基于无人机和决策树算法的榆树疏林草原植被类型划分和覆盖度生长季动态估计

植被覆盖度是评估生态环境质量与植被生长的重要指标,也是全球众多陆面过程模型和生态系统模型中表达植被动态的重要参数。卫星遥感和地面测量是估算植被覆盖度的常见方法。然而,如何精确估计榆树疏林草原上木本、草本不同类型植被的覆盖度仍然具有挑战性。无人机飞行系统有效的补充了区域尺度低空间分辨率的卫星遥感影像与样地尺度实地调查之间的缺口,为精确的监测、评估疏林草原的植被动态提供了新途径。利用无人机监测平台和决策树算法构建了一套快速、准确、自动获取景观尺度植被类型和估算植被覆盖度的自动化工具,以浑善达克沙地榆树疏林草原为对象,应用无人机监测平台对榆树疏林草原长期定位监测大样地2017年生长季植被状况进行7次监测。结果表明:1)无人机植被监测平台数据飞行高度100 m,获取的样地数字正射影像空间分辨率为2.67 cm/像元,远高于高分卫星影像,利用决策树算法基于数字正射影像可以实现自动划分榆树疏林草原木本和草本植被类型和估算植被覆盖度; 2)生长季内榆树疏林草原木本植被覆盖度为(19±2)%,草本植被覆盖度为(50±8)%,植被总覆盖度为(69±9)%,相对于木本植被,草本植被生长季内盖度变幅较大; 3)在整个生长季中,木本植被和草本植被对植被总覆盖度的平均贡献率分别为27%和73%,草本植被对植被总盖度的贡献远大于木本植被,榆树疏林草原植被的盖度主要受草本植被的影响。本研究证明无人机监测平台是一种高效、准确的植被监测工具,结合机器学习算法,实现了景观尺度植被类型的自动划分和不同类型植被覆盖度快速获取;在浑善达克沙地榆树疏林草原地区首次获取了木本植被和草本植被覆盖度的生长季动态。该平台未来可应用于各种类型生态系统植被类型划分、监测和评估。     

风力驱动的榆树疏林种子扩散模拟

种子扩散是榆树疏林天然更新研究的重要内容,榆树种子扩散主要为风力驱动。为探究风力对种子扩散的影响,本研究建立个体模型,模拟风力驱动的科尔沁沙地疏林榆树种子扩散。研究发现:各风向上种子扩散呈现单峰分布的特征,其峰值在距离种子源3~4个单位处;种子扩散距离与种子累积数量在各风向上差别不大。这一结果与野外观测结果一致。本研究表明,个体模型是研究种子扩散过程及其影响因素的有力工具。研究结果有助于理解科尔沁沙地榆树疏林天然更新过程,为植被恢复提供依据。     

地上竞争与地下竞争对科尔沁沙地榆树幼苗生长的影响

榆树疏林草原对科尔沁沙地植被恢复和景观保护有着重要意义.本文采用双因素两水平控制试验,从幼苗生物量、地下/地上生物量、茎高、根茎比、叶片数等方面,研究了草-树地上、地下竞争对科尔沁沙地榆树幼苗生长的影响.结果表明:对于1年生榆树幼苗,单株平均生物量表现为无竞争＞地上竞争＞全竞争＞地下竞争;地下/地上生物量表现为地下竞争＞全竞争＞无竞争＞地上竞争;幼苗高度表现为地上竞争＞无竞争＞全竞争＞地下竞争;根茎比表现为地下竞争＞全竞争＞无竞争＞地上竞争;叶片数表现为地上竞争＞无竞争＞地下竞争＞全竞争.地下竞争对1年生榆树幼苗生长影响显著,而地上竞争对榆树幼苗生长无显著影响.地上竞争与地下竞争对2年生榆树幼苗生长的影响均不显著.科尔沁沙地草本植物对榆树幼苗生长的影响主要通过地下竞争的方式实现,但地下竞争并没有改变榆树幼苗的资源分配方式.随榆树幼苗龄级的增长,草本植物竞争作用的影响逐渐减弱.     

松嫩草原榆树疏林对不同干扰的响应

榆树疏林是中国东北松嫩草原沙地植被演替的顶极群落,其对维持物种多样性,保持水土,涵养水源等都发挥着重要的功能。过去20a间,榆树疏林在人为干扰(农耕和放牧)下,其群落结构和物种组成发生了巨大变化。在1983年和2004年,对松嫩草原不同人为干扰下榆树疏林群落结构和物种组成等进行调查,结果显示:农耕和放牧一方面使松嫩草原榆树疏林群落多物种消失、生物量和多样性显著下降、植被结构简单化;另一方面,也是导致建群种——家榆低矮化,灌木化的主要因素。     

浑善达克沙地榆树疏林自然保护区核心区设计的初步研究

为了保护浑善达克沙地榆树(Ulmus pumila)疏林景观,拟建立自然保护区。基于榆树疏林植被图,运用ArcGIS分析榆树疏林斑块数量、面积、破碎化程度,发现该区榆树疏林斑块大小差异较大,小斑块较多,斑块边界割裂严重,破碎化程度高,需要及时加以保护。按照景观生态学原理、生物岛屿地理学设计自然保护区原则,选择疏林斑块集中分布区,作为潜在核心区,运用ArcGIS的缓冲区分析功能,设计不同的宽度,发现斑块边界向外延伸3 km能够连接较多的斑块,而占用较少的非疏林斑块土地面积。同时调查斑块外不同距离样方与疏林斑块的群落相似度,发现1 km以内能够包含大于10%相似度的群落。由此而初步确定的核心区分布在正蓝旗23个嘎查,面积1 531 km²,约占全旗总面积的13%。     

浑善达克沙地榆树疏林幼苗更新空间格局

榆树疏林广泛分布于浑善达克沙地,是适应半干旱、半湿润气候的沙地植被类型.采用Ripley的K函数统计方法,分析了浑善达克沙地固定沙丘与丘间低地封育状态下的榆树幼苗空间分布及更新格局.结果表明:两种生境下榆树幼苗密度分别为88株/hm2和77株/hm2,丘间低地更适合幼苗的生长.固定沙丘和丘间低地榆树幼苗均呈聚集分布,但丘间低地的幼苗聚集强度更高.固定沙丘上榆树幼苗与成熟树种群在小尺度上呈负关联,而丘间低地幼苗与成熟树种群呈现较显著的正关联,但二者在大尺度上均无关联性.研究对揭示浑善达克沙地榆树幼苗分布、更新空间格局及其恢复保护具有重要意义.     

陕北黄土高原侧柏疏林草原的初步研究

侧柏疏林草原是陕北黄土高原森林草原地带东部重要群落类型之一,现仅残存于东北部的神府地区,常见者有4个类型:①茭蒿-侧柏疏林草原;②白草-侧柏疏林草原;③茭蒿+长芒草-侧柏疏林草原;④细叶柴胡+长芒草-测柏疏林草原。根据群落中乔木的更新状况分析,今后在气候不发生明显波动的情况下,侧柏疏林草原仍为该森林草原地带稳定的群落。     

安太堡露天煤矿植被恢复区物种天然更新时空动态

以安太堡露天煤矿植被恢复区1 hm2"刺槐+榆树+臭椿混交模式"长期固定监测样地为研究平台,基于2010年和2015年两次样地调查数据,对植被恢复过程中主要更新物种的数量特征进行分析,以期为揭示人工重建植被天然更新的发生发展规律及可持续经营提供科学依据。研究表明:2010—2015年,样地内幼苗个体数由4216株增加为11177株,幼树个体数由687株增加为727株,幼苗幼树增加的数量主要是榆树和臭椿的贡献。幼苗存活率榆树臭椿刺槐,幼树存活率榆树刺槐臭椿;样地内幼苗在0~20 m尺度上均呈聚集分布,且聚集程度随研究尺度的增加而降低;幼树在小尺度(0~5 m)上表现为聚集分布,在其他研究尺度上则为随机分布;无论在群落水平还是物种水平,幼苗幼树高度和生物因子共同影响幼苗幼树的存活;在安太堡露天煤矿植被恢复区物种天然更新过程中,存在一定的密度制约效应。     

生物土壤结皮对种子萌发和幼苗建植的影响研究进展

生物土壤结皮（BSC）在陆地生态系统中具有重要的生态地位,尤其是旱地生态系统中,BSC占据了种子植物之间的广阔地面。因此,BSC的发展必然影响种子植物更新过程与植被空间格局;但其作用方式、影响程度等因相关研究涉及多气候要素、土壤类型、BSC组成物种和种子植物物种的差异及其不同组合,导致目前的研究结论存在广泛争议。研究综合论述了BSC改变地表微形态对种子传播过程的影响;BSC改变土壤特性（物理、化学、生物学）对种子萌发和幼苗存活与建植等关键环节的影响;并结合种子形态特征及种子萌发、幼苗建植的性状等,综合分析了BSC对种子传播、种子萌发与幼苗建植等更新过程的潜在影响机理;探讨了目前研究矛盾性结论产生的原因。总体来说,深入研究并全面揭示BSC对种子植物更新过程的影响,应加强学科交叉,将分子生物学、植物生理学、生物化学等微观研究,与遥感、野外生态因子过程监测、控制实验等宏观、中观研究结合,从机理到过程方面动态研究BSC对种子植物更新过程的影响,并引入水文模型、气候模型、种群动态模型等模型预测方法,研究气候变化、各类干扰频发的情景下,BSC对种子传播、萌发及幼苗建植过程的潜在影响,以期促进对BSC与种子植物间相互关系的研究,加深对干旱脆弱生态系统植被发展规律的认识。     

人为干扰对浑善达克沙地榆树疏林的影响

 榆树（Ulmus pumila）疏林灌丛草原是浑善达克沙地植被演替的顶极群落。但近年来,榆树数量减少、树龄老化严重。2001～2002年,在浑善达克沙地榆树疏林集中分布地区,选取了轻度（LD）、中度（MD）和过度（HD）3个不同干扰强度的地点进行实地调查。分析了浑善达克沙地榆树数量     

羊草草原土壤微生物的数量和生物量

羊草原原土壤微生物数量特征是,细菌数量在名生境中分布的顺序为：拂子茅群落〉杂类草〉榆树疏林〉羊草群落〉碱蓬群落;真菌的分布：榆树疏林〉羊草群落〉杂类草群落〉指子茅群落〉碱茅群落〉碱蓬群落,放线菌为：羊草群落〉发类草群落〉碱茅群落〉碱蓬群落〉指子茅群落〉榆树疏林。土壤微生物生物量在６个植物群落中的大小顺序为：羊草群落〉杂类草群落〉榆树疏林〉拂水茅群落〉碱茅群落〉碱蓬群落,土壤微生物数量在土壤剖面中的     

浑善达克沙地榆树疏林和小叶杨人工林碳密度特征及其与林龄的关系

榆树(Ulmus pumila)疏林是浑善达克沙地的地带性隐域植被, 小叶杨(Populus simonii)是该区域主要的防风固沙造林树种。该文通过测定两种森林生态系统乔木层(叶、枝、干、根)、草本层(地上植被和地下根系)和土壤层(0-100 cm)的碳含量, 比较了两种森林生态系统的碳密度及其分配特征, 并运用空间代替时间的方法, 阐明了乔木层、土壤层和总碳密度随林龄增加的变化特征, 估算了两种森林生态系统的固碳速率。结果表明, 榆树疏林乔木层和土壤层平均碳含量都低于小叶杨人工林, 榆树疏林生态系统总碳密度是小叶杨人工林的1/2。两种森林生态系统的总碳密度中, 乔木层碳密度和土壤层碳密度总占比98%以上; 土壤层与植被层碳密度的比值随林龄的增加而降低, 过熟林时该比值分别为1.66 (榆树疏林)和1.87 (小叶杨人工林); 榆树疏林和小叶杨人工林的乔木层、土壤层和生态系统的总碳密度随林龄的增加而增加, 其中乔木层碳密度及榆树疏林总碳密度与林龄均呈现出显著的线性正相关关系。小叶杨人工林乔木层的固碳速率约为榆树疏林的5倍, 榆树疏林生态系统和小叶杨人工林生态系统的总固碳速率分别为0.81 Mg C·hm^-2·a^-1和5.35 Mg C·hm^-2·a^-1。这一研究结果有利于估算沙地森林生态系统的碳储量, 为区域生态环境恢复和增加碳汇的政策制定提供依据。     

浑善达克沙地榆树疏林和小叶杨人工林碳密度特征及其与林龄的关系北大核心CSCD

榆树(Ulmus pumila)疏林是浑善达克沙地的地带性隐域植被,小叶杨(Populus simonii)是该区域主要的防风固沙造林树种。该文通过测定两种森林生态系统乔木层(叶、枝、干、根)、草本层(地上植被和地下根系)和土壤层(0–100 cm)的碳含量,比较了两种森林生态系统的碳密度及其分配特征,并运用空间代替时间的方法,阐明了乔木层、土壤层和总碳密度随林龄增加的变化特征,估算了两种森林生态系统的固碳速率。结果表明,榆树疏林乔木层和土壤层平均碳含量都低于小叶杨人工林,榆树疏林生态系统总碳密度是小叶杨人工林的1/2。两种森林生态系统的总碳密度中,乔木层碳密度和土壤层碳密度总占比98%以上;土壤层与植被层碳密度的比值随林龄的增加而降低,过熟林时该比值分别为1.66(榆树疏林)和1.87(小叶杨人工林);榆树疏林和小叶杨人工林的乔木层、土壤层和生态系统的总碳密度随林龄的增加而增加,其中乔木层碳密度及榆树疏林总碳密度与林龄均呈现出显著的线性正相关关系。小叶杨人工林乔木层的固碳速率约为榆树疏林的5倍,榆树疏林生态系统和小叶杨人工林生态系统的总固碳速率分别为0.81 Mg C·hm^(–2)·a^(–1)和5.35 Mg C·hm^(–2)·a^(–1)。这一研究结果有利于估算沙地森林生态系统的碳储量,为区域生态环境恢复和增加碳汇的政策制定提供依据。     

广西桂林漓江河岸带植被配置类型与退化机制研究

河岸带植被结构与组成等配置状况直接影响其稳定河岸、净化水质、生物多样性、生物栖息地以及旅游景观等重要功能。查明漓江河岸带主要植被配置类型及其各自退化表现、原因与恢复途径, 是开展河岸带退化植被恢复的基础与前提。该研究通过野外实地调查与测量, 对漓江桂林-阳朔河段 51 个河岸带断面的地形、土壤、植被等进行了系统调查, 分析了河岸带植被退化的主要表现、主导干扰因素, 并通过流域与河岸带尺度综合的角度 , 提出了漓江河岸带植被恢复的思路。从岸坡地形与植被组合出发, 按照自然、近自然、人工等干扰程度 , 广西漓江河岸带可划分为江心洲宽滩地疏林灌草自然型、丘陵陡坡林灌草自然型、平原农田缓坡灌草近自然型、平原滩地林草近自然型、聚落阶地疏灌林草人工-自然混合型、城镇岸坡林草人工型等 6 种典型植被配置模式。漓江河岸带植被退化主要表现为多样性差、景观破碎、生态功能弱 , 而城镇、交通、旅游等不合理开发建设是主导性的干扰因素。从生态稳定和景观美观的角度 , 提出了漓江河岸带植被恢复与优化的思路, 以期为广西漓江河岸带生态修复提供科学依据。     

人类活动对榆树疏林土壤环境和植物多样性的影响

人类活动已成为地球上生物多样性的主要影响因素,而生物多样性的变化是目前主要的全球变化问题之一。榆树疏林是分布于温带草原地带的沙地生境顶级群落,其生态环境脆弱,极易遭到人类活动的破坏。研究结果表明,各种人类活动（包括人工林的建造）对原生榆树疏林土壤环境和植物多样性有很大的影响,其中人工樟子松林和重牧干扰影响最大,其次是人工杨树林。在沙地环境治理中应充分地考虑自然规律和系统的短期与长期生态过程的统一。     

以种子为繁殖体的植物更新模型研揪

种子植物的自然更新过程是20世纪70年代以来生态学领域研究的热点问题之一。对影响种子植物更新过程因子的研究主要涉及3个阶段,即种子生产、种子运动(主要为种子扩散的过程)和种子萌发、幼苗建成以及幼树生长到成树。一些完整的理论和实验模型被提出。反过来模型的研究促进了野外研究的进一步发展。关于种子植物更新的定性模型和定量模型陆续被提出,定量研究种子植物的更新过程将成为主要的发展方向。本文综述了近年来关于种子植物更新过程的3个较为完整的定性模型,即Chambers等的种子命运模型、Clark等的补充限制模型和Nathan等的时空模型,以及2个定量模型,即Vander和Boehning等的种子扩散模型。     

植物种子大小与幼苗生长策略研究进展

种子大小和幼苗更新对策是植物生活史策略的重要组成部分.本文从不同侧面综述了当前国内外关于种子大小和幼苗之间关系的生态学研究,包括:种子大小对萌发出土的影响,种子大小与幼苗形态生长特性之间的关系,种子大小与幼苗存活、竞争能力之间关系等,并对今后的相关研究进行了展望.在不同的微环境和植被类型下,种子大小与幼苗生长之间的关系可能有所差异;种子大小对植物幼苗生长的影响导致种子大小不同的植物对植被幼苗更新补充的贡献不同;种子大小与幼苗生活史策略关系在大尺度的群落空间水平上和小尺度的物种间与物种内的研究对于天然植被的更新恢复研究具有重要意义.     

放牧方式对浑善达克沙地榆树疏林退化的影响

浑善达克沙地榆树疏林是分布于草原地带的隐域植被类型,相较周边的典型草原区,其植被更加茂密,乔灌丛生,水草丰美,千百年来一直是牧民的优质冬季牧场。近半个世纪以来,因人类的过度开垦以及不合理的放牧管理,浑善达克沙地植被遭到空前的破坏,沙丘活化,载畜能力降低,生态价值和经济价值严重受损。近年来,随着国家草畜平衡以及禁牧政策的推广落实,放牧的牲畜总量得到一定程度的遏制,然而大面积草场还在继续退化。在牧民对生产生活的基本需求下,牲畜总量不可能无限制的压制。另外,适度的放牧对草原生态系统健康是有益的。因此,如何改良放牧方式,合理利用草场,在保持生态良好的基础上合理发挥草场的畜牧价值,是我们亟待探索的问题。以浑善达克沙地的典型天然植被榆树疏林为例,对不同放牧方式下的植被进行调查,基于沙地特殊的基质和植被特征,探讨适合沙地的放牧利用方式。研究表明,在相似的放牧强度下,把沙地作为冬营地,其榆树种群更新正常,植被覆盖度以及植物种类等均能保持良好,而把沙地作为夏季营地,榆树疏林植被退化严重,具体表现为:(1)榆树种群自然更新受阻;(2)灌木群落大量死亡或消失;(3)草本覆盖度显著降低,植物种类减少,多年生草本比例减少,一、二年生草本比例增加;(4)裸沙面积增加,沙丘趋于活化。本研究认为目前沙地植被的退化主要由不合理的放牧引起,并非气候因素所致。沙地适合于冬季放牧而不适合其他季节放牧。借鉴牧民的传统放牧方式,建议配合周边的典型草原区实行季节性倒场放牧,仅将沙地作为冬季营地使用,既能有效保护沙地植被又能充分发挥其畜牧价值。     

短期封育对科尔沁沙地榆树疏林土壤微生物群落结构的影响

土壤微生物群落结构变化及其与土壤养分和酶活性相互作用的研究能够客观认识短期封育对沙地退化榆树疏林生态系统功能恢复的影响。本研究以短期封育和自由放牧的榆树疏林为对象,采用16S rRNA基因和ITS基因高通量测序技术研究了短期封育和自由放牧对科尔沁沙地榆树疏林土壤微生物群落组成变化特征及其与土壤养分和酶活性的相互关系。结果表明,沙地榆树疏林土壤中最优势细菌和真菌类群分别为放线菌门和子囊菌门,其在封育区和放牧区占有比例分别为40.63%和43.02%,76.19%和66.42%;封育后的沙地榆树疏林土壤细菌由缓慢生长型细菌主导转变为快速生长型细菌主导;封育不仅明显增加了土壤细菌和真菌的特有OTU数量,而且降低了土壤细菌/真菌比值,同时封育使土壤真菌的α-多样性和丰度分别比放牧区提高77.89%和70.78%,说明封育改善了土壤真菌栖息环境,有利于真菌的生长;土壤养分和酶活性与土壤细菌和真菌的相互作用在封育区更显著,表明短期封育能够显著影响沙地榆树疏林土壤微生物的群落组成。     

塔里木河下游河岸带植被的空间结构特征

揭示我国内陆河流域下游河岸带植被的空间结构特征, 对于了解我国西北干旱区荒漠河岸带植被的空间分布规律、指导荒漠化治理和内陆河水资源管理具有重要意义。该研究基于野外大范围植被调查数据支持下的遥感监督分类方法, 利用Landsat-8 OLI遥感数字图像, 辨识了塔里木河下游柽柳(Tamarix spp.)灌丛、胡杨(Populus euphratica)疏林和芦苇(Phragmites australis)草地3类主要的河岸带植被, 并利用建立的叶面积指数(LAI)遥感反演经验模型反演了研究区柽柳灌丛和胡杨疏林的叶面积指数, 旨在从区域尺度和总体趋势上分析荒漠河岸带植被的空间结构和分布特征。结果表明: 在有详细地物资料的基础上, 遥感监督分类可以作为一种干旱区荒漠河岸带植被分类的有效方法; 遥感分类结果显示塔里木河下游胡杨疏林分布面积约336.4 km², 柽柳灌丛约为405.3 km², 胡杨疏林总体更靠近河道, 柽柳灌丛分布范围更广; 河岸带植被LAI整体很低, 柽柳灌丛和胡杨疏林平均LAI值分别为0.253和0.252, LAI小于0.5的植被对应面积分别占柽柳灌丛和胡杨疏林总面积的92.4%和90.1%, 表明了塔里木河下游荒漠河岸植被空间上稀疏分布的特征; 统计结果显示, 河岸带植被结构存在巨大的空间变异性, 其中胡杨疏林比柽柳灌丛的空间变异性更大; 河岸带植被LAI随距河道距离呈现显著负指数分布规律, 在离河道1 km范围内LAI随离河道距离快速下降, 而1 km外区域叶面积指数普遍低于0.1, 表明植被主要分布在河道两侧1 km范围内。整体稀疏的空间分布、显著的空间变异性, 以及由LAI体现的植被盖度随距河道距离的负指数下降规律是荒漠河岸带植被空间结构的3个基本特征。