基于地理加权回归模型的思茅松生物量遥感估测

通过调查云南省景谷县思茅松林120株单木数据,构建思茅松单木生物量模型。结合2005年景谷县TM影像数据及2006年森林资源二类调查小班数据,采用普通最小二乘模型(OLS)和地理加权回归模型(GWR)的方法构建思茅松生物量遥感估测模型。结果表明:地理加权回归模型比普通最小二乘模型具有更好的拟合效果,其决定系数(R2)显著高于OLS模型,Akaike信息指数(AIC)相比降低7.832;两种模型通过独立样本检验可以看出,模型预估精度从OLS模型的72.70%提高至GWR模型的75.06%;通过GWR模型反演计算,研究区内思茅松林单位面积生物量为49.02t/hm~2,比实测数据低1.229%,与实测数据基本吻合,且估算误差优于OLS模型;基于GWR模型估算的景谷县思茅松林总生物量为2.101×107t。可见基于地理加权回归方法估测森林地上生物量的方法是有效的,能提高森林生物量遥感估测模型的拟合和预估精度,可以用于思茅松林的生物量的遥感估算。     

基于空间回归模型的思茅松林生物量遥感估测及光饱和点确定

【目的】确定思茅松林生物量遥感估测的光饱和点,构建空间全局和局域遥感信息模型反演思茅松林生物量,为思茅松林生物量遥感估测提供参考。【方法】以云南省普洱市思茅松林为研究对象,基于Landsat8 OLI遥感影像数据和森林资源二类调查数据,运用二次项函数和幂函数求解思茅松林生物量光饱和点,采用普通最小二乘模型(OLS)、空间滞后模型(SLM)、空间误差模型(SEM)和地理加权回归模型(GWR)构建遥感信息模型,估测思茅松林地上生物量。【结果】1)普洱市思茅松林Landsat8 OLI遥感估测地上生物量的光饱和点为106.3 t·hm~(-2);2)空间回归模型拟合精度较高,尤其是GWR模型具有最高的R2(0.373)和最小的AIC(4 577.8),其拟合精度显著高于OLS、SLM和SEM模型;3)独立性样本检验结果表明,GWR模型的预估精度最高,且通过刀切法检验可知GWR模型在高值阶段(≥100 t·hm~(-2))和低值阶段(0～50 t·hm~(-2))的生物量估测能力强于OLS、SLM和SEM模型;4) GWR模型反演计算结果表明,思茅松林单位面积地上生物量为66.496 t·hm~(-2),与实测值偏差23.511%,估测误差低于OLS、SLM和SEM模型。【结论】对普洱市思茅松林生物量进行遥感估测时,GWR模型优于OLS模型和其他空间全局回归模型,且GWR模型可在一定程度上解决高值低估和低值高估问题,减小光饱和点对遥感估测精度的影响。     

思茅松单木生物量模型研究

以景谷县文朗示范林场不同树龄、不同立地和不同密度的思茅松天然林作为研究对象,设置20块标准地,实测标准木120株。通过多元相关分析表明：地上部分总生物量、树干、木材、树皮、树冠、树枝、树叶生物量与D、H和V的相关性密切,同时地上部分总生物量、树冠、树枝、树叶生物量还与CW、L有较高的相关性。利用非线性加权最小二乘法对不同模型分别进行拟合选型,确定了思茅松单木各维量的最优估测模型。经各项指标检验,所确定的生物量模型均具有较好的拟合精度和顸估水平,在生产实践中可用其很好的对思茅松单木生物量及林分生物量进行估计,为思茅松的合理经营与开发提供理论依据。     

基于Landsat8影像的汝城县森林地上生物量遥感估算研究

精确估测森林生物量是分析森林碳动态和碳循环的基础。本研究采用汝城县森林资源连续清查数据,结合Landsat 8遥感影像,分析了森林地上生物量的空间自相关和空间异质性,并选取显著相关的植被指数因子,分别构建普通最小二乘模型、空间滞后模型以及地理加权回归模型,并绘制汝城县森林地上生物量的空间分布图。结果表明:通过对森林地上生物量的空间效应分析,发现样地生物量的空间自相关和空间异质性不容忽视。与普通最小二乘回归相比,空间滞后模型和地理加权回归模型可以减少空间效应对森林地上生物量估测的影响。地理加权回归模型可以最大程度地减少过高或过低估计,估测森林地上生物量的精度最高,决定系数达到0.756,均方根误差和平均相对误差最小,分别为17.288 t·hm~(-2)和-8.542%。因此使用Landsat 8遥感影像结合地理加权回归方法在改善森林地上生物量的估测中具有巨大潜力。     

基于分位数回归模型的高山松生物量遥感估测研究

调查云南省香格里拉市98块样地高山松林生物量数据,结合2016年香格里拉市Landsat8-OLI遥感影像,采用普通最小二乘模型(OLS)和分位数回归模型(QR)的方法构建高山松生物量遥感估测模型。结果表明,分位数回归模型相对于OLS模型其决定系数(R~2)显著提高,均方根误差(RMSE)则降低了9.583。通过独立性检验得出,分位数回归模型的总体相对误差(RS)和绝对相对误差(RMA)都低于OLS模型,说明分位数回归模型拟合效果优于OLS模型。对模型预测结果进行分析发现,分位数回归模型能够较好地解决OLS模型在幼龄林和成熟林存在的低值高估和高值低估的问题。     

新疆西伯利亚云杉生物量模型研究

基于50株样木的实测数据,运用相关分析和回归分析方法,采用四种模型构建了西伯利亚云杉的地上、地下和各组分器官的生物量估测模型,对比分析了各拟合结果得出以下结论:各生物量模型对比得知,地上和树干生物量模型估计精度均高于树枝、树叶和地下生物量模型;最优的二元模型拟合度和预估精度都优于一元模型,其中地上和树干生物量二元模型精度提高显著;树枝、树叶和地下生物量模型二元模型精度提高有限,建议实际应用时采用一元模型W=a Db。各生物量二元模型拟合优度和预估精度对比分析显示,不同的变量组合拟合效果不同,常用变量D2H在估计树枝、树叶生物量时效果不如一元模型精度,而变量D3/H对树枝树叶生物量的估计最有效。     

桂西南米老排人工林单株生物量回归模型

通过对桂西南大青山林区28a生米老排(Mytilaria laosensis)人工林林分进行每木检尺和生物量的测定,建立了米老排各器官生物量与胸径、树高和胸径平方乘树高(D2 H)的相关关系;分别选用幂函数等5种模型,用回归分析方法对米老排人工林单株生物量模型进行了拟合。结果表明:树叶和树根生物量分别与胸径和树高的相关关系最显著,而树干、树枝、树皮和全株的生物量都与D2 H的相关关系最为显著。胸径、树高和D2 H与各器官生物量拟合的模型中,全株、树干和树皮的拟合效果最好,树叶和树根的拟合效果中等,树枝的拟合效果较差。除树皮外,各器官均以幂指数模型的拟合效果最好。     

基于地理加权回归模型的珠三角森林碳储量空间分布

森林碳储量是研究森林生态系统功能的重要指标,同时也是人们经营森林的参考。珠三角为国内重要的发达地区,研究其森林碳储量分布格局,可以为珠三角森林城市群建设提供重要的理论依据。为精准估测大尺度森林碳储量空间分布格局,以2017年珠三角区域419块森林资源连续清查样地数据为研究对象,采用普通最小二乘法(OLS)模型和4种地理加权回归(GWR)模型对珠三角森林碳储量进行空间分布预测。结果表明：4种GWR模型均比OLS模型有更好的拟合效果和独立性样本检验结果,其中MGWR(Gaussian)的模型拟合效果最佳,GWR(Gaussian)的独立性样本检验结果最佳;运用GWR(Gaussian)模型估测的珠三角森林单位面积碳储量为6.15～81.52 t/hm²,平均值为33.46 t/hm²,且估测误差优于OLS模型,整体上呈现中心高、边缘低的空间分布格局。地理加权回归方法能较有效地估测森林碳储量,并且通过调整模型形式和空间核函数可进一步提高估测精度,为珠三角森林碳储量估测提供了新的方法和思路。     

思茅松天然林单木含碳量空间分布变化多尺度研究及空间模型构建

森林的碳汇功能一直是国内外的研究热点,而对单木不同器官含碳量的分布规律研究较少。本文使用云南省普洱市思茅区64棵思茅松天然林解析木数据,对不同器官的含碳率进行了测定。应用Moran’s I及局域统计量(局域均值及局域标准差)在4个尺度(20m、100m、300m、700m)分别检验思茅松树枝、树叶、树干、树皮、根系及全树6个维度含碳量的空间相关性和空间异质性。同时以不同器官含碳量(C)为因变量,以胸径(DBH)、树高(H)、冠长(CL)、海拔(Elev)、坡度(Slo)5个变量以及胸径平方乘以树高(D~2H)1个复合变量为自变量分别构建普通最小二乘模型(OLS)和空间滞后模型(SLM),并以Akaike’s信息指数(AIC)值及拟合优度(R~2)为指标评判2个模型在拟合过程中的优劣。结果表明:(1)计算的Moran’s I均为正值,且Z值都大于1.96,P值除在20m带宽时为0.01,其余全部小于0.000 1,表示拒绝Moran’s I零假设,即思茅松各器官含碳量在一定的距离均具有空间效应;(2)由局域统计量可以看出思茅松单木的含碳量分布并不均匀,局域标准差在带宽700m时最大为191.23,即在该尺度下空间差异最大;(3)林分因子、地形因子都在不同程度上影响着思茅松不同器官含碳量的空间分布,相比较传统的普通最小二乘模型来说,空间滞后模型可以很好地解决模型构建中的空间效应。     

杉木成熟林生物量生长模型研究

以福建省将乐县国有林场杉木成熟林为研究对象,通过建立16块杉木标准地来获取基础数据。采用比较符合生物学特性的Logistic方程和幂函数方程对生物量进行拟合,根据生物量平均数据,以D,DH为自变量,分别拟合了各个器官(树干、树根、树叶、树枝)和全株的Logistic方程和幂函数。根据残存平方和SSE、总相对误差RS、平均相对误差E1、平均相对误差绝对值E2,AIC,BIC等6个检测评价指标进行方程的4选1筛选。筛选出的最优模型中,幂函数模型3个,Logistic函数模型2个。结果表明:其模型的相关判定系数R2均在0.925~0.932之间;单株杉木各器官生物量占整体生物量的比重由大到小为树干>树枝>树根>树叶。     

辽东山区日本落叶松生物量相容性模型的研究

基于60株辽东山区日本落叶松样木生物量的实测数据,分析不同林龄条件下立木各部分生物量的变化情况,并应用度量误差方法建立立木相容性生物量模型。结果表明:树叶、树枝、树皮生物量占总生物量的比值随林龄增长呈下降趋势,干材占总生物量的比值随林龄增长呈上升趋势。在筛选出总生物量与各分量最优独立模型的基础上,应用三级控制的方法建立生物量相容性模型,并采用加权回归方法消除总量和各分量模型的异方差。建立的总量、地上部分、树干、干材、树皮生物量模型,其R2均大于0.9;树根、树冠、树叶和树枝生物量的R2略低,介于0.7 0.9之间。通过独立样本对模型的相容性和预测精度进行检验,各分量预测值所占总生物量的百分比之和为1,模型完全相容;根、冠、叶和枝的模型预测精度略低于90%,其他部位模型的预测精度都在95%以上,模型的预测精度较高。     

西藏南伊沟林芝云杉林生物量与生产力研究

采用样地调查及标准样木收获法,研究西藏米林南伊沟成熟林芝云杉(Picea likiangensis var.linzhiensis林乔木层、灌木层、草本层、死亡木、凋落物层的生物量与生产力及其分配规律.结果表明:林芝云杉林生态系统总的生物量为367.49 t·hm-2,其中乔木层生物量最高276.64 t·hm-2,占总生物量的75.28％,其次是凋落层的生物量40.65 t·hm-2,占总生物量的11.06％.在乔木层中,干材生物量201.23 t·hm-2 (69.32％),皮25.53 t·hm-2(8.79％),枝17.80 t·hm-2(6.13％),叶3.33 t·hm-2(1.15％),根42.87 t·hm-2(14.61％).随着树木的生长,干材生物量所占比例增大,而枝、叶的比例则减小.林芝云杉林生态系统生产力为10.65 t·hm-2·a-1,其中乔木层最高5.00 t·hm-2·a-1,占总生产力的46.94％,其次为凋落层3.40 t·hm-2·a-1,占总生产力31.94％.在乔木层中仍以树干生产力最大2.58 t·hm-2 ·a-1,依次为枝(0.89 t·hm-2·a-1)、叶(0.67t·hm-2·a-1)、根(0.54t·hm-2·a-1)、皮(0.33 t·hm-2 ·a-1).     

Allometric relations for biomass partitioning of Nothofagus antarctica trees of different crown classes over a site quality gradient

Data on tree biomass are essential for understanding the forest carbon cycle and plant adaptations to the environment. We determined biomass accumulation and allometric relationships in the partitioning of biomass between aboveground woody biomass, leaves and roots in Nothofagus antarctica. We measured above- and belowground biomass of N. antarctica trees across different ages (5–220 years) and crown classes (dominant, codominant, intermediate and suppressed) in three site qualities. The biomass allocation patterns were studied by fitting allometric functions in biomass partitioning between leaves (M_L), stem and branches (M_S) and roots (M_R). These patterns were tested for all pooled data and according to site quality and crown classes. Biomass accumulation varied with crown class and site quality. The root component represented 26–72% of the total biomass depending on age and site. N. antarctica scaling exponents for the relationships M_Lvs. M_S, M_Avs. M_R, and M_Svs. M_R were close to those predicted by the allometric biomass partitioning model. However, when biomass allocation was analyzed by site quality the scaling exponents varied following the optimal partitioning theory which states that plants should allocate more biomass to the part of the plant that acquires the most limiting resource. In contrast, the crown class effect on biomass partitioning was almost negligible. In conclusion, to obtain accurate estimations of biomass in N. antarctica trees the allometric approach appears as an useful tool but the site quality should be taken into consideration.     

Stand level estimation of root respiration for two subtropical plantations based on in situ measurement of specific root respiration

In this study, the stand level root respiration was estimated for two monoculture plantations: Acacia crassicarpa and Eucalyptus urophylla, based on in situ measurement of specific root respiration using simplified root chamber method. The respiration rates of fine roots (<5 mm) were significantly higher than those of coarse roots (>5 mm) for both A. crassicarpa and E. urophylla species. The root respiration of A. crassicarpa showed a clear seasonal pattern with a higher value in the wet season. For E. urophylla, the seasonal pattern was observed for fine roots but not for coarse roots. After determining the biomass of fine roots and coarse roots and their specific rates of respiration at different time points, root respiration at the stand level (R_a) was estimated using a direct up-scaling model. We found that the R_a accounted for 14% and 19% of total soil respiration (R_s) for A. crassicarpa and E. urophylla, respectively. The fine (R_Tf) and coarse (R_Tc) root respiration at the stand level accounted for about 47% and 53% of the R_a for A. crassicarpa, and accounted for 58% and 42% for E. urophylla. This suggests that coarse root respiration cannot be ignored when estimating the root respiration at the stand level. Our results showed that the Q₁₀ values were more accurate in representing the temperature dependence when the confounding effect of soil moisture was considered. This study introduces an alternative approach to estimate stand level root respiration, but its reliability is largely dependent on the accuracy of root biomass quantification.     

Na2SO4胁迫对沙枣幼苗生长和光合生理的影响

采用盆栽控制试验,研究了不同浓度(0、60、120和180 mmol·L-1)Na2SO4胁迫对沙枣幼苗生长和光合特性的影响。结果表明:(1)盐胁迫对沙枣幼苗生长具有显著的抑制效应。不同浓度Na2SO4胁迫沙枣的株高、侧枝数、总叶面积、单株叶片数、比叶面积以及各组织(除根)生物量均显著低于对照,且均随盐胁迫浓度的升高呈下降趋势,而根冠比值则由对照的0.153 1显著增加到180 mmol·L-1Na2SO4胁迫幼苗的0.348 7。(2)盐胁迫显著降低了沙枣幼苗的光合能力。随着Na2SO4胁迫的加剧,净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)和蒸腾速率(Tr)均呈下降的趋势,而气孔限制值(Ls)和水分利用效率(WUE)则依次增加,且Pn下降主要受气孔限制;180 mmol·L-1Na2SO4胁迫沙枣幼苗的Pn、Gs、Ci和Tr分别为对照的71.57%、30.85%、67.15%和51.65%,而Ls和WUE则分别为对照的1.91、1.38倍。(3)盐胁迫强度与幼苗株高、总叶面积、单株叶片数、比叶面积、茎生物量、叶生物量、总生物量等生长指标以及Pn、Gs、Ci、Tr等光合参数呈极显著负相关,叶片的光合参数与总叶面积、单株叶片数呈显著或极显著正相关,而叶片的生长指标、光合参数与幼苗的株高生长和生物量累积也呈显著或极显著正相关。     

麻竹枝叶生长对钩梢的响应

为了解冠层生物量积累、分配及枝叶大小对麻竹立竹受营林措施干扰(钩梢)后的响应,对不同竹龄全梢、钩梢麻竹地上构件生物量、生物量比、单叶特征、大小枝生物量分配比例及商品竹叶数量进行了调查.结果表明:麻竹立竹地上现存生物量分配格局为秆＞枝＞叶.叶生物量、叶/枝和叶/秆生物量比为2年生＞3年生＞1年生.随着竹龄的增加,枝、秆生物量、地上生物量和枝/秆生物量比总体上呈增加的趋势.2年生和3年生立竹枝、叶生物量分配比例显著高于1年生立竹,秆生物量分配比例显著小于1年生立竹.此外,随着竹龄的增加,立竹减少了对0 ～8 mm枝生物量的分配,增加了对8～16 mm、16 mm以上枝生物量的投入,以提高空间拓展能力,截获更多光资源.钩梢强烈影响了生物量分配格局,显著减小了麻竹立竹枝、叶、秆、地上生物量.钩梢后麻竹立竹增加了枝、叶生物量分配比例,减少了秆生物量的分配比例,同时提高了单叶叶面积和单叶干质量,增加了8～16 mm、16 mm以上枝生物量分配比例,减小0～8 mm枝生物量分配比例,以权衡枝叶的生长,提高立竹对环境的适合度.钩梢后立竹叶/枝、叶/秆、枝/秆生物量比升高,表明生物量分配更多地向叶和枝倾斜.钩梢麻竹商品竹叶数量较全梢麻竹增加29.68％,且发生部位明显降低,钩梢后冠层下部商品竹叶数量增加79.73％,中部商品竹叶数量增加25.81％,降低了采摘高度.在钩梢后的一个生长季内,钩梢影响了麻竹立竹资源利用策略,表现为枝与叶之间关系的变化,但随钩梢年限的增加其变化规律如何尚需进一步研究.     

南洋楹优树选择标准研究

南洋楹(Paraserianthes falcataria(L.)Nielsen)是含羞草科(Mimosaceae)南洋楹属常绿乔木树种,原产马来西亚的马六甲和印度尼西亚的马鲁古群岛,是世界上著名的热带速生树种之一。该树生     

Factors controlling deadwood availability and branch decay in two Prosopis woodlands in the Central Monte, Argentina

Deadwood is an important resource commonly used by inhabitants in arid lands. However, the low wood productivity and the presence of multi-stemmed trees restrict the use. Prosopis flexuosa woodlands are protected and inhabited by pastoralists who have land rights to use natural resources. As in other forests in the world, dead branches are the most commonly used. The factors causing the death of branches these trees are unknown. As P. flexuosa is a highly heliophilous species, branch mortality may depend on the growth habit and orientation of dry branches under the tree crown. With the participation of inhabitants, we assessed the present availability of deadwood in two Prosopis woodlands of different structure (semi-closed and open woodland), and evaluated the formation of deadwood in terms of shape and cardinal location of dry branches under the crown. We developed and compared regression models to estimate the amount of deadwood for erect, semi-erect and decumbent trees, and for the north and south areas under the crown (n = 120 trees). In addition, to determine the period of growth decline and the factors determining branch mortality, we compared annual radial increment between live and dead branches (n = 30 trees; 10 for each tree shape). The total amount of deadwood in adult Prosopis trees is higher in the semi-closed than in the open woodland (8.6 and 4.4 Tn ha⁻¹, respectively). Only tree size determined the amount of deadwood present in each Prosopis tree, since we found no evidence related to the shape of the tree or the position of dry branches in the canopy. Branch decay was a large process of 18-20 years, and branch death appears to be the result of the action of climatic factors (dry period). The results suggest that the use of deadwood by the desert inhabitants is a tool that can potentially be used; however, the use of this resource taking into account the generation rates of deadwood has not been developed in arid lands. These practices at appropriate sites can contribute to a sustainable management of these woodlands, including the removal of deadwood in a model of local management on a site where potential productivity is relatively low.     

白刺枝叶生长对人工模拟降雨的响应

为揭示未来降水增加对荒漠地区植物生长的影响,以甘肃民勤的典型荒漠优势植物白刺为对象,研究白刺枝叶形态在2010年和2011年不同人工模拟降雨处理(增雨量分别为多年平均降水量的+0%、+25%、+50%、+75%、+100%)的变化规律。结果表明:100%增雨处理能够显著促进2010年和2011年白刺当年生枝叶生长;75%增雨处理显著促进2011年白刺当年生枝叶生长,75%增雨处理对6月花枝长度、基部直径、新生叶片和营养枝长度、新生叶片,以及9月花枝成熟叶片和营养枝基部直径、成熟叶片增长量的影响均显著,其值分别为(1.20±0.35)cm、(0.012±0.004)cm、(4.35±2.51)片、(1.65±0.69)cm、(3.20±1.45)片、(2.15±0.69)片、(0.013±0.006)cm、(2.20±1.10)片。2011年白刺当年生花枝和营养枝的长度、基部直径、新生叶片和成熟叶片增长量出现显著差异的阈值均低于2010年,这表明白刺能够通过改变其枝叶形态特性及其数量来适应降雨的变化。     

广州市南沙红树植物无瓣海桑、木榄人工林生物量的研究

红树林是热带、亚热带海岸潮间带的木本植物群落,它是海湾河口地区生态系统最重要的生产者,对保护海湾河口地区的生态平衡起着十分重要的作用。湿地植物生物量是衡量湿地生态系统健康状况的重要标志。红树林生物量的研究,对于了