自发地理信息在灾后恢复监测中的应用研究框架

文章探讨了如何有效利用自发地理信息(Volunteered Geographic Information,VGI)大数据促进灾后恢复监测工作。首先概述了国内外VGI相关研究的发展现状,明确了VGI用于灾后恢复监测研究的不足,然后提出了一个基于VGI大数据的灾后恢复监测应用的研究框架,助力于灾后恢复监测各类具体恢复目标(如旅游业恢复、工商业恢复、生活常态恢复)的实现。该研究框架包含数据获取、数据质量控制和数据挖掘3个核心组成部分。其中,数据获取对象以VGI为主,以传统官方权威数据为辅;数据质量控制主要是通过模糊逻辑专家系统和人工神经网络(深度学习)确保VGI适用性;数据挖掘则是以变革式范例为理论基础,利用定量和定性结合的方法调查灾区基建、经济和安全3个灾后恢复主要方面的状态。最后,文章还讨论了当前利用VGI大数据促进灾后恢复监测所存在的一些局限性,包括VGI来源的可持续性问题、各VGI平台应用程序接口的数据获取限制问题和VGI应用所涉及的用户隐私问题。

广东省小流域综合治理效益的定量评价——以清远市瑶安小流域为例

[目的]以广东省清远市瑶安小流域为例,对广东省小流域综合治理的效益进行定量评价,为该省小流域综合治理和效益评价工作提供借鉴和依据。[方法]根据广东省小流域的灾害特点和治理目标及瑶安小流域的实际情况,利用层次分析法确立防洪减灾效益、水保生态效益、经济效益和社会效益等4个效益类型,选择21个具有代表性的评价指标。数据标准化后利用模糊数学综合评判法构建小流域综合治理效益评价模型。[结果](1)构建的评价指标体系和评价方法能较为全面地反映小流域治理的综合效益,适合广东省使用。(2)2007—2013年瑶安小流域的综合效益和4个单项效益均有不同程度的提高,其中防灾效益和经济效益显著提高。[结论]提出的效益评价指标体系和方法在广东省是实用可行的。综合治理后瑶安小流域防灾减灾能力得到显著提高,水土流失状况得到改善。

广东省小流域综合治理效益评价指标体系的理论构建

开展小流域综合治理效益的定量评价,将提升效益评价方法的科学性和客观性。开展效益评价研究,总结现有治理模式的经验成果,对未来长期的小流域综合治理工作具有科学指导。综述了全国小流域综合治理效益评价指标体系的构建原则,在此基础上通过参照国标法、文献频数法、理论推导法和专家选取法等4种方法来选取指标,并最终确定以防洪减灾效益、水保生态效益、经济效益和社会效益为主的21个广东省小流域综合治理指标,以期为广东省小流域综合治理效益评价的实例研究奠定基础,为实现广东省全省范围内小流域的定量评价提供支持。

珠江三角洲地区的传统稻田养鸭技术研究

珠江三角洲的稻田养鸭生态模式有着深远的历史传统,明代以来珠江三角洲地区形成了经典的稻田养鸭模式。传统的养鸭模式有一套特殊的技术体系,施行先进的人工孵化技术、饲养特定的鸭品种,根据水稻生长情况和稻田害虫发生规律分批放鸭群,养鸭在除虫的同时又起到中耕除草的作用。明代以来珠江三角洲地区利用专业的鸭船进行规模化的养殖,同时还形成了利于稻田养鸭模式的地方社会制度。

半封闭大棚实验下广州市植被滞尘光谱特征分析

基于广州市常见的绿化植物,采用高光谱遥感技术,通过设计半封闭的大棚实验方案,探讨了滞尘污染下不同植物叶片的光谱特征,结果表明:1)滞尘时间是影响绿化植物累积滞尘量的一个重要因子,滞尘量随着时间的增加而增加,但达到饱和之后会呈减少的趋势。2)在可见光波段,受叶面尘影响,叶片光谱反射率升高,且随滞尘量的增加而升高;在近红外波段则相反,光谱反射率随滞尘量的增加而降低。3)叶面尘对植物叶片的光谱特征参数具有直接或间接的影响,其中滞尘量与植物的三边位置无关,与归一化植被指数NDVI呈负相关关系,且不同植物的NDVI受叶面尘影响的程度不同,从大到小依次为:朱蕉>红花檵木>金叶榕。文章设计的半封闭大棚实验方案为植物滞尘效应的长时间可持续性研究提供了新思路。

广州快速城市化进程中近自然林的景观和活力演变

我国快速城市化过程中城市森林的结构、功能及服务受到了强烈的人为干扰。快速城市化过程中如何规划和保护森林资源,使其更有效地服务于城市生态系统,是当前亟需解决的问题。以高度城市化的广州市近自然林为研究对象,从城市化的时间尺度(1979—2013年)和空间尺度(市中心-近郊-远郊)两个方面探讨了广州市近自然林的景观及活力对快速城市化的响应过程。研究结果一致表明:快速城市化导致广州市近自然林的景观破碎化。近自然林的面积及活力在快速城市化进程中先迅速降低,随后降速减缓并缓慢回升。城市不透水面和产业结构是影响近自然林景观和活力的关键因子。城市化程度较低时,近自然林对城市化因子的响应为线性响应,随着城市化的推进,这种线性响应逐渐转变为非线性。城市化因子对近自然林的景观和活力的影响随着城市化进程先增强后减弱并逐渐趋于多元化和去中心化。对城市近自然林景观和活力调控的最佳时期是快速城市化早期。高度城市化背景下的政策和管理等行政因素可显著改善近自然林的景观和活力。

基于遥感和机器学习的内陆水体水深反演技术

文章主要根据机器学习算法(随机森林算法和极端梯度提升算法)和遥感水深反演的原理,利用Sentinel_2多光谱卫星数据和无人船实测水深数据,对内陆水体——梅州水库建立了随机森林(RF)、极端梯度提升(XGBoost)和支持向量机(SVM)水深反演模型,并对反演结果进行对比分析。结果表明:1)RF的训练精度为97%,测试精度为0.80;XGBoost模型的训练精度为97%,测试精度为0.79;SVM的训练精度为90%,测试精度为0.78。说明了在水深预测方面RF模型和XGBoost模型比SVM模型表现更好,对各个区段的水深值较为敏感。2)根据运行时间考察各个模型的效率,其中RF模型从读取数据至输出结果耗时3.92 s;XGBoost模型4.26 s;SVM模型6.66 s。因此,在反演精度和效率上RF模型优于XGBoost模型优于SVM模型,且RF模型的预测结果图细节更加丰富,轮廓更加分明;XGBoost模型次之,但总体效果也较好;SVM模型表现最差。由此可知,机器学习水深反演模型获得的水深结果精度明显提高,解决了传统水深反演模型精度不高的问题。

基于MODIS的山东省植被覆盖时空变化及其原因分析

卫星遥感获取的归一化植被指数(NDVI)可以指示地表绿度和植被覆盖特征,被广泛应用于大尺度地表植被活动的监测和评估。基于2000─2014年的328景MODIS/NDVI时间序列数据,采用基于栅格像元的趋势分析和稳定性分析方法,深入分析了2000年以来山东省不同区域植被覆盖和绿度变化特征。结果表明,(1)近15年山东省植被年平均NDVI和春季NDVI都呈现显著增加趋势(P<0.01),NDVI的增加趋势与降水量的年际变化关系显著(P<0.05);由于城市化进程加剧,生长季绿色植被面积显著减少,平均每年减少243 km^2。(2)NDVI变化趋势具有明显的空间差异,鲁西农业区植被与黄河三角洲以及南四湖的湿地植被变化趋势相反,农田植被绿度有增加趋势,湿地植被绿度下降明显。这一趋势差异与不同植被类型对于降水年际变化的响应差异有关。(3)由于不同植被类型对于自然和人为活动干扰的适应能力不同,不同地区的植被覆盖在时间序列上表现出不同的稳定性。植被稳定性的排序为:农田植被>森林灌木植被>湿地植被。说明湿地植被对于环境变化的响应最敏感,而人为管理的农田植被的抗干扰能力最强。本研究对于了解山东省植被覆盖变化格局特征和评估不同生态系统的气候变化响应具有积极作用。

新丰江水库上游氮磷污染的时空变化

新丰江水库流域是广东省最大的饮用水源保护区,对东江下游和香港地区的用水安全有十分重要的作用,水质长期保持在国家地表水I类标准。但随着经济的发展,水库上游地区人类活动加剧,对水质和水量造成潜在威胁。通过2007、2008年对新丰江水库上游流域采样分析氮磷质量分数,发现总氮和总磷超过地表水Ⅱ类标准的采样点比例分别为48%和12%。与总磷相比,新丰江水库上游总氮的污染要更加严重,丰水期超标点明显少于枯水期,而枯水期氮-磷正相关关系较好(P<0.000 1,R2=0.868 3),污染物可能为同一污染源或同期释放。空间上超标点多位于新丰、连平县城和大型城镇居民点如马头、忠信、灯塔镇附近,河流污染主要来自生活污水和养殖废水等人为点源污染。尽管目前新丰江水库库区的水质情况总体较好,但上游水质也存在恶化风险,可能导致水库自净能力降低,水体富营养化加剧,因此需要对新丰江水库上游的水质进行定期监测,通过控制内、外源性氮磷措施,以减少饮用水源安全风险和保证新丰江水库水质长期稳定。

基于GIS的崩岗分布及坡向选择性验证

由于坡向划分与提取方法各不相同,因此无法对崩岗的坡向分布规律进行验证和量化。将广东省五华县油田镇1∶1万地形图数字化,提取行政边界、崩岗范围和等高线,确定坡向划分的2分法、3分法和8分法,利用Arc GIS和人工2种方法计算油田镇每个崩岗的坡向和面积,重新统计已有研究中各坡向的崩岗数量和面积。结果表明:1)采用GIS和人工2种方法计算的油田镇各坡向崩岗数量和面积存在误差,但崩岗分布均是阳坡多于阴坡,南坡多于北坡。2分法中阳坡崩岗占66.5%;3分法中阳坡占45.0%,阴坡占16.9%;8分法中南坡占13.8%,北坡占1.3%。油田镇土地面积阴坡多于阳坡,北坡多于南坡;油田镇崩岗的坡向选择性与坡向提取和划分方法、土地面积的坡向分布无关。2)统一坡向划分方法后,已有研究的数据表明崩岗分布存在坡向选择性,崩岗数量和面积均为阳坡显著多于阴坡(P<0.05),南坡和西南坡多于北坡。2分法中阳坡崩岗占70.3%,阴坡占29.7%;3分法中阳坡占53.5%,阴坡占19.4%;8分法中南坡占20.7%,西南坡占20.2%,北坡占5.2%,实现了崩岗坡向分布的数值定量。

基于无人机遥感的古银叶树群落健康快速诊断

采用无人机低空遥感与地面调查相结合的方法对邻海陆地、远海陆地和盐生沼泽生境的古银叶树群落健康进行评价,利用冠层高度、林窗特征、光合有效辐射截面比、归一化植被指数(NDVI)、氮素反射指数(NRI)、黄色波段指数(YI)以及森林健康指数(FHI)等遥感指标指征古银叶树群落的健康状况。空-地结合的调查结果表明:1)盐生沼泽生境的古树由于树龄高,其树洞大且数量多,生境内生物多样性最低,邻海陆地生境的生物多样性最高。2)盐生沼泽生境的冠层高度最低;林窗面积最大,数量最少,形状复杂度最低;光合有效辐射截面比最小。以上指标在邻海陆地和远海陆地间差异不明显。NDVI、NRI、YI以及FHI的数值均表现出盐生沼泽小于远海陆地和邻海陆地的趋势,而在远海陆地和邻海陆地间的差异较小。3)无人机遥感的评价结果与地面调查结果契合度较高,客观地反映了不同生境古银叶树的健康状态。基于无人机遥感的评价体系在针对具体植物群落修改完善后,可以作为一种快速、无损和定量化的古树群落健康诊断方法。

基于无人机遥感的盛花期薇甘菊爆发点识别与监测

局域尺度上爆发点的识别与监测是薇甘菊(Mikania micrantha)入侵研究的一个难点,无人机遥感为此提供了新的研究手段。采用无人机搭载RGB相机获取研究地的正射影像,采用波段运算、影像分割和深度学习3种方法对盛花期薇甘菊的爆发点进行识别。结果表明:高分辨率的RGB拼接影像可直接用于目视识别薇甘菊的爆发点。过绿指数(EGI)、归一化过绿指数(NEGI)、蓝绿差异指数(BGDI)、绿红差异指数(GRDI)、归一化绿红差异指数(NGRDI)以及植被色素比值指数(PPR)均无法分离薇甘菊和其附主植物;但PPR指数可为面向对象的多尺度分割提供参数支持。面向对象的多尺度分割可自动识别薇甘菊的爆发点,但会低估其爆发面积。基于深度学习(Deeplab V3+)的自动识别方法,能准确识别薇甘菊的爆发点和爆发面积,测试集的平均交并比(mloU)为78.46%,像素精度为88.62%。无人机遥感数据为局域尺度上的薇甘菊扩散机制研究提供了基础,也为薇甘菊入侵的监测、预警和精准防治提供了有力支撑。

我国生态农业历史中利用植物辅助效应的实践

我国有着悠久的生态农业历史,农、林生态系统中的植物种间关系被关注最多。种间关系主要有3种,即竞争、辅助和中性。过去,竞争关系是被研究最多的一种。近20年来,辅助关系逐渐受到重视并被引入主流生态学理论中。本文分析了这些经验记载的生态学机理,其中描述最多的是植物幼苗的遮阴以及土壤养分的改良(豆科植物固氮作用)。此外,在缓冲极端温度(夏季高温以及冬季低温)、减少杂草竞争、防止动物捕食、减少水分胁迫等方面也有少量记录。我国古代不仅有利用两种植物种间辅助效应的丰富记载,还有利用多种植物综合和复合的种间辅助关系,以及植物与动物之间的复杂关系构建生态系统的记载。特别是华南地区具有利用多种植物与动物间关系来构建基塘生态系统、复合果园生态系统、茶园生态系统等方面传统经验的记载。深入挖掘我国传统植物间辅助效应的记载,并对其进行科学研究,是生态学中非常有价值的课题。因此,本文从社会-生态记忆的角度,对古代文献中关于植物间辅助效应的记载进行梳理与分析,希望引起学界同仁对这些传统经验的重视,并在此基础上通过现代生态学的实验方法验证这些记载的真实性与适用性,为生态恢复、生态农业、现代林业及生态系统管理等提供有益的借鉴。

地被物处理及补苗对华南退化荒坡乡土树种定居的影响

为了人工辅助华南地区退化荒坡的早期恢复,合理利用地表覆被物及补苗方式加速乡土种在退化荒坡的定居进程,本研究采用3×2析因设计和随机区组设计,系统研究了荒坡地表植被和凋落物去除、播种和幼苗移栽对乡土树种锥栗(Castanea henryi)和九节(Psychotria rubra)幼苗定居的影响。研究结果表明,补苗方式(P=0.013)、物种和补苗方式的交互作用(P=0.029)以及物种和林下植被和凋落物管理间的交互作用(P=0.013)均显著影响了幼苗的生物量积累。具体表现为:退化荒坡地表植被和凋落物的去除显著促进了九节幼苗的生物量累积,其中实生苗由1.31 g增加至8.44 g,移栽苗由6.75 g增加至13.54 g。地表植被和凋落物的去除导致锥栗和九节实生苗和移栽苗的生物量均由叶向根和茎部分转移,其中锥栗转移了9%,九节转移了5%。幼苗通过增加根茎重比,强化生物体对水分和养分的吸收运输,从而适应地表植被和凋落物去除。移栽幼苗的方式可显著提高九节幼苗定居的成功率并促进幼苗生物量的积累。因此,在华南地区退化荒坡的植被恢复过程中,可通过移栽幼苗的补苗方式并辅以地表植被和凋落物去除的管理,来促进乡土树种九节的定居;就锥栗而言,可采取人工播种的方式来辅助乡土树种的引入和幼苗定居。

南岭森林的土壤保持功能

南岭山地是国家25个重点生态功能区之一,但其土壤保持功能较弱。文章以南岭国家级自然保护区及其周边地区为例,分析气候、土壤、地形、植被、人类活动等因素对土壤保持的影响。研究发现,该区域兼有水力侵蚀和冻融侵蚀;大东山花岗岩风化的南岭土壤易受流水侵蚀;山体高差较大、坡度较陡且水系发育,导致水流冲刷能力极强;因此该地非常容易诱发水土流失。而不合理的人类活动,已对局部造成严重的水土流失。保护区的森林植被使原本易受侵蚀的南岭土壤得到保护,使南岭的生态功能和价值得以体现。因此,南岭的森林植被是控制水土流失的决定性因素,也是实现土壤保持功能最核心的因子。

不同树种叶片养分含量提取的高光谱方法及精度评价

以深圳市坝光银叶园和大鹏半岛自然保护区19种湿地森林树种叶片可见光近红外光谱与全氮(Total Nitrogen,TN)、全磷(Total Phosphorus,TP)、全钾(Total Potassium,TK)含量关系为基础,分析了11种光谱预处理方式、3种光谱数据降维方式和2种建模方法对模型精度的影响。结果表明,标准正态变换(Standard Normal Variate,SNV)结合一阶导数(first derivative,1st)预处理方式下模型精度最高;主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)降维处理对模型的降维效果最好;支持向量回归(Support Vector Regression,SVR)的建模效果精度最高。对于TN、TP、TK最佳模型的预测确定系数均在0.80以上,模型RPD值也在2.0以上,SVR模型可以用于树种叶片TN、TP、TK的快速检测。

磁铁矿区河流沉积剖面中磁化率与重金属含量相关性分析

选择广东省铁帽顶铁矿区下游一河流沉积剖面为研究对象,测定沉积物的磁化率与元素含量并作相关性分析,以考察磁铁矿床周边沉积物磁化率指标对重金属富集程度的指示作用。结果显示,该剖面中低频质量磁化率χlf为0. 87×10-6m^3/kg～184. 93×10-6m^3/kg,频率磁化率χfd为0. 5%～7%。χlf仅与Fe2O3呈现极显著的正相关关系,与其他重金属元素相关性差;χfd与Mn、Pb、Cd及REE均呈正相关;元素Cu、Zn、As等与χlf、χfd的相关性都很差。表明在该种磁化率和重金属元素含量背景值均高的特殊地区,简单地利用磁化率指标指示重金属污染水平需谨慎。

深圳森林生态系统类型自然保护区近20年土地利用与景观格局变化

为探究中国快速城镇化过程中,特大城市城郊自然保护区的建设成效,以深圳市大鹏半岛和田头山2个森林生态系统类型自然保护区为研究对象,通过Landsat影像分类和景观格局指数计算,分析1995-2015年2个自然保护区土地利用与景观格局变化特征。结果表明:两个自然保护区的土地利用类型均以林地为主,且林地都经历了先减少后增加的过程;近20 a的土地利用景观格局均呈现景观破碎化指数和景观分割指数增大,而香农多样性指数降低的趋势。快速城市化进程使自然保护区的景观破碎化程度不断提高,建立自然保护区有利于深圳市森林植被的恢复。

轻小型无人机低空遥感及其在生态学中的应用进展

无人机低空遥感系统弥补了航天和航空遥感在影像分辨率、重访周期、云层影响以及高成本等方面的不足,为中观尺度的生态学研究提供了新方法.本文介绍了轻小型无人机低空遥感系统的组成,从物种、种群、群落和生态系统尺度综述了其在生态学中的应用现状,并指出目前存在的不足和未来的发展方向,以期为无人机生态学的后续研究提供参考.无人机生态学当前面临的挑战和未来发展的方向主要有物种形态和光谱特征库的建立、物种自动识别、光谱数据与植物生理生态过程之间关系的进一步挖掘、生态系统三维立体监测、多来源多尺度遥感数据融合等.随着无人机平台技术、传感器技术以及数据传输处理技术的成熟,以无人机低空遥感技术为基础的无人机生态学将迎来发展的机遇和曙光.