基于无人机可见光影像的树种和树冠信息提取——以晋西黄土区蔡家川流域为例

为探究无人机遥感技术在黄土高原森林资源调查中的适用性,以晋西黄土区蔡家川流域为研究区,以无人机可见光影像为遥感数据源,基于面向对象最邻近分类法,识别并提取研究流域的树种和树冠信息,并与样方调查数据进行对比分析,评估无人机影像提取植被信息的精度及其适用性。结果表明:面向对象最邻近分类法对于郁闭度较低的林分和经济果木林的树种提取效果极好,但复杂植被类型会导致提取精度下降。在农地子流域和人工林子流域上,树种提取的分类混淆矩阵Kappa系数分别为0.898和0.728。面向对象最邻近分类法对人工林和经济果木林的树冠提取精度较高,与实测数据线性回归的决定系数(R~2)在0.7以上,但对次生林的树冠提取效果相对较差,R~2仅有0.422 3。将该方法拓展应用至流域尺度,识别结果显示,蔡家川流域内人工林子流域主要为刺槐、油松和侧柏混交林,经济作物主要为苹果,油松的林分密度为1 744株·hm~(-2),平均冠幅为2.24 m,苹果的林分密度为382株·hm~(-2),平均冠幅为4.26 m;农地子流域有苹果树912株,林分密度为439株·hm~(-2),平均冠幅为3.84 m。结果表明,基于无人机遥感影像,利用面向对象最邻近分类法可以高效、准确地提取林木株数、郁闭度和平均冠幅,从而有效提高黄土区植被调查的效率。     

基于无人机影像的高郁闭度杉木纯林树冠参数提取

  目的  冠幅是树冠结构的重要特征因子，直接影响树木的生产力和生命力，郁闭度是反映森林冠层结构与密度以及评价森林经营管理采伐强度的重要指标之一。利用无人机可以云下飞行，易于获取图像，精度高，低成本等优势，研究无人机影像上提取树冠参数的方法，使无人机影像提取林木树冠参数的操作系统化，实现精准高效的森林资源清查和监测。  方法  以福建将乐林场杉木人工纯林为研究对象，采用四旋翼无人机影像为数据源，基于面向对象分类的方法，将杉木纯林的树冠参数从无人机影像中提取出来。面向对象分类的方法需要先利用ESP工具选取最优分割尺度，然后根据影像的分割结果将树冠对象聚为一类，进而统计每个树冠对象栅格像素个数计算出树冠冠幅面积以及林分郁闭度。  结果  面向对象分类有效地对高郁闭度林分进行了树冠的提取。在分割尺度为70时，单木树冠分割效果最好，树冠被单独分割出来，但也存在一定的过分割以及未分割的问题，以至于部分单木的丢失。分割结束后，对分割对象进行特征空间的优化，选取适当的分类特征，最终将研究区分为树冠和林隙两类。通过统计每个对象栅格点数，计算得出的林分因子包括林分郁闭度，树冠面积。以地面实测数据作为参考，冠幅面积提取精度为0.829 1，林分郁闭度测量精度为0.973 1。  结论  研究结果表明，基于无人机高分辨率影像的树冠参数提取在高郁闭度林分同样适用，能有效提高森林资源调查的效率并且能够满足森林资源调查的精度。      

不同方法提取无人机影像树冠信息效果分析

以无人机航空拍摄的影像为数据源,采用目视解译和面向对象法提取胡杨、柽柳树冠信息,获得树木冠幅及林分郁闭度.结果表明,单木冠幅、林分冠幅、样地郁闭度的实测值、面向对象法估测值和目视解译法估测值无显著差异（P＞0．05）,表明面向对象与目视解译法都可有效获取单木冠幅、林分冠幅和样地郁闭度信息;面向对象法与目视解译法估测精度无显著差异（P＞0．05）,表明这两种方法获取森林单木冠幅、林分冠幅、样地郁闭度参数效果相当.但基于无人机航拍数据的面向对象树冠提取,能克服人机对话目视解译速度慢、误差大小因人而异的弊端,具有进行大面积林分调查因子定量提取的优势.     

不同密度杉木人工林林分生长和林分结构差异研究

探究不同密度杉木人工林林分结构与生长的差异,为杉木人工林的可持续经营提供科学依据。以清远市11年生3个不同密度(2 100、3 100、4 100株·hm^-2)杉木人工纯林为研究对象,每个密度设置6个固定标准样地(20 m×20 m),选取大小比数、角尺度、直径结构、树高结构以及树冠结构5个参数探究林分结构特征,选取林分平均胸径、平均树高、蓄积和林木单株材积等指标探究林分生长特征,通过方差分析探讨林分密度对杉木人工林林分结构和生长的影响。结果表明,1)林分生长指数受林分密度影响差异显著(P<0.05),4 100株·hm^-2杉木人工林的平均胸径、树高、单株材积显著低于其他2种密度林分,3 100株·hm^-2杉木人工林的蓄积显著高于其他2个密度林分。2)林分直径结构和树高结构在较高的林分密度下,小径级的林木较多,其分布曲线呈现为截尾正态分布。3)3 100株·hm^-2的平均冠幅显著大于其他2种林分,4 100株·hm^-2的平均树冠表面积以及树冠体积显著小于其他2种林分,3种...     

山核桃林下套种多花黄精试验初报

通过山核桃林下套种多花黄精研究,有效地缓解市场需求压力,提高山核桃林下套种黄精栽培技术水平和经济效益,创新林下经济发展新模式奠定重要理论基础和先进水平。从种苗类型、林分林龄、保留株数、种植坡位等4个方面,全面分析了山核桃林冠下多花黄精生长发育指标的影响。研究表明,多花黄精块茎和实生苗除保存率差异显著,其他标指均存在极显著水平(P≤0.01);山核桃树龄25 a以内林分,多花黄精生长指标无明显差异,树龄26 a以上,差异达到显著水平(P≤0.05);山核桃林冠下,不同坡位套种多花黄精其生长指标不同,下坡位生长指标均高于上坡位和中坡位,其块茎鲜重分别提高26.8%和29.5%,差异显著;山核桃保存密度≤375株·hm^-2、郁闭度≤0.6林冠下适宜套种,尤以保存密度300株·hm^-2,郁闭度0.5林冠下,套种多花黄精最佳。因此,建议实践中选择多花黄精块茎种苗,山核桃林分下坡位、保留株数≤375株·hm^-2、郁闭度≤0.6林冠下,套种多花黄精生长发育最好。     

几种除草剂在机直播稻田“播喷同步”封闭除草技术中的应用

为解决机直播稻田草害和防治问题,研究了几种封闭除草剂及其混配剂在机直播稻田“播喷同步”机械化封闭除草技术中的应用效果。结果表明,33%嗪吡嘧磺隆水分散粒剂79.2g·hm^-2+300g·L^-1丙草胺乳油360g·hm^-2、33%嗪吡嘧磺隆水分散粒剂49.5g·hm^-2+300g·L^-1丙草胺乳油225g·hm^-2处理对机直播田杂草防效优,杀草谱广,持效期长,且安全性好,处理35d后,对稗草的密度防效分别为97.2%和93.3%,对阔叶草密度防效100%。35%丙·嘧草·吡嘧磺隆可分散油悬浮剂525g·hm^-2处理、17%吡嘧·丙草胺泡腾片510g·hm^-2处理、10%嘧草醚可湿性粉剂45g·hm^-2处理以及25%双环磺草酮悬浮剂225g·hm^-2处理35d后对稗草防效均在80%以上,35%丙·嘧草·吡嘧磺隆可分散油悬浮剂525g·hm^-2处理和17%吡嘧·丙草胺泡腾片510g·hm^-2处理对阔叶草防效分别为99.3%和93.2%,但后2种处理对阔叶草防效差。因此,可以根据田间草相,选择以上除草剂单剂或混配剂在机直播稻“播喷同步”封闭除草技术中推广应用。     

1979—2020年杭州市富阳区土地利用对耕层土壤有机碳储量变化的影响

土地利用变化对陆地生态系统碳储量变化影响显著,在制定土地政策时,必须考虑土地利用变化对土壤碳储量的动态影响。以杭州市富阳区为研究对象,探讨了1979—2006年间土地利用变化对碳储量的影响,并预测评价了县区级土地利用规划政策对土壤碳库的影响。结果显示:研究区1979—2006年间土地利用变化导致全区植被碳总量损失为273.4 Gg,表层土壤(0—20 cm)有机碳总量损失为771.0 Gg,建设占用耕地和林地是导致土壤碳储量下降的主要原因。预测2006—2020年间研究区植被碳损失的年均速率将减至25.93 kg·hm^-2,土壤有机碳损失的年均速率将减至27.48 kg·hm^-2。制定合理政策和有效措施来保护林地,抑制建设用地增长,扭转土壤碳损失趋势势在必行。     

黄土区不同密度侧柏人工林树冠二维特征的差异

以陕西省永寿县马莲滩林场22年生侧柏人工林为研究对象,比较分析了林分密度具有明显差异的2组侧柏人工林的树冠二维特征,以期为黄土高原地区不同密度侧柏人工林的合理修枝抚育提供理论依据。结果表明:1) 平均冠幅和平均活枝下高均以密度较小林分（2 080～2 120株·hm^-2）大于密度较大林分（3 560～3 760株·hm^-2）,而平均冠长和平均冠长率均以密度较大林分较大;2) 不同密度的侧柏人工林中,相同径阶和相同树高组林木的活枝下高、冠长和冠长率均具有极显著差异,而冠幅只在3 m树高组具有显著差异。表明林分密度对林木冠幅、活枝下高、冠长和冠长率均具有显著影响。因此,对于不同密度的侧柏人工林应采取不同的修枝强度进行人工抚育。     

密度调控对马尾松人工林生态系统碳储量的影响

采用密度调控对贵州台江县12年生马尾松人工林碳储量进行研究。结果表明,密度调控提高了马尾松人工林乔木层、林下植被和凋落物层碳的累积,高密度(H)（1 800株·hm^-2）、中密度(M)（1 566株·hm^-2）和低密度(L)（1 350株·hm^-2）及CK（未间伐:2 016株·hm^-2）密度下马尾松人工林各组分碳储量乔木层＞土壤层＞林下植被层＞凋落物层。乔木层碳储量分别高出CK2.58、5.69 t·hm^-2和1.38 t·hm^-2;土壤层分别高出CK3.50、4.95 t·hm^-2和-13.43 t·hm^-2;林下植被层分别高于CK1.88、2.59 t·hm^-2和4.14 t·hm^-2,凋落物层分别高于CK0.14、0.27 t·hm^-2和0.36 t·hm^-2,林下植被和凋落物层碳储量较CK达显著差异（p＜0.05）;H和M密度下生态系统总碳储量分别较CK提高8.1 t·hm^-2和13.49 t·hm^-2,L密度低于CK7.54 t·hm^-2,马尾松人工林生态系统总碳储量以M密度调控最大,故马尾松中龄人工林林分经营过程中以M密度经营较好。     

多花黄精在4种林分类型林冠下的生长情况

为全面掌握多花黄精林下经济栽培技术,加快黄精产业的发展,提高经济效益;选用多花黄精块茎,在山核桃、杉木、毛竹和香樟等4种不同类型树种林分进行套种。结果表明:在立地因子、林分郁闭度、初植密度、经营措施等相同的情况下,4种林分类型林冠下多花黄精生长和根茎产量高低顺序依次为山核桃>毛竹>杉木>香樟。山核桃林冠下,多花黄精的保存率、地径、高度、根茎分别为92.1%、0.61 cm、65.8 cm、1 356.8 kg·hm^-2;毛竹林冠下分别为90.2%、0.58 cm、60.2 cm、1 286.2 kg·hm^-2;杉木林冠下分别为88.9%、0.49 cm、56.3 cm、1 025.7 kg·hm^-2;香樟林冠下分别为85.4%、0.44 cm、53.2 cm、956.9 kg·hm^-2。研究表明,多花黄精在山核桃、毛竹、杉木和香樟等4种林分林冠下,均可以实现高产高效栽培,但以山核桃、毛竹等2种林冠下林分类型栽培模式平均地径、高度生长和块根质量最佳。     

华北落叶松人工林密度对林木生长因子影响的研究

[目的]为调控塞罕坝机械林场的林分密度提供参考。[方法]选择林龄39年、立地条件相似的5种林分密度(225、500、600、700和800株/hm2)下的华北落叶松人工林为研究对象,采用标准地调查法,研究人工林密度对林木各生长因子的影响。[结果]在225~800株/hm2的密度范围内,随着林分密度的增大,林木直径、冠幅、冠径比和单株材积逐渐降低,高径比和林分蓄积量逐渐增大,树高变化不明显。综合考虑林木生长因子的长势和林地生产力,当林木经营密度为500~600株/hm2时,各生长因子长势较好,林分蓄积量较大。[结论]塞罕坝机械林场华北落叶松人工林的合理经营密度为500~600株/hm2。     

基于高密度SNP标记的苹果属15种植物资源的亲缘关系与遗传结构分析

【目的】基于高通量简化基因组测序技术在全基因组开发的SNP标记,对中国原产苹果属植物种内和种间的亲缘关系和群体遗传结构解析,为苹果属植物的起源演化以及系统分类提供理论依据。【方法】对427份15种中国原产苹果属植物种质资源进行高通量简化基因组测序（SLAF-seq）,基于获得的SLAF标签,利用BWA软件将其通过比对定位到参考基因组上并获得多态性SLAF标签;利用GATK和SAMtools两种方法在多态性SLAF中开发多态性单核苷酸（SNP）,筛选两种方法共同得到的SNP作为开发的SNP标记数据集。根据完整度>0.94、次要等位基因频率（MAF）>0.05过滤筛选获得多态性的SNP。基于筛选多态性SNP,使用MEGA7的NJ（neighbor-joining）算法,构建苹果属不同种的系统进化树。利用Admixture软件进行群体遗传结构分析,假设样品的分群数（K）为1—15进行聚类,根据交叉验证错误率确定最佳K值,解析苹果属不同种间和种内的遗传结构。【结果】通过SLAF-seq技术对427份苹果属植物种质进行测序,最终获得586 454个SLAF标签,其中多态性SLAF标签463 612个。经过序列比对分析和筛选得到46 460个SNP位点,基于这些SNP位点构建苹果属植物不同种的系统发生树并分析群体结构。系统发育分析将15种苹果属植物分成4个类群,群体遗传结构在K=5和K=14为两个分群关键点。综合两种分析方法的结果,15种苹果属植物可分为4个基本的类群,分别为山荆子类群,新疆野苹果和少数中国苹果类群,变叶海棠、花叶海棠、陇东海棠、山楂海棠、滇池海棠和沧江海棠类群,4个苹果属植物栽培种中国苹果、八棱海棠、花红和楸子类群。中国苹果的部分种质中有新疆野苹果和山荆子的基因背景,但其中还有一部分种质可以独立代表类群基因库,其基因库中并没有新疆野苹果的参与,而与山荆子、花红、楸子和八棱海棠密切相关。【结论】利用SLAF技术快速发掘覆盖全基因组的46 460个多态性SNP标记可有效地对中国原产苹果属植物种内和种间的亲缘关系及遗传结构进行研究,为苹果属植物种质资源的鉴定评价、遗传多样性、系统分类和起源演化提供参考。15种苹果属植物分为4个基本类群,苹果属植物野生种和栽培种分类群明显,中国苹果与其他栽培种的亲缘关系密切。     

核麦间作模式下密度对冬小麦旗叶光合特性及产量的影响

目的 研究核麦间作模式下密度对冬小麦旗叶光合特性及产量的影响。方法 以新冬40号为材料,于2016~2017年在核麦间作田,设置5个密度分别为450×10 ³株/hm ²(M₁),525×10 ³株/hm ²(M₂),600×10 ³株/hm ²(M₃),675×10 ³株/hm ²(M₄),750×10 ³株/hm ²(M₅),研究核桃不同冠区冬小麦旗叶净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)、气孔导度(G_s)、胞间CO₂浓度(C_i)及产量和产量构成因素对密度的响应。 结果 随着密度的增大,冠下区冬小麦旗叶的净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)、气孔导度(G_s)和产量均表现出不同程度的降低;远冠区,小麦旗叶的P_n、T_r、G_s和产量均表现出“先升高后降低”的变化规律,各指标基本在M₂处理达到最大,且冠下区各密度处理冬小麦旗叶P_n、T_r和G_s均低于相应远冠区。籽粒产量,冠下区M₁(450×10 ³株/hm ²)处理最高为3 212.19 kg/hm ²,远冠区M₂(525×10 ³株/hm ²)处理最高为3 911.12 kg/hm ²。 结论 在核麦间作模式下,冠下区冬小麦应采取稀播,密度应控制在450×10 ³株/hm ²以内,远冠区冬小麦适宜密度为525×10 ³株/hm ²。     

基于分水岭算法的无人机不同飞行高度下林木冠幅提取研究

树冠是林木重要的组成部分之一,林木冠幅信息精确提取对森林资源调查和树木生长动态监测有着重要的意义。通过设置不同的无人机飞行高度,以哈尔滨市城市林业示范基地中的樟子松样地为对象,分别利用传统分水岭算法和改进分水岭算法对单木树冠和林隙进行提取,并对树冠冠幅和树冠投影面积进行估算,最后与实测数据进行对比分析。结果表明:1）基于传统分水岭算法平均单木冠幅识别率为51.11%,平均欠分割率为25.18%,平均过分割率为11.11%;树冠冠幅和树冠投影面积平均提取精度分别为69.72%和53.59%,说明传统分水岭算法对单木冠幅提取效果一般。2）改进分水岭算法平均单木冠幅识别率为80.74%,平均欠分割率为8.15%,平均过分割率为6.67%;树冠冠幅和树冠投影面积平均提取精度约分别为79.84%和76.04%,表明改进的分水岭算法对林木单木冠幅提取精度较高。3）50 m飞行高度下样地中林隙面积在0~5 m²和5~10 m²各占57.89%和31.58%;林隙形状指数分布在1.14~1.85,平均值为1.36;研究表明,利用改进分水岭算法在50 m无人机飞行高度获取的林木影像可以有效提取林木树冠和林隙面积信息,研究结果可为森林资源调查提供有效参考。     

新疆野苹果枝条解剖结构与苹果小吉丁虫抗性的关系

【目的】 研究新疆野苹果枝条解剖结构与苹果小吉丁虫抗性的关系,为新疆野苹果抗虫育种、生物防治提供参考。【方法】 以新疆野苹果抗虫植株和敏感植株为材料,研究光学显微镜观察野苹果枝条内部解剖特征,分析抗虫表型形成原因。【结果】 新疆野苹果枝条木质部解剖,导管密度对抗虫性的影响较大,抗虫植株的导管密度低于敏感植株,分别为136.2 和163.1 n/μm²;木质部厚度、木化射线宽度对新疆野苹果植株的抗虫性影响不大。新疆野苹果抗、感植株的皮层厚度及韧皮部厚度都存在显著差异,其中抗虫植株韧皮部厚度低于敏感植株,分别为194.9和432.3 μm;抗虫植株皮层厚度高于敏感植株,分别为1 282.9和1 037.7 μm;周皮厚度差异不显著。【结论】 新疆野苹果枝条木质部导管密度越小,抗虫性越好,韧皮部厚度越低,皮层厚度高,抗虫表型越明显。     

湖南祁阳县土壤酸化主要驱动因素贡献解析

【目的】以湖南省祁阳县为例,定量化分析整个县域不同土地利用方式下土壤的致酸因素,为我国的红壤酸化防治提供理论依据。【方法】通过搜集大量公开发表的文献、统计年鉴等,获取施肥量、主要农作物产量和林木生物量,以及地上部不同部位的养分含量等数据,基于经典的H ⁺产生量的计算方法,解析氮循环过程、盐基离子吸收和酸沉降等三个关键过程的相对贡献大小。 【结果】对于整个祁阳县域,氮循环（N）过程致酸贡献率为66.5%（65.3%—68.8%）,盐基（BC）吸收为33.0%（30.1%—34.4%）,酸沉降则仅为0.5%（0.3%—1.7%）。无论是农田还是林地,氮循环过程都是产生H ⁺的主要来源,是土壤酸化的主要驱动因素。3种土地利用方式中,单位面积旱地农田的H ⁺净产量（产酸量）最高,达到19.0 kmol·hm ^-2·a ^-1,其次为水田（16.5 kmol·hm ^-2·a ^-1）,林地的产酸量（3.2 kmol·hm ^-2·a ^-1）最低,旱地农田产酸量约为林地产酸量的6倍。6种主要农作物体系产酸量存在很大差异,从10.1 kmol·hm ^-2·a ^-1 到 30.0 kmol·hm ^-2·a ^-1不等,产酸量从大到小依次为：大豆>油菜>花生>水稻>玉米>甘薯,油料作物（油菜、花生、大豆）产酸量普遍大于粮食作物（水稻、玉米、甘薯）的产酸量;6种不同农作物的氮循环过程和盐基吸收的致酸贡献差异较大,氮循环过程致酸贡献率范围为45.3%— 78.3%,盐基吸过程为21.4%—54.2%。7种主要林地体系产酸量也存在很大差异,从2.0 kmol·hm ^-2·a ^-1到27.8 kmol·hm ^-2·a ^-1不等,柑橘>板栗>油茶林>马尾松>杉木>竹>湿地松,经济林（柑橘、板栗、油茶林）产酸量普遍大于用材林（马尾松、杉木、竹、湿地松）的产酸量;7种林木体系的氮循环过程和盐基吸收的致酸贡献率差异较大,氮循环过程致酸贡献率范围为46.1%—80.8%,盐基吸过程为19.0%—53.3%。采用“长期定位试验+土壤缓冲曲线”相结合的方法验证了本研究采用的H ⁺产生量的计算方法,土壤pH的模拟值和实测值呈极显著正相关,均方根误差（RMSE）为0.15,两者之间吻合度较高。 【结论】氮循环过程是祁阳县域土壤酸化的主控因素。土壤酸化过程总产酸量差异和致酸因素贡献的大小主要取决于土地利用方式、农作物种类和林地类型。     

基于PLS的不同水氮条件下带状套作玉米产量预测

[目的]利用高光谱数据构建一种"高光谱参数-光合色素-产量"模型间接估测套作玉米产量,为带状套作玉米产量无损预测提供技术手段.[方法]以不同年份、地点、品种、处理(氮肥、水分)的田间试验为基础,综合分析带状套作玉米各生育时期及全生育期光合色素参数与冠层高光谱参数和玉米产量的关系,明确玉米产量预测的最佳生育时期及光合色素...