利用智能手机图像无损快速估测荒漠灌木地上生物量——以梭梭为例

荒漠灌木是干旱区脆弱生态系统的重要组成部分,其生物量至关重要,但野外测量难度较大。以新疆生产建设兵团第六师102团区域内的荒漠灌木梭梭为例,利用智能手机摄像头拍照并获取梭梭高度(H)、侧面宽度(D)、侧面像元面积(S)等参数,建立基于这些参数组合的梭梭地上生物量拟合方程。结果表明,侧面像元面积(S)与梭梭灌木的地上生物量密切相关,呈正相关关系,相关系数高达0.949。经检验,以梭梭灌木侧面照相面积(S)、侧面宽度(D)等为自变量建立回归模型,可用来快速估测灌木地上生物量,这为无损快速估测灌木地上生物量提高工作效率。     

库布齐沙漠地区人工灌木林生物量模型构建

【目的】准确构建库布齐沙漠地区4种人工灌木林生物量预测模型,为估算当地灌木林生态系统碳储量提供基础。【方法】以库布齐沙漠地区4种人工灌木林（柠条、沙棘、沙柳、杨柴）为研究对象,采用平均株收获法测定4种灌木不同营养器官（干、枝、叶、根）的生物量,将实测生长因子（地径D、株高H、冠幅直径C）及其组合因子（冠幅面积S、植冠体积V、植株体积D²H）作为自变量,利用生物量模型法选取一元线性函数、二次函数、对数函数、幂函数和指数函数,构建4种灌木各器官、地上及全株生物量模型。【结果】4种灌木不同器官中,柠条叶生物量最优模型为幂函数,干、枝、根3种器官生物量最优模型均为二次函数。沙棘干生物量最优模型为幂函数,枝、叶、根3种器官生物量最优模型均为一元线性函数。沙柳干、枝、根生物量最优模型均为一元线性函数,叶生物量最优模型为二次函数。杨柴干生物量最优模型为一元线性函数,枝、叶、根3种器官生物量最优模型均为二次函数。4种灌木地上生物量与全株生物量最优模型相同,柠条和杨柴最优模型为二次函数,沙棘和沙柳最优模型为一元线性函数。4种灌木全株与地上生物量模拟方程平均相对误差（RMA）为13.46%~24.07%,总相对误差（RS）为－11.19%~7.66%,拟合精度较高。【结论】构建的4种人工灌木林全株与地上生物量预测模型拟合精度较高,可用于库布齐沙漠地区区域尺度生物量和碳储量估算。     

混合模型在福建省粗叶榕生物量模型中的应用

为建立粗叶榕灌木生物量的混合模型,精确估算灌木生物量,以福建省将乐县4种林分类型(杉木纯林、杉木马尾松混交林、马尾松纯林、毛竹林)的114组粗叶榕灌木生物量数据为基础,以粗叶榕各部分生物量(地上、地下、总生物量)为因变量,以地径、株高、冠幅等为自变量,从6种常用的灌木生物量模型中选择拟合精度最高的线性及非线性模型作为基础模型。以林分类型为随机效应,采用混合效应模型方法,建立粗叶榕的线性及非线性混合模型。利用幂函数、指数函数、常数加幂函数3种结构消除数据异方差对模型精度的影响。采用AIC、BIC和负2倍的对数似然值对模型进行精度比较,并用绝对平均误差、均方根误差和调整后的决定系数对模型进行检验。结果表明,考虑冠幅建立的非线性生物量模型拟合精度较高;以幂函数作为异方差结构建立的非线性混合模型在精度上有显著提高,检验数据显示地上、地下、总生物量模型的决定系数分别提高12.17%、21.01%、20.24%。利用混合模型,并考虑异方差结构建立的灌木生物量模型可以精确地预估粗叶榕的生物量。     

千烟洲试验区几种灌木生物量估算模型的研究

灌木生物量是衡量植被生产力的重要指标，灌木的生物量与高度、地径之间具有密切的关系．选择千烟洲试验区内的长托菝葜、牡荆、山莓、紫珠4种主要灌木，采用数学模拟的方法，以实测数据为基础，建立了灌木生物量的回归方程，并进行了检验和模拟验证，结果良好，能够用于生物量的估算。     

北亚热带常绿阔叶林林下灌木生物量模型的建立

【目的】灌木是森林生产力的重要组成部分,探索北亚热带地区常绿阔叶林林下灌木生长模型,为森林生物量及其碳储量估算奠定基础。【方法】在安徽南部查湾自然保护区,选取4种常见林下灌木树种(老鼠矢、乌药、朱砂根和香桂),通过野外实测获得地径(D)、树高(H)、地径平方乘树高(D2 H)、冠径树高乘积(CH)、植冠面积(AC)和植冠体积(VC)等模型参数,拟合生物量模型,基于独立检验数据对模型进行验证,获得生物量最优模型。【结果】各灌木树种单器官及全株生物量模型以D2 H和CH为自变量都具有较高的拟合优度(0.815~0.983)和较小的标准误(SEE)。不同灌木树种、不同器官之间的生物量最优模型选用方程均存在一定差异,以幂函数、二项式方程为主,且模型检验精度均较高(总相对误差(RS)30%,平均相对误差绝对值(RMA)20%)。模型的普适性研究表明,叶、枝和根生物量最优通用模型为W=a+bX+cX2(X为D2 H(叶、枝)或CH(根)),拟合效果较优;而全株生物量最优模型为W=1.423 2(D2 H)0.832 4,拟合指数(FI)=0.960,适用于4种灌木叶、枝、根和全株生物量的估算,但根系通用模型的估算精度低于叶、枝与全株的最优生物量通用模型。【结论】基于生物量模型可以精准地估算亚热带地区的灌木生物量。     

柠条生物量分配格局及可加性估测模型研究

灌木生物量的分配反映了植株对周围环境条件的适应,而灌木生物量模型是估算灌木生物量的重要方法。基于对宁夏灵武市柠条灌木各类生物量及因子的测定,分析了立地条件(SI)对灌木生物量分配的影响,建立了各器官(茎、叶、根)及总生物量的估测模型,并用SI改进,在改进基础上,构建可加性生物量模型。结果表明:1)立地条件对灌木生物量的分配影响显著,坡向的影响大于坡度的影响;2)以W=axb为基础,以体积(V、冠幅与株高的乘积)为自变量建立的生物量模型,拟合精度最高,且除叶生物量外,基于SI改进的生物量模型较原模型在精度上有显著提高;3)灌木的可加性生物量模型较改进后的基础模型在拟合效果上表现更优,预测值与实测值拟合率在58.99%~86.23%。     

浙江天童灌木层树种个体生物量分配及模拟

根据不同生活型树种标准木实测数据,比较个体生物量器官分配状况以探索其生长策略;同时建立了该地区灌木层主要树种的生物量回归模型,并与全收割法测量数据比较,检验模型估算精度。结果表明,相对常绿树种,天童灌木层落叶树种分配较多的生物量于地上部分来获取更多光照资源以满足自身生长需要;灌木树种分配较多生物量于树叶,相比之下,乔木树种则更多地累积树干和根系生物量;各生活型树种器官生物量模型以幂函数为主,树干和地上部分模型拟合度最好;应用于样地生物量估算,树干模型精度最高,树叶模型精度最低;地上部分生物量回归模型能较为准确地估算灌木层生物量,与实测值误差仅为0.47 %,表明该模型适用于地区灌木层生物量的测算。     

松山自然保护区5种灌木的地上生物量模型

采用野外调查与室内试验相结合的方法,对松山自然保护区内5种灌木[小叶鼠李(Rhamnus parviflolius)、小叶丁香(Sytinga microphylla)、白蜡(Fraxinus pennsylvanica)、大果榆(Ulmus macrocarpa Hance)、三裂绣线菊(Spiraea trilobata L.)]的地上生物量进行研究.以植株地径和植株高度为指标,运用SPSS软件对数据进行方差分析和曲线估计,建立并筛选出最优生物量模型.结果表明:5种灌木的最优地上生物量模型均为幂函数方程(P0.001),其中R2值为0.679~0.802.R2值从大到小依次为小叶丁香、大果榆、小叶鼠李、白蜡、三裂绣线菊.经检验模型拟合结果较好,可以用于灌木地上生物量的估算.     

杉木人工林灌木层生物量模型构建

目的本研究选择湖南、安徽、江西3省杉木人工林为研究对象,构建乔灌层调查因子与其生物量之间的估算模型。试图获取更为可靠、精准的灌木层生物量估算模型,为提高估算杉木人工林灌木层生物量模型精度提供参考。方法在研究区域进行典型抽样调查,测定不同林龄杉木林上层乔木郁闭度C_s、林分密度D_s(株/hm2)、平均胸径D_m(cm),下层灌木平均高度H(m)、平均地径D(cm)、盖度C、灌木层枝、干、叶、根干鲜质量(kg),通过计算获得乔木层杉木蓄积量V(m3/hm2)、灌木层生物量数据(t/hm2)。通过Pearson相关性分析灌木层结构和乔木层调查因子对灌木层生物量的影响,选取最佳灌木层结构因子为模型参数建立枝叶、干、地上、地下生物量估算模型。将乔木层林分调查因子作为自变量加入模型中,对比分析模型R2在乔木层调查因子作为自变量加入后的变化,并用样本外的数据进行检验,构建估算灌木层生物量更为精确的模型。结果研究结果显示:灌木层各组分生物量模型以幂函数为主,各林龄灌木层地下生物量与自变量D2H获取了最佳模型,R2为0.516~0.955;其余部分生物量以盖度与高度乘积(CH)为自变量获得了拟合效果较好的模型, R2为0.516~0.718。与单独采用灌木层结构因子为预测变量建立的灌木层生物量预估模型相比,乔木层平均胸径D_m作为自变量的加入使中幼龄林除地下生物量以外的各组分生物量模型拟合效果有了显著提高,R2为0.718~0.990;郁闭度C_s的加入使近成过熟林除地下生物量以外的各组分生物量模型拟合效果有了显著提高,R2为0.817~0.886。结论因此,评价和分析乔木林下层灌木生物量,不仅要考虑灌木层自身结构生物量关系,还要考虑到乔木层相关因子的影响,从而建立更符合灌木生物学与生态学相一致的生物学结构模型,本研究可为亚热带地区杉木人工林下层灌木生物量的估算提供参考。      

智能手机原位牧草生物量估算

【目的】生物量是草地生态系统物质和能量基础,是最基本的生态参量。以往基于卫星和航空遥感定量反演草地生物量过于专业化,难以在牧民间推广。因此,本文提出一种用手机近距离拍摄的真彩色图像估算牧草生物量方法,构建牧草生物量估算模型,为牧民方便、快捷、无损地掌握牧场牧草长势提供理论依据和技术支撑。【方法】首先,利用手机超高分辨率真彩色图像,分别基于植被指数、纹理特征以及联合植被指数和纹理特征构建牧草生物量估算特征集合。其次,为防止过多的特征提取带来维度灾难,提出一种XGBoost与序列前向选择相结合的特征选择算法（XGB-SFS）,进行特征筛选及最优子集构建。最后,使用随机森林回归和留一法交叉验证对比不同特征集合构建模型的生物量估算效果,分析不同类型特征及XGB-SFS算法在牧草地上生物量（Above Ground Biomass,AGB）估算中的作用。【结果】（1）对比单类型特征构建的模型,基于空间纹理特征的估算模型（R²=0.76）要优于基于光谱植被指数估算模型（R²=0.73）,表明纹理特征在超高分辨率牧草AGB估算中具有一定作用;（2）对比特征选择后的模型,联合空谱多类型特征构建模型优于任何一种单类型特征模型（R²=0.83,RMSE=127.57 g·m^-2,MAE=81.25 g·m^-2）,表明使用多类型特征构建模型,可一定程度上提高牧草AGB估算精度。（3）对比特征选择前后构建的模型,特征选择后的模型估算AGB效果要明显好于未进行特征选择的模型,且筛选出的特征与牧草生物量之间都存在较高的相关性,表明XGB-SFS能够很好降低数据维度的同时提高牧草AGB估算精度。【结论】手机超高分辨率真彩色图像可以对牧草生物量进行准确估算,本文提出的XGB-SFS算法也能从众多特征中筛选出与牧草生物量相关性较高的特征并提高模型估算精度。与以往专业遥感定量反演草地生物量相比,本文方法具有面向大众、成本低廉、使用方便等优势,研究将手机现场采集的数据与遥感和机器学习方法相结合,可开辟新的视角,支持农业信息化发展。     

黄土丘陵区典型树木抵抗空穴化能力及与木质部结构的关系

以黄土丘陵区7种典型落叶乔灌木(山杨、辽东栎及刺槐,狼牙刺、黄刺玫、山桃和荆条)为对象,研究了其抵抗空穴化形成的能力与木质部解剖结构和木材密度的关系。结果表明:1)7种乔灌木中,狼牙刺和黄刺玫抵抗空穴化形成的能力最强;其次为山桃、荆条和山杨;而刺槐和辽东栎抵抗空穴化形成的能力最弱。2)7种植物中,黄刺玫、山杨和山桃的导管密度明显高于其他物种,而辽东栎、刺槐和荆条的导管密度相对较小,最大值(黄刺玫)为最小值(刺槐)的近10倍;导管腔平均直径以刺槐为最大,而黄刺玫和狼牙刺的导管直径最小,最大值为最小值(黄刺玫)的3倍左右;导管密度和导管腔平均直径之间呈显著负相关关系。7种植物的木材密度介于0.43～0.70g/cm3之间,其中以狼牙刺的为最大,以山杨的为最小,比值为1.6倍。4种灌木的平均木材密度显著高于3种乔木。3)不同植物抵抗空穴化形成的能力与导管腔平均直径呈显著负相关,而与木材密度之间也存在一定的正相关关系,因而二者可用作黄土丘陵区不同植物抵抗空穴化形成能力的评价指标。     

半干旱黄土丘陵区4种灌木树种的光合特性研究

【目的】研究半干旱黄土丘陵区4种灌木树种在不同坡位条件下的光合生理生态适应性,为该区人工植被建设中树种的合理配置提供科学依据。【方法】以陕西北部吴起县境内人工栽培的灌木林小叶杨(Populus simonii)、山杏(Armeniaca sibirica)、山桃(Amygdalus davidiana)、柠条(Caragana korshinskii)为试验材料,利用Li-6400便携式光合仪,测算其光合特性、蒸腾速率和水分利用率等生理生态指标,系统比较阳坡不同坡位条件下4种灌木树种的适应性及差异。【结果】从4种灌木树种的光响应曲线看,均没有出现光抑制现象,非直角双曲线模型对其光响应曲线的拟合效果良好,拟合系数(R²)均超过0.98;不同坡位条件下,4种灌木树种的叶片最大净光合速率(Pn_max)、平均瞬时蒸腾速率(Tr)、光补偿点(Lcp)和光饱和点(Lsp)均以坡上位最高;4种灌木树种在坡上位的叶片Pn_max排序为小叶杨＞山桃＞山杏＞柠条(P＜0.05),在坡中位的排序为小叶杨＞山桃＞柠条＞山杏(P＜0.05) ;除小叶杨的叶片表观量子效率(a)以坡中位条件下显著最高(P＜0.05)外,其余3种灌木树种在坡上位与坡中位间无显著差异;不同坡位条件下,除山杏的叶片平均瞬时水分利用效率(WUE)以坡上位显著最高外(P＜0.05),其余3种灌木树种均以坡中位显著最高(P＜0.05)。【结论】结合黄土丘陵沟壑区的水分环境条件来考虑,山杏较为适宜于在阳坡坡上位种植,而小叶杨、山桃和柠条适宜于在阳坡坡中位种植。     

优质高产抗逆杨树杂交新品种选育

[目的]研究不同杨树杂交组合营造的试验林在抗性、生长性状方面的差异.[方法]按不同杨树杂交组合进行树高、胸径生长方差分析,确定生长性状存在的差异,通过电导率测定和低温处理对组织中MDA含量的影响,找出不同杂交组合抗性的差别.[结果]综合生长性状及抗性调查结果,初步选择出适于吉林省中东部河流冲击平地和低山丘陵地造林的优良杂交组合为大叶山杨×毛新杨.[结论]该研究可为开展大叶山杨杂交育种提供科学依据.     

河北省木兰林管局山杨天然次生林生长规律研究

[目的]系统了解和掌握山杨天然次生林林木生长规律。[方法]以河北省木兰林管局山杨天然次生林为研究对象,利用多年调查的临时样地资料,借助Excel、SPSS11.0和ForStat统计分析软件,对主要林分因子生长进行模拟以了解其生长规律。[结果]抛物线方程拟合其立木株数生长过程效果最好,Logistic方程拟合其蓄积量、材积生长过程效果最好,对数方程拟合其胸径、树高生长过程效果最好;50年生山杨胸径年平均生长量为0.27 cm,速生期为0～5年;树高年平均生长量为0.29 m,速生期为0～10年;材积年平均生长量为0.003 65 m3/hm2,速生期为15～25年和30～40年2个阶段。[结论]山杨天然次生林数量成熟龄为50年左右,此时可进行人工采伐。     

中国东北部典型树种功能性状地理变异规律研究

目的以东北林区典型喜光树种和耐阴树种为对象,探讨功能性状沿地理梯度的变化格局及其成因,为科学预测典型树种对未来环境变化的响应和适应策略提供依据。方法利用标准化主轴回归法检验树高、比叶面积、木质密度3个性状的种内关联性;采取偏相关分析法计算功能性状与气候因子之间的关系。结果树高、比叶面积和木质密度3个性状在种内没有显著的关联性。植物性状的地理分布格局随树种而变化,白桦、水曲柳、色木槭的树高随经度增加而减小;山杨、水曲柳和色木槭的树高随纬度增加而减小;白桦和水曲柳的树高随海拔增加而增大。白桦和山杨的比叶面积随经度增加而减小,水曲柳和色木槭的比叶面积随经度增加而增大;白桦、山杨、水曲柳的比叶面积随纬度增加而增大。色木槭的木质密度随经度增加而增大;蒙古栎的木质密度随纬度增加而减小。植物性状与气候因子关系分析显示,白桦的树高与年均温度显著负相关,白桦、山杨、蒙古栎、水曲柳、红松的树高与年降水量显著正相关;白桦的比叶面积与年降水量显著负相关,蒙古栎、山杨和水曲柳的比叶面积与年均温度显著负相关;蒙古栎的木质密度与年均温度显著正相关,色木槭的木质密度则与年均温度显著负相关。结论功能性状地理格局及其环境驱动机制随着树种变化而变化。总体上,树高和比叶面积分别受降水和温度的影响;木质密度相对稳定,受气候因子影响不显著。      

雾灵山灌木生物量模型研究

采用模型法研究了雾灵山自然保护区锦带花、木本香薷、小花溲疏、山楂叶悬钩子4种灌木生物量与地径(D)、株高(H)、冠幅(C)、植冠面积(A)、植株体积(V)、基径与株高乘积(DH)、基径平方与株高乘积(D2H)的相关关系。通过回归分析拟合了各灌木种器官生物量与总生物量模型,结果表明:W=a+b(D2H)+c(D2H)2、W=a+b(D2H)+c(D2H)2+d(D2H)3、W=aVb、W=a+bV+cV2+dV3、W=a+bV+cV2能较好地描述灌木种叶生物量、枝生物量、根生物量及总生物量与各形态因子的相关关系。     

五大连池火山山杨叶功能性状的变异特征

[目的]探讨五大连池火山山杨叶功能性状特征,揭示植物对火山生境的适应,以及对不同坡向的生存策略,为特殊生境和微地形生境下植物的适应机制提供参考依据.[方法]以5座火山共有植物山杨为对象,测定叶面积(LS)、叶厚度(LT)、比叶面积(SLA)、叶干物质量(LDMC)、叶碳含量(LCC)、叶氮含量(LNC)、叶磷含量(LP...     

西北地区红脂大小蠹危害规律的研究

在陕西黄龙和子午岭林区采用连续取样调查,研究了红脂大小蠹的发生危害规律。结果显示红脂大小蠹主要危害胸径20cm以上的油松;油松纯林危害大于油松与白桦、山杨、辽东栎以及灌木组成的混交林;下坡位、沟谷底部危害程度大于中、上坡位,半阳坡大于阴坡,阳坡被害最轻;林缘、路边危害大于林内。午岭林区海拔1 500m附近的油松林受害最重,黄龙山1 100～1 300m的油松林危害较重。     

山新杨转eIF1A基因及耐盐性分析

将从柽柳cDNA文库中分离的eIF1A基因采用农杆菌介导法进行山新杨的遗传转化。经PCR及Northern检测,证明了该基因已经整合到山新杨基因组中,并且能够在转录水平上得到表达。盐胁迫处理表明:盐胁迫处理7 d后,转基因山新杨净光合速率(Pn)、气孔导度平均值(Gs)分别为对照的1.33、1.27倍。光化学猝灭系数(qp)、PSⅡ电子传递量子产率(ΦPSⅡ)的平均值是对照株系的1.49、1.10倍。胁迫处理15 d后,转基因株系与非转基因株系相比,所受的盐害较小,而高生长均高于对照株系,其平均值是对照的1.26倍。这些指标的变化均证实eIF1A基因的表达能够提高转基因山新杨抵抗盐胁迫的能力。     

长白山红松阔叶林主要树种树皮抗火性的分析与排序

应用因子分析法对长白山红松阔叶林8种乔木树皮的5种性状进行统计分析,得出了树皮抗火性顺序.对树皮抗火性由强到弱的排序为:春榆(胸径52.9 cm)、紫椴(胸径13.5 cm)、蒙古栎(胸径82.8cm)、色木槭(胸径32.5 cm)、水曲柳(胸径31.0 cm)、白牛槭(胸径13.5 cm)、色木槭(胸径34.2 cm...