基于可见光植被指数的面向对象湿地水生植被提取方法

利用ESP分割工具确定最佳分割尺度,通过多尺度分割算法创建最优分割影像,基于微型无人机影像数据生成可见光植被指数,从一系列可见光植被指数中选取一组最优植被指数,建立决策树规则,利用隶属度函数对研究区自动分类,生成水生植被分布图.结果表明: 监督分类法的总体精度为53.7%,面向对象分类法总体精度为91.7%,与基于像元的监督分类法相比,面向对象分类法显著改善了影像分类结果,并大大提高了水生植被提取精度,监督分类法的Kappa系数为0.4,而面向对象分类法的Kappa系数为0.9.这表明利用微型无人机数据生成的可见光植被指数结合面向对象分类方法提取水生植被在该研究区是可行的,并能够应用到其他类似区域.     

光环境对胡桃楸幼苗生长与光合作用的影响

为了解胡桃楸幼苗对光的需求及适应规律,采用Li-6400便携式光合测定系统研究了不同光环境处理（100%、60%、30％和15%自然光）条件下3年生胡桃楸幼苗（适应1年后）叶片光合能力的季节变化及其对光强的响应.结果表明：在春季,胡桃楸幼苗对光反应不敏感,夏季和秋季随着光强的增加,叶片的最大光合速率、最大羧化速率和最大电子传递速率均显著增加（P<0.05）.光饱和点随光强的下降而降低（P<0.05）,表观量子效率、暗呼吸速率和光补偿点在不同光环境下未发现显著差异.100%和60%自然光处理的幼苗相对生长率差异不显著,但是随着光强下降,相对生长率显著下降（P<0.05）,为60%>30％>15%自然光处理.胡桃楸幼苗对不同的光环境表现出较强的适应性和可塑性;同时,通过降低光饱和点和减少碳积累,也能适应15%～30％自然光环境.     

基于无人机影像与面向对象-深度学习的滨海湿地植物物种分类

明确滨海湿地植物物种类型及其分布状况是实现滨海湿地精细化生物多样性监测的基础,对于滨海湿地的保护管理与生态可持续发展均具有重要意义。本研究以无人机可见光遥感影像为基础数据源,在定量分析最优分割尺度与最优分类特征组合的基础上,应用面向对象-U-net深度学习方法对闽江河口湿地植物物种类型进行分类,并与K最近邻、决策树、随机森林和贝叶斯分类方法进行精度对比分析,以期为滨海湿地植物物种遥感精细分类与生物多样性保护管理提供方法借鉴与科学参考。研究结果表明,利用面向对象-U-net深度学习方法提取不同滨海湿地植物物种类型的分类精度可达95.67%,总体精度较其他分类方法提高6.67%–13.67%, Kappa系数提高0.12–0.31,且分类整体性好。此外,实现植物物种光谱特征、形状特征、纹理特征与高度特征的最优特征选择对于有效提高湿地植物物种信息分类精度具有重要作用,应用最优分割尺度实现影像分割可提高整体分类效率。     

复杂地形草地植被碳储量遥感估算研究进展

草地生态系统是我国最大的陆地生态系统,其植被碳储量的准确评估对维护国家生态安全和指导畜牧发展有重要作用。植被生物量和草地面积是草地植被碳储量估算的关键,随着遥感技术的发展,两者估算精度和效率显著提高,先后发展出多种草地生物量遥感估算模型和土地覆被产品,并已在平坦地区取的较好估算结果。然而,复杂地形区迥异于平地的几何形态和水热分布所产生的不均一的生态系统结构和功能,给草地生物量和草地面积的遥感估算带来诸多困难,影响对草地植被碳储量的准确判定。本文在回顾国内外草地植被碳储量遥感估算方法与所需关键参数的基础上,对遥感估算复杂地形草地植被碳储量过程中所面临“遥感影像地形效应的去除和尺度选择”、“植被指数与地形指标的选取”、“过程模型植被生长参数的率定”、“草地面积估算”以及“气象数据与复杂地形上微气候的匹配”等问题进行了总结并提出相应的解决思路,以期为草地植被碳储量遥感估算模型的合理构建以及估算精度的提高提供参考。     

黄土高原地区提取植被信息方法的研究

研究评价了适于黄土高原地区植被信息提取的最佳植被指数和方法。该地区分布有落叶阔叶林、草原和荒漠,植被类型丰富多样。然而土壤背景对植被信息提取有较大影响。经对比分析,修正后的土壤调节植被指数（ＭＳＡＶＩ）, 不仅能增强植被信号,并能大大减小土壤背景的影响,同时又能宏观地反映该地区植被类型的分布状况。它是黄土高原地区目前提取植被信息较好的植被指数。标准化差值植被指数（ＮＤＶＩ）、土壤调节植被指数（ＳＡＶＩ）和垂直植被指数（ＰＶＩ）分别适用于高密度、中等密度和稀少植被地区植被信息的提取和监测。各种植被指数多时象累加产生的图像能较好地提取植被信息     

优势种植被分类系统的逻辑分析与示例方案化

逻辑学原理是各种分类系统科学性及规范性的必要检验工具。本文采用逻辑学原理检验基于优势种的《中国植被》的植被分类系统, 结果发现目前常用的植被分类系统存在较多逻辑错误, 需要予以纠正。于是, 在强调植物生活型分类系统和植被分类系统一致性的基础上, 依据逻辑学原理给出建立植被分类系统的步骤和方法, 提出规范的植物生活型分类系统和植被分类系统示例方案。鉴于多建群种植被的客观存在及其存在形式多样, 在分类系统中给出相应的位置——多建群种植被纲。同时, 针对国内植被分类学界从未形成统一的植被命名规则, 且又有多种命名方式并存的现状, 提出了函数命名法。     

黄土高原植被景观多尺度变化及其与地形的响应关系

基于RS和GIS技术,利用黄土高原近30年不同分辨率的归一化植被指数(NDVI),采用基于小波分析的多尺度空间统计学方法,研究不同时期黄土高原植被景观的多尺度变化特征及其与地形的响应关系。结果表明:(1)黄土高原植被景观1982—2011年期间发生了周期性变化。其中,1990年以前为植被恢复阶段,1990—2001年为植被退化阶段,2001年以后为植被恢复阶段。(2)植被景观的空间异质性与数据获取的时间、数据分辨率、空间位置和地形均有关。一方面,植被指数和数据分辨率越高,植被景观的空间异质性就越大,而且沿经度方向植被景观的空间差异性大于纬度方向;另一方面,NDVI的多尺度变化特征与地形因子有不同程度的相关性,表现为:高程地形湿度坡度坡向,这对于今后黄土高原植被景观的合理布局,提高生物多样性,控制水土流失,增强景观的连续性具有特别重要的意义,也可为指导生态环境建设提供基础资料。     

基于多元信息的岩溶区植被类型信息快速提取方法构建

岩溶区植被类型多样、地形复杂、可进入性差, 如何快速获取岩溶区高空间分辨率的植被类型信息, 便成为重要问题。基于土地利用图, 在综合岩溶分布图、气温、高程、岩溶区植被分类体系、植被地带性和非地带性分布规律等多元信息的基础上, 初步构建了基于多元信息的岩溶区高分辨率快速植被类型信息提取方法, 并以广西龙江流域为例进行了试验。结果表明, 植被信息提取总体精度达到71%, 空间分布特征符合区域规律。该方法是快速获取岩溶区植被类型信息较为高效可靠的方法之一, 避免了耗费大量的人力物力, 并且能达到一定的精度, 在对精度要求不高而要求速度快、投入少的情形下较为适用。     

基于面向对象技术提取的顺德区基塘系统格局分析

进行基塘景观的信息提取及其景观格局分析研究, 对于协调城市发展与传统基塘农业景观可持续的关系有着重要意义。基于面向对象分类技术使用ENVI 中的Feature Extraction 拓展模块对顺德区2015 年的OLI 遥感影像进行基塘信息提取, 利用Fragstats 4.0 对提取结果进行景观指数分析。结果表明: 1、基于面向对象技术的分类方法具有较好的分类精度, 分类总精度为91.5%, Kappa 系数为0.87。2、基塘景观在顺德区空间上分布呈聚集态, 主要集中于中部的勒流街道、西南的杏坛镇以及均安镇等; 整体景观格局呈现景观类型比较单一, 林地和耕地等景观的破碎化严重以及建设用地占主导优势的现象。3、顺德区各镇/街道中, 均安镇的基塘景观破碎化最为严重; 进行高标准基塘整治后的杏坛镇基塘面积最多, 占总基塘面积的30.5%, 分布较聚集且每个基塘斑块都具有较大的规模。     

基于中分辨率TM数据的湿地水生植被提取

利用湿地水生植被生长旺盛、光谱反射较强、光谱信息比较丰富的8月份中分辨率Landsat TM和ETM+多光谱遥感影像,采用面向对象的分类方法,进行野鸭湖湿地水生植被的提取。研究表明:在提取过程中,通过对原始影像进行主成分变换和穗帽变换,将主要信息与噪声分离,不仅减小了数据冗余和波段间的相关性,而且增大了影像上湿地水生植被与其他地物类型光谱和空间信息的差异性,并结合野外水生植被光谱特征分析,选择归一化植被指数NDVI与归一化水体指数NDWI辅助分类,构建特征波段或波段组合,然后,确定适当的隶属度函数和阈值范围,构建分类决策树,完成湿地水生植被的自动分类,提高了影像分割与面向对象分类的精度,取得了较为理想的湿地水生植被提取结果。2002年和2008年两景影像的总体分类精度分别达到86.5%和85.44%,表明中分辨率TM影像可以满足湿地水生植被提取的需要,又因为其具有较高的波谱分辨率、极为丰富的信息量、相对较低的价格、长时间序列,可以作为近20a湿地水生植被提取和动态变化监测的主要数据源。     

Factors determining distributions of tree species and plant functional types

Plant functional types have been identified by the International Geosphere Biosphere Program as functionally similar basic plant types, especially trees, as needed for global ecological modeling. Based to some extent on an earlier set of pheno-physiognomically defined plant types, a Global Biome Model was produced but has not satisfied all the desired functional criteria posed by IGBP physiologists and modelers. This paper asks two questions: what are the main environmental factors which limit terrestrial plant types, especially tree types; and how many types of potential vegetation are needed to cover the world's terrestrial vegetation patterns? Based on the main environmental factors recognized, a model of world potential dominant vegetation types was produced and used to estimate the minimal number of vegetation types needed. The resulting set of 40 potential dominant vegetation types may serve as an initial basis for a structural-functionally based set of world plant functional types.     

不同优势树种菌根类型差异对土壤胞外酶活性的影响

土壤酶作为微生物代谢指标,在森林生态系统土壤碳和养分循环过程中发挥着重要作用,是土壤质量的重要指标。针对不同优势树种的内生菌根(AM)和外生菌根(ECM)所占比例差异,设置4种菌根类型比例梯度(即林分中ECM树种所占比例为<25%、25%—50%、50%—75%、>75%),分析4种林分中土壤水解酶[β-葡糖苷酶(BG)、β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)、亮氨酸氨基肽酶(LAP)、酸性磷酸酶(AP)]和过氧化物酶(PER)活性差异,运用方差分析和多重比较分析方法,探究水解酶和氧化酶沿菌根类型梯度的变化规律及原因。结果表明：(1)lnBG和ln(NAG+LAP)与lnAP的回归斜率小于1,且AP远大于BG和NAG+LAP,这表明森林土壤微生物受磷(P)限制更严重,随着林分中ECM优势树种的增加,微生物受碳(C)和P限制的状况得到缓解;(2)土壤有机碳(SOC)随着ECM树种占比的增加而增加,ECM森林比AM森林表现出更高的全氮(TN)和全磷(TP)含量;(3)随着林分中ECM树种占比的增加,BG、AP和NAG+LAP呈逐渐显著增加的趋势(P<0.05);但氧化酶活性...     

外来树种生态经济综合评价指标体系

日益多样化的树木引种迫切要求对外来树种的生态、经济和文化等多种价值进行综合评价,而建立科学的评价指标体系则是实现这一目标的关键。本文采用4层结构设计,从外来种的适应性、繁殖扩散、危害、观赏和经济价值等方面确定了综合评价的各项指标,并建立了一个多层次外来树种的生态经济综合评价指标体系,采用专家咨询的方法确定各级评价指标的权重,将综合评价结果划分等级且提出相关管理措施和栽培建议,并对北京市城区及其周边地区引种栽培的14种主要外来树种进行了综合评价与分级。结果表明:绒毛白蜡(Fraxinus velutina)、美国白蜡(Faxinus americana)、刺槐(Robinia pseudoacacia)、火炬树(Rhus typhina)等外来树种较适合在城市园林绿化栽培模式和生态林栽培模式中使用;绒毛白蜡(Fraxinus velutina)、欧美杨(Populus×euramericana)、铅笔柏(Juniperus virginiana)、薄壳山核桃(Carya illinoensis)等外来树种更适合在自然保护栽培模式中使用。     

The value of indicator species for landscape characterization

Given that different types of landscape are affected by different environmental factors, is it possible to identify plant species indicative of these landscape types? An analysis of indicator species was made using 140 vegetation samples distributed over five landscape types. A total of 30 indicator species were identified, displaying varying indicator value. The variation disclosed the existence of a gradient between landscape types in terms of the prevailing ecological conditions. The analysis of the results also led to a reflection on the hierarchical level of which species are indicative (landscape vs. ecosystem). Further 20 samples were taken to check the validity of the indicator species. The identification of the indicator species present in these samples enabled each sample to be assigned to one of the landscape types; that assignment was subsequently checked against the actual landscape from which samples were taken. Seventy-five percent of the 20 validation samples were correctly assigned; the misassignment of the remaining 25% was due largely to the heterogeneous nature of the landscapes. On the basis of these results, we concluded that it is possible to characterize landscapes on the basis of indicative plant species, although characterization becomes more incomplete as the internally heterogeneous nature of the landscape increases.     

神农架川金丝猴栖息地优势乔木树种遥感识别及其分布特征

针对神农架川金丝猴生境基础研究中乔木树种大范围分布数据难以获取问题,尝试利用多源多时相遥感数据结合专家知识分层次实现树种识别。首先采用冬季Landsat8/OLI数据根据物侯特性分层提取常绿、落叶林的地域范围;进而依据夏季Worldview-2高分遥感影像的实地乔木样本的光谱特征分层次完成常绿树种(巴山冷杉、华山松、青$、刺叶栎)和落叶树种(红桦、日本落叶松、米心水青冈、漆树、锐齿槲栎、椅杨)的识别;并通过实地植被样方及专家知识通过高程数据完成分类结果的修正;最后结合GIS对主要优势树种的地形及地域分布特征进行了空间分析。实验精度表明常绿林中巴山冷杉、华山松、刺叶栎、虫害华山松整体精度较高,落叶林中红桦、漆树等识别精度相对较高,部分树种如椅杨、锐齿槲栎识别精度较低;总体上常绿树种的精度要优于落叶树种。从植物地理学、遥感、GIS三者相结合的角度,将多源、多时相遥感数据与物种物候特性、专家知识进行有效整合,提出了一种乔木树种识别的方法(1)提供了复杂山地环境的主要乔木优势种识别途径,且具有通用性;(2)完成了物种物候特性与遥感数据特性的整合利用,有效降低数据成本费用;(3)配合地面样方及专家知识修正结果,避免了过分依赖光谱特征引起的误判。这将为神农架川金丝猴栖息地保护与恢复提供更精确的数据依据。     

西双版纳地区主要森林植被乔木多样性的时间变化

为了评估云南省西双版纳森林植被乔木多样性的时间变化,该研究通过样方调查收集了该地区4种主要森林植被(热带雨林、热带季节性湿润林、热带山地常绿阔叶林和暖热性针叶林)乔木多样性数据,结合遥感影像提取了该地区4种森林植被在1992年、2000年、2009年和2016年4个时期的分布,用Simpson、Shannon-Wiener和Scaling物种多样性指数对比4种森林植被乔木均匀度差异,并利用Scaling生态多样性指数和灰色关联评价模型,评估该地区在4个时期的森林乔木多样性的时间变化。结果表明:(1)森林面积比例变化有先减少后增加的趋势,表现为由1992年的65.5%减少至2000年的53.42%,减少到2009年的52.49%,再增至2016年的54.73%,但热带雨林呈现持续减少的趋势。(2) 4种森林植被对乔木多样性的贡献有明显差异,均匀度排序是热带雨林>热带山地(低山)常绿阔叶林>暖热性针叶林>热带季节性湿润林,丰富度排序是热带雨林>热带山地(低山)常绿阔叶林>热带季节性湿润林>暖热性针叶林,对乔木多样性贡献的排序是热带雨林>热带山地(低山)常绿阔叶林>热带季节性湿润林>暖热性针叶林。(3)热带雨林和热带季节性湿润林乔木多样性呈现持续减少趋势,4个时期西双版纳森林植被乔木多样性排序为1992年>2009年> 2016年> 2000年。以上结果表明经济活动是影响西双版纳生物多样性的重要原因,保护热带雨林对维持该地区生物多样性具有重要意义。     

干热河谷主要植被恢复树种蒸腾作用

以金沙江干热河谷区10多种自然生长树种为试材,探讨了不同季节典型晴天里各树种叶片水平的蒸腾速率日动态规律,以揭示极端干热生境条件下供试树种蒸腾作用的动态特征.实验结果表明:在干旱生境(3月份)转向干热生境(5月份)时,大多数供试树种蒸腾速率的日变化峰值有所提前,蒸腾作用受到明显限制,而当干热胁迫解除、湿润生境(10月份)来临时,蒸腾作用受限程度减轻或消失,多数供试树种呈现出比较典型的峰状曲线;在干旱、干热以及湿润季节里,供试树种均可分为高、亚高、亚低和低蒸腾速率树种等4个类别,且随着季节的变化,树种所属类别或蒸腾速率大小排序存在明显变动,体现了树种特性在水分生理反应上的多样性表达;随着干热胁迫的加深,供试树种蒸腾速率的变化可分为增强型、减弱型及稳定型3种;树种蒸腾速率的变化方向与气孔导度的变化方向存在不一致的现象,树种蒸腾速率的季节性增减可能表现为气孔因素为主与非气孔因素为主两种控制形式.