近地面激光雷达点云密度对森林冠层结构参数提取准确性的影响

基于激光雷达技术获取冠层结构为森林生态学研究增加了新的维度。搭载于多旋翼无人机的近地面激光雷达相比于固定翼有人机的机载激光雷达，能够更加灵活高效地获取森林群落样地高密度点云。但在实际操作中，往往出现局部低密度点云数据，影响了冠层结构参数提取的准确性。使用4块森林动态样地的近地面激光雷达点云数据；利用航带分解方法分析各样地低密度样方成因；采用点云抽稀模拟算法计算并拟合偏差曲线，对比不同样地、参数和取样尺度间的点云密度对冠层结构参数提取准确性的影响；根据偏差曲线计算各条件下保证参数提取准确性的最低点云密度。结果发现：1)低密度区域主要受地形或(和)近地面遥感设计规划的影响。地形复杂的测区(西双版纳和古田山样地),遥感规划难度大，整体难以获取高密度点云(在30点/m²左右),容易在沟谷和高海拔处出现低密度样方。平坦测区(长白山两块样地)虽可获取高密度点云(均超过150点/m²),但欠佳的遥感规划设计导致长白山1测区北部出现1hm²低密度区域。2)冠层参数提取准确性随点云密度减少而迅速降低，呈负指数幂函数关系。这一变化趋势在不同...     

基于机载LiDAR数据的福建柏人工林林木参数提取

准确高效地提取人工林林木参数可为估算单木材积、林分蓄积量提供关键信息。本文提出基于机载LiDAR数据的高精度单木参数提取方法,其实现过程包括数据预处理、地面滤波、单木分割和参数提取。以福建省沙县官庄国有林场的福建柏大径材人工林为试验区,采集高密度机载点云数据,对点云进行去噪、重采样等预处理。使用布料滤波算法(CSF)分离出植被点云和地面点云,并采用Delaunay三角网法将植被点云数据插值生成数字表面模型(DSM),采用反距离加权插值法将地面点云数据插值生成数字高程模型(DEM),两者作差运算获得冠层高度模型(CHM)。利用分水岭分割算法分析不同分辨率的CHM对单木分割及参数提取精度的影响。采用点云距离聚类算法对归一化植被点云进行单木分割,分析不同的距离阈值对单木分割及参数提取精度的影响。结果表明：使用分水岭分割算法处理0.3 m分辨率CHM单木分割调和值最高,达到91.1%,提取的树高精度较优,决定系数(R²)达到0.967,均方根误差(RMSE)为0.890 m;使用间距阈值为平均冠幅的点云分割算法单木分割调和值最高,达到91.3%,提取的冠幅精度较优,R     

集成高分辨率UAV影像与激光雷达点云的亚热带森林林分特征反演

该研究集成高分辨率无人机(UAV)影像和激光雷达(LiDAR)点云数据估算亚热带天然次生林林分基本特征变量。首先, 基于LiDAR点云和反距离加权插值法构建林下高精度数字高程模型(DEM); 然后利用UAV影像对序列构建植被冠层上层三维点云, 并借助DEM进行高度信息归一化, 提取高度和冠层点云密度相关的特征变量; 最后, 构建预测模型并估算Lorey’s高、林分密度、胸高断面积、蓄积量。结果表明: 联合提取的特征变量与Lorey’s高的敏感性最高, 蓄积量次之, 林分密度和胸高断面积最低; 利用UAV灵活快速的手段获取森林冠层信息, 辅以高精度LiDAR数据获取的地形信息, 两者互补实现一种可重复的快速、廉价和灵活的林分特征的反演方式。     

黄河源园区高寒草地碳储量估算及其影响因素

高寒草地碳储量及其影响因素研究是认识青藏高原草地生态系统乃至陆地生态系统碳循环和气候变化的关键之一。利用2021年8月上旬地面调查数据与同期高分6号遥感数据建立回归关系,在反演研究区植被地上、地下生物量碳密度和0—40cm土壤层有机碳密度基础上,估算了黄河源园区高寒草地有机碳储量,并通过路径分析探讨了土壤理化性质对碳密度的影响驱动机制。结果表明：(1)2021年黄河源园区地上生物量、地下生物量、0—40cm土壤层碳密度分别为37.65g/m²、1305.28g/m²、4769.11g/m²;总碳储量为100.44Tg(1Tg=10¹²g),植被层和土壤层碳储量分别分为22.06Tg、78.38Tg,占总碳密度的21.96%、78.04%。(2)黄河源园区高寒草甸和高寒草原两种草地类型地上生物量碳密度分别为41.27g/m²、30.76g/m²;地下生物量碳密度分别为1661.41g/m²、618.74g/m²;0...     

树木冠层消光度与三维绿量的关系

利用野外调查和实地测量的方法, 从植物群落和单株树木两个方面研究树木冠层消光度与其三维绿量的关系。结果表明: 冠层消光度与其三维绿量之间的相关性达到极显著水平, 在群落水平上, 群落内的郁闭度和群落面积与冠层消光度之间都呈现明显的正相关, 而乔木层的消光度与灌木层的消光度呈现明显的负相关, 树木在单株水平下,冠层的消光度与树木枝下高呈现明显的负相关。因此, 可用冠层消光作为衡量树木三维绿量的指标。     

基于生命周期方法的城市绿地生态环境负面影响评估

城市绿地在施工建设以及后续的管理养护工作中所产生的生态环境负面影响往往被人们忽视。本研究以天津市城市绿地为对象，通过实地调研收集数据，采用生命周期评价方法，分析比较了城市绿地乔木层、灌木层以及草本层在建设阶段和管养阶段各环节的生命周期环境影响。结果表明：在50年生命周期内，单位面积乔木层、灌木层和草本层的环境影响综合指数分别为5.51×10³、8.75×10³和1.60×10³。城市绿地最主要环境影响类型是淡水毒性和土壤毒性，分别占总环境影响的73.12%和26.65%。病虫害防治为城市绿地环境影响的主要贡献环节，贡献率高达99.33%。与农林业相比，城市绿地的管养环境影响指数处于中高水平。因此，城市绿地所造成的生态环境负面影响不可忽视。研究结果可以为城市建设低碳生态型绿地以及科学化管养提供参考依据。     

长白山云冷杉针阔混交林不同林隙下幼苗幼树密度及空间分布

2019年8月在云冷杉针阔混交林样地(0.36 hm²),对48个林隙及幼苗(0.2<更新高度RH<1 m)、幼树(RH≥1 m,胸径DBH<5 cm)进行调查,分析林隙大小(<20 m²,小;20～50 m²,中;50～120 m²,大;>120 m²,特大)对林隙内红松、鱼鳞云杉及冷杉幼苗幼树密度和生长指标(高、基径)的短期影响,并采用核密度估计法分析其空间分布规律。结果表明: 云冷杉更新的密度通常随林隙增大而降低,仅对幼树影响显著,小林隙下云冷杉幼树密度分别为0.34和1.74株·m^-2,红松密度不受林隙大小的影响。林隙大小对冷杉幼苗幼树生长指标的影响最大,对红松影响最小,平均最大值多出现在大林隙。红松和云杉幼树的基径和树高最大值均分布在小、中、大林隙东北部,在特大林隙中转移至冠空隙西北部。小林隙有助于幼苗的建立和萌发,可通过择伐冷杉创造小林隙,随后扩大林隙面积(>50 m²)促进幼树生长,需要持续监测来确定林隙大小对森林更新的长期影响。     

幼虫密度对桑螟生长发育和繁殖的影响

【目的】本研究旨在了解桑螟Diaphania pyloalis幼虫不同饲养密度对其生长发育和繁殖的影响。【方法】本研究测定了室内同一条件下5个幼虫密度(130, 650, 1 300, 1 950和2 600头/m²)下桑螟生长发育和繁殖指标,包括发育历期、幼虫存活率、化蛹率、成虫羽化率、蛹重、产卵期、单雌产卵量等。【结果】幼虫密度对桑螟的生长发育和繁殖均产生不同程度影响,幼虫密度偏低或偏高都不利于桑螟生长发育和繁殖。其中以1 300和1 950头/m² 2种幼虫密度下的桑螟幼虫生长发育和成虫繁殖状态均最佳且两密度下各项指标无明显差异,1 300头/m²密度下,桑螟的幼虫历期、蛹历期和成虫历期分别为11.32, 6.33和5.31 d; 1 950头/m²密度下,桑螟的幼虫历期、蛹历期和成虫历期分别为11.50, 6.00和5.47 d。1 300头/m²幼虫密度下,桑螟化蛹率、成虫羽化率和幼虫存活率分别为86.67%, 100%和86.67%, 1 950头/m^2<...     

栽培措施对龙胆产量及龙胆苦苷类成分含量的影响

为给龙胆药材生产提供栽培技术,在不同时间、以不同密度、分不同种苗等级以及在不同的前茬作物地块上移栽粗糙龙胆,秋季采用五点取样法测定产量,采用HPLC测定龙胆苦苷类成分含量。结果表明秋栽、一级种苗移栽、前茬作物为玉米,密度为125株/m²龙胆产量高,且龙胆苦苷含量都超过10.8%,但密度低龙胆有效成分含量高。秋栽、采用一级种苗移栽、轮作、移栽密度为125株/m²可达到优质高产的目标。     

无人机高光谱联合LiDAR估测林分与单木尺度叶绿素含量

叶绿素是表征植被健康状况的重要指标,它的准确估计对森林碳汇评价研究至关重要。本研究通过无人机高光谱数据联合激光雷达点云估计针叶林、阔叶林和针阔混交林林分与单木水平的叶绿素含量,提升叶绿素无损估测精度,全面分析不同尺度叶绿素含量空间分布规律。在无人机高光谱数据与激光雷达点云融合的基础上,结合地面样地实测数据,通过相关性分析筛选与叶绿素含量相关的36个光谱特征变量,采用统计模型多元逐步回归、BP神经网络、萤火虫算法优化的BP神经网络、随机森林和混合数据驱动的机理模型PROSPECT模型构建多个叶绿素估算模型,选取最优模型估算森林叶绿素含量,分析其在林分和单木尺度上水平方向与垂直方向的空间分布规律。结果表明：在统计模型中,随机森林(R²=0.59～0.64,RMSE=3.79～5.83μg·cm^-2)优于多元逐步回归、BP神经网络和萤火虫算法优化的BP神经网络构建的模型;机理模型验证精度最高(R²=0.97,RMSE=3.40μg·cm^-2)。不同林分类型叶绿素的含量存在较大差异,阔叶林叶绿素含量为25....     

绿量快速测算模式

着重讨论绿量快速测算方法中的原始数据自动采集问题。这里以原LVV基本测算模型的分树种径-高方程（D-HEqs）为基础,通过加权归纳和系统误差调整,给出了测算精度较好的模糊径-高相关方程（G_D_HEq）,LVV测算误差与原基本模型相比仅低7．6％;通过树冠信息提取、噪声去除和边界跟踪等技术,给出了树冠边界周长面积比与冠径的相关方程（P／A_DEq）,并由实验证明了树冠的周长面积比（P／A）对冠径变化敏感。冠径自动提取和计算误差约为10％。该研究不仅改变了原来LVV遥感测算模式中多数原始数据必须通过人工判读量算的现状,也实现了LVV数据更新的自动化。     

城市夜间灯光对香樟生长的影响

为了解常绿乔木对城市夜间灯光的生长响应,以华东地区典型常绿行道树种香樟为对象,研究南京市一条典型道路上近灯处(路灯正下方)和远灯处(两相邻路灯中间位置)生长区位的夜间光照强度差异性对香樟生长性状的影响.结果表明:近灯处香樟的平均胸径为16.8 cm,当年生小枝总生产力为309.4 g·m^-2,当年生叶片生产力为241.5 g·m^-2,叶片相对叶绿素含量为34.6 SPAD.远灯处香樟的平均胸径为15.5 cm,当年生小枝总生产力为273.4 g·m^-2,当年生叶片生产力为212.8 g·m^-2,叶片相对叶绿素含量为33.1 SPAD.近灯处香樟的平均胸径、当年生小枝总生产力、当年生叶片生产力及叶片相对叶绿素含量均显著高于远灯处.两处树木间比叶面积没有显著差异.夜间灯光的补充照明促进了近灯处香樟的生长,并改变了树冠生长对阳光的响应特征.     

基于机载激光雷达的中亚热带常绿阔叶林林窗特征

机载激光雷达(LiDAR)是一种新型主动式遥感技术,能直接获取多尺度高精度的冠层三维结构信息,将其推广到森林干扰生态学领域,可为林窗研究提供应用支撑.以湖南中亚热带常绿阔叶林为研究对象,利用小光斑LiDAR数据进行林窗识别和几何特征估测.选择合适的分辨率和内插方法生成冠层高程模型,采用计算机图形学方法估测林窗面积、边界木高度和形状指数,并进行野外观测验证.结果表明: 林窗识别率为94.8%,主要影响因素是林窗面积和林窗形成木类型;估测的林窗面积和边界木高与野外观测值呈较强线性相关,R²值分别为0.962和0.878,其中估测的林窗面积平均比野外观测值高19.9%,估测的林窗边界木高度平均比野外观测值低9.9%;区域内林窗密度为12.8个·hm^-2,占森林面积13.3%;林窗面积、边界木高和形状指数的平均值分别为85.06 m²、15.33 m和1.71,区域内多为较小面积、边缘效应不太显著的林窗.
     

保留密度对杉木人工林生长和生物量及经济效益的影响

在广西凭祥市热带林业实验中心青山实验场的杉木中龄人工纯林(14年生)中,以不间伐为对照(密度1500株·hm^-2),研究不同保留密度(500、750和1000株·hm^-2)对杉木人工林胸径、树高、蓄积生长量和林分生物量及经济效益的影响。结果表明: 500株·hm^-2处理杉木人工林的平均胸径、树高生长量及大径材蓄积量均最高,分别达20.55 cm、15.70 m、18.31 m³·hm^-2。对照林分活立木蓄积量最高(199.63 m³·hm^-2),显著高于500、750株·hm^-2处理。不同处理乔木层生物量、生态系统生物量和经济效益差异显著。1000株·hm^-2处理乔木层生物量(90.72 t·hm^-2)、生态系统生物量(94.97 t·hm^-2)和经济效益(11.84万元·hm^-2)显著高于其他处理。降低林分保留密度虽然能促进杉木胸径和树高的生长,提高林分的出材径级、大径材比例、单木平均材积和生物量,但不能提高活立木蓄积量。1000株·hm^-2处理是杉木中龄林最适保留密度,林分的总蓄积量、乔木层生物量、生态系统生物量和经济效益分别比对照增加2.3%、5.7%、4.7%和5.8%。     

九连山次生阔叶林幼苗生长对氮磷添加的响应

以亚热带森林的幼苗群落为对象,设置对照(CK)、氮添加(100 kg N·hm^-2·a^-1)、磷添加(50 kg P·hm^-2·a^-1)和氮+磷添加(100 kg N·hm^-2·a^-1+50 kg P·hm^-2·a^-1)4种处理的施肥样地,测定幼苗的株高、地径、冠幅、比叶面积、死亡率等指标,研究氮磷添加下幼苗的生长与群落结构的变化及其驱动力。结果表明: 与未施肥相比,磷添加下幼苗的株高增长率、地径增长率分别显著下降45.1%和30.3%;主要建群树种死亡率受到施肥的影响,氮添加显著增加米槠幼苗死亡率至25.1%,氮磷施肥显著提高丝栗栲死亡率至25.1%~31.3%,而氮添加、磷添加显著降低了木荷和润楠的死亡率;施肥显著降低了幼苗群落中木荷和丝栗栲的重要值,氮添加、磷添加显著增加了润楠幼苗的重要值。氮+磷添加显著降低了幼苗群落的Shannon指数、Simpson指数;幼苗生长主要受到土壤铵态氮、有效磷、全氮、林冠开度及比叶面积的影响,而幼苗死亡率主要受到土壤铵态氮、有效磷和林冠开度的影响。综合来看,氮磷添加主要通过调控土壤氮磷速效养分,进而改变叶片功能性状来影响幼苗的生长;加速外生菌根树种(米槠和丝栗栲)的死亡,改变幼苗群落建群种的重要值,降低物种多样性, 最终可能改变亚热带次生阔叶林成年树的群落结构。     

新疆北部棉花冠层结构特征对滴灌定额的响应

在新疆北部地区自然生态条件下,采用棉花品种‘新陆早45号’为试验材料,设置5种滴灌定额处理(W₁:600 m³·hm^-2,W₂:540 m³·hm^-2,W₃:480 m³·hm^-2,W₄:420 m³·hm^-2,W₅:360 m³·hm^-2),研究了棉花叶面积指数、冠层开度、群体光吸收率、群体光合速率和产量对不同滴灌定额的响应.结果表明: 随着滴灌定额减少,棉花叶面积指数、群体光吸收率、群体光合速率均呈现降低趋势,其中W₁与W₂处理间的上述参数在盛蕾期至吐絮期均无显著差异;冠层开度则随滴灌定额减少呈增加的趋势.籽棉产量和皮棉产量均以W₁处理最高,分别为6549和2677 kg·hm^-2;W₂处理籽棉产量仅比W₁处理低6.5%,灌溉水利用效率较W₁处理高3.9%.相关分析表明,盛花期至盛铃期叶面积指数、群体光吸收率和群体光合速率均与籽棉产量呈显著或极显著正相关.因此,控制滴灌定额在540 m³·hm^-2有利于棉花在盛花至盛铃期保持较高的叶面积指数、增加冠层开度、保证光吸收率,进而增强群体光合速率,在不显著降低产量前提下提高灌溉水利用效率.     

滴灌与沟灌栽培杨树人工林土壤水分动态与生产力

在北京大兴区永定河故道沙地上对9年生杨树人工林进行滴灌和沟灌栽培,于根系主要分布土层(20、40、60、80 cm)布设土壤水分传感器并利用智能采集器实时监测土壤含水率,分析不同灌溉措施下的土壤水分动态变化及杨树人工林生产力。结果表明: 单次有效的滴灌和沟灌后,沿树行形成的湿润体垂直深度分别为72和143 cm,湿润体横切面的面积分别为0.41和2.71 m²;灌溉量分别为79.20和776.47 m³·hm^-2,后者为前者的9.8倍,灌溉后杨树吸收根主要分布土层(0～40 cm)的土壤含水率下降到水分轻度亏缺临界值(土壤含水率为田间持水量的70%)的历时均为11 d左右。2019年4—10月,沟灌5、7、9月3次总灌溉量为2329.41 m³·hm^-2;滴灌18次,总灌溉量为1425.60 m³·hm^-2。沟灌下杨树人工林土壤水分中度亏缺(土壤含水率低于田间持水量的60%)累计天数达109 d,而滴灌下的杨树人工林土壤水分始终未发生中度亏缺。滴灌下杨树人工林蓄积年生长量为38.92 m³·hm^-2,是沟灌(25.43 m³·hm^-2)的1.5倍,表明不同灌溉措施下杨树人工林生产力差异显著。     

Edge effects of forest gap in Pinus massoniana plantations on the ecological stoichiometry of Cinnamomum longepaniculatum

Aims Pinus massoniana is one of the major plantation tree species in the low hilly lands along the upper reaches of the Yangtze River Valley in China’s “Grain for Green” project. The objective of this study was to explore the edge effects of forest gap on the ecological stoichiometry of dominant tree species in a P. massoniana plantation forest.Methods We collected Cinnamomum longepaniculatum leaves in a 39-year-old P. massoniana plantation forest with seven forest gap sizes (G1: 100 m²; G2: 225 m²; G3: 400 m²; G4: 625 m²; G5: 900 m²; G6: 1 225 m²; G7: 1 600 m², and the control: closed canopy) located in Gao County, south Sichuan Province during different seasons. The contents of C, N and P in leaves were measured, and the effects of edges, seasons and their interaction on leaf C, N and P contents and C:N:P stoichiometry were evaluated.Important findings The leaf C content, C:N and C:P of C. longepaniculatum at the edge of forest gaps in different seasons were all significantly higher than those of understory plants in P. massoniana plantation. With increasing size of forest gaps, leaf C content and C:N ratio, C:P and N:P of C. longepaniculatum increased initially and then decreased with the maximum at medium size (400-900 m²). From spring to winter, leaf N and P contents of C. longepaniculatum increased after an obvious decrease; and the C:N and C:P increased first but then decreased. However, the inflection point all appeared in the summer. The nutrient utilization of C. longepaniculatum at the edge of forest gaps was more efficient in summer and autumn than in spring and winter, indicating significant edge effects. The results of principal component analysis (PCA) suggested that gap size, relative light intensity and monthly average air temperature were the main environmental factors affecting the stoichiometry of C. longepaniculatum at the different edge of forest gaps in the P. massoniana plantation. These results indicated that forest gap with size 625 m² had the highest organic matter storage and nutrient utilization efficiency in the edge areas in all seasons, and therefore had the most significant edge effect on leaf element stoichiometry.     

Nondestructive, Stereological Estimation of Canopy Surface Area

Summary .  We describe a stereological procedure to estimate the total leaf surface area of a plant canopy in vivo, and address the problem of how to predict the variance of the corresponding estimator. The procedure involves three nested systematic uniform random sampling stages: (i) selection of plants from a canopy using the  smooth fractionator , (ii) sampling of leaves from the selected plants using the  fractionator , and (iii) area estimation of the sampled leaves using  point counting . We apply this procedure to estimate the total area of a chrysanthemum ( Chrysanthemum morifolium L. ) canopy and evaluate both the time required and the precision of the estimator. Furthermore, we compare the precision of point counting for three different grid intensities with that of several standard leaf area measurement techniques. Results showed that the precision of the plant leaf area estimator based on point counting is high. Using a grid intensity of 1.76 cm²/point we estimated plant and canopy surface areas with accuracies similar to or better than those obtained using image analysis and a commercial leaf area meter. For canopy surface areas of approximately 1 m² (10 plants), the fractionator leaf approach with sampling fraction equal to 1/9 followed by point counting using a 4.3 cm²/point grid produced a coefficient of error of less than 7%. The  smooth fractionator  can be used to ensure that the additional contribution to the estimator variance due to between-plant variability is small.