应用XGBoost算法对森林地上生物量的机载LiDAR反演

为了探究机载LiDAR数据结合极端梯度提升(XGBoost)算法估算森林地上生物量的可行性和适用性，寻求更优的森林地上生物量的监测和估算模型的建模方法。根据125块地面样地调查数据和机载激光雷达提取的点云特征变量，结合根据皮尔森相关系数和递归特征消除筛选变量，采用多元线性回归(MLR)、随机森林(RF)、支持向量机(SVM)和极端梯度提升(XGBoost)算法，建立4种不同算法的地上生物量估测模型并进行对比分析。结果表明：在训练集中，RF模型表现最好(R_MSE=9.98 t·hm^-2,R²=0.93,M_AE=5.69 t·hm^-2),其次是XGBoost模型(R_MSE=10.80 t·hm^-2,R²=0.89,M_AE=7.24 t·hm^-2);在测试集中，采用XGBoost算法建立的模型表现(R_MSE=12.20 t·hm^-2...     

基于多源遥感数据的黄河三角洲人工刺槐林生物量估算

利用哨兵影像、数字地形数据及森林实地样方调查数据,分别构建K-近邻(KNN)模型、随机森林(RF)模型、极值梯度增强(XGBboost)模型、Stacking模型,实现对黄河三角洲人工刺槐(Robinia pseudoacacia)林生物量的估算。结果表明,相较于K-近邻模型、随机森林模型、极值梯度增强模型,集成学习Stacking模型明显提高了生物量估测的精度(R²=0.61、RMSE=13.42 t/hm²)。     

福建将乐灌木生物量模型研究

以实测数据为基础,采用模型法分析了福建将乐林场粗叶榕、檵木、厚叶冬青、建润楠4种灌木生物量与地径（D）、株高（H）、冠幅（C）、植冠面积（A）、DH、D²H的相关性。结果表明,以DH、D²H为参数构建的w=a+b(DH)+c(DH)²+d(DH)³和W=a+b(D²H)+c(D²H)²+d(D²H)³模型方程能更好地描述灌木的生物量与各形态因子的相关关系;同时,拟合灌木层混合生物量模型,其整株生物量模型为W_总=35.4+4.19×10^-2(DH)+2.03×10^-3(DH)²+1.08×10^-6(DH)³(R=0.921,SEE=0.921)。     

基于森林小班的香格里拉市高山松生物量遥感建模

以小班为研究单位,基于香格里拉市2006年TM影像、森林资源二类调查数据,利用随机选取的小班样地遥感因子平均值建立数据集,筛选出78个样地数据(60个训练数据和18个验证数据)及14个遥感因子,通过蓄积计算森林生物量,建立了基于遥感因子的高山松生物量估测的逐步回归模型和偏最小二乘模型。结果表明:逐步回归模型的精度(R=0.518、RMSE=34.265 t/hm~2、rRMSE=47.046%)要高于偏最小二乘模型的精度(R=0.514、RMSE=35.320t/hm~2、rRMSE=48.494%)。研究结果可为高海拔地区遥感生物量建模、生态环境保护与规划提供参考依据。     

基于TM遥感影像丰宁县森林地上生物量估测研究

利用TM遥感数据以及同期获得的野外调查样地数据,研究了河北省丰宁满族自治县森林地上生物量的遥感估测技术。提取TM遥感影像6个波段反射率及DVI、NDVI、PVI、RVI、VI3、SLAVI和SAVI 7个植被指数,分析了森林样地地上生物量与各个因子间的关系,得出相关系数较小（均小于0.400）;因此采用Stepwise逐步回归法,建立了多元回归模型。结果表明,ρ2、ρ3、ρ4、ρ54波段反射率和有效叶面积植被指数（SLAVI）结合建立的多元回归模型,可用于森林生物量的遥感估测,估测的R2值达0.730,留一交叉验证均方根误差RMSE最小,达33.712。利用2008年的全覆盖TM影像,结合丰宁遥感分类图像,获得了丰宁县2008年森林地上生物量分布图,森林植被总生物量为1.805×107t。     

基于无人机多光谱影像的云南松林蓄积量估测模型

【目的】无人机多光谱遥感影像较可见光影像具有更丰富的光谱信息,在森林蓄积量估测中具有较大潜力。以无人机载多光谱遥感影像为主要数据源,探索森林蓄积量的遥感估测模型,以克服传统地面调查工作量大、耗时长、成本高等弊端。【方法】以滇中地区典型天然云南松Pinus yunnanensis纯林为研究对象,利用无人机多光谱影像提取单波段反射率、各类植被指数、纹理特征等,计算各特征变量的标准地均值;筛选与云南松林蓄积量相关性显著的特征变量,采用多元线性、随机森林、支持向量机建立云南松林蓄积量估测模型,以决定系数(R²)、平均绝对误差(E_MA)、均方根误差(E₍RMS()、平均相对误差(E_MR)评价模型精度。【结果】(1) 3种模型中,随机森林的精度最高(R²=0.89,E_MA=4.69m³·hm^-2, E_RMS=5.45m³·hm^-2, E_MR     

基于混合效应模型的迪庆云冷杉林地上生物量遥感估测

  目的  确定云冷杉林生物量光学遥感估测饱和值,探索提高生物量遥感估测精度。  方法  以云南省迪庆藏族自治州云冷杉林为研究对象,根据森林资源二类调查数据,结合同时期Landsat 8 OLI遥感影像,利用随机选取的小班样本数据提取遥感因子反射率统计值,并与生物量进行曲线拟合,求解云冷杉林生物量饱和值,建立云冷杉生物量回归估测模型、BP神经网络模型。同时基于回归模型构建考虑区域、龄组效应的单水平和嵌套两水平(区域+龄组)混合效应模型,反演研究区云冷杉林地上生物量。  结果  利用幂函数拟合得到迪庆藏族自治州云冷杉林生物量饱和值为233 t·hm?2;最优回归估测模型调整决定系数(R_a2)为0.606,高于BP神经网络模型的R_a2(0.542),各个效应水平混合模型的拟合精度与独立性检验指标均优于回归模型。考虑两水平的混合效应模型有最优的拟合精度,而考虑龄组效应水平的混合模型有最优的独立性检验指标。混合效应模型在低生物量段(＜100 t·hm?2)和高生物量段(＞233 t·hm?2)均显著降低了回归模型和BP神经网络模型的估测平均残差。  结论  混合效应模型有更宽的估测范围,在一定程度上减小低值高估与数据饱和造成的高值低估影响,提高了预估精度。图3表12参28     

基于偏最小二乘回归的高山松生物量遥感模型空间尺度效应分析

针对光学影像在森林生物量遥感估测中尺度不确定性问题,以香格里拉市高山松林为研究对象,基于SPOT-5影像,结合92块角规样地数据,在不同观测尺度下构建偏最小二乘回归模型,并对不同观测尺度下的遥感估测模型精度进行对比分析。结果表明:样地的合理观测尺度上限为70 m,生物量估测的最优空间尺度为50 m,此时PLS模型的RMSE最小为20.001 9 t/hm2,R2和精度P最大,分别为0.505 8、66.20%。     

基于RapidEye的人工林生物量遥感反演模型性能对比

利用2012年RapidEye高空间分辨率遥感影像并结合野外样方数据,采用多种建模技术进行生物量的反演和制图。先依据RapidEye光谱数据发展出包括NDVI、RVI等多种植被指数、光谱特征图像及纹理特征,再通过相关分析筛选建模所需因变量,采用支持向量机、BP神经网络和随机森林算法建立森林生物量估测模型并进行精度验证。结果表明,基于支持向量机的建模R²为0.687,验证R²为0.641,平均相对误差为0.306;基于BP神经网的建模R²为0.552,验证R²为0.358,平均相对误差为0.525;基于随机森林的建模R²为0.850,验证R²为0.324,平均相对误差为0.468。采用支持向量机算法所制作的空间意义明确的森林生物量分布图,为制定合理的森林经营措施提供有益指导。     

参数优选支持的光学与SAR数据森林地上生物量反演研究

  目的  森林是整个陆地碳循环系统中最大的有机碳贮库,准确地估测森林地上生物量影响着全球碳源与碳储量的分析与评价。本文旨在评价利用Landsat8 OLI、高分一号光学数据、ALOS-1 PALSAR-1SAR 3组不同源遥感数据估测森林AGB的潜力,进而剖析光学数据和SAR数据在估测森林AGB方面的差异。  方法  首先对Landsat8 OLI、高分一号光学数据、ALOS-1 PALSAR-1SAR数据分别提取波段比值、植被指数、纹理信息,对ALOS-1 PALSAR-1SAR数据同时提取极化分解信息;然后,利用随机森林算法对不同数据提取的特征参数进行重要性排序,选择排序靠前的特征进行建模;最后,利用KNN-FIFS算法分析不同特征组合,对4组数据建立4个模型估测森林AGB,并使用留一交叉验证法对4个模型估测森林AGB值进行精度评价。  结果  使用植被因子、波段比值、纹理因子、极化分解信息4种特征参数分别对3组数据进行建模估测森林AGB,基于Landsat8 OLI数据反演森林AGB的精度评价结果为R2 = 0.50,RMSE = 33.34 t/hm2;基于高分一号数据估测精度为R2 = 0.36,RMSE = 37.60 t/hm2;基于PALSAR纹理特征估测精度为R2 = 0.45,RMSE = 35.40 t/hm2;基于PALSAR全极化分解信息估测精度为R2 = 0.63,RMSE = 28.84 t/hm2。  结论  参数提取方法相同时,即基于植被因子、波段比值、纹理信息3种特征参数估测森林AGB,其光学数据和SAR数据的反演潜力基本一致;参数提取方法不同时,即SAR数据加入极化分解信息估测森林AGB,与光学数据相比,SAR数据对森林AGB的反演潜力较好。      

秦岭火地塘林区红桦林生物量和蓄积量变化研究

以秦岭火地塘林区红桦林为研究对象,设置20 m×20 m调查样地48块,获得地形和林分的相关数据。采用树木年轮学方法分析其生物量、蓄积量和生产力的动态变化,使用差异性分析研究不同海拔、坡度、坡向间红桦林生物量、蓄积量和生产力的变化,运用相关性分析和偏相关分析研究林龄和林分密度与红桦林生物量、蓄积量和生产力参数的关系,采用主成分分析和回归分析研究红桦林生物量和蓄积量的主要影响因子并得出回归模型。结果表明,红桦林生物量、蓄积量和生产力随海拔增大而减小,随坡度增大而增大,不同海拔、坡度间生物量和蓄积量差异性显著（p<0.05）,生产力差异性不显著（p>0.05）,不同坡向间,阳坡红桦林生物量、蓄积量和生产力均显著大于阴坡;相关性分析表明,红桦林生物量、蓄积量和生产力与林分年龄呈显著性正相关关系;偏相关分析表明生物量、蓄积量和生产力与林分密度呈显著性正相关关系;主成分分析表明,特征值>1的3个主成分对林分生物量和蓄积量的方差累积贡献率为79.95%;回归分析表明,海拔、坡度、坡向、林龄和林分密度是影响红桦林生物量和蓄积量的主要因子;估算红桦林生物量的模型为B=0.137fd+10.627sta-2.855sla+0.007g+0.002e-307.311,估算红桦林蓄积量的模型为V=0.125fd+12.308sta-10.174sla-0.320g+0.013e-369.848。     

福建将乐林场栲类次生林干扰评价研究

以福建将乐林场栲类次生林为研究对象,构建栲类次生林干扰评价指标体系,采用熵权法修正层次分析法确定各指标权重,对该林场21块栲类次生林标准地进行干扰评价,并利用软件SPSS18.0分析干扰度与各指标之间的相关性,构建二者之间的耦合关系模型。结果显示:将乐林场栲类次生林主要处于轻度干扰和几无干扰状态;与干扰度相关性较大的指标是人为干扰指标和系统活力指标;对干扰度影响从大到小的主导因子依次是人为干扰(X₁)、生物多样性(X₂)、自然干扰(X₃)、生物量(X₄)、层次结构(X₅)和其他因素(X₆),栲类次生林干扰度与各评价指标之间的耦合关系模型为:SL=0.36X₁+0.18X₂+0.13X₃+0.1X₄+0.09X₅+0.14X₆。本研究为科学合理地经营栲类次生林提供了理论依据。     

不同生长势杉木成熟林的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,获取各标准地基础数据。根据克拉夫特林木分级法以及胸径、树高的统计分析,将标准地内林木按生长势不同分为优势木、中庸木和被压木3类。结果表明:1）通过林木实测数据拟合不同生长势的杉木各器官生物量（干、根、叶、枝）估算模型、全株生物量模型,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,其模型的相关判定系数R²均在0.881~0.932之间。2）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 6个检测评价指标进行方程的4选1筛选,筛选出最优模型中,幂函数模型9个（模型自变量D1个,自变量DH8个）,Logistic函数模型6个（自变量D的2个,自变量DH4个）。     

基于Landsat TM 数据估算山东菏泽区域杨树人工林碳储量

利用Landsat TM5 数据,结合地面调查,对我国鲁西黄泛平原典型地区菏泽市的杨树人工林碳储量进行测算。 结果表明:单木生物量模型lnB =2.486lnD -2.415(R2 =0.879,P 0.05),拟合效果较好;基于TM5 影像提取的包 括6 个原始波段(TM1 ~ TM5、TM7)的光谱反射率、归一化植被指数NDVI、差值植被指数DVI、比值植被指数RVI、 主成分变换得到的3 个主分量及缨帽变换得到的亮度、绿度和湿度等在内的15 个参数,及单波段反射率线性或非 线性变换后产生的11 个新参数,通过多元回归分析建立生物量遥感回归模型B = 1 765.412 + 7 378.884ln4 + 2 113.781 ⅹ1/ 4 + 14.541 ⅹ1/ 1 (R2 =0.754,P 0.01),检验结果表明模拟值与实测值平均相对误差为7.65%,预 测精度较高。据该生物量遥感回归模型估算得出菏泽市杨树人工林碳储量为13郾93 Tg,占山东省森林植被总碳储 量的25郾39%;林木碳密度为43.82 t/ hm2 ,比全国杨树林平均碳密度高21.82%。菏泽市73.22% 的杨树人工林碳 密度小于57 t/ hm2 ,固碳增汇潜力巨大。      

刺槐萌生林生物量预测模型的研究

如何迅速而准确的预测林分的生物量是森林生长研究的重要内容。对于萌生的刺槐林,林分生物量的测定更加困难。通过采用标准地、标准木和树体分层分段抽取标准样品的方法,采伐取样刺槐的样品, 测定并计算刺槐萌条各部位的生物量和单位生物量,通过回归分析,建立了以刺槐萌生林树高（H）和冠幅（C）为测定因子的数学预测模型,得出回归方程W=0.168×(CH)1.434,其相关指数（R²）达到0.971,模型可用于刺槐萌生林的生物量预测。     

β-伴大豆球蛋白通过p38/JNK MAPK信号通路引起IPEC-J2细胞损伤

采用细胞体外培养技术,研究不同浓度7S(β-伴大豆球蛋白)对IPEC-J2(猪小肠上皮细胞)的影响。实验分为6组,A(对照组)、B(1 mg·mL^-1 7S)、C(5 mg·mL^-1 7S)、D(10 mg·mL^-1 7S)、E(5 mg·mL^-1 7S+1 μmol·L^-1 SP600125)、F(5 mg·mL^-1 7S+1 μmol·L^-1 SB202190),24 h后,用CCK-8法检测细胞存活率,收集细胞用ELISA法检测NO、5-HT、IL-6和IL-10含量,用Western blot法检测p-JNK、p-p38、Bcl-2蛋白表达量,用PCR法检测Bad、Bax、Bcl-2、Bcl-x_L和Caspase-3 mRNA相对表达量。检测结果表明:C组和D组的IPEC-J2细胞活性极显著降低(P<0.01),E组和F组的细胞活性显著高于C组(P<0.05),说明7S促进炎性细胞因子NO、5-HT和IL-6的分泌,降低IL-10的分泌,添加抑制剂使细胞因子NO、5-HT和IL-6分泌减少,IL-10的分泌增多;同时7S促进p-JNK、p-p38蛋白表达,降低Bcl-2蛋白表达,添加抑制剂可抑制p-JNK、p-p38蛋白表达,使Bcl-2蛋白表达增高。Bcl-2/Bax mRNA比值随7S浓度增加而降低,Bax/Bcl-x_l比值随7S浓度增加而升高,Caspase-3 mRNA相对表达量随7S浓度增加而升高。添加抑制剂后Bcl-2/Bax比值增高,Bax/Bcl-x_l比值降低,Caspase-3 mRNA降低。结果表明,7S通过p38/JNK MAPK信号通路引起仔猪肠上皮细胞损伤。     

华山松大小蠹对非寄主挥发物的触角电位和行为反应

为探明非寄主挥发物在华山松大小蠹寄主选择过程中的作用,用触角电位仪和Y型嗅觉仪测定了华山松大小蠹雌雄虫对8种非寄主挥发物的触角电位（EAG）和行为反应。结果表明:所选择的8种非寄主挥发物均能引起华山松大小蠹雌雄虫的触角电位反应,并且随着化合物浓度的升高,触角电位反应值增大,最大值均出现在100 μg·μL^-1浓度下;在10 μg·μL^-1和100 μg·μL^-1浓度下,雌雄虫对顺-2-己烯-1-醇和顺-3-己烯-1-醇的触角电位反应最强。顺-3-己烯-1-醇、苯甲醛、1-辛烯-3-醇、1-己烯-3-醇、3-辛醇、反-2-己烯醛在一定浓度下可引起明显的驱避反应,而顺-2-己烯-1-醇和反-2-己烯-1-醇未表现出明显的驱避作用。该研究结果可为华山松大小蠹林间驱避剂的研发提供借鉴。     

晋西黄土丘陵边缘区油松人工林密度调控与生物量特征

晋西吕梁山基岩山地与黄土丘陵区生态过渡带的植被和土壤具有明显的过渡性和特殊性。以过渡带内黄土丘陵边缘区的油松人工林为对象,分别研究了油松人工林的合理经营密度、生物量和碳密度特征,并在此基础上分析了油松人工林生态系统的管理对策。应用标准样地调查资料,研究油松树冠面积与胸径的相关关系,并构建出拟合精度高（相关系数R=0.875 6）的模型:Y=0.762 4exp(0.166 4*X),其中,Y为树冠面积,X为径阶。应用上述模型,根据径阶计算理论树冠面积和理论密度,在此基础上考虑树冠重叠度的影响,作为理论密度修正,进而编制了不同郁闭度条件下的油松林分合理密度经营表。研究区域内油松人工林年龄范围在16~37 a,乔木层生物量维持在39.97~110.93 t·hm^-2,年均生产力范围在1.04~3.09 t·hm^-2·a^-1,乔木层碳密度范围为19.99~55.47 t·hm^-2,均低于全国其他气候相对湿润的油松产区。该地区油松人工林多存在初植密度过大的问题,经过几十年的生长,很多林分已经开始出现明显的退化特征,建议该地区应适时进行抚育间伐,间伐标准可参照林分生长现状及林分密度管理表来确定。     

基于立地因子及其交互作用的柠条生物量模型研究

森林碳汇是实现碳中和目标的重要路径之一，精确计算森林碳储量具有十分重要的意义。生物量模型是估测森林生物量、计算森林碳储量的重要手段。以宁夏白芨滩林场的典型灌木树种柠条为研究对象，通过样地调查及样本采集，利用非参数双因素方差分析坡向、坡度2个立地因子及其交互作用对柠条各类(总、地上、茎、叶、根)生物量的影响，并基于哑变量模型，构建了立地因子及其交互作用的生物量模型。结果表明，除坡向与坡度的交互作用对柠条叶生物量影响不显著外(P=0.399)，坡向、坡度及其交互作用对柠条其余各类生物量影响均显著(P<0.01)；在柠条各类生物量模型中，以总基径(D)平方和与平均高(H)的乘积(D_t²H)为自变量、以f_i(x)=a+bx_i为基本形式建立的生物量模型拟合精度较高(总、地上、茎、叶、根生物量模型的adj-R²分别为0.645 2、0.671 0、0.623 2、0.600 0、0.502 0)；以坡向、坡度及其交互作用作为哑变量能够显著提高模型的预估能力，其中，对于叶生物量，以坡度...