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基于时间去相关的三阶段森林高度估计方法
黎晓, 李增元, 陈尔学, 程甲州, 姜友谊
, doi: 10.13275/j.cnki.lykxyj.2020.03.011
摘要:
目的 在利用极化SAR数据反演树高时,时间去相关因子是影响反演精度的主要因素;目前,地面随机运动模型(RMoG)是该领域最有效的模型之一,但地面随机运动模型有着反演困难、耗时过长的缺点。为了改善这个问题,提出了简化RMoG模型。 方法 首先忽略地面运动,只保留植被冠层运动,重新改写植被体散射公式;然后对多个相干系数直线拟合出地面相位;再次通过PD极化相干最优方法来估计纯体散射去相干值;最后利用改写后的植被体散射公式建立查找表,在固定消光系数的基础上通过查找表反演得到植被高度。为了验证本研究方法的有效性,以瑞典南部的Remingstorp地区为研究区,以BioSAR2007项目的遥感数据进行试验,并以决定系数(R2)和均方根误差(RMSE)对4种模型的反演结果进行比较评价。 结果 表明:本研究方法可以很好地改善三阶段算法的高估问题。在精度比较方面:三阶段算法的R2为0.78,RMSE为8.52;RMoG模型的R2为0.47,RMSE为4.17;RMoGL模型的R2为0.48,RMSE为2.50;本方法的R2为0.53,RMSE为6.24。对比三阶段算法,本研究方法在精度上有明显的优势;对比RMoG模型和RMoGL模型,本方法可有效地减少反演时间。 结论 通过添加植被冠层运动消除时间去相关的影响行之有效。与三阶段算法、RMoG模型和RMoGL模型对比,本方法具有精度高、耗时少的优点。
氮素施肥对西南桦无性系早期生长的影响
陈琳, 曾冀, 庞圣江, 赵志刚, 贾宏炎
, doi: 10.13275/j.cnki.lykxyj.2020.03.009
摘要:
目的 通过造林试验研究西南桦无性系早期生长对氮素施肥的响应,揭示西南桦幼林氮素需求规律及无性系间差异。 方法 以4个西南桦无性系作为试验材料,设置0、50、150、250、400、550、700 g·株−1 7个处理,开展氮素(尿素)施肥试验,调查保存率、生长(树高、胸径、枝下高和冠幅)、干形(径高比、树干通直度及主干分叉情况)等性状,分析这些性状在施肥处理间、无性系间的差异及二者的交互作用。 结果 造林后第5年,对于4个参试无性系而言,其保存率随施氮量的增加无明显变化规律,树高、胸径和冠幅整体上呈现“增加-稳定-减少”的变化趋势,径高比、树干通直度和主干分叉情况亦渐趋优良,但各施肥处理间差异并不显著(P>0.05)。各无性系间生长和干形均差异显著,无性系C3的各性状总体上表现最优,其保存率、树高、胸径、枝下高、冠幅、主干分叉及通直度比最差的无性系C2分别高34%、42%、32%、16%、25%、22% 和19%,氮肥和无性系的交互作用不显著。 结论 综上所述,施氮肥并不影响西南桦无性系造林后早期生长和干形质量,无性系间生长和干形差异显著,其中,无性系C3的生长和干形表现最佳。
林下植被不同管理措施培育杉木大径材林分土壤酶活性差异及质量评价
曹光球, 费裕翀, 路锦, 黄樱, 郑宏, 林开敏, 季春杉, 曹世江
, doi: 10.13275/j.cnki.lykxyj.2020.03.010
摘要:
目的 探讨林下植被不同管理措施对培育杉木大径材林分土壤酶活性及土壤质量的影响。 方法 本研究以培育杉木大径材林分为研究对象,分析了林下植被保留(UP)、林下植被去除(UR)和林下套种(IP)3种林下植被管理措施培育杉木大径材林分土壤酶活性差异,并以土壤酶作为土壤生物活性指标,结合土壤物理和化学性质,利用主成分分析法对土壤质量进行综合定量评价。 结果 IP处理提高了0~20 cm土层蔗糖酶活性,而20~40、40~60 cm土层3种林下植被管理措施间土壤蔗糖酶活性差异较小;相比于UR和IP处理,UP处理提高了土壤过氧化氢酶活性,脲酶活性则相反,UR和IP处理间土壤脲酶和过氧化氢酶活性差异较小;3种林下植被管理措施下,土壤酸性磷酸酶活性高低排序为IP>UR>UP,多酚氧化酶活性高低排序为UP>IP>UR;林下植被不同管理措施间土壤脲酶、蔗糖酶和多酚氧化酶活性差异较大,其中,多酚氧化酶对于林下植被管理措施的响应更灵敏,且能反映于较深土层;除酸性磷酸酶活性外,其余土壤酶活性均具明显表聚性,且随土层加深而递减。有机质和水解性氮含量与各种土壤酶活性具有极显著或显著正相关;有效磷含量与蔗糖酶、脲酶和酸性磷酸酶活性呈极显著正相关;速效钾含量与蔗糖酶、过氧化氢酶和多酚氧化酶活性呈极显著正相关;土壤物理性质与土壤酶活性相关性较弱。将土壤酶活性作为土壤质量指标之一,结合土壤物理性质和化学性质,通过主成分分析提取出3个主成分,反映了原信息量的75.31%。林下植被不同管理措施的土壤质量指数排序均为:IP>UP>UR。 结论 培育杉木大径材林分中,林下套种楠木的林下植被管理措施对于保持和提升土壤质量效果最佳,其次为林下植被保留措施,林下植被去除措施的效果较差。
杉阔异龄复层林对土壤团聚体稳定性和有机碳及养分储量的影响
徐海东, 苑海静, 熊静, 虞木奎, 成向荣
, doi: 10.13275/j.cnki.lykxyj.2020.03.014
摘要:
目的 研究杉木纯林转化为杉木阔叶树异龄复层混交林(简称杉阔复层林)对土壤团聚体稳定性和有机碳及养分储量的影响,为杉木人工林结构优化调控和可持续发展提供理论依据。 方法 以浙江开化不同树种构建的杉阔复层林和杉木纯林为研究对象,分析0~20 cm土层水稳性团聚体(WSA)稳定性以及全土和团聚体有机碳(SOC)、总氮(TN)、总磷(TP)和镁(Mg)储量的变化。 结果 (1)杉阔复层林和杉木纯林<0.25 mm水稳性团聚体(WSA<0.25 mm)占比最高;与杉木纯林相比,复层林均显著增加>5 mm水稳性团聚体(WSA>5 mm)比例,同时也显著提高土壤平均质量直径(MWD)和几何平均直径(GMD),降低了团聚体分形维数(D)。(2)杉阔复层林和杉木纯林不同粒级团聚体中SOC和TN储量变化趋势一致,均为WSA>5 mm、2~5 mm粒径水稳性团聚体(WSA2~5 mm)>0.25~2 mm粒径水稳性团聚体(WSA0.25~2 mm)>WSA<0.25 mm,而不同粒级团聚体中TP和Mg储量差异较小。(3)全土和团聚体有机碳及养分储量主要受>5 mm粒径团聚体有机碳(SOCA>5 mm)、2~5 mm粒径团聚体总氮(TNA2~5 mm)含量以及土壤pH的影响;团聚体稳定性主要受WSA>5 mm、土壤pH以及2~5 mm粒径团聚体有机碳(SOCA2~5 mm)含量的影响。(4)复层林不同伴生树种对团聚体组分、稳定性、土壤有机碳及养分储量有重要影响,主成分分析(PCA)发现,杉木纯林引入紫楠(杉木+紫楠)后显著影响全土和团聚体磷镁储量以及MWDGMD;杉木纯林引入红茴香(杉木+红茴香)后显著影响全土和团聚体碳氮储量。 结论 杉阔异龄复层林的构建有利于改善杉木纯林土壤理化性质,尤以乔木阔叶树种紫楠和红茴香引入,对杉木纯林土壤团聚体稳定性和有机碳及养分储量的改善效果更佳。
计划火烧对区域森林燃烧性的影响
宗学政, 田晓瑞, 田恒, 陈方
摘要:
目的 利用燃烧概率模型模拟计划火烧前后两种情景下的森林燃烧概率,在景观尺度上定量评估计划火烧在林火预防中的作用。 方法 利用SPOT6卫星数据提取大兴安岭部分区域在2016年火险期前进行计划火烧处理的可燃物状况,基于研究区附近地面气象观测数据利用R软件计算2016年火险期每日的火险指数,通过BURN-P3模型分别模拟计划火烧前后的森林燃烧性,评估计划火烧对森林燃烧概率和火行为的影响。 结果 2016年火险期前该区域进行计划火烧的面积为44 931 hm2,占区域总面积的20.8%。计划火烧后,研究区平均燃烧概率从0.016 4降到0.012 4,落叶针叶林、常绿针叶林、针阔混交林、草地和落叶阔叶林平均燃烧概率分别降低4.2%、3.5%、5.9%、2.3%和0.6%。计划火烧前研究区的平均火烧强度和平均蔓延速度分别为548.9 kW·m−2和2.2 m·min−1,通过计划火烧处理,火烧强度和蔓延速度分别降低17.9%和24.3%。落叶针叶林和针阔混交林是发生树冠火的主要类型,火强度高、火蔓延速度快。计划火烧处理后研究区的树冠火比例降低了11.7%。 结论 火险期前的计划火烧减少了区域内草类可燃物的空间分布,降低了草类可燃物载量,也有效降低了区域内的森林燃烧性,平均火强度、蔓延速度和树冠火发生比例均显著降低。计划火烧区附近2 500 m范围内的燃烧概率明显降低。
基于模拟退火算法的林分多目标经营动态可视化模拟
沈康, 杨廷栋, 张怀清, 张鸿, 朱念福, 刘华
摘要:
目的 基于模拟退火算法,研究一种考虑林分结构健康状况和目标平均胸径的多目标森林经营方法,同时结合单木生长方程,基于Unity3D可视化引擎实现林分经营动态可视化模拟。 方法 以湖南省攸县黄丰桥国有林场5块杉木人工纯林2012—2017年样地连年调查数据为数据源,考虑林分分布状况、竞争程度、营养空间,以平均角尺度、平均大小比、林分拥挤度3个结构参数建立空间结构函数。在此基础上,以健康林分结构和平均胸径为经营目标,以竞争指数为参考初步筛选出的间伐木组合排列的结果作为经营方案的集合,通过模拟退火算法进行最优间伐经营方案解的选择。最后,通过建立考虑Hegyi竞争指数的可变生长率的单木生长方程,以结构分析-经营-生长三者不断迭代的方式并基于Unity3D渲染引擎实现林分经营动态可视化模拟。 结果 通过对5号样地(初始林分230株,年龄16 a,平均胸径20.21 cm)以健康林分结构和30 cm林分平均胸径为经营目标进行经营动态可视化模拟,结果表明林分年龄在21、26、31 a分别进行过间伐模拟,当林分年龄31 a间伐后,林分平均胸径达到30.10 cm,林分平均角尺度为0.64,林分拥挤度为0.74,林分结构接近健康水平。 结论 本研究提出的基于模拟退火算法的林分多目标经营动态可视化模拟方法能够模拟在多目标经营需求下的林分动态,并且形象直观,可以进一步为林业科研和生产提供支持。