基于超声清洗的树木叶面颗粒物粒径分布与吸滞效率研究——以银杏和油松为例

明确在常规叶片清洗方法(泡洗或泡洗+刷洗)上增加超声清洗对叶面各径级颗粒物滞纳量定量评估的影响, 并在此基础上研究叶面颗粒物的粒径分布和吸滞效率, 可进一步提高城市树木大气颗粒物吸滞能力的定量评估精度。该文以城市森林建设常用阔叶树种银杏(Ginkgo biloba)和针叶树种油松(Pinus tabuliformis)为研究对象, 于雨后(降水量>15 mm) 4天(短滞尘时长)和14天(长滞尘时长)分别采集叶样, 并依次对其进行泡洗(WC)、刷洗(BC)、超声清洗(UC)等洗脱程序, 然后对每个清洗步骤下叶片洗脱液中颗粒物的质量和粒径分布进行测试, 并依此估算叶片各径级颗粒物的吸滞效率。结果表明, 以“泡洗+刷洗+超声清洗”清洗流程的测试结果为参照, 若只对叶片进行泡洗, 则银杏和油松对大气颗粒物(PM₁, 粒径d ≤1 µm)、PM_2.5 (d ≤ 2.5 µm)、PM₅ (d ≤ 5 µm)、PM₁₀ (d ≤ 10 µm)吸滞量会分别被低估约一半(54%、53%、53%和53%)和40% (42%、42%、42%和42%); 若只进行“泡洗+刷洗”, 则银杏和油松对相应径级颗粒物的吸滞量仍会分别被低估约15% (17%、16%、15%和15%)和20% (21%、20%、20%和20%)。油松叶面颗粒物粒径分布呈双峰曲线, 而银杏叶面颗粒物粒径则呈单峰分布, 且银杏叶面颗粒物平均粒径在短、长滞尘时长下均大于油松。油松叶片对PM₁、PM_2.5、PM₅、PM₁₀和总悬浮颗粒物的吸滞效率分别为8.96、23.92、23.96、23.96和23.96 mg·m^-2·d^-1, 分别比银杏叶片高112%、73%、34%、37%和42%。     

植物叶片吸滞PM_(2.5)等大气颗粒物定量研究方法初探——以毛白杨为例

以毛白杨为例,提出一种利用激光粒度仪和天平定量评估植物叶片吸滞细颗粒物(PM2.5,直径d≤2.5μm)等大气颗粒物能力的方法——洗脱称量粒度分析法(EWPA),实现了对植物叶片吸滞大气颗粒物质量和粒径分布的直接、准确测定,可操作性强.首先,进行预试验对试验方法的稳定性进行检验;其次,通过对叶片进行清洗、离心洗液、烘干等步骤收集其吸滞的颗粒物,然后对颗粒物称量,并采用激光粒度仪测定颗粒物的粒径分布;最后,利用叶面积和林分叶面积指数数据换算得到单位面积叶片和林分的各径级颗粒物吸滞量.在北京市奥林匹克森林公园内一片毛白杨林分(27 d未经历降雨)中应用该法,测得毛白杨叶片吸滞大气颗粒物的粒径均值为17.8μm,吸滞PM2.5、可吸入颗粒物(PM10,d≤10μm)和总悬浮颗粒物(TSP,d≤100μm)的体积百分比分别为13.7%、47.2%和99.9%;叶片的PM2.5、PM10、TSP和总颗粒物吸滞量分别为8.88×10-6、30.6×10-6、64.7×10-6和64.8×10-6g·cm-2;林分的PM2.5、PM10、TSP和总颗粒物吸滞量分别为0.963、3.32、7.01和7.02 kg·hm-2.     

植物叶片吸滞PM2.5等大气颗粒物定量研究方法初探——以毛白杨为例

以毛白杨为例,提出一种利用激光粒度仪和天平定量评估植物叶片吸滞细颗粒物(PM_2.5,直径d≤2.5 μm)等大气颗粒物能力的方法——洗脱称量粒度分析法(EWPA),实现了对植物叶片吸滞大气颗粒物质量和粒径分布的直接、准确测定,可操作性强.首先,进行预试验对试验方法的稳定性进行检验;其次,通过对叶片进行清洗、离心洗液、烘干等步骤收集其吸滞的颗粒物,然后对颗粒物称量,并采用激光粒度仪测定颗粒物的粒径分布;最后,利用叶面积和林分叶面积指数数据换算得到单位面积叶片和林分的各径级颗粒物吸滞量.在北京市奥林匹克森林公园内一片毛白杨林分(27 d未经历降雨)中应用该法,测得毛白杨叶片吸滞大气颗粒物的粒径均值为17.8 μm,吸滞PM_2.5、可吸入颗粒物(PM₁₀,d≤10 μm)和总悬浮颗粒物(TSP,d≤100 μm)的体积百分比分别为13.7%、47.2%和99.9%;叶片的PM_2.5、PM₁₀、TSP和总颗粒物吸滞量分别为8.88×10^-6、30.6×10^-6、64.7×10^-6和64.8×10^-6 g·cm^-2;林分的PM_2.5、PM₁₀、TSP和总颗粒物吸滞量分别为0.963、3.32、7.01和7.02 kg·hm^-2.     

气候变化对物种分布影响模拟中的不确定性组分分割与制图——以油松为例

物种分布模型是预测评估气候变化对物种分布影响的主要工具。为了降低物种分布模型在预测过程中的不确定性,近期有学者提出了采用组合预测的新方法,即采用多套建模数据、模型技术,模型参数,以及环境情景数据对物种分布进行预测,构成物种分布预测集合。但是,组合预测中各组分对变异的贡献还知之甚少,因此有必要把变异组分来源进行分割,以更有效地利用组合预测方法来降低模型预测中的不确定性。以油松为例,采用8个生态位模型,9套模型训练数据,3个GCM模型和一个SRES(A2)排放情景,模型分析了油松当前(1961-1990年)和未来气候条件下3个时间段(2010-2039年,2040-2069年,2070-2099年)的潜在分布。共计得到当前分布预测数据72套,未来每个时间段分布数据216套。采用开发的ClimateChina软件进行当前和未来气候数据的降尺度处理。采用Kappa、真实技巧统计方法(TSS)和接收机工作特征曲线下的面积(AUC)对模型预测能力进行评估。结果表明,随机森林(RF)、广义线性模型(GLM),广义加法模型(GAM)、多元自适应样条函数(MARS)以及助推法(GBM)预测效果较好,几乎不受建模数据之间差异的影响。混合判别分析模型(MDA)对建模数据之间的差异非常敏感,甚至出现建模失败现象。采用三因素方差分析方法对组合预测中的不确定性来源进行变异分割,结果表明,模型之间的差异对模拟预测结果不确定性的贡献最大且所占比例极高,而建模数据之间的差异贡献最小,GCM贡献居中。研究将有助于加深对物种分布模拟预测中不确定性的认识。     

基于地面调查与遥感调查协同的城市绿地规模和分布研究——以青岛市为例

城市绿地调查作为园林绿化规划建设管理的基础工作,其数据准确程度直接影响着城市园林绿化的科学发展。提出了基于遥感调查与地面调查协同的城市绿地调查的技术方法,通过该方法获得数据与单独使用遥感调查或地面调查技术获得数据相比提升了城市绿地,尤其是公园绿地和附属绿地调查的时效性和准确性,为城市绿地调查提供了可操作的技术方法。     

基于树木年轮学的古树树龄估算——以敦煌市香水梨为例

树龄是古树鉴定的唯一标准。本研究采用树轮年代学方法调查敦煌市莫高镇窦家墩村四组(原杨家园子)梨园中最老的香水梨树的树龄。因老梨树均腐朽中空,调查同时采集不同树龄的香水梨树样芯,建立树木径向生长生理年龄曲线,据此估算缺失段的树轮数。结合准确树轮计数,复原香水梨树树龄。结果表明: 梨园13棵老香水梨树的平均树龄为(280±35)年。由此证明,《敦煌志》中记载的古梨树是真实存在的。按树龄来说,该批梨树至少为三级古树,应妥善保护。本研究为解决敦煌市古梨园存留争议提供了详实的科学依据。     

城市绿化树种的滞尘效应——以哈尔滨市为例

提出以植物材料的滞尘功能作为城市绿地设计中重要依据 ,对哈尔滨市 2 8个树种进行滞尘测定和叶表电镜扫描 ,结果表明 ,不同的树种滞尘量差异显著 ,树种之间的滞尘能力可相差 2～ 3倍以上 .常绿针叶树种中 ,红皮云杉、杜松是优良的滞尘树种 ,4周后滞尘分别达到 5 .7和 4.4g·m-2 .落叶阔叶树种中 ,银中杨、金银忍冬、山桃稠李是优良的阔叶滞尘树种 ,两周后滞尘分别达到 1.9、2 .0和 2 .45 g·m-2 .电镜观察发现 ,叶表皮具沟状组织、密集纤毛的树种滞尘能力强 ,叶表皮具瘤状或疣状突起的树种滞尘能力差 ,并结合滞尘测定对滞尘方式进行了讨论 .     

不同尺度下土壤粒径分布特征及其影响因子——以黄土丘陵沟壑区为例

土地利用方式和环境因子是影响土壤粒径的重要因素,尺度不同其影响效应差异明显。研究不同尺度表层土壤粒径与土地利用、环境因子的关系对评价黄土丘陵沟壑区土壤物理性质具有积极意义。选择黄土丘陵沟壑区安塞集水区和沐浴小流域作为研究区,探讨两个尺度上表层土壤粒径含量、分布特征及其与土地利用类型和环境因子的关系。研究结果表明:(1)研究区域内表层土壤颗粒主要为砂粒和粉粒,在小流域和集水区尺度上,各粒径百分含量属于中等变异,D值为弱变异,但随着研究区由沐浴小流域变化到安塞集水区,粒径和D值的空间变异性均有所提高;(2)尺度不同,土地利用对土壤粒径的影响效应不同,在沐浴小流域不同土地利用类型的砂粒含量从高到低依次为荒草地农用地林地灌木林地园地,在集水区的变化顺序依次为荒草地灌木林地林地农用地园地,粉粒含量的次序均与砂粒相反,小流域土壤粒径分形维数D依次为灌木林地荒草地林地园地农用地,在安塞集水区为灌木林地荒草地农用地林地园地;(3)在沐浴小流域和安塞集水区,土壤颗粒分形维数与土壤砂粒、黏粒百分含量呈极显著正相关关系,与土壤粉粒百分含量呈极显著负相关关系,且砂质壤土D值高于壤土和粉壤土;(4)在沐浴小流域,植被盖度、相对海拔和坡位相对于土地利用类型、坡向和坡度对土壤粒径影响较大;而在安塞集水区植被盖度、土地利用类型和坡度对土壤粒径影响较大。     

基于气候的植被空间分布的数字模拟——以内蒙古为例

介绍了一种在GIS支持下,基于气候的植被空间分布的数字模拟方法。研究以内蒙古为例,结果表明,内蒙古植被的空间分布与气候存在明显的相关性。以气候因子为变量,对植被类型的判别较好,地带性植被、山地植被、沙地植被和低湿地植被的判对率分别为61.82%、64.44%、82.72%帮77.44%,数字模拟的结果较好,k值为0.50。对植被地带的判别和模拟的准确性明显提高,判对率达86.84%,k值为0.57,模拟结果属很好,判别和模拟的错误主要出现在因基质、地形、人类干扰等因素而产生的非地带性和次生、退化的植被中,该方法适于分析大尺度空间中植被地带与气候的关系。与传统的植被-气候研究方法相比,所使用的植被和气候因子数字图象具备空间和数值上的连续性,结果客观且可以重复、使用精准的专题数据如数字遥感信息,以及引入更多的专题数据如土壤、植被生产力、样地资料等,是提高判别和模拟准确性的有效途径。     

树木花期预报的花芽形态测量法研究——以大山樱花期预报为例

树木花期预报在林果、养蜂、园林和旅游业等方面有很大的实用价值。该文以大山樱(Prunus sargentii)为例,探讨通过花芽形态测量进行花期预报的新方法。通过1998~2000年对北京玉渊潭公园大山樱进行的数据采集和处理,建立了线性和指数两种预报模型。2002年的试报检验表明,采用3株的观测数据,并利用3日滑动平均的方法,对观测数据进行处理后所作的预报,误差在3 d以内的预报达80%以上;2003年连续测报的平均误差,模型1为1.6 d,模型2为2.1 d。这一树木花期预报的物候学新方法,简便易行、建模周期短、预报精度高,在春季芽膨大后,直至露瓣期之前,可以逐日连续发布预报。     

基于MFA和DEA的区域经济环境效率评价-以辽宁省为例

对经济与环境效率的科学评价是实现区域可持续发展的前提。运用物质流分析将辽宁省经济系统中数据进行物质化处理,再利用改进的数据包络分析模型对环境和经济效率进行综合评价。结果表明:辽宁省物资消费不主要依赖于进口,向其它地区物质输出量大;环境效率评价的综合效率主要受规模因素影响而显著低于纯技术效率,而整体经济的综合效率却主要受纯技术效率影响而下降。第二产业比重依然偏大的产业结构特征是导致上述结果的主因。进一步改造提升传统产业,发展战略性新兴产业,提高第三产业发展水平,扩大环保规模,促进居民生活质量水平全面提升,将是辽宁省以及与之相似的资源依赖型区域可持续发展的方向。     

基于不同空间尺度的林火面积分布格局——以江西省为例

单一空间尺度的研究难以揭示林火分布特征。本文采用变异系数、空间自相关统计和尺度方差分析等方法,研究2003—2015年江西省林火面积在地市、县区、乡镇3个尺度上分布的变异性、关联性及尺度效应。结果表明:各年份林火面积变化存在明显差异,总体呈先上升后下降的趋势,其中,2008年林火面积值最大,空间变异性最小,呈明显的空间聚集特征;不同空间尺度上林火面积的分布格局存在差异,随着研究尺度的减小,林火面积空间自相关程度增强,对总空间分布格局的贡献份额增大;各尺度林火发生热点区主要分布在赣中南地区,这与当地自然和人类活动因素存在密切联系。理解不同尺度上林火面积分布特征,可为合理分配区域森林防火资源提供科学依据。     

干旱和林分因子对树木死亡的影响——以美国德克萨斯州东部国家森林为例

为探讨不同时间尺度、气候因子及林分因子对森林中树木死亡的影响,本研究以美国德克萨斯州东部的4个国家森林中264个重复调查的森林样地为对象,使用近20年来美国森林清查4个周期的数据,估算其在清查周期和年度水平上的树木死亡率变化,并使用广义线性混合效应模型来分析气候因子(干旱强度、干旱持续时间、年均温和年降水量)、树木大小(胸径)和林分因子(树木胸高断面积、林分密度和林分年龄)对树木存活的影响。结果表明: 在重度干旱当年和重度干旱的清查周期中,森林的树木死亡率分别增加了151%和123%,天气干扰(干旱和飓风)和植物之间的竞争是其主要的影响因素;干旱强度(标准化降水蒸散发指数,SPEI)和干旱持续时间对树木的存活具有显著的负效应,年降水量对树木的存活具有显著的正效应;树木胸高面积对树木存活具有显著的负效应,树木大小、林分年龄和林分密度对树木存活均具有显著的正效应,但是大树比小树更容易受到天气影响而死亡;在重度干旱的清查周期中,松树种组的树木死亡率(2.1%)比阔叶树木种组(3.9%)低,天然林的树木死亡率(3.0%)高于人工林(1.9%)。在分析树木死亡率时,需同时考虑个体树木大小、林分因子与气候因子的相对重要性。     

基于无人机高光谱影像的薇甘菊分布提取研究 ——以云南德宏州为例

为有效控制薇甘菊入侵,及时掌握其空间分布和动态变化,基于无人机高光谱数据,通过深度学习（DL）、支持向量机（SVM）、随机森林（RF）等方法提取云南省德宏州微甘菊分布情况。结果表明,DL、SVM和RF等3种方法均有效实现了薇甘菊的分布提取,以DL方法的提取效果最佳,制图精度和用户精度分别为96.61%和95.00%;其次为RF方法,制图精度和用户精度分别为94.83%和91.67%;SVM方法的制图精度和用户精度分别为92.45%和81.67%。这3种方法均能很好提取薇甘菊集中分布区域,且DL和RF方法对零散分布薇甘菊的识别效果优于SVM。因此,无人机高光谱影像为薇甘菊的监测、预警和精准防治提供了支撑和依据,对保护当地生态系统安全具有重要意义。     

基于遥感和图论的绿地空间演变和连通性研究——以郑州为例

绿地空间是人类和自然生态环境的重要组成部分,其连通性是绿地有效发挥生态和社会服务功能的重点,对促进生物多样性保护、人类户外空间游憩和城乡空间的健康可持续发展具有重要意义。以郑州为例,基于图论的原理和算法,以4个时期30m分辨率的Landsat 5和Landsat 8影像为基本数据源,在Arc GIS 10.2、ENVI 5.0和Graphab 1.2.1软件中,提取郑州市域范围内的绿地空间信息,分析了绿地斑块规模、数量和空间分布特征的动态变化过程,揭示了绿地空间连通性动态变化的规律和原因,探讨了图论指数在诊断和优化绿地空间连通性上的应用。结果表明:2000年到2013年间,随郑州市域绿地空间总量和斑块规模的增加,绿地空间整体连通性指数增加了4.7倍,且在2009年到2013年间增加幅度最大;绿地斑块规模与绿地空间整体连通性指数、最大连通单元体规模和绿地斑块节点度指数呈显著正相关关系;绿地空间连通性的区域差异特征与绿地空间分布特征一致,均呈现西高东低的分布规律,且随时间变化呈现出由西向东扩展的趋势;图论指数可以用来反映各种尺度上绿地空间的连通性,其中绿地斑块的节点度指数和中间度核心性指数可以用来诊断和筛选对整体绿地空间连通性起关键性和脚踏石作用的绿地斑块,在今后城乡绿地系统规划和绿地生态网络优化上具有重要的应用前景。     

基于小流域尺度的土壤重金属分布与土地利用相关性研究——以厦门市坂头水库流域为例

人类活动改变流域集水区土地利用方式同时提高了土壤重金属水平,并影响地表水重金属负荷。以具有明确地理边界的流域作为研究单元可能实现计量区别不同人类活动或因其引起的土地利用方式对土壤重金属空间分布及其环境风险的贡献。但不同人类活动及其改变的土地利用方式对土壤和地表水重金属负荷的相对贡献研究缺乏可操作性方法论。以我国典型的山塘水库小流域—福建省厦门市坂头水库流域为例,结合遥感影像解译、野外土壤重金属水平调查和GIS地统计方法,针对小流域尺度土壤重金属空间分布及其环境风险与土地利用方式相关性研究进行方法论的探索。坂头水库流域覆盖205km2,土地利用类型有林地、农业用地、城镇用地、绿地和水面等5大类。按照不同土地利用类型覆盖面积为权重,以统计最小样本数为准则,在该流域内共采集150个表层土壤样品,针对6种具有人为源特征重金属(Cu、Zn、Pb、Cr、Ni、Cd)土壤总量及富集水平进行分析,以潜在生态风险指数评价流域土壤重金属风险,并结合土地利用类型分析了其空间特征。结果表明:与林地和绿地相比,城镇用地和农业用地表层土壤重重金属水平显著较高;土壤重金属富集水平及其潜在生态风险依次为:城镇用地农业用地绿地林地;城镇化加重了流域土壤重金属Cu、Zn和Cd的污染风险;土壤Pb富集水平与土地利用方式无关,可能为大气沉降来源;所有土地利用方式土壤Cr和Ni总量低于区域土壤背景值,但城镇用地的富集指数显著高于林地。基于土地利用方式的反距离加权空间插值(LU-IDW)也清晰地揭示了土壤重金属富集及其潜在生态风险与人类活动密切相关,尤其是城镇化。以野外调查结合遥感卫星图像解译和基于土地利用方式的空间插值的研究方法有效地揭示了研究流域土壤重金属的空间分布特征及其潜在风险评价空间模式,为小流域尺度的环境质量演变研究提供了方法论和案例。     

特大干旱对树木死亡的影响——以美国德克萨斯州东部森林为例

美国德克萨斯州在2011年经历了史上最严重的干旱,这一事件造成约3亿多株树木死亡。在大时空尺度上(面积约9×10~6 hm~2,时间跨度近20年),基于近1800个森林样地,4次周期性调查中的约209663株树木,使用主成份分析(PCA)和广义线性混合效应模型(GLM)回归,对树木死亡的时空差异及其干旱强度与长度对树木死亡造成的中长期复杂影响进行了研究。采用树木密度、树木基面积、林地年龄、样地调查时间间隔作为树木间的竞争指标,分析了造成大旱前后周期水平和年度水平上的样地树木死亡差异的原因。综合分析了不同地理区域、树木种组、胸径大小和林地起源的4个划分标准下树木死亡对死亡率的相对贡献。结果表明：松属树木的死亡率最低(7.92%);高度低、胸径小的树木的死亡率较大,分别为29.79%和26.00%。人工林的树木死亡率(10.26%)低于天然林(13.47%);西海湾平原生态区树木的死亡率在干旱后达到最大(22.27%);西南区的树木死亡率在干旱后也达到最大(13.78%);海拔和纬度对树木死亡率影响不明显。德州东部森林整体死亡格局形成原因较为复杂,各地理区域、林地起源、树木大小和不同树种,...     

基于RS与GIS的乔木层物种多样性分布格局——以辽东山区水源涵养林为例

根据ETM+遥感影像与实地考察数据,通过建立乔木层物种多样性反演模型及模型地面验证等方法,对辽东山区水源涵养林乔木层物种多样性分布格局及其在不同海拔高度和坡向上的分布状况进行了研究.结果表明:归一化植被指数(NDVI)、湿度(TC3)和绿度(TC2)与Shannon-Wiener多样性指数相关性较高,3个植被指数与Shannon-Wiener多样性指数的回归模型可靠(R2=0.637,P<0.01).地面验证结果表明,模型能解释乔木层物种多样性的69.38%;乔木层物种多样性指数主要集中在1.0～2.2,并符合"中间海拔高度膨胀"理论;坡向对乔木层物种多样性分布的影响体现在东北坡出现高物种多样性的可能性最大,验证了由于坡向导致的水热差异,从而影响物种多样性的结论.     

基于GIS的城市绿地景观引力场研究——以宁波市为例

城市绿地是城市用地的重要组成部分 ,也是城市生态系统的一个子系统。城市绿地景观的评价是城市生态系统研究的重要课题之一。在 GIS技术支持下 ,对城市绿地景观进行了研究。在研究过程中 ,将物理学中“场”的相关理论引入城市绿地景观的研究 ,提出绿地景观引力场的概念及评价方法。绿地景观引力场是城市绿地系统为城市居民提供服务能力的大小或潜力 ,其主要影响因素有绿地景观本身的质量、城市人口分布状况、城市土地利用现状、城市主要交通设施等。在研究中需要建立以下相关模型 :城市阻力的空间分布模型、城市人口的空间分布模型、城市公共绿地的空间分布模型、城市绿地景观引力场的空间分布评价模型。研究结果得出以下结论 :(1)景观引力场用于城市绿地系统的评价 ,能够更好地反映城市绿地的空间分布格局 ;(2 )丰富了城市绿地系统评价的指标内容和评价方法 ;(3)该方法从景观设计上提供了一个可供决策参考的依据 ;(4 )景观引力场还可用于城市其它服务设施的合理性与有效性的评价与研究。     

基于GIS的城市绿地景观空间结构研究——以宁波市为例

城市绿地景观的空间结构分析是城市景观生态系统研究的重要内容和基本特色之一。分析了;城市绿地景观生态系统的空间结构元素及其特征。运用景观生态学的原理,在GIS支持下对宁波市城市绿地景观缀块的等级与分布、空间结构的度量进行了研究和分析,并对该市的城市绿地景观按行政单元进行了综合评价。研究结果表明,宁波市城市绿地线块个数以面积小于500m^2的小型缀块为主(95．32％),而缀块面积大于3000m^2的大中型和大型缀块虽然个数较少(仅0．75％),却是构成该市城市绿地景观的主体(面积占35．99％)。宁波市城市绿地景观多样性指数为0．717,均匀度为0．629,景观优势度为0．669,聚集度为0．870．破碎度为0．292,总分离度为1．456,绿地廊道密度为2．237,分维数为1．373。城市绿地景观总体表现为类型分布不均。各种类型相差较大,破碎度较小,多样性程度不高。综合评价结果为江东区最佳,景观结构最为合理,海曙区次之,江北区较差,全市总体上较好。研究结果为宁波市城市绿地景观生态系统的规划、设计提供了生态学依据,为“生态园林城市”建设提供了理论依据。