基于两种无人机航拍影像的林窗和林冠提取分析

森林冠层和林窗的结构及其时空变化是理解森林生态系统格局、动态变化过程的重要基础。在当前生物多样性监测倍受关注的契机下,如何以合适的手段准确描述林窗面积、分布等特征,并与森林固定样地监测数据有效地结合,更好地回答群落构建的理论问题,使森林群落物种多样性维持机制得到更全面的认识,是目前亟待解决的问题。以鼎湖山南亚热带常绿阔叶林20hm2固定监测样地为研究对象,基于不同遥感影像提取方法对其林窗和林冠表层数据进行提取分析。结果表明:基于监督分类的提取方法适合RGB波段航片林窗的提取,在林窗分类中,应首先确定林窗高度、边界木与最小面积,不同分类方法差异主要表现在林冠分类中,林窗分类生产者精度和用户精度表现都较为一致。无人机航拍识别率受地形因素影响较大,在地形复杂林地应按坡度分区域进行飞行以降低误差。相对于地面调查,MD4-1000无人机航片的林窗识别率为98.7%;大疆Phantom4无人机航片的林窗识别率为72.3%,影像后期处理数据量小,同样适用于森林林窗定量研究,符合生态学、林业等从业人员对大型样地林窗长期监测的要求。无人机航拍南亚热带森林物种识别难度较大,基于MD4-1000无人机搭载的高分辨率相机,在地势平缓区域优选的4 hm2样地中可识别林冠表层物种数17种,共2 706个个体。搭载高分辨率无人机在降低飞行高度的基础上可进行部分物种识别。应用无人机近地面遥感对森林固定样地进行林冠监测,可为后期群落构建研究提供数据基础,有望从新的研究角度探讨森林群落物种多样性维持机制。     

巴丹吉林沙漠周边植被特征和物种多样性

通过对巴丹吉林沙漠周边地区的野外调查,以重要值为测度指标,计算物种多样性指数、均匀度指数和优势度指数,对巴丹吉林沙漠周边地区荒漠植物群落物种多样性进行分析。结果表明:(1)该区域共计植物37种,各区域重要值大于0.1的物种中,灌木和半灌木占优势;(2)8个区域的Shannon-Wiener指数、Simpson指数、丰富度指数和优势度指数差异显著,区域5(北部)和7(西部)因含有单物种群落,Shannon-Wiener指数和Simpson指数显著低于其他区域;(3)荒漠植物群落结构层次中,8个区域的灌木层片每个多样性指数均没有显著性差异,草本层片在8个区域中多样性水平差异显著,由于荒漠区植被物种稀少、数量少,灌木层和草本层并未表现出显著差异;(4)巴丹吉林沙漠物种多样性水平较低,生态系统脆弱,对巴丹吉林沙漠周边地区生态系统重建时应该关注各种生态型植被的恢复重建。     

广西中亚热带喀斯特区和非喀斯特区两类森林生物多样性的对比研究

天然喀斯特森林可以承载很高的生物多样性,但相同气候带的天然喀斯特森林与非喀斯特森林的生物多样差异还很少被人们了解。我们以广西木论喀斯特常绿落叶阔叶混交林1ha样地和非喀斯特的猫儿山常绿阔叶林1ha样地的所有胸高直径dbh≥1cm木本植物调查数据为基础,对广西中亚热带喀斯特区和非喀斯特区两类森林生物多样性进行对比。结果显示,喀斯特森林的物种丰富度（120种）高于非喀斯特森林（116种）,喀斯特森林的科、属多样性（44科,89属）高于非喀斯特森林（40科,75属）。种面积曲线的z值的变化表明,小尺度时（＜4000 m2）,木论样地的物种累积速率低于猫儿山样地,而尺度较大时,木论样地的物种累积速率要高于猫儿山样地。喀斯特森林的物种多度（5098）大于非喀斯特森林（4457）,稀有种的比例也是喀斯特森林（20%）高于非喀斯特森林（10.3%）,但喀斯特森林的胸高断面积（18.47 m2）明显小于非喀斯特森林（30.74 m2）。两种森林的径级结构没有表现出显著差异。两种森林中重要值排前10的优势科和属完全不同,重要值排前20的优势种也完全不同。以上结果表明,广西中亚热带森林可以承载较高的生物多样性,且生物多样性的空间变异程度较高,物种组成与非喀斯特森林差异较大。研究结果暗示我们,进行喀斯特植被恢复时,需要特别注意物种的筛选,应该参照当地天然林的物种组成,尽量选择优良的乡土适生植物。     

利用无人机的多光谱参数预测荔枝叶片养分质量分数

以花芽分化期荔枝为例,分析了荔枝冠层叶片养分质量分数的空间分布差异;选用18种光谱变量,研究了荔枝不同冠层叶片养分质量分数与光谱变量的关系及其对无人机多光谱遥感监测模型的影响。结果表明：荔枝不同冠层叶片的氮、钾质量分数随冠层高度降低而明显提高;冠层中、上层叶片氮质量分数与无人机正射数据计算的类胡萝卜素反射指数（CRI）相关性最高（r＝0.86,p＜0.01）;冠层中、下层叶片钾质量分数与无人机正射数据的光谱变量显著相关,且与标准绿波段（NG）指数的相关程度最高（r＝-0.83,p＜0.01）。荔枝冠层叶片养分质量分数空间变化对基于垂直观测遥感数据建立的叶片养分质量分数估算模型精度有影响,无人机多光谱数据具有估算荔枝叶片氮、钾质量分数变化的潜力,但估算精度与冠层高度有关。     

基于机载LiDAR数据的农田区植被高度估测研究

作物高度是农田、生态等研究领域重要的一项指标,准确地获取作物高度和类别是精确估产和长势监测的必要条件。激光雷达技术能够提供精确的植被冠层结构信息,并进而获得作物冠层高度。以绿洲农田区的棉田为研究对象,通过激光雷达提取的植被垂直结构信息,估算研究区各植被类型的高度,并依据高度进行了分类。结果表明：林地、食葵、棉花和西葫芦的平均高度约为12.5 m、2.125 m、1.125 m和0.35 m,利用植被类型间的高度差异进行地物类型识别的总体精度为93%;食葵、棉花和西葫芦实测植被高度值与计算植被高度值的平均相对误差分别为-0.038%、1.35%和-4.348%,说明激光雷达提取的植被冠层结构参数可用于农田区作物的高度估算。     

基于无人机遥感的喀斯特高原峡谷区火龙果单株识别提取方法

基于小型无人机搭载可见光镜头作为数据获取手段,通过对比可见光波段差异植被指数（VDVI）、过绿指数（ExG）、过绿减过红指数（ExG-ExR）、归一化绿红差异指数NGRDI和绿叶指数（GLI）5种可见光波段颜色指数方法应用于喀斯特高原峡谷区典型经济作物火龙果植株识别的适宜性,结合可视化空间建模工具模型构建器,提出一种以单植株平均面积分割株丛的思想,对火龙果进行植株识别分割和单株提取方法研究,结果表明：1）VDVI相比EXG、NGRDI、ExG-ExR、GLI等植被指数更适宜作为火龙果的识别分割方法;2）当VDVI的OTSU阈值取0.037时,能最大程度地分割目标地物与背景地物;3）通过人机交互基地实测获取的实际株数与提取株数验证,获得火龙果植株单株提取精度为91.7%。结果证实：以低空无人机可见光波段影像为数据源,VDVI指数作为识别方法,株丛分割应用于喀斯特高原峡谷区火龙果的单株识别提取具有可行性。     

无人机水禽监测模式的设立原则探讨

无人机水禽监测具有高时空分辨率、高机动性等特性,较传统方法在监测范围、观察视角及数量统计精度等方面均有不同程度质量提升。但因其飞行方式灵活,且在监测水禽过程中与对象物种或集群距离较近,会对其行为等方面造成直接影响。因此,亟需构建合理有序的无人机水禽监测模式。文章使用微型多旋翼无人机（大疆御2 Pro）针对国际重要湿地纳帕海3种集群水鸟：①体长在80~120 cm之间的大型鸟：黑颈鹤（Grus nigricollis）集群;②体长在40~80 cm之间的中型鸟：绿头鸭（Anas platyrhynchos）集群;③体长＜40 cm的小型鸟：骨顶鸡（Fulica atra）集群,通过不同飞行高度、拍摄角度等航拍方式对其进行无人机监测,并对比不同监测方式下,各水禽集群特征识别的差异及特点。文章列举了目前无人机水禽监测中对监测结果产生影响的部分问题,同时也提出了无人机水禽监测的一些原则供参考：1）无人机应尽量轻、小,以避免水禽将其误认为捕食者;2）在不惊飞水禽的前提下,尽量选择较低的飞行高度及合适速度;3）抵近水禽集群时,保持操作平顺与平稳,减少无人机状态突变;4）尽量减少无人机抵近水禽的时长,长时间监测应使无人机保持在水禽集群警戒距离之外,使用长焦镜头;5）因不同物种在不同时段、不同生境条件下对干扰的响应不同,因此无人机水禽监测时段和监测区的选择,应建立在对监测对象充分了解的基础上。     

深圳大鹏半岛常绿季雨林和常绿阔叶林群落物种多样性分析

采用丰富度指数、物种多样性指数和均匀度指数,对深圳大鹏半岛亚热带常绿季雨林和亚热带常绿阔叶林的植物群落物种多样性进行研究.结果表明：常绿季雨林和常绿阔叶林共有6个主要群落类型;常绿季雨林群落内各层多样性指数和均匀度指数顺序为灌木层＞乔木层＞草本层,常绿阔叶林群落内各层多样性指数和均匀度指数顺序为乔木层＞灌木层＞草本层;常绿季雨林和常绿阔叶林乔、灌层物种多样性比较中,常绿季雨林＜常绿阔叶林,草本层比较中,常绿季雨林＞常绿阔叶林;常绿季雨林和常绿阔叶林都具有亚热带向热带过渡的明显特征.过度的人类干扰将导致植物物种多样性降低.     

塔里木河下游荒漠植物多样性、地上生物量与地下水埋深的关系

样带是研究植物群落沿环境因子梯度变化的重要方法。用样带法研究了塔里木河下游荒漠植被群落物种多样性和地上生物量在垂直河道方向随地下水埋深梯度变化的关系。结果表明：（1）样带植物群落物种多样性与地下水埋深极显著负线性相关（P〈0.01）,Margalaf指数、Pielou指数、Shannon-Wiener指数和Simpson指数均随地下水埋深增大而减小,地下水埋深是影响群落组成和物种多样性的重要因素。（2）单一乔木层、灌木层、草本层地上生物量和乔灌草地上总生物量与地下水埋深均极显著负相关（P〈0.01）,地下水埋深从3 m增大到7 m时,地上总生物量由912.2 g·m^-2减少到不足30 g·m^-2,地下水埋深是制约荒漠植被地上生物量和分布的主要因素。（3）群落多样性与地上生物量之间显著正线性相关（P〈0.05）,即随多样性增加,地上生物量呈增加趋势。     

近地机载激光雷达棉花LAI提取方法研究

棉花叶面积指数（LAI）是描述其长势的重要指标,准确获取冠层结构参数是叶面积指数反演的必要条件。以ScoutB-100油动单旋翼无人机为飞行平台,搭载RIEGL VUX-1激光雷达,精确获取棉花高密度点云数据,得到研究区棉田数字表面模型（DSM）和数字高程模型（DEM）,通过差值运算获得其冠层高度模型（CHM）,进而提取有效的冠层结构参数。利用相关性分析法选取相关系数大于0.2的激光穿透力指数（LPI）、回波点云密度（D）、孔隙率（f_gap）、归一化高程值（V_nDSM）构建棉花LAI反演模型,并与实测叶面积指数进行精度验证与评价。实验结果表明：模型估算的LAI与实测LAI之间的决定系数为0.824,均方根误差为0.072,验证了模型的可靠性。     

基于无人机遥感的南岭山地树冠与树干性状关联研究

以南岭山地不同海拔高度的冠层树种为研究对象,通过无人机遥感手段获取冠幅、冠周长和冠面积(CA)等树冠性状,探讨其与基径(BD)、胸径(DBH)、2米径(D2)和4米径(D4)等树干性状间的关联性,并构建了冠面积与树干性状间的回归方程。结果表明：南岭山地树冠性状与树干性状的典型变量显著相关(R=0.89,P<0.01),并且这种相关性随海拔的升高(600 m到1 600 m)总体呈“M”型变化。其中,冠面积与树干性状间的相关性最高,可作为单一自变量反演树干性状,具体方程为：DBH=0.35CA+14.88 (R²=0.67),BD=0.41CA+17.89 (R²=0.82),D2=0.33CA+14.14 (R²=0.84),D4=0.35CA+11.3 (R²=0.86)。文章构建的冠面积与树干性状间的回归方程,可作为南岭山地森林生物量遥感反演的基础,也可用于指导南岭森林生态系统的长期监测。     

祁连山大野口流域森林空间结构及水源涵养功能

林分空间结构及其水源涵养功能关系一直是森林生态水文学研究的热点.我们在祁连山大野口流域选取林分空间结构、林冠截留和河川径流等监测样地,采用特征参数统计分析、多度分析和相关系数分析等方法,研究了林分空间结构因子及其水源涵养功能之间的关系.结果表明:(1)祁连山大野口流域49块样地的2 819株青海云杉(Picea crassifolia)的胸径、树高、冠长、冠幅、冠幅面积的分布曲线比正态分布平缓,树龄、胸径断面的分布曲线比正态分布剧烈;径级从1～5 cm到26～30 cm、高度级从2～4 m到18～20 m、冠长级从2～4 m到12～14 m、冠幅级从2～4 m到4～6 m,其多度分别为89.4%、94.4%、77.8%和82.7%.(2)林冠截留年总量和平均截留率分别为139.1 mm和35.28％;(3)从相关系数分析来看,海拔对树高影响较大,对冠长影响较小,与其他因子不相关;坡向对冠幅影响最大,对冠长、树高影响较小;坡度对这些因子几乎没有影响.径级与多度、冠长与多度均符合三次多项式关系;胸径与树高、冠长、冠幅、树龄符合线性多元回归函数;雨量级与林冠截留率呈反比.本文可为流域林分空间结构特征与水源涵养功能之间的机理研究提供基础数据和参考资料.     

贺兰山针叶林结构特征与种类组成的比较

贺兰山针叶林是我国西北地区珍贵的森林生态系统,本文通过研究其结构特征和植物种类组成,为森林保育提供建议。基于森林结构特征,贺兰山针叶林可分为4类,分别为乔木径级组成以小于10cm为主,以10~20cm为主,径级组成较均衡和以大于30cm为主。分类的结果主要反映了砍伐后恢复时间的长短和海拔高度的影响。根据样方的物种组成分析,共得6个群丛,主要反映了海拔的影响。物种密度以云杉藓类林最低。云杉藓类林向上与高山灌丛草甸交错,物种密度增加。海拔降低,云杉林类型改变,物种密度增加。海拔最低的油松林,物种最为丰富。两种分类反映了贺兰山针叶林不同方面的特征,但也存在联系。海拔高度对于森林结构和物种组成的影响都是明显的,而当森林结构特征类似时,包含的群丛较多,但某一群丛则往往仅属于一种或两种结构类型。     

Species Diversity Characteristics of a Natural Pinus taiwanensis Community with Different Diameter Classes and Forest Densities

Pinus taiwanensis is a species endemic to China. This study selected four typical plots of Pinus taiwanensis in the natural secondary forest around Macheng City, in order to reveal the characteristics of and the relationships between different diameter classes (determined based on the diameter at breast height or DBH), forest densities and species diversity, as well as the similarities of species diversity of different plots within the community. The result showed that Pinus taiwanensis was the dominant species in the community. The ratio of Pinus taiwanensis trees of diameter class IV reached a peak of 19.46% of the total followed by diameter class VII at 18.92%. The study recorded 156 species of vascular plants from 130 genera of 71 families; Pinus taiwanensis was the dominant species in the community. When the forest density was 1200 trees ha ^-1 with the largest average diameter of DBH=36.779±4.444 cm, the diversity (Shannon index H'=1.6716) and the evenness (Pielou index E=0.6727) of the tree layer was the highest. When the forest density reached 1525 trees ha ^-1 with the lowest average diameter of DBH=18.957±5.141 cm, the richness (D_ma=5.4308), the diversity (H'=2.9612) and the evenness (E=0.8985) of all shrub layers climbed to the maximum. When the forest density was 1325 trees ha ^-1, the richness (D_ma=5.8132), the diversity (H'=3.0697) and the evenness (E=0.9025) of all herb layers peaked. In terms of vertical structure, the average diversity indexes were herb layer>shrub layer>tree layer. High canopy density weakened light intensity in the community, causing a reduction in the species diversities of herbs and shrubs. The average similarity coefficient between the sample plots was 0.3356, which was at the medium dissimilarity level. External disturbances and improper management were major contributors to the low species diversity of the community. The implementation of scientific management measures is urgently needed to optimize the forest structures of Pinus taiwanensis, create a benign community environment, and promote species diversities and establish a stable forest community structure.     

玉龙雪山植物物种多样性和群落结构沿海拔梯度的分布格局

生物多样性沿海拔梯度的变化是多样性环境梯度格局研究中的一个热点问题。在对滇西北玉龙雪山2 900 m~4 200 m间沿海拔梯度进行的群落调查基础上,对植物物种多样性和群落结构的垂直分异格局进行了分析。结果表明:1)在16个样地中共记录植物物种261种,分属78科,158属,其中木本植物36种,灌木植物71种,草本154种。2)沿海拔梯度,森林群落的最大树高、最大胸径、平均树高和平均胸径等群落结构指标均呈单峰分布格局。3)随着海拔的升高。木本和草本的物种丰富度,先增加后下降;而灌木层的物种丰富度随着海拔的上升呈明显下降格局。4)木本层和灌木层的β多样性(Cody指数)随海拔升高,总体呈减小趋势,而草本层β多样性显示出单峰分布的垂直格局。     

云南松林的林冠对土壤侵蚀的影响

研究发现滇西北高山峡谷区云南松也具有通过林冠截流减少有效雨量和降低雨滴对地表的滴溅能量,减少降雨对土壤的侵蚀程度,产生较大的直径的叶工引起的林冠滴溅效应,云南松林冠在整个雨季截留率平均达３６．２９％,使林下有效降雨仅为降雨量的６３．７１％,松林在整个雨季的林下溅蚀累积总量为４．９４ｋｇ／ｍ＾２,裸地为６．１２ｋｇ／ｍ＾２,表明松林减少１９．２８％,的溅蚀全量,但林地在雨季中后期的各阶段溅蚀全量却高     

Assessment of biophysical properties of Royal Belum tropical forest,Malaysia

The Royal Belum forest reserve is one of the oldest tropical rainforests in the world and it is one of the largest virgin forest reserves in Malaysia. However, not many studies have been conducted to understand the ecology of this forest. In this study we estimated the aboveground biomass (AGB) of the forest using diameter at breast height (DBH) and height of trees (h ), tree species and hemispherical photographs of tree canopy. We estimated AGB using five allometric equations. Our results demonstrated that the AGB given by the one tree species specific allometric equation does not show any significant differences from the values given by the non‐tree species specific allometric equations at tree and plot levels. The AGB of Intsia bijuga species, Koompassia malaccensis species and Shorea genera were comparatively higher, owing to their greater wood density, DBH and h. This has added importance because some of these species are categorized as threatened species. Our results demonstrated that mean AGB values in this forest (293.16 t ha^‐1) are the highest compared to some studies of other areas in Malaysia, tropical Africa and tropical Bazilian Amazonia, implying that the Royal Belum forest reserve, is an important carbon reservoir.     

Plant Area Index and microclimate underneath shrub species from a Chilean semiarid community

In drylands, environmental conditions under shrub canopy differ from those found in open sites. We should expect that microclimate conditions under shrubs with distinct canopy architecture should also be different. Plant Area Index (PAI) of the three most abundant shrubs species (Porlieria chilensis, Adesmia bedwellii and Proustia cuneifolia) in Bosque Fray Jorge National Park, north-central Chile was measured using a Plant Canopy Analyzer. During two years (2004-2005), we recorded the Relative Humidity and Air Temperature underneath and away from the canopy of the shrubs.The three shrub species showed significant differences in PAI. Microclimate at 30 cm and 2 m above the soil in the open conditions were drier and warmer than underneath shrub canopies. Vegetation patches generate moderate microclimate conditions.Canopy structure can buffer climatic variability, contributing to high herbaceous productivity as well as shrub recruitment. Reflecting shrub architecture and observed PAI values, the lowest microclimate variations were observed under the canopies of P. chilensis, followed by P. cuneifolia and finally A. bedwellii. We bring a novel approach quantifying the Plant Area Index instead of the Plant cover and using a low cost method that integrates the distribution of leaves and may be derived from remote sensing products.     

海岸沙地防护林的小气候效应

对广东省湛江市东海岛海岸沙地防护林林内与林外的光照、温度、湿度及风速等气象因子进行对比观测,结果表明,防护林林内光照强度减弱、温度变化缓和、湿度增加、风速减小,小气候效应显著,改善了海岸沙地的生态环境。