基于机器学习森林生物量反演的哨兵数据精度对比

选取美国弗吉尼亚州东南部和北卡罗来纳州东北部的迪斯默尔沼泽作为研究区,基于Sentinel-1雷达数据和Sentinel-2光学数据,在对影像特征因子提取的基础上,采用随机森林构建生物量反演模型,对比分析了森林地上生物量反演精度。结果表明：基于Sentinel-2影像的随机森林模型的R²、RMSE分别为：0.707、39.521 t/hm²;基于Sentinel-1影像的随机森林模型R²、RMSE分别为：0.601、38.536 t/hm²。从整体来看,不同的变量参与到模型建模最终导致的精度各不相同,基于Sentinel-2影像建模的精度总体上高于基于Sentinel-1影像建模的精度。     

基于无人机高光谱融合连续投影算法估算棉花地上部生物量

【目的】地上部生物量是表征植物生命活动的重要参数。探索不同的光谱预处理方法和建模方法,实现对棉花地上部生物量快速、无损、准确的估算,对棉花长势监测和大田精准管理具有重要意义。【方法】以新陆早53号、新陆早45号为研究对象,设置不同施氮处理,于出苗后不同阶段获取棉花地上部生物量和无人机高光谱数据,通过连续投影算法(Successive projections algorithm,SPA)筛选不同预处理[一阶导数、二阶导数、Savitzky-Golay(SG平滑)、多元散射校正]后的特征波长,基于筛选出的不同波长组合使用偏最小二乘法回归(Partial least square regression,PLSR)和随机森林回归(Random forest regression,RFR)分别构建棉花地上部生物量估算模型,比较不同预处理后建立模型的精度,确定最优估算模型。【结果】(1)利用SPA算法对不同预处理后的光谱信息筛选出特征波长9～26个,可实现光谱信息降维。(2)基于SG平滑-SPA处理及PLSR方法建立的模型最佳,R~2达到了0.63,均方根误差(Root mean square error,RMSE)为0.42,验证集的R~2为0.67,RMSE为0.44。(3)一阶导数-SPA处理后,采用RFR构建的模型最佳,R~2达到0.87,RMSE为0.45,验证集R~2为0.81,RMSE为0.37。【结论】采用一阶导数预处理结合SPA筛选特征波长,经RFR构建的估算模型结果和验证效果均最佳,可用于棉花地上部生物量定量估算。     

坝上盐碱地枸杞人工林群落生物量研究

通过对坝上盐碱地枸杞人工林现存生物量的研究,结果估算出当前枸杞现存生物量为25.199 t/hm2。地上部分为13.129 t/hm2,其中枝干的生物量10.265 t/hm2,叶的生物量2.873 t/hm2。地下部分为12.070 t/hm2,且87.4%的根分布于地面下0~100 cm。适当密植有利于生物量的积累,同时可以改良土壤结构。     

基于多时相光学和雷达遥感的太平湖生态保护区森林地上生物量反演

【目的】探究光学和雷达卫星遥感对亚热带森林生物量的反演潜力。【方法】利用不同季节时间序列的合成孔径雷达(Senitinel-1)和光学数据(Sentinel-2),对太平湖生态保护区森林地上生物量进行反演。基于后向散射系数、光谱波段、植被指数和生物物理参数,采用回归随机森林算法探究Sentinel-1和Sentinel-2在地上生物量制图中的精度,探究对亚热带森林地上生物量制图的最佳影像采集时期,评估光学和雷达遥感特征参数对提高地上生物量估计精度的贡献。【结果】Sentinel-2对研究区森林地上生物量的估计精度[决定系数(R²)=0.68,均方根误差(E_RMS)=37.69 Mg·hm^-2]要优于Sentinel-1 (R²=0.47,E_RMS=49.11 Mg·hm^-2),但两者联合产生了最佳结果 (R²=0.78,E_RMS=31.56 Mg·hm^-2)。生长季(6和9月)的光学数据和旱...     

不同树种套种下细叶麦冬生长状态及林地土壤性状差异分析

【目的】评价不同树种套种细叶麦冬的生长状态及林地土壤性状差异,以期了解林下环境对细叶麦冬生长的影响,筛选适宜其生长的套种模式,为优化麦冬的林下栽培方式及林下药用植物合理化种植提供参考。【方法】设4种细叶麦冬种植模式：模式1,女贞套种细叶麦冬;模式2,落羽杉套种细叶麦冬;模式3,樱花+榉树套种细叶麦冬;模式4,非林下单一种植细叶麦冬（对照）。比较不同模式下细叶麦冬叶长、叶宽、鲜重和干重等生物量,测定叶片叶绿素含量、块根营养物质含量和林地土壤养分等指标,并通过方差分析和相关分析进行综合评价。【结果】不同套种模式样地环境存在差异,年均温与年均光照强度均为模式4>模式2>模式1>模式3。与对照相比,3种套种模式均提高了细叶麦冬的生物量及叶绿素含量。其中模式3下细叶麦冬叶片生长状态最好,生物量和叶绿素含量均最高;其次为模式1的细叶麦冬生长较好。4种模式下细叶麦冬块根黄酮和多糖含量存在差异,模式3的细叶麦冬块根黄酮含量最高（0.43 mg/g）,模式1的细叶麦冬多糖含量最高（171.02 mg/g）。套种模式同时提升了林下土壤养分含量,其中模式3的土壤全氮、全磷、全钾和全氮含量均...     

木荷幼苗在林窗不同生境中的形态响应与生物量分配

对从林窗边缘到林窗中央环境梯度上3种不同生境的木荷幼苗的主要形态因子和生物量进行了测定,结果表明,3种生境下木荷幼苗的形态数量指标表现出极显著的差异,从林窗边缘到林窗中央,随着光照等环境条件的改善,其生长量和生物量逐渐增加。生物量的分配格局基本相似,但叶和主茎生物量表现出显著的差异,林窗边缘处,木荷幼苗将生物量相对多地分配到地上叶构件上,林窗中央处,则相对多地分配到地上主茎上。研究显示,木荷幼苗具有喜光能耐阴的特性。运用非线性幂函数拟合了不同生境木荷幼苗生物量模型,回归模型较好地反映了生物量随苗高、地径的变化趋势,可作为环境条件类似的木荷幼苗生物量预测的依据。     

施肥对杉木生物量的影响

针对杉木进入中龄林后对林地土壤养分消耗大的缺点,在17年杉木林分中进行不同施肥量对杉木生长的试验研究,结果表明:施肥能有效地促进林木生长,对林分生物量有较大的影响。施肥抚育是杉木中龄林分重要的营林措施,是培育杉木大径材的有效措施。     

长期施肥对黄土旱塬农田土壤微生物量碳、氮、磷的影响

为研究长期不同施肥方式对土壤微生物量碳、氮、磷含量的影响,以国家黄土高原农业生态试验站长期定位施肥试验为研究对象,选取不施肥(CK)、单施氮肥(N)、单施磷肥(P)、施氮磷肥(NP)、单施有机肥(M)、氮肥配施有机肥(NM)、磷肥配施有机肥(PM)、氮磷肥配施有机肥(NPM)8个处理,应用氯仿熏蒸-浸提法和生态化学计量比,研究了30 a不同施肥方式下土壤微生物量碳、氮、磷含量变化及其与土壤基本理化性状的关系。结果表明:长期施肥较CK处理均能提高土壤微生物量氮、磷含量;与CK相比,施用化肥处理的微生物量碳含量均有所降低,而微生物量氮、磷含量显著提高;除NM处理外,施用有机肥处理的土壤微生物量碳、氮、磷含量较CK处理均显著提高。长期单施化肥、有机肥和化肥有机肥配施处理的微生物量C∶N显著低于CK处理,等量施磷处理(P、NP、PM、NPM)的微生物量C∶P、N∶P均低于CK和其余施肥处理,而NM处理的微生物量C∶P、N∶P显著高于其余处理。冗余分析显示,土壤全氮(F=13.9,P=0.002)对土壤微生物生物量影响最大,解释了微生物量变化的5.3%,各理化性质的影响顺序为全氮全磷pH有机质;相关性分析表明,土壤微生物量碳、磷分别与土壤有机质、全氮、全磷呈显著正相关,土壤微生物量氮与有机质、全氮呈显著正相关。长期单施化肥使土壤酸碱度发生改变,对微生物的生命活动产生抑制作用。而长期化肥配施有机肥能不同程度提高土壤养分含量,促进土壤微生物的生长繁殖,进而增强微生物对碳、氮、磷等元素的吸收利用,对于提高土壤肥力和肥料利用率具有重要意义。