检索结果-内蒙古大学图书馆

生态学杂志 2022年第11期41卷 2278-2288页

作者：刘晓彤黄金金张逸如李海奎中国林业科学研究院资源信息研究所国家林业和草原局森林经营与生长模拟重点实验室北京100091

摸清森林土壤有机质的影响因子,可以为森林经营和森林质量提升提供依据。本研究基于1182个样地,采用克里金插值法分析了广东省森林土壤有机质的空间分布。以地理、地形、林分、气候、土壤物理和森林经营因子共52项因子为解释变量,以森... 详细信息

摸清森林土壤有机质的影响因子,可以为森林经营和森林质量提升提供依据。本研究基于1182个样地,采用克里金插值法分析了广东省森林土壤有机质的空间分布。以地理、地形、林分、气候、土壤物理和森林经营因子共52项因子为解释变量,以森林土壤有机质为响应变量,利用广义可加模型(generalized additive model,GAM)拟合,筛选出对土壤有机质影响显著的单因子。在此基础上,将影响显著的定性因子和定量因子分别交互,提取对于土壤有机质具有显著影响的交互项。结果表明:(1)森林土壤有机质的空间分布表现出明显的异质性,西北部高,中部偏西较高,南部沿海地区低。(2)采用GAM可以较好地拟合响应变量与解释变量的非线性关系。对森林土壤有机质具有极显著影响的因子包括坡度级、优势树种、土壤含水量、非毛管蓄水量和非毛管孔隙度;具有显著影响的因子包括经度、坡向、海拔、物种数量、腐殖质层厚、等温条件、年最低气温和土壤厚度。单因素GAM的修正确定系数为0.502,方差解释率为59.7%。优势树种、坡向和坡度级定性因子与经度、腐殖质层厚、等温条件、年最低气温、土壤含水量、非毛管蓄水量、非毛管孔隙度和土壤厚度定量因子的交互项对森林土壤有机质具有显著影响。交互GAM修正确定系数为0.515,方差解释率为59.8%。广东省森林土壤有机质受到地理、地形、林分、气候和土壤物理因子的共同作用,其中地形因子和土壤物理因子影响较大。研究结果能够为广东省森林质量提升和森林合理经营提供依据。

关键词：广义可加模型土壤有机质定性因子定量因子交互作用

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华北落叶松人工林林分枯损株数随机效应预测模型

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林业科学 2022年第10期58卷 67-78页

作者：周泽宇冯林艳闫星蓉张晓芳杨旭平符利勇张会儒中国林业科学研究院资源信息研究所北京100091 国家林业和草原局森林经营与生长模拟重点实验室北京100091 山西农业大学林学院晋中030801 中国林业科学研究院华北林业实验中心北京102300 中国林业科学研究院北京100091

【目的】构建能够准确预测华北落叶松林分枯死木的计数模型,探究影响华北落叶松林中林木枯死数量的主要原因,为冬奥会核心区的华北落叶松人工林科学经营与管理提供决策依据。【方法】以张家口市崇礼冬奥核心区45块华北落叶松人工林样地... 详细信息

【目的】构建能够准确预测华北落叶松林分枯死木的计数模型,探究影响华北落叶松林中林木枯死数量的主要原因,为冬奥会核心区的华北落叶松人工林科学经营与管理提供决策依据。【方法】以张家口市崇礼冬奥核心区45块华北落叶松人工林样地为研究对象,构建华北落叶松林分枯死数量Poisson回归模型、负二项回归模型、零膨胀Poisson回归模型和零膨胀负二项回归模型、Hurdle-Poisson回归模型、Hurdle负二项回归模型,根据AIC值选出最优计数模型。基于最优计数模型,考虑不同随机效应水平和作用在截距和协变量上的随机参数,根据模型收敛情况和AIC值确定最优的随机效应水平和随机参数组合,构建最优林分枯死数量混合效应模型。【结果】林分平均直径、林分优势木平均高、林龄、林分断面积和林分胸径Gini系数为影响林分枯死的林分因子,立地因子对林分枯死的影响并不大。未考虑零膨胀现象时,负二项回归模型拟合效果优于Poisson回归模型;考虑零膨胀现象后,Hurdle-Poisson回归模型拟合效果优于零膨胀Poisson回归模型。最终几种考虑零值过多的计数模型的拟合精度表现为:Hurdle负二项回归模型(HNB)≈零膨胀负二项回归模型(ZINB)>Hurdle-Poisson回归模型(HP)>零膨胀Poisson回归模型(ZIP)。选用HNB和ZINB模型进一步进行混合效应模型构建,当随机效应水平为样地时,随机参数个数为1个,作用在除截距以外的其他协变量上时,模型均不能收敛,只有当随机参数作用在样地水平下的截距上时,模型可以收敛且拟合精度进一步提升,采用留一法LOOCV进行模型拟合误差评价,HNB和ZINB模型的平均误差(ME)分别为14和11株·hm^(-2)。【结论】在冬奥核心区,影响华北落叶松枯死的主要因素为林分因子而非海拔、坡向等立地因子;负二项回归模型优于Poisson回归模型;在拟合零值过多的情况下,HNB回归模型优于ZINB回归模型;基于HNB回归模型优于ZINB回归模型,考虑随机截距效应的广义线性混合效应模型能够提高模型拟合精度,降低拟合误差,构建的华北落叶松林分枯死木数量预测模型可为研究区森林经营提供一定理论依据。

关键词：枯死木数量 Poisson模型负二项模型零膨胀模型 Hurdle模型随机效应

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广东省针叶树种蓄积量和生物量生长模型研究

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林业科学研究 2022年第3期35卷 93-102页

作者：黄金金刘晓彤张逸如李海奎中国林业科学研究院资源信息研究所北京100091 国家林业和草原局森林经营与生长模拟重点实验室北京100091

[目的]定量化表征森林蓄积量和生物量与年龄的关系,为预测森林蓄积量和生物量提供依据。[方法]基于广东省3个针叶树种5期连清数据,通过保留木林分平均胸径和林龄之间的关系,分别以生长潜力和生长速度分级、是否考虑竞争、分步和联合建模... 详细信息

[目的]定量化表征森林蓄积量和生物量与年龄的关系,为预测森林蓄积量和生物量提供依据。[方法]基于广东省3个针叶树种5期连清数据,通过保留木林分平均胸径和林龄之间的关系,分别以生长潜力和生长速度分级、是否考虑竞争、分步和联合建模共8种组合,构建林分蓄积量和生物量生长模型,并评价模型拟合优度;以独立的4期连清数据为验证样本,评价模型的适用性。[结果](1)不同种模型系确定系数皆在0.980以上,平均预估误差在±1%以内,总体相对误差在±0.5%以内。综合模型拟合和预测效果,以生长速度分级、不考虑竞争的分步模型最优,竞争对模型的适用性影响不大。(2)最优模型蓄积量和生物量的估计误差最大分别为10.36%和10.22%,模型适用性较好,4期估计误差表现为中期高于首末两期。(3)马尾松生长潜力最大,杉木最小,对杉木的估计效果优于马尾松和湿地松。(4)立地质量等级越高,生长量的极值越大,达到最高峰所需年限也更短;同一立地质量下马尾松生长量最大,其次为湿地松,杉木最小。[结论]含参数分级和林分特征的蓄积量和生物量模型,可以反映立地质量对广东省针叶树种蓄积量和生物量预测的影响,为精确估测森林储量提供方法学支持,也为其他地区林分水平生长模型的构建提供借鉴。

关键词：生长模型蓄积量生物量竞争分级广东省

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广东省含参数分级的阔叶林分生物量生长模型

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北京林业大学学报 2022年第5期44卷 19-33页

作者：黄金金刘晓彤张逸如李海奎中国林业科学研究院资源信息研究所北京100091 国家林业和草原局森林经营与生长模拟重点实验室北京100091

【目的】建立区域尺度林分生物量生长模型,为预测未来某一时段广东省天然阔叶林生物量和碳储量提供方法学支持。【方法】基于广东省1997−2017年5期森林清查数据,选择栎类、木荷和其他软阔类等6个阔叶树种为优势树种的203个天然林样地,... 详细信息

【目的】建立区域尺度林分生物量生长模型,为预测未来某一时段广东省天然阔叶林生物量和碳储量提供方法学支持。【方法】基于广东省1997−2017年5期森林清查数据,选择栎类、木荷和其他软阔类等6个阔叶树种为优势树种的203个天然林样地,以参数分级反映立地质量差异,以竞争指数表示密度影响,以分步建模(一元非线性回归法)和联合建模(非线性联立方程组法)区别建模方式,采用理论生长方程构建胸径生长模型估计林龄进而构建多种林分生物量生长模型,以决定系数和平均预估误差等4个指标评价模型拟合优度;对拟合优度较高的模型,以2002−2017年4期连清的183块样地为检验样本,用总相对误差来验证其应用效果。【结果】对比模型拟合效果和区域尺度及样地水平上的估计精度,以探究林分密度、不同参数分级、分级方法和建模方法共4项影响因素对生物量生长模型的效果,结果表明:非线性联立方程组法优于分步建模法;与生长速度有关的参数b分级模型优于与生长潜力有关的参数a分级模型;考虑林木竞争和分级方程中加入竞争指数对优化模型性能影响不大。参数b分级、自变量和分级方程皆不含竞争指数的联合模型(模型10)为最优模型,其生物量生长模型确定系数R^(2)为0.9701;预测4期生物量时,估计效果较好,后期估计误差明显低于前期,如采用模型10预估栎类2002−2017年区域尺度生物量时,4期的估计误差分别为6.22%、15.27%、4.80%、−1.84%。【结论】以Richards理论生长方程为基础构建林分生物量生长模型来估测区域尺度生物量是一种可行的方法,为评估未来某一时段区域尺度森林生态系统的固碳能力提供依据,也为其他区域的林分生物量生长模型研建提供参考。

关键词：阔叶树种林分生物量生长模型参数分级区域尺度竞争指数哑变量

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基于潜在生产力的华北落叶松纯林和白桦山杨混交林立地质量评价

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林业科学 2022年第10期58卷 1-9页

作者：段光爽郑亚丽洪亮宋新宇符利勇中国林业科学研究院资源信息研究所北京100091 国家林业和草原局森林经营与生长模拟重点实验室北京100091 信阳师范学院数学与统计学院信阳464000

【目的】探索基于潜在生产力的华北落叶松纯林和白桦山杨混交林林分立地质量评价,为提高森林经营水平、促进现代林业发展和建设生态文明提供科学依据。【方法】利用崇礼区2019年森林资源一张图小班数据,建立林分平均树高、断面积和蓄积... 详细信息

【目的】探索基于潜在生产力的华北落叶松纯林和白桦山杨混交林林分立地质量评价,为提高森林经营水平、促进现代林业发展和建设生态文明提供科学依据。【方法】利用崇礼区2019年森林资源一张图小班数据,建立林分平均树高、断面积和蓄积生长模型,计算华北落叶松纯林和白桦山杨混交林林分断面积和蓄积潜在生产力,并结合林分现实生产力对潜在生产力的计算方法和实用性进行评价。【结果】华北落叶松纯林和白桦山杨混交林林分平均树高、断面积和蓄积生长模型拟合效果良好,潜在生产力均随立地质量降低而下降,华北落叶松纯林基准年龄时断面积潜在生产力介于2.06~2.11 m^(2)·hm^(-2)a^(-1)之间,蓄积潜在生产力介于6.27~12.11 m^(3)·hm^(-2)a^(-1)之间,白桦山杨混交林基准年龄时断面积和蓄积潜在生产力分别介于1.72~2.28和4.43~8.72 m^(3)·hm^(-2)a^(-1)之间。林分现实生产力低于潜在生产力,且差异随林分年龄增大而减小。对于中幼龄林样地,立地质量高的林分现实生产力较大,与潜在生产力的差异随立地等级上升而下降。【结论】华北落叶松纯林和白桦山杨混交林在中幼龄林阶段表现出比成过熟林阶段更高的潜在生产力,现实生产力与潜在生产力相差较大,差异随立地质量降低而增大,应加强中幼龄林森林抚育,且抚育过程中应重视立地质量中等的森林;基准年龄时林分断面积和蓄积潜在生产力可作为评价立地质量好坏的指标。

关键词：立地质量评价潜在生产力现实生产力华北落叶松纯林白桦山杨混交林

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基于机载LiDAR数据的崇礼冬奥核心区单木分割算法适宜性分析

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林业科学 2022年第10期58卷 121-130页

作者：谢栋博刘清旺雷雅凯于航杨旭平符利勇中国林业科学研究院资源信息研究所北京100091 国家林业和草原局森林经营与生长模拟重点实验室北京100091 河南农业大学风景园林与艺术学院郑州450002 国家林业和草原局林业遥感与信息技术重点实验室北京100091 中国林业科学研究院北京100091

【目的】探究3种基于机载LiDAR数据的单木分割算法获取冬奥核心区新造林油松和中龄林华北落叶松单木信息的适宜性,分析3种算法的单木分割精度和单木树高信息估算精度,探索冬奥核心区最优单木分割方法,为掌握冬奥核心区森林结构信息和制... 详细信息

【目的】探究3种基于机载LiDAR数据的单木分割算法获取冬奥核心区新造林油松和中龄林华北落叶松单木信息的适宜性,分析3种算法的单木分割精度和单木树高信息估算精度,探索冬奥核心区最优单木分割方法,为掌握冬奥核心区森林结构信息和制定森林经营管理措施提供技术支持。【方法】利用冬奥核心区典型样地机载LiDAR数据,应用基于点云的距离判别聚类法、分水岭分割算法和双正切角树冠识别算法,结合地面调查数据、正射影像与人工目视解译,采用树冠探测率(r)、准确率(p)和总体精度(F)3个评价指标分析算法的单木分割精度;单木配准后,分析外业实测树高与机载LiDAR估算树高之间的相关性,综合评估3种算法获取冬奥核心区单木信息的适宜性。【结果】1) 3种单木分割算法在新造林油松中总体精度很高(F=0.90~0.93),在中龄林华北落叶松中总体精度较高(F=0.72~0.75);2)对于新造林油松,基于点云的距离判别聚类法总体精度最高(F=0.93),优于分水岭分割算法(F=0.90)和双正切角树冠识别算法(F=0.90);对于中龄林华北落叶松,双正切角树冠识别算法总体精度最高(F=0.75),优于基于点云的距离判别聚类法(F=0.72)和分水岭分割算法(F=0.70);3)外业实测树高与机载LiDAR估算树高之间的相关性分析表明,基于点云的距离判别聚类法在新造林油松中提取的单木树高相关性最优,双正切角树冠识别算法在中龄林华北落叶松中提取的单木树高相关性最优。【结论】通过对冬奥核心区不同类型林地的机载LiDAR数据进行单木分割,体现出基于点云的距离判别聚类法、分水岭分割算法和双正切角树冠识别算法的适宜性,在新造林油松中,基于点云的距离判别聚类法适宜性表现最优;在中龄林华北落叶松中,双正切角树冠识别算法适宜性表现最优。

关键词：激光LiDAR 单木分割冬奥分水岭分割算法树冠识别

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基于随机森林模型的东北三省乔木林生物质碳储量预测

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林业科学 2022年第4期58卷 40-50页

作者：田惠玲朱建华何潇陈新云简尊吉李宸宇郭学媛黄国胜肖文发中国林业科学研究院森林生态环境与自然保护研究所国家林业和草原局森林生态环境重点实验室北京100091 南京林业大学南方现代林业协同创新中心南京210037 中国林业科学研究院资源信息研究所国家林业和草原局森林经营与生长模拟实验室北京100091 国家林业和草原局调查规划设计院北京100714

【目的】利用全国森林资源清查固定样地连续监测数据,通过机器学习算法构建基于多因子的森林生长模型,提高森林生长和固碳量的模拟精度,预测东北三省乔木林未来碳汇潜力,探索乔木林碳汇的潜在分布,为准确定位我国东北森林在增汇减排中... 详细信息

【目的】利用全国森林资源清查固定样地连续监测数据,通过机器学习算法构建基于多因子的森林生长模型,提高森林生长和固碳量的模拟精度,预测东北三省乔木林未来碳汇潜力,探索乔木林碳汇的潜在分布,为准确定位我国东北森林在增汇减排中的作用以及科学制定国家“碳中和”行动路径和目标管理提供科学指导。【方法】利用1999—2018年4次全国森林资源连续清查固定样地监测数据,结合区域气候、土壤、林分和地形因子,采用随机森林模型构建区域主要优势树种(组)的生长-消耗模型,运用未来气候情景与未来乔木林面积扩增情景,预测东北三省2015—2060年间乔木林生物质碳储量变化与碳汇潜力。【结果】东北三省乔木林生物质碳储量2060年可达3393.15 TgC,比2015年增加1895.23 TgC,2015—2060年间年碳汇量为42.12 TgC·a-1,其中天然林是主体。辽宁省、吉林省和黑龙江省乔木林生物质碳储量分别由2015年的139.19、463.58和895.15 TgC增至2060年的328.95、915.83和2148.37 TgC,乔木林平均生物质碳密度分别由2015年的32.71、59.75和45.11 MgC·hm-2增至2060年的75.20、109.32和85.24 MgC·hm-2。2015—2060年间辽宁省、吉林省和黑龙江省乔木林生物质年碳汇量分别为4.22、10.05和27.85 TgC·a-1。【结论】本研究构建的随机森林模型表现效果较好,能够用于东北三省未来乔木林碳储量预测。2015—2060年东北三省乔木林生物质碳储量将增加1895.23 TgC,未来仍具有较大碳汇潜力。黑龙江省的碳汇潜力最大,年碳汇量达27.85 TgC·a-1,是未来重要的碳增汇区域;辽宁省的碳汇潜力较弱,年碳汇量仅为4.22 TgC·a-1。加强中、幼龄林经营管理,适度更新成、过熟林,有助于提升东北三省乔木林碳汇功能,发挥我国东北森林在增汇减排以及实现区域“碳中和”目标中的作用。

关键词：生长-消耗模型随机森林模型森林资源清查多变量生物质碳储量

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典型中亚热带天然阔叶林各林层林木高径比分布规律

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林业科学 2023年第4期59卷 149-156页

作者：严铭海王金池黄清麟庄崇洋郑群瑞卓鸣秀官晓辉中国林业科学研究院资源信息研究所北京100091 国家林业和草原局森林经营与生长模拟重点实验室北京100091 福建农林大学林学院福州350002 建瓯万木林省级自然保护区管理处建瓯353105

【目的】揭示典型中亚热带天然阔林各林层(包括全林和各亚层)林木高径比分布规律,为中亚热带人工阔叶林、半天然林和天然阔叶林可持续经营提供阔叶林木高径比方面的典型参照。【方法】以建瓯万木林省级自然保护区为研究区,在研究区内5... 详细信息

【目的】揭示典型中亚热带天然阔林各林层(包括全林和各亚层)林木高径比分布规律,为中亚热带人工阔叶林、半天然林和天然阔叶林可持续经营提供阔叶林木高径比方面的典型参照。【方法】以建瓯万木林省级自然保护区为研究区,在研究区内5个典型中亚热带天然阔叶林中分别设置50 m×50 m样地,计算典型林分各林层林木高径比平均值和标准差分析其随亚层的变化情况,运用Mann-Whitney U检验分析各亚层之间(包括第Ⅰ亚层、第Ⅱ亚层和第Ⅲ亚层间以及受光层和非受光层间)林木高径比平均值的差异显著性,利用偏度和峰度描述各林层林木高径比分布的偏离程度和离散程度,选择正态分布、Weibull分布函数对各样地各林层林木高径比分布进行拟合,并采用χ^(2)检验法检验拟合效果。【结果】综合5块样地林木高径比平均值,全林为103.1,各亚层平均值随亚层高度升高而减小,排序为第Ⅲ亚层(112.7)>第Ⅱ亚层(89.0)>第Ⅰ亚层(66.9)以及非受光层(112.7)>受光层(78.3);除4号样地第Ⅱ亚层与第Ⅲ亚层间林木高径比平均值为显著差异外,其他样地内各亚层间林木高径比平均值均为极显著差异。偏度结果表明,各林层林木高径比分布为右偏。峰度结果表明,全林、第Ⅰ亚层林木高径比分布相对较为分散;第Ⅱ亚层、第Ⅲ亚层、受光层林木高径比分布相对较为集中。运用正态分布函数拟合各林层林木高径比分布,其结果均通过卡方检验;而运用Weibull分布函数拟合较多未通过卡方检验。【结论】典型中亚热带天然阔叶林各亚层林木高径比平均值间均有极显著差异,且各亚层林木高径比平均值随亚层高度升高而减小;各林层林木高径比分布均为右偏,全林与第Ⅰ亚层林木高径比分布相对较为分散,第Ⅱ亚层与第Ⅲ亚层以及受光层林木高径比分布相对较为集中;正态分布函数对各林层林木高径比分布拟合效果较好,Weibull分布函数拟合效果不理想;典型中亚热带天然阔叶林林木高径比分布与直径分布不同,全林和第Ⅲ亚层林木高径比呈正态分布,而全林和第Ⅲ亚层直径呈反J形分布。本研究所体现的各林层林木高径比平均值和各林层林木高径比分布属于理想结构森林的林木高径比特征。

关键词：中亚热带典型天然阔叶林分层林木高径比分布变化规律

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海南热带天然林木本植物多样性对地上生物量的影响及其尺度效应

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北京林业大学学报 2024年第12期46卷 1-10页

作者：姚杰丁易周超凡田立新臧润国中国林业科学研究院森林生态环境与自然保护研究所国家林业和草原局森林生态环境重点实验室北京100091 海南霸王岭森林生态系统国家定位观测研究站海南昌江272722 南京林业大学南方林业创新中心江苏南京210037 中国林业科学研究院资源信息研究所林木资源高效生产全国重点实验室国家林业和草原局森林经营与生长模拟实验室北京100091 江西省林业资源监测中心江西南昌330000

【目的】阐明海南热带天然林木本植物α-多样性和β-多样性对地上生物量的影响及其相对重要性,以及相应的尺度效应,旨在丰富生物多样性与生态系统功能关系研究的理论框架。【方法】基于海南热带天然林内建立的30个1 hm^(2)动态监测样地... 详细信息

【目的】阐明海南热带天然林木本植物α-多样性和β-多样性对地上生物量的影响及其相对重要性,以及相应的尺度效应,旨在丰富生物多样性与生态系统功能关系研究的理论框架。【方法】基于海南热带天然林内建立的30个1 hm^(2)动态监测样地,利用植被调查、树木空间分布和环境因子等数据,采用空间多尺度设计和多元线性回归模型,探讨热带天然林中木本植物多样性、环境异质性与地上生物量之间的关系及其随不同空间尺度的变化规律。【结果】(1)30个1 hm^(2)样地中,α-多样性和β-多样性均值分别为(10.85±3.63)和(0.30±0.16)。α-多样性在不同空间尺度上未表现出显著变化;β-多样性表现出随空间尺度增大而增加的趋势。(2)α-多样性和β-多样性对地上生物量的影响均为显著的正效应且多样性的影响强度随空间尺度表现出较为一致的变化趋势。(3)木本植物多样性对地上生物量的影响随空间尺度的增加表现为先增加(较小尺度400~3600 m^(2)),然后趋于平缓(中尺度3600~6400 m^(2)),最后下降(较大尺度6400~10000 m^(2))。(4)α-多样性对地上生物量的正效应显著强于β-多样性。(5)环境因子对地上生物量的影响均为正效应,且影响强度随空间尺度的增加而增强。【结论】本研究证实了生物多样性与生态系统功能(BEF)关系存在明显的尺度依赖性,表明影响BEF关系的主要机制可能会因不同空间尺度而发生变化。单一空间尺度或局域小尺度的研究不足以充分、全面地理解BEF关系的影响机制。尽管在解释地上生物量变异方面,β-多样性的作用低于α-多样性,但本研究通过实证分析,揭示了β-多样性在促进生态系统功能中的重要作用。这为进一步探索跨空间尺度的BEF关系提供了新的思路和分析视角。未来的研究应充分考虑β-多样性与多种生态系统功能(生态系统多功能性)之间的关系,以及β-多样性在不同空间尺度(如局域、区域和景观尺度)上对生态系统多功能性的影响机制。

关键词：生物多样性与生态系统功能 β-多样性尺度依赖性木本植物多样性生物量热带天然林

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基于多光谱图像的幼龄白木香含锌量无损诊断

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热带作物学报 2022年第9期43卷 1953-1963页

作者：袁莹王雪峰王甜中国林业科学研究院资源信息研究所/国家林业和草原局森林经营与生长模拟重点实验室北京100091

通过探讨白木香冠层光谱和形状特征与叶片含锌量的模型关系,实现幼龄白木香冠层含锌量的快速无损诊断,为实现白木香智能化培育经营提供新思路。以幼龄白木香为研究对象,通过多光谱相机获取白木香冠层图像,结合相位相关法及贝叶斯分割法... 详细信息

通过探讨白木香冠层光谱和形状特征与叶片含锌量的模型关系,实现幼龄白木香冠层含锌量的快速无损诊断,为实现白木香智能化培育经营提供新思路。以幼龄白木香为研究对象,通过多光谱相机获取白木香冠层图像,结合相位相关法及贝叶斯分割法精确提取白木香冠层,在应用偏最小二乘(partial least squares,PLS)算法对图像光谱和形状特征进行降维的基础上,分别构建偏最小二乘回归(partial least squares regression,PLSR)模型和偏最小二乘-广义可加模型(partial least squares-generalized additive models,PLS-GAM)以图像特征对含锌量进行估测和分析,并通过比较模型评价指标与常用套索回归(lasso regression,LassoR)和多元逐步回归(multiple stepwise regression,MSR)模型进行对比,确定适用于白木香锌含量估测的最佳模型。研究表明:(1)结合相位相关法和贝叶斯算法能够较好地分割出白木香冠层图像,效果显著优于对各波段图像进行直接分割的方法;(2)基于多光谱图像特征提取6个主成分CF_(1)、CF_(2)、CF_(3)、CF_(4)、CF_(5)和CF_(6),PLSR建模分析结果表明CF_(1)和CF_(2)与白木香冠层含锌量具有显著的线性关系,模型调整后R2adj为0.475;(3)PLS-GAM建模分析结果表明,CF_(1)、CF_(2)和CF_(4)与白木香冠层含锌量均存在显著的非线性关系,模型调整后R2_(adj)为0.679,显著高于基于线性关系构建的PLSR模型;(3)经过模型评价对比,PLS-GAM模型估测精度最高,RMSE为0.095,较PLSR、LassoR、MSR模型分别降低了26.4%、43.1%和34.9%,为适用于估测白木香冠层含锌量的最优模型。因此,结合相位相关法及贝叶斯分割法能够实现对白木香冠层多光谱图像的精准分割,基于光谱和形状特征构建的PLS-GAM模型对白木香冠层含锌量具有良好的估测效果,有利于推动白木香微量元素诊断的研究进程,对幼龄白木香的智能化作业有重要意义。

关键词：白木香多光谱图像锌 PLS GAM

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