基于多源遥感数据的植物物种分类与识别: 研究进展与展望

物种分类与识别是生物多样性监测的基础, 明确物种的类别及其分布是解决几乎所有生态学问题的前提。为深入了解基于多源遥感数据的植物物种分类与识别相关研究的发展现状和存在的问题, 本文对2000年以来该领域的研究进行了总结分析, 发现: 当前大多数研究集中在欧洲和北美地区的温带或北方森林以及南非的热带稀树草原; 使用最多的遥感数据是机载高光谱数据, 而激光雷达作为补充数据, 通过单木分割及提供单木的三维垂直结构信息, 显著提高了分类精度; 支持向量机和随机森林作为应用最广的非参数分类算法, 平均分类精度达80%; 随着计算机技术及机器学习领域的不断成熟, 人工神经网络在物种识别领域得以迅速发展。基于此, 本文对目前基于遥感数据的植物物种分类与识别中在分类对象复杂性、多源遥感数据整合、植物物候与纹理特征整合和分类算法技术等方面面临的挑战进行了总结, 并建议通过整合多时相监测数据、高光谱和激光雷达数据、短波红外等特定波谱信息、采用深度学习等方法来提高分类精度。     

庐山25hm2森林样地乔木层优势种空间分布格局及关联性

为探究亚热带亚高山地区庐山地带性树种的空间分布格局,参照CTFS技术规范,2021年在庐山仰天坪地区建立了25 hm²森林样地,按叶片形状、是否落叶等植物生活型,将样地乔木树种类分为常绿针叶树种、落叶阔叶树种和常绿阔叶树种,使用空间点格局法分析了不同生活型中优势种的空间分布格局。结果表明：台湾松、四照花、化香树、锥栗、枹栎、灯台树、格药柃、黄丹木姜子、微毛柃等为主要优势种,其中台湾松为样地乔木层建群种。优势种种群空间点格局表现为在一定尺度内聚集分布,随着尺度的增加,逐渐转变为随机分布。常绿针叶树种与落叶阔叶树种、常绿阔叶树种之间呈小尺度内无关联、大尺度下负相关的特点;落叶阔叶树种与常绿阔叶树种之间的负相关关系较为明显;各落叶阔叶树种之间在小尺度内呈正相关或无关联,大尺度下呈负相关;常绿阔叶树种间在小尺度内呈正相关,中间尺度内无关联,大尺度下呈负相关。     

中国亚热带4个森林动态监测样地无人机可见光遥感影像数据集

常绿阔叶林是我国亚热带地区的地带性植被类型。由于亚热带森林植物群落垂直结构复杂、林冠郁闭度高, 对常绿阔叶林冠层的研究尚缺乏高质量的监测数据。本数据集包含浙江天童山、浙江百山祖、广东车八岭、广东鼎湖山4个大于20 ha的森林动态监测样地2014年8月或2016年9月采集的无人机可见光遥感影像。本数据集是通过将无人机影像、地面控制点和地面调查数据相结合而获得的。每个样地的数据集包括4个文件: ~5 cm空间分辨率的正射影像图和数字表面模型、1 m空间分辨率的森林冠层高度数据和正射影像质量报告。本数据集可为常绿阔叶林的林冠生态学、生物多样性、生态系统功能等研究提供数据支撑。     

长白山次生杨桦林树木短期死亡动态

以长白山次生杨桦林5 hm²样地为对象,以2005和2010年两次调查数据为基础资料,分析了2005-2010年间样地主要树种的组成、数量,死亡个体的径级分布,以及不同生境类型下主要树种的更新特征.结果表明： 研究期间,样地内树木胸径(DBH)≥1 cm的独立个体的树种数由46种增至47种,新增3个树种,2个树种因仅有的一个个体死亡而消失;独立个体数由16509株减少为15027株,其中,死亡个体数2150株,占2005年个体总数的13%,新增个体数668株,净减少1482个个体;样地树木的胸高断面积由28.79 m²·m^-2增至30.55 m²·m^-2,有41个树种的胸高断面积增加,6个树种减少,其中,山杨和白桦的减少量占总减少量的72.3%;小径级个体的死亡量较大,DBH＜5 cm个体的死亡量占总死亡量的65%,山杨和白桦是大径级个体死亡的主要树种.不同生境类型下个体死亡率差别不大,但各径级间的树木死亡率则有较大差异.     

长白山北坡云冷杉林和落叶松林物种组成与群落结构

云冷杉林是长白山北坡保存最完整的森林植被,而落叶松林是长白山的隐域性森林植被.为了更好地了解其物种组成和群落结构等基本特征,于2010年在长白山北坡自然保护区内分别建立了4 hm2的云冷杉林和落叶松林长期监测样地,对样地内所有胸径≥1 cm的木本植物进行了定位、调查和挂牌.结果表明:云冷杉林样地木本植物有22种,隶属于6科12属;落叶松林样地木本植物有22种,隶属于8科16属.两样地物种组成差异不大,区系组成基本上都属于北温带成分.云冷杉林样地木本植物独立个体数为8640株,包括分支数为9257株;落叶松林样地木本植物独立个体数为3696株,包括分支数为4060株.两样地优势种明显,云冷杉林样地,臭冷杉和长白落叶松处于优势地位,其重要值分别占所有物种的38.7%和23.9%;落叶松林样地,长白落叶松占绝对优势,其重要值占所有物种的61.9%.两样地群落更新良好,径级结构均呈倒"J"型.云冷杉林样地,臭冷杉径级结构呈倒"J"型,长白落叶松径级结构呈正态分布;落叶松林样地,长白落叶松胸径≥10 cm个体的径级结构呈正态分布.主要物种空间分布在两个样地中随径级和空间尺度的变化表现出不同的格局,共有种在不同样地间表现出不同的格局.     

长白山区阔叶红松林残留片段木本植物物种组成与群落结构

阔叶红松林是我国东北东部山区的地带性植被,长白山区是阔叶红松林的核心分布区.由于人类活动的干扰,目前天然阔叶红松林只在长白山和小兴安岭地区残留了一些面积不等的片段.为比较分析阔叶红松林在不同分布区的异同,以广义长白山区阔叶红松林残留片段为研究对象,依照巴拿马Barro Colorado Island(BCI)50 hm2热带雨林样地的技术规范,于2012年在吉林长白山自然保护区和辽宁东部山区阔叶红松林残留片段分别建立了3个固定样地,对6个样地内胸径≥1 cm的木本植物进行定位调查.结果表明:6个样地共记录到木本植物69种,隶属于24科42属,其中槭树科为6个样地物种最丰富的科,区系组成均以北温带成分为主,同时混有亚热带成分;从物种多度、平均胸径、胸高断面积和重要值看,各样地优势种明显;6个样地所有独立个体的径级结构均呈倒"J"型,但各样地不同径级个体比例有很大差异,表明6个样地群落处于不同的演替阶段.各样地中重要值位于前3位物种的径级结构可分为倒"J"型、"L"型、单峰型和偏峰型4种类型;各样地主要树种随物种、径级的变化呈现出不同的空间分布格局,同一物种在不同样地的分布格局也表现出一定的差异.     

江西官山亚热带森林近地表和土壤温度的海拔梯度变化及其季节动态

温度直减率作为反映温度沿海拔变化程度的参数，是研究山地生态系统众多生态过程的重要指标。目前大多数研究集中于流层或近地表温度，而土壤温度作为影响生物生长发育、生态系统物质循环等过程的重要因子，其垂直变化研究比较缺乏。本研究基于江西官山国家级自然保护区300～1300 m海拔范围内的12个亚热带森林样点2018年9月—2021年8月林下近地表(地上15 cm)和土壤温度(地下8 cm)数据，利用线性回归模型计算近地表和土壤的均温、最高温、最低温直减率和积温递减率，并分析其季节动态。结果表明：研究区近地表年均温、最高温、最低温的直减率分别为0.38、0.31、0.51℃·(100 m)^-1,三者差异较大，而土壤的三者变化较小，分别为0.40、0.38、0.42℃·(100 m)^-1;除最低温直减率，近地表和土壤的温度直减率均无显著季节差异。近地表最低温直减率在春、冬季节较大，而土壤最低温直减率在春、秋季节较大；近地表和土壤积温均与海拔呈显著负相关，≥5℃积温递减率分别为163和179℃·d·(100 m)^-1,且相同海拔的土壤...