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...     

基于无人机激光雷达的刺槐人工林森林健康指标的构建

利用无人机激光雷达LiDAR(Light detecting and ranging)数据,提取能反映植被垂直和水平结构变化的LiDAR特征变量,通过相关性分析和层次聚类方法构建森林健康指标来识别黄河三角洲刺槐人工林的健康状况.结果表明,森林健康指标由LADcv(叶面积密度的变异系数)、weibull_α(Weibul...     

刺槐无性系遗传多样性的AFLP分析

采用AFLP分子标记技术对53个刺槐无性系进行遗传多样性和亲缘关系分析。结果显示：8对引物共检测出1230条谱带,其中有1218条为多态带,占总谱带的9902%;特异性条带有203条,其中缺失带为11条,通过特异性条带可鉴别83%的刺槐无性系;聚类分析将刺槐种质分成5组,来源相同的无性系并未严格聚在一起,未形成明显的地理变异模式。     

中国东北落叶松立木生物量模型的研建

利用从东北地区采集的150株落叶松(Larix spp.)立木生物量数据,对立木地上生物量和地下生物量通用性模型的建立方法进行了研究。结果表明,非线性模型要优于线性模型,仅用胸径作为预估因子的一元模型的预估精度可达95%以上,可用于大尺度森林生物量的估计。建立根茎比模型对地下生物量进行估计是可行的,预估精度接近90%。建立的落叶松地上生物量模型和地下生物量模型可用于东北地区落叶松生物量估计。     

基于激光雷达技术估算钱江源国家公园森林的地上生物量

  目的  采用激光雷达结合地面调查的方法,拟合并预测钱江源国家公园森林的地上生物量,为国家公园森林生态系统保护和动物生境质量评估提供基础数据。  方法  采用冠层结构指数量化亚热带常绿阔叶林的冠层高度和垂直复杂度,并结合地面调查数据和地形数据,用模型拟合和预测钱江源国家公园的地上生物量。  结果  冠层结构指数中,与地上生物量的相关程度从大到小依次为冠层平均高度、冠层垂直复杂度、冠层最大高度。钱江源国家公园生物量分布主要在27.24 ~ 210.31 Mg/hm2（0.05 ~ 0.95分位数）,平均为111.21 Mg/hm2,总的生物量约为2.57 × 106 Mg。  结论  结合冠层指数和地形变量能较好地模拟和预测钱江源国家公园地上生物量。钱江源国家公园有大面积低海拔集中分布的常绿阔叶林,冠层平均高度和冠层垂直复杂度都比较大,地上生物量高;同时,也有大面积人工林和次生林,这些人工林和次生林主要分布在国家公园成立后才开始保护的两个片区,冠层平均高度和冠层垂直复杂度小,地上生物量较低,有待进一步恢复。      

龙竹人工林的含水率分析及地上生物量回归模型构建

以沧源县人工丛生龙竹林为研究对象,在前期对151株龙竹地上部分各器官生物量及各项生态指标测定基础上,分析龙竹地上部分各器官的生物量配比及含水率,构建龙竹地上部分各器官生物量幂函数回归模型。结果表明：随着龙竹龄级的增加,Ⅰ到Ⅲ龄级各器官含水率逐渐下降,单株地上部分平均含水率分别为75.01%、49.35%、47.97%,Ⅰ龄级龙竹杆含水率显著最高于Ⅱ和Ⅲ龄级;Ⅰ到Ⅲ龄级龙竹的单株地上生物量平均值依次为16.50、31.36、37.64 kg/株;随着年龄的增长,枝和叶的生物量占比随之增加,杆生物量占比随之下降;各龄级龙竹胸径与杆生物量、枝生物量、叶生物量、地上总生物量有着良好的相关性且达到极显著水平,以胸径为自变量建立的各龄级地上生物量模型决定系数均在0.9以上,其中,Ⅱ和Ⅲ龄级枝和叶生物量模型决定系数相较偏低,均为0.7～0.8,但模型显著性均小于0.01。     

高山松地上生物量遥感估算的不确定性分析

  目的  采用遥感数据估算森林地上生物量仍存在一些不确定性问题,研究估算过程中的误差来源及其占比,对提高森林地上生物量的估测精度具有重要意义。  方法  从遥感影像提取因子,结合高山松Pinus densata外业调查数据,建立多元线性回归、梯度提升回归树、随机森林等3种地上生物量估测模型,对样地尺度与3种模型的不确定性进行分析和度量。  结果  ①高山松单株生物量模型不确定性为16.43%,样地尺度的不确定性为7.07%;②多元线性回归模型残差不确定性为34.86%,参数不确定性为21.30%,与样地不确定性合成后总不确定性为41.45%;③非参数模型中,梯度提升回归树估测高山松地上生物量的总不确定性为23.12%,随机森林为19.42%。  结论  3种遥感估算模型中,非参数模型的不确定性明显低于参数模型。相较于样地尺度,遥感估算模型的不确定性对地上生物量估算精度的影响较大。图3表3参26     

刺槐林凋落物输入量变化对土壤有机碳的影响

【目的】分析刺槐林凋落物输入量变化对土壤有机碳含量的影响,以探明其调控机制,为预测全球变化背景下土壤碳动态提供科学依据。【方法】2018年3月-2019年3月,在黄土高原中部,选择林龄15年的典型人工刺槐林开展野外试验,设置对照（地上凋落物输入量无变化）、地上凋落物完全去除和加倍3个处理,采集0～10和10～20 cm土层的土壤样品,测定不同处理的土壤温度、含水量、有机碳、易氧化有机碳、顽固性有机碳、微生物生物量碳含量以及土壤呼吸速率,并用结构方程模型对土壤有机碳与土壤呼吸速率、微生物生物量碳之间的关系进行了分析。【结果】在0～10 cm土层,与对照相比,地上凋落物去除处理土壤温度在2018年6,9和12月份均显著增加,而在2019年3月份无显著差异;地上凋落物加倍处理土壤温度在整个试验期间与对照相比均无显著差异。在2018年6月和9月,土壤含水量在3个凋落物处理间均无显著差异;而在2018年12月,与对照相比,凋落物去除处理0～10 cm土层土壤含水量显著降低了24.44%,而地上凋落物加倍处理无显著变化;在2019年3月,3个凋落物处理土壤含水量差异显著。2019年3月,在0～20 cm土层,与对照相比,凋落物加倍处理中土壤有机碳、易氧化有机碳、顽固性有机碳含量均无显著变化,而地上凋落物去除处理的土壤有机碳、易氧化有机碳、顽固性有机碳含量均明显增加且总体差异达显著水平。在0~10 cm土层,与对照相比,地上凋落物加倍处理仅在2018年6月显著降低了土壤微生物生物量碳含量;凋落物去除处理土壤微生物生物量碳含量在2018年6月显著降低了71.96%,而在2018年9月和12月分别显著增加了101.59%和120.27%。对照和地上凋落物加倍、去除处理的土壤呼吸速率分别为1.41,1.84和1.32 μmol/（m²·s）。结构方程模型表明,土壤呼吸速率和土壤微生物生物量碳含量能解释土壤有机碳41 %的方差变异,且土壤有机碳与土壤微生物生物量碳呈显著正相关关系,而与土壤呼吸速率呈极显著负相关关系。【结论】在黄土丘陵区,短期去除凋落物有利于土壤有机碳的积累,而凋落物加倍处理则对其无显著影响,这可能与微生物的碳储存过程及土壤呼吸的碳释放过程有关。     

基于地基激光雷达的单木森林参数提取分析

[目的]利用激光雷达手段大范围估算森林参数。[方法]以安徽省黄山市休宁县岭南林场森林资源为研究对象,通过地面调查获取3种森林类型单木胸径和树高数据,并同步使用地基激光雷达获取点云数据,利用Hough变换检测算法提取每木胸径和树高,在Matlab2020a软件下构建基于地面调查数据和激光雷达提取值的估算模型。[结果]针叶林、阔叶林和毛竹林的胸径估测精度（R■）分别为0.921、0.921和0.996,RMSE_c分别为2.080、2.460和0.291,模型表现显著;树高估测精度分别为0.908、0.846和0.500,RMSE_c分别为1.120、1.620和1.210。[结论]该研究可为运用激光雷达手段大范围估算森林参数提供依据,也可为森林类型点云识别与分割提供参考。     

油菜地上生物量与冠层光谱植被指数之间的相关分析

利用不同波段光谱反射率组合产生的植被指数,分析2个品种、2个供氮水平的油菜地上生物量与冠层光谱植被指数之间的相关性,并建立光谱植被指数对油菜地上生物量的估算模型。结果表明：在油菜整个生育期内,随着发育期推移,叶鲜干重、茎鲜干重和角果鲜重呈先增后减的趋势,不同处理的最大值出现时间不同,而角果干重呈直线上升趋势直到成熟。光谱植被指数与油菜叶鲜、干重呈正相关关系,除RvI外,其他植被指数均通过显著性检验。光谱植被指数对油菜叶鲜、干重的拟合方程以乘幂和指数形式最好,其中叶鲜、干重GBNDVI变量回归的Rz值分别达到O．6571和0．6497。光谱植被指数与油菜茎鲜、干重呈极显著正相关关系,光谱植被指数对油菜茎鲜、干重的最佳拟合方程为乘幂和指数形式,茎鲜、干重以BNDVI的指数形式最好,R2值分别为0．9134和0．9217。而光谱植被指数与角果鲜、干重的关系则相反,只有NDVI与角果鲜重达到极显著水平,光谱植被指数与角果于重都没有通过0．01水平显著性检验。NDVI与油菜角果鲜重的对数回归的R2值达到0．5487。研究结果将为大面积油菜生长状况及产量品质的遥感监测奠定基础。     

马铃薯品种遗传多样性的AFLP分析

利用AFLP分子标记技术对19份克新系列马铃薯品种进行了遗传多样性分析,用30对引物组合进行了初筛,选出7对有多态性的引物组合进行了详细研究。每对AFLP引物组合扩增出54￣90条带,共获得495条带,其中多态性条带为302条。AFLP分析表明19个材料的遗传距离介于0.2091￣0.7679之间,平均值为0.4811。聚类分析将19份材料划分为4类,其中第2类包括14个品种,占总数73.86%,表明多数品种亲缘关系较近,但有少数品种亲缘关系较远,说明克新系列马铃薯的遗传基础有所拓宽。研究表明:AFLP指纹分析技术具有很高的分辨率,适于进行马铃薯遗传多样性研究。     

陕西楼观台青檀种群数量动态

通过野外调查和数据统计,研究了陕西楼观台青檀的种群年龄结构,编制了种群生命表、绘制了存活曲线、死亡率曲线和消失率曲线及4个生存函数曲线,同时运用谱分析方法,共同揭示青檀的种群动态变化。结果显示青檀种群低龄级个体较多,Ⅰ龄级和Ⅱ龄级的个体占总数的81.7%,属增长型种群,存活曲线趋于DeeveyⅢ型,前期死亡率较高,后期稳定;死亡率和消失率变化趋于一致,均在Ⅱ、Ⅲ龄级和ⅩⅣ龄级出现死亡高峰;累计死亡率在Ⅲ龄级达到峰值并趋于稳定,危险率在Ⅱ龄级和ⅩⅣ龄级出现高峰。谱分析表明青檀种群的更新过程中还存在着明显的周期性波动,波动主要发生在Ⅲ龄级、Ⅸ龄级和Ⅺ龄级。     

宝天曼自然保护区青檀林结构特征与物种多样性研究

宝天曼自然保护区青檀林可分为乔木层、灌木层和草本层，共有植物171种，分属68科，131属，以单叶、全缘叶、草质叶为主要特征，在青檀林中，各个层次优势种明显，青檀Pteroceltis tatarinowii是乔木层的优势种，其重要值较大；青檀林物种多样性指数在3.30-4.49之间，生态优势度在0.05-0.14之间，均匀度在0.56-0.77之间，种间相遇概率在0.87-0.93之间，而且物种多样性指数和生态优势度的垂直地带性变化比较明显。     

Polyploidy Induction of Pteroceltis tatarinowii Maxim

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皇藏峪国家自然保护区青檀种群年龄结构及种内、种间竞争

青檀(Pteroceltis tatarinowii)是一种具有重要经济和保护价值的树种。本文研究了安徽省皇藏峪国家级自然保护区青檀种群的年龄结构,并利用Hegyi单木竞争指数模型研究该地区青檀的种内、种间关系。结果表明:皇藏峪自然保护区青檀种内、种间竞争关系最合适的样圆半径为8m。保护区青檀种间竞争指数占青檀所受总竞争指数的71.79%,种内竞争指数占28.21%,该地区青檀所受的竞争压力主要来自于种间;不同竞争木的竞争指数表明:使青檀受压的主要植物是栓皮栎和黄连木。受压最大的青檀是胸径在2～5cm的小树,而随着青檀径级的增大,植株所受竞争强度逐渐减小,竞争强度与胸径的关系服从幂函数关系。根据幂函数模型预测,在青檀胸径达15cm之前,受到的竞争压力较大,此后,竞争压力变小。     

成土母岩和条龄对青檀檀皮质量的影响

宣纸被誉为千年寿纸,国之瑰宝,但檀皮这一独特的宣纸原料质量参差不齐,影响了宣纸的生产规模和产品质量.该研究分析了生长在不同立地环境和不同条龄的檀皮质量差异.研究结果表明,生长在不同母岩发育土壤上和不同条龄的檀皮在基本密度、纤维长、纤维宽、纤维素含量、木素含量及聚戊糖含量上存在明显差异.其中,檀皮基本密度在0.21～0.36 g/cm3之间;檀皮纤维长度、宽度和平均长宽比值分别在2 181～2 730 μm、9.8～12.0 μm和184.8～250.5之间;檀皮纤维素含量、木素含量和聚戊糖含量分别在34.0%～41.0%、9.3%～11.5%和8.0%～9.8%之间.总体上以生长在石灰岩发育土壤上的3年生檀皮质量性状最优.      

兰属品种间遗传多样性的AFLP分析

为从分子水平上研究兰属植物的遗传多样性和建立适合的分子标记反应体系.本研究采用AFLP分子标记技术,对兰属植物的9个品种进行了遗传多样性分析.结果表明,筛选得到的8对引物共扩增出965条DNA片段,其中多态性条带为931条,平均1对引物扩增条带121条（多态性带116条）,多态性位点频率为95.87％,说明遗传多样性丰富.用NTSYS2＆#183;10进行UPGMA聚类分析,属于同种的品种聚在一起,与表型分类基本吻合.兰属植物间遗传相似系数变化范围为0.416-0.606.此分子标记技术体系可为兰属分类及种质遗传多样性分析提供技术依据.     

7种SH系苹果砧木的AFLP分析

以7种SH系苹果砧木叶片为材料,利用改良的CTAB(溴代十六烷基三甲胺)法提取DNA,通过AFLP-银染体系,对SH系砧木进行了DNA多态性和遗传多样性分析。从随机组合的143对“3 3”引物中筛选出20对引物应用于扩增基因组DNA,共获得548条清晰可辨的扩增带,其中261为多态性条带,多态率为47%。依据简单匹配系数对AFLP扩增结果进行UPGMA聚类,7种SH系砧木在0.58水平上分为2个大类群。     

Comparison Between AFLP and RFLP Markers in Detecting the Diversity of Rice (Oryza sativa L.)

AFLP and RFLP were used to study the diversity of 20 rice cultivars. 15 primer combinations were used in the AFLP analysis and 47 - 118 bands were amplified in each lane. A total of 107 polymorphic bands were detected in the RFLP analysis using 49 RFLP probes. The cluster analysis based on RFLP data showed that 20 rice cultivars could be divided into an indica group and a japonica group, as did the AFLP data; however AFLP is more suitable in detecting the difference of pedigree and ecotype among the 20 cultivars.The genetic distance based on AFLP and RFLP data showed the same tendency, but AFLP markers increased the measure of genetic distance among intra-subspecific cultivars and decreased the measure of genetic distance among inter-subspecific cultivars relative to RFLP markers. That indicated that AFLP is more suitable than RFLP in the diversity study and RFLP is more suitable to study the indica-japonica differentiation of cultivars.     

梅花不同样本间亲缘关系的AFLP初步分析

 应用AFLP技术初步研究20个梅花株系间的亲缘关系，19对选择性引物扩增出清晰的总位点数918个，其中多态性位点324个，占总位点数的35.29%。采用SAS类平均法聚类分析AFLP数据，λ值为0.9759时，将20个梅花株系分为4个类群。半野生种曲梗梅的多态性位点数最高，'多萼朱砂'、'复瓣小宫粉'等梅花品种次之。在类群Ⅳ中，具有明显亲缘关系的两组亲本及其杂交子代各自聚为一组，表明AFLP技术和聚类分析方法可以用来研究梅花品种间的亲缘关系。'小宫粉'、'江南朱砂'和它们的子代亲缘关系密切，结果仍能区别其较小差异，这有助于解决梅花中存在的不同产地相同品种异名和同名而品种不同的问题。垂枝类梅花品种间有较近的亲缘关系或者遗传来源，支持枝姿作为梅花分类的重要形态特征，垂枝类品种属于梅花中比较进化的类群与其历史演化相吻合。本研究中所采用的DNA限制性内切酶酶切组合及所筛选的AFLP选择性引物对适合研究梅花品种间的亲缘关系和遗传多样性。