互作用对叶功能性状的影响,并结合主成分分析(PCA)和冗余分析(RDA)分别研究产地分布与地理-气候因子的关系以及产地地理-气候因子对叶功能性状变异程度(TVD)的影响。【结果】(1)干旱胁迫对幼苗叶功能性状均具有显著影响。其中,SS环境中,叶绿素含量(LChl)、叶相对含水量(RWC)、比叶面积(SLA)和叶片面积比例(LAR)分别比对照低17.61%(P <0.001)、3.71%(P <0.001)、10.89%(P=0.002)和17.22%(P=0.001),叶干物质含量(LDMC)、叶组织密度(LD)分别比对照高9.04%(P <0.001)和14.52%(P=0.009)。(2)黄栌叶功能性状之间的相关性在干旱胁迫环境中具有增强的趋势。其中,SLA与LDMC和LD均呈极显著(P <0.01)的负相关关系,LDMC和LD之间具有极显著(P <0.01)的正相关关系,RWC与LChl(P <0.01)、SLA(P <0.01)和LAR(P <0.05)呈极显著或显著的正相关关系。(3)干旱胁迫环境中不同产地叶功能性状具有显著差异。MS处理时,SLA(P=0.002)、LChl(P=0.025)和LD(P=0.026)在产地间具有显著差异;SS处理时,LChl(P <0.001)、LAR(P <0.001)和RWC(P=0.005)存在显著的产地差异。(4)来自北京延庆区幼苗的叶功能性状平均变异程度(所有性状变异程度的平均值)最大,为17.57%,而来自山西运城绛县幼苗的最小,为6.97%。(5)经RDA筛选,最干燥月份降水量(DMP,P=0.002)、生长季月降水量平均差(GSPD,P=0.008)、最热月份的最高气温(WMT,P=0.016)和年平均降水量(ANP,P=0.036)对幼苗TVD影响显著。其中,DMP与所有性状的变异程度之间均具有不同程度的负相关关系,但与LDMC和LD变异程度之间的负相关性更为显著,GSPD和ANP与SLA和LAR变异程度的负相关性较为显著,WMT与LChl变异程度的正相关性极为密切。【结论】黄栌叶功能性状在不同干旱胁迫环境中、不同产地间均具有显著差异。产地气候(尤其是DMP、GSPD、WMT和ANP)是导致干旱逆境中不同产地黄栌叶功能性状发生遗传变异的重要原因。5产地中,山西运城绛县的DMP最高,GSPD和ANP较为适宜,WMT较低,且来自该产地的黄栌叶功能性状在干旱胁迫中的平均变异程度最小,因此较适合引种至华北地区的干旱区域。

大叶黄杨光谱特征及其叶功能性状对叶面降尘的响应

城市绿化植物叶片具有滞留、固定大气粉尘颗粒物的重要作用。大叶黄杨是北京市种植面积最大的常绿阔叶景观灌木树种,在冬季承担着主要的粉尘颗粒物滞留的作用。由于城市生态系统作为人类活动最频繁剧烈的区域之一,其环境极为复杂。以往的研究主要以随机、分散的城市环境作为采样点。而植物功能性状在长期的生长发育、繁殖和进化过程中对环境变化具有敏感的响应和可塑性,往往在内部或表型结构表现出一定的生态权衡策略。在叶片滞尘量与光谱特征关系的实际研究过程中,往往忽略了植物在不同生境中的水分、土壤、光照及养护模式的重要影响,导致对其光谱的响应解释不清。基于路面粉尘扩散的规律,根据植物种植位置与路面距离划分高、中、低的粉尘浓度环境,以避免因光照、水分、养分、土壤等因素的干扰。结合植物功能性状特征,探讨大叶黄杨在不同粉尘浓度的影响下,其叶面光谱及其叶功能性状的响应机制及其权衡策略,分析了其高光谱参数与叶面降尘量间的相关关系,并建立滞尘量预测模型,旨在为城市环境中利用高光谱检测植被生长提供重要参考。结果表明:(1)粉尘污染的环境中,大叶黄杨普遍呈现出比叶面积低、叶绿素含量低、叶干物质含量高、叶厚度大的性状组合,体现了植物叶片在结构构建投资与回报之间的权衡策略,也充分说明了植物为了适应城市环境污染的生境特征所造成的不良胁迫,而对自身功能性状进行调整。(2)从可见光到近红外波段(350~2500 nm)范围内,共出现了4个明显的反射峰和4个主要的吸收谷。350~1870 nm区间,光谱反射率总体上与叶面降尘量呈负向相关,由此可以看出随着叶面降尘量的增多,其光谱反射率则随之减小。然而,在1870~2500 nm波段对叶面降尘量的变化比较复杂且无明显规律性。(3)700~1410和1470~1830 nm波段是光谱对叶面降尘量的响应最敏感的波段。在680~780 nm区间出现了"红边效应"。在750~1350 nm区间出现了一个较高的反射平台,这可能是由于叶片水分对该波段具有较强的吸收性。(4)红边斜率、蓝边斜率、黄边斜率、黄边位置对叶面降尘的干扰十分敏感,但红边位置、蓝边位置对其响应不明显。结合叶功能性状的权衡策略可知,由于大叶黄杨在长期的粉尘污染环境影响下,形成了特殊的适应机制,叶面降尘对红边位置和蓝边位置影响不敏感,表现出了较强的抗干扰能力。红边斜率和蓝边斜率对叶面降尘的响应呈负向相关,而黄边斜率对叶面降尘量的响应则呈正向相关。同时,随着叶面降尘量的增加,黄边位置发生了明显的"左移"现象。(5)以叶面水含量指数、叶绿素指数、红边指数、归一化指数、简单比值指数、光合反射指数光谱参数作为自变量,以大叶黄杨的叶面降尘量作为因变量进行回归拟合,分别建立线性、二次多项式和对数形式的叶面降尘量预测模型。所有的模型中,以叶面水含量指数建立的二次多项式预测模型对叶面降尘量具有较高的预测精度(y=-1.1123x^2+0.5439x+0.9911,R^2=0.8289,RMSE=0.122)。

基于敏感度排序的风景林色彩格局指数筛选

【目的】研究景观格局指数对风景林色彩格局变化的敏感度,筛选出能够客观定量描述景观色彩格局特征的指数,以期为科学有效地分析彩色风景林视觉质量提供试验支撑与理论依据。【方法】以黄栌风景林秋景照片为研究数据,利用Python编程进行色彩量化和色彩分类,实现照片色彩批量预处理。通过Fragstats软件计算初选指数值并用SPSS软件完成层次聚类分析。计算各指数对由色彩分类、观景距离引起的景观色彩格局变化的敏感度。对敏感度综合排序靠前的指数进行独立性检验和含义重复性排查,在兼顾指数含义、尽量涵盖各大聚类、减少信息冗余的原则下完成指数筛选。【结果】结合指数含义和类型,从24个初选指数中筛选出对色彩分类和观景距离敏感度较高、线性不相关、含义无重叠的7个指数,即斑块数量、最大斑块指数、平均斑块面积、斑块丰富度、平均最邻近距离、平均周长面积比和修正Simpson’s多样性指数,用于定量表征风景林色彩格局特征。【结论】人工干预下的自动化色彩分类程序,简化了从色彩分类到指数计算的操作步骤,缩短了数据预处理用时,提高了照片处理效率,增强了结果稳定性。基于敏感度排序的色彩格局指数筛选方法,结合独立性检验和含义重复性排查,减小了主观选定指数可能引起的误差,该方法选取的指数能够有效区分因色彩分类和观景距离不同导致的景观色彩格局的变化,为客观定量分析风景林景观视觉质量提供了可能。

基于遥感技术植物叶脉性状的计算及其生态学意义

叶脉网络性状能够反映出植物适应特定生境的基本方式及其光合生理功能,体现了植物水分和能量权衡的生态策略。叶脉功能性状的高效提取,为植物生理功能和资源配置的响应机理研究提供参考。以北京市常见绿化树种洋白蜡(Fraxinus pennsylvanica)、臭椿(Ailanthus altissima)和国槐(Sophora japonica)的叶脉显微图像为训练样本,采用遥感图像处理软件,对叶脉显微图像进行多尺度分割和分类识别,根据目标对象的亮度(brightness)、光谱(spectrum)和几何(shape)特征规则实现大批量叶脉的快速解译。结果表明,3个树种叶脉分割的最优参数及自动提取规则为:尺度参数(scale parameter)为200,形状参数(shape parameter)为0.8,紧凑度参数(compactnes sparameter)为0.2,亮度值为190-230,绿光波段大于210,形状–密度指数为1.5。该方法提取叶脉密度(leaf vein density,LVD)和叶脉面积(leaf vein area,LVA)精度分别达到了95.7%和94.5%以上,对该3种植物叶脉性状的快速提取具有较高的普适性。在城市不同环境中,随着温度的升高、土壤水分含量的降低,叶脉密度总体上呈增大的趋势,而气孔数量则明显减少,叶脉密度与气孔密度间普遍存在显著的负相关关系(P<0.05)。这说明了植物在高温和干旱胁迫环境中,在叶片水平上表现出"此消彼长"的权衡规律,进一步提高其逆境耐受性。

地表臭氧污染与其他环境因子复合胁迫对中国城市森林的影响研究进展

地表臭氧污染(O_(3))和气候变化加剧成为当今威胁城市森林可持续发展的关键环境要素.目前对于O_(3)单一因子对城市树木的影响研究已很难用于准确评估自然城市环境条件下由多种环境因子交互作用而产生的复杂生态效应.本文综述了O_(3)与二氧化碳(CO_(2))、干旱、氮(N)沉降和升温的两两交互以及三因子交互作用对中国城市树木生理生化和生长的影响,探讨了O_(3)与其他环境因子对树木的交互作用机制过程.CO_(2)升高在光合代谢、抗氧化系统以及生长发育等方面能一定程度缓解O_(3)升高对树木的负效应.O_(3)和干旱的交互影响存在复杂的作用过程,可能协同加重植物损伤,也可能拮抗减轻植物伤害,或者无交互效应.O_(3)和N沉降对树木无交互效应.增温和O_(3)对树木存在显著的交互作用,增温减缓了O_(3)对树木生长和光合作用的不利影响.最后,还提出了未来研究的发展方向,为我国应对未来气候变化和空气污染下的城市森林管理及可持续发展提供科学指导.