采用偏最小二乘回归方法估测森林郁闭度

以遥感数据与森林资源一类清查数据为基础,探讨了用Bootstrap方法筛选最优郁闭度估测变量,用偏最小二乘回归方法建立模型估测森林郁闭度的可行性.结果表明：无论是用所有变量构造的模型还是用所选最优变量构造的模型,郁闭度估测的相对偏差在5%左右.筛选出的最优变量与其他地区的研究结论差异很大,说明除了筛选方法,地带性植被和地形地貌的不同也会造成估测郁闭度最优变量的差异.     

联合星载ICESat-GLAS波形与多光谱Landsat-TM影像的森林郁闭度估测

森林郁闭度的空间分布是评价森林生产力和分解率的一个重要指标.本研究以吉林汪清林区为研究区,分别利用星载激光雷达ICESat-GLAS波形数据和多光谱遥感Landsat-TM影像对该区的森林郁闭度进行估测,然后采用多元线性回归和BP神经网络两种方法对GLAS数据和TM数据进行联合,共同估测了森林郁闭度.结果表明:单一遥感数据估测森林郁闭度时,GLAS数据的模型决定系数为0.762,TM数据的模型决定系数为0.598.将GLAS数据和TM数据联合后估测森林郁闭度时,多元线性回归模型的复决定系数为0.841,BP神经网络模型的仿真精度为0.851.表明ICESat-GLAS数据与Landsat-TM影像联合能够发挥多源遥感数据的优势,提高森林郁闭度的估测精度,并为后续的空间区域内森林郁闭度的连续制图提供可靠的方法.     

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。     

结合机载LiDAR和LANDSAT ETM+数据的温带森林郁闭度估测

森林郁闭度是森林资源调查中的一个重要因子,在森林生态系统管理中具有重要作用。研究如何有效地将激光雷达数据应用于森林郁闭度遥感估测具有重大意义。激光雷达数据的应用能够有效地弥补传统地面调查耗时、费力等不足,不仅可以快速、准确地获取郁闭度遥感估测的模型训练数据和验证数据,还有助于进一步推广应用于大区域的森林郁闭度反演,为林业资源调查提供有力的依据。该研究结合激光雷达数据和LANDSAT ETM+数据估测温带森林郁闭度。以高密度机载激光雷达(ALS)点云数据估算的郁闭度作为模型训练数据和验证数据,通过LANDSAT ETM+影像数据计算得到的8种植被指数作为自变量,使用多元逐步回归(MSR)、随机森林(RF)和Cubist 3种模型,对内蒙古大兴安岭根河林区森林郁闭度进行估测。经验证,Cubist模型的效果比较好(决定系数R2=0.722,均方根误差RMSE=0.126,相对均方根误差r RMSE=0.209,估计精度EA=79.883%)。结果表明,结合激光雷达数据和LANDSAT ETM+影像数据估算温带森林郁闭度非常有潜力。但要将其推广应用于更大区域尺度的森林郁闭度遥感估测,模型的预测能力还有待进一步改进和提高;自变量应尝试加入更多种类遥感数据和其他遥感因子参与建模,例如采用地形因子、高分辨率遥感影像提取纹理特征等,最大可能地减少光学影像、植被指数、地形阴影等带来的影响,提高反演精度;激光雷达数据计算得到的郁闭度的准确性和可靠性还需进一步验证。     

塔里木河下游柽柳灌丛地上生物量估测

根据划分的柽柳灌丛大、中、小等级,在塔里木河下游英苏至喀尔达依区段进行地表采样、称重,采用统计相关法对柽柳年龄及地径关系进行分析,构建柽柳直立枝与单丛地上生物量估测模型,对模型精度进行检验,筛选最佳模型,并对模型估测值与实测值进行卡方检验。结果表明:(1)输水后柽柳新萌直立枝地径随年龄增加而增大,但输水前柽柳萌生直立枝的地径随年龄增加未呈现规律性变化。在地下水条件非一致性的干旱荒漠区,柽柳地径大小不能作为判断其年龄的依据。(2)根据柽柳标准枝和灌丛因子实测数据,用一元线性函数、幂函数、指数函数、对数函数4种函数进行柽柳直立枝生物量估测模型拟合结果表明,幂函数w=2.007(d2 h)0.837估测模型最优,其总体估测精度达89.92%。(3)以冠幅面积单变量、冠幅周长与丛高双变量构建的柽柳单丛生物量估测模型的精度分别为78.95%和80.09%。(4)以全收获法实测数据为真值对估测模型进行精度检验,柽柳冠幅面积为自变量模型的估测精度为80.54%,柽柳冠幅周长和丛高估测模型的精度为66.85%。(5)对柽柳单株及单丛生物量模型估测值与实测值进行卡方检验结果表明两者之间无显著差异。研究认为,由于柽柳冠幅在高分辨遥感数据上容易获取,柽柳冠幅面积估测模型在传统生物量估测和遥感生物量估测都具有实用价值。     

塔里木河下游林地树冠QuickBird影像信息提取与分析

基于QuickBird影像,采用人机交互方法提取了塔里木河下游不同离河距离胡杨、柽柳树冠信息,以实测数据为真值检验遥感提取冠幅、郁闭度及混交比精度;并建立了胡杨冠幅、胸径、树高关系模型,为塔里木河流域植被调查、生物量估测及生态恢复评价提供依据和方法借鉴.结果表明:胡杨、柽柳冠幅提取精度分别为84.00%、76.24%;林分郁闭度、混交比提取精度分别为69.45%、66.96%.基于实测数据建立的冠幅与胸径、胸径与树高模型相关显著(R2>0.8,P<0.01);根据遥感解译因子反演胡杨胸径、树高的平均精度分别为80.33%、89.25%.     

人工神经网络与相容性生物量模型预测单木地上生物量的比较

森林生物量是林业生产经营和森林资源监测的重要指标,为探索高效低偏的单木生物量估测方法,引入人工神经网络.本研究采用黑龙江省东折棱河林场的101株长白落叶松地上生物量数据,基于不同变量(胸径、树高、冠幅)组合建立了4个聚合模型体系(AMS),采用加权回归消除模型的异方差.然后,基于最优的变量组合建立人工神经网络(ANN)...     

基于DWT-GA-PLS的土壤碱解氮含量高光谱估测方法

以山东齐河县为研究区,实地采集土壤样本,在土样高光谱测试并进行一阶导数变换的基础上,先运用离散小波变换(DWT)对土壤光谱去噪降维,然后采用遗传算法(GA)筛选土壤碱解氮定量估测模型的参与变量,最后应用偏最小二乘(PLS)回归构建土壤碱解氮含量的估测模型.结果表明: 离散小波变换结合遗传算法和偏最小二乘法(DWT-GA-PLS)用于土壤碱解氮含量定量估测,不仅可压缩光谱变量、减少模型参与变量,而且可改善模型估测准确度;较之于采用土壤全谱,小波离散分解1～2层低频系数构建的模型在参与变量大幅减少的情况下,取得更准确或与之相当的预测结果,其中,基于第2层小波低频系数采用GA筛选变量构建的PLS模型的预测效果表现最好,预测R²达到0.85,RMSE为8.11 mg·kg^-1,RPD为2.53.说明DWT-GA-PLS用于土壤碱解氮含量高光谱定量估测的有效性.     

利用冠层光谱估测烟草叶面积指数和地上生物量

综合多种烟草类型、品种及肥料处理因素,分析了17种光谱参数与烟草叶面积指数（LAI）、地上鲜生物重（AFW）、地上干生物重（ADW）的关系,建立逐步回归模型对烟草LAI、AFW、ADW进行估测并结合相关分析筛选出相应的特征变量。结果表明：5个回归方程的复确定系数R^2、回归系数相伴概率均达到显著水平。包含17个光谱参量的逐步回归方程筛选出的第一自变量均为Rg／Rr,相关分析及散点图分析亦得出Rg／Rr与LAI、AFW、ADW相关系数分别为0．759、0．611、0．647,R^2为0．576、0．3727、0．4184,均达到极显著水平,证明烟草LAI、AFW、ADW的特征变量为Rg／Rr。仅采用8种植被指数建立模型,证明利用比值植被指数（RVI）估测LAI、ADW亦是可行的。经过统计检验,建立的模型估测效果均较好,估测值与实测值的相关性均达到显著水平,其中包含特征变量Rg／Rr的回归模型估测效果优于RVI构建的模型。表明采用高分辨率光谱或宽波段光谱提取光谱变量可对烟草LAI、AFW、ADW进行监测,并可根据数据条件选择有效的估测模型,为烟草遥感数据分析提供方法。     

新疆云杉蓄积与地上生物量模型拟合分析

目的：建立新疆云杉蓄积及地上生物量模型,为在林分尺度上估算云杉碳储量及生产力提供基础数据。方法：利用收获法采集西伯利亚云杉(Picea obovata)与雪岭云杉(Picea schrenkiana)各50株,以蓄积为自变量,地上生物量为因变量,采用4种生物量模型进行回归分析构建模型,综合模型评价、参数估计值的稳定性及相对误差筛选出最优生物量模型。结果：确定W=0.515V^0.926 (R²=0.980)为西伯利亚云杉估测模型,W=0.541V^0.953 (R²=0.954)为雪岭云杉估测模型。结论：新疆云杉蓄积和地上生物量极显著相关,4种估测模型以幂函数拟合效果最优。     

城市生态系统修复研究进展

城市生态系统是社会-经济-自然复合生态系统。城市生态系统修复的实质是协调好城市复合生态系统的自然过程、经济过程和社会过程之间的关系,促进复合生态系统的各方面协调高效可持续发展。以城市绿地、城市湿地、城市废弃地三类主要的城市生态空间为对象,论述了城市生态系统修复的研究进展,提出当前城市生态系统修复存在以人工修复技术为主、自然修复不足、机理和量化研究缺乏、理论和应用脱节、管理机制不健全、复合生态系统理论体现不足等问题。梳理了当前城市生态系统修复的研究热点,包括城市生态系统修复机理、城市生态资产与生态系统服务、城市生态系统质量和健康、问题导向的生态修复、面向人类福祉的生态修复、生态修复多学科融贯,以及新方法和新技术的应用等几个方面。提出了城市生态修复与管理的相关对策和建议,可为我国城市生态系统修复的研究和实践提供参考。     

提升生态系统质量和稳定性的生态学原理及技术途径之探讨

提升生态系统质量和稳定性是国家生态环境建设的迫切任务,但生态系统质量及其稳定性的生态学原理是亟待阐述的生态学难题。本文在梳理生态系统质量和稳定性的影响因素及其相互作用关系基础上,从生物集聚与结构嵌套的自组织、生态要素关联及生态过程耦合、生态系统整体性及功能涌现、生态服务外溢及功效权衡、资源供给能力和环境适宜性的协同互作、自然变化和人类活动交互影响等视角,论述了生态系统质量及其稳定性演变的生态学原理,并围绕生态系统宏观格局调整、自然保护地体系建设、区域复合生态系统综合管理、退化生态系统恢复、受损生态系统重建、典型生态系统过程管理等层级,提出了提升生态系统质量及其稳定性的技术途径与管理策略。     

受损河岸生态修复工程的土壤生物学评价

为探索受损河岸生态修复的理论与技术,以修复4年的河岸生态修复工程为研究对象,从土壤生物学角度评价了人工构建的河岸生境缀块对受损河岸生态系统的修复作用.结果表明,经过4年的恢复,修复区土壤中各种微生物的数量明显高于对照区;修复区土壤动物种类、数量、生物多样性指数以及土壤有机质、N、P、K含量均高于对照区.修复后,受损河岸的土壤性状得到了明显改善,土壤生物多样性及河岸生态系统稳定性得到了提高.人工构建生境缀块的河岸生态修复工程不仅经济成本低,而且具有生态、景观和社会价值,为已建混凝土河岸的生态改造和受损河岸的近自然修复提供了新模式.     

国内外主要湾区生态系统特征、修复理论与技术模式

通过总结粤港澳大湾区、东京湾区和旧金山湾区等国内外主要湾区的生态系统特征、生态修复理论和实践研究进展,在辨析生态修复概念内涵的基础上,基于Meta-Analysis及综合分析方法,分析了生态系统退化机制及驱动因子,归纳总结湾区生态修复的主要理论基础、技术模式及案例。结果表明：（1）国内外三大主要湾区的生态系统特征为森林占比最高,其次是农田和草地占比,城镇占比第三。森林一般分布在湾区外围,城镇分布在湾区内核河口三角洲附近。（2）湾区生态修复理论包括以恢复生态学、景观生态学和复合生态系统生态学为基础的三种修复理论,生态修复的类别分为补救修复、改善修复、生态恢复和复垦等。（3）湾区生态修复技术模式包括主动修复、被动修复和重建等三类技术模式。在总结梳理生态修复理论和技术模式的基础上,结合当前国内生态修复存在问题,本文提出我国和广东省开展生态修复实践的建议和展望,以期为粤港澳大湾区生态修复提供一定的理论指导。     

生态系统服务理论与山水林田湖草生态保护修复的应用

科学有效的理论基础是推进山水林田湖草生态保护修复工程顺利实施的保障。探讨了生态系统服务理论在山水林田湖草生态保护修复中的应用,以“压力-状态-响应”为主线构建了不同时空尺度上山水林田湖草与生态系统服务之间的关系认知框架,分析了山水林田湖草系统修复工程中生态系统服务研究的关键问题：（1）山水林田湖草系统修复工程区主要生态系统服务的时空演变规律与驱动机制;（2）山水林田湖草系统修复工程区多种生态系统服务之间的权衡与协同关系;（3）山水林田湖草系统修复工程区生态系统服务集成与生态系统管理策略;（4）山水林田湖草系统修复工程调控及其尺度效应;（5）探索优质生态产品价值实现机制,阐述了生态系统服务理论在山水林田湖草系统修复中的现实意义,以期有效推动山水林田湖草生态保护修复工程从科学到实践的深入。     

受损水域生态系统恢复与重建研究

生态系统受到人为因素干扰和损害的后果已成为目前全球面临的日益突出的重大问题和人类神经共同关注的焦点,因而受损害生态系统的恢复与重建理论研究与技术应用愈加受于人们的重视。生态学理论在恢复与重建工作中应该而且可以发挥重要作用并且在实践过程中将得到检验和进一步发展。     

红树林湿地恢复研究进展

红树林是生长在热带、亚热带隐蔽潮间带的独特植物群落,在过去几十年内因人口压力和经济发展而遭到严重破坏,质量下降,面积萎缩.近年来,尽管世界各地采取了一系列措施进行红树林的恢复,然而由于缺乏造林技术资料、造林成活率低下、经营管理粗放,加上人为干扰和自然灾害的影响,红树林面积增长缓慢;造林成活率低依然是制约红树林湿地恢复的主要因素.总结了近年来国内外红树林湿地恢复四个方面的研究成果,即(1)宜林地选择,包括温度、底质、水文的环境条件研究;(2)树种选择与引种,包括乡土树种的选用和外来树种的引种状况;(3)栽培技术的应用,包括造林栽培技术与育苗技术,造林成本的比较;(4)植后管护及监测,包括幼林巡护、病虫害防治、生态监测,结合野外调查的结果,综述了红树林恢复的一些基本原理与应用实例.根据我国红树林湿地恢复的现状,提出今后红树林恢复研究的重点为:开展"退塘还林"工程,监测红树林湿地生态系统生物多样性的恢复,深入探讨红树林的化感作用,营造红树林混交林,实现红树林的生态恢复.     

我国废弃矿山生态修复研究

实施废弃矿山生态修复工程,是适应社会主义生态文明建设的必然要求,是遵循自然规律,破解矿区生态环境保护修复难题的重要举措。矿产资源开发后遗留下来的废弃矿山不可避免地影响和破坏区域生态环境和生态系统,基于我国废弃矿山分布及其主要环境问题现状,结合我国区域生态特征,提出了我国废弃矿山生态修复策略。参考我国生态综合区划,同时结合地形地貌、区域生态系统结构与功能等因素,划定我国废弃矿山生态修复区,明确我国废弃矿山生态修复总体思路与基本原则,提出废弃矿山生态修复的主要模式;在综合分析区域生态系统稳定性、自然地理、气候条件以及废弃矿山特征的基础上,识别各区域内存在的主要环境和生态问题,有针对性地提出控制生态系统退化、修复受损生态功能的主要措施,为我国废弃矿山的生态修复工作提供技术支撑和决策依据。     

区域植被恢复对生态安全的影响预测 ——以岷江上游干旱河谷为例

退化生态系统恢复是保障区域生态安全的重要途径之一。在生态系统结构功能严重受损,威胁到区域生态安全时,通过引入物种进行主动的植被恢复可以有效地加速生态系统恢复进程,维护区域生态安全。但是区域尺度的植被恢复是一项规模浩大的工程,其效果和影响难以立即显现。为了评估区域植被恢复的生态风险,根据岷江上游干旱河谷区域植被恢复格局的设计结果,预测了区域植被恢复对生态安全的影响。通过对比分析现状植被盖度及生物多样性与植被恢复格局预测结果的差异,对区域植被恢复的效果进行评价,认为尽管植被恢复格局设计使部分区域生物多样性下降,但它整体提高了地表植被覆盖度,增强了抵御土壤侵蚀的能力。对保障区域生态安全具有积极的效果。     

A conceptual framework for urban ecological restoration and rehabilitation

Urban greenspace has gained considerable attention during the last decades because of its relevance to wildlife conservation, human welfare, and climate change adaptation. Biodiversity loss and ecosystem degradation worldwide require the formation of new concepts of ecological restoration and rehabilitation aimed at improving ecosystem functions, services, and biodiversity conservation in cities. Although relict sites of natural and semi-natural ecosystems can be found in urban areas, environmental conditions and species composition of most urban ecosystems are highly modified, inducing the development of novel and hybrid ecosystems. A consequence of this ecological novelty is the lack of (semi-) natural reference systems available for defining restoration targets and assessing restoration success in urban areas. This hampers the implementation of ecological restoration in cities. In consideration of these challenges, we present a new conceptual framework that provides guidance and support for urban ecological restoration and rehabilitation by formulating restoration targets for different levels of ecological novelty (i.e., historic, hybrid, and novel ecosystems). To facilitate the restoration and rehabilitation of novel urban ecosystems, we recommend using established species-rich and well-functioning urban ecosystems as reference. Such urban reference systems are likely to be present in many cities. Highlighting their value in comparison to degraded ecosystems can stimulate and guide restoration initiatives. As urban restoration approaches must consider local history and site conditions, as well as citizens’ needs, it may also be advisable to focus the restoration of strongly altered urban ecosystems on selected ecosystem functions, services and/or biodiversity values. Ecosystem restoration and rehabilitation in cities can be either relatively inexpensive or costly, but even expensive measures can pay off when they effectively improve ecosystem services such as climate change mitigation or recreation. Successful re‐shaping and re-thinking of urban greenspace by involving citizens and other stakeholders will help to make our cities more sustainable in the future.