快速确定鼠洞斑块在生态上很重要，在技术上也具有挑战性。无人机影像与面向对象分析技术(OBIA)相结合为鼠洞斑块识别提供了新的技术手段，也为理解鼠洞斑块与植被盖度之间的空间格局提供了可能。然而OBIA的扩展特征空间，包含大量冗余信息，影响鼠洞斑块提取的精度和效率。本文提出一种OBIA耦合特征选择的荒漠草原鼠洞斑块识别框架，研究支持向量机、随机森林、K-最近邻在鼠洞斑块识别上的性能，探讨鼠洞斑块面积与植被盖度之间的关系。结果表明：特征选择与随机森林相结合的算法总分类精度高达91.74%，Kappa系数为0.89，优于支持向量机和K-最近邻，表明特征选择在降低特征维度的同时，可以提升随机森林算法的性能。基于最优特征集的支持向量机在处理无人机影像上的时间成本最低，样本的平均处理时间为11.48 s，特征选择可以有效提高影像处理的速度。本文还证明了鼠洞斑块面积与植被盖度之间满足二次函数关系。该研究为基于无人机影像的荒漠草原鼠害监测提供了一种新的方法，也为鼠害防治和草原治理提供了理论指导。

【目的】利用无人机低空遥感航拍影像探索分析大沙鼠鼠害分布与地形的关系,以期获取研究区内鼠洞分布空间特征,为科学治理鼠害提供支持。【方法】2015年10月对新疆古尔班通古特沙漠南缘的荒漠林大沙鼠典型鼠害区进行无人机低空航拍,获取空间分辨率为0.024 m的超高分辨率影像与空间分辨率为1 m的数字高程模型(DEM)影像,运用人工目视解译方法获得大沙鼠鼠洞分布情况;基于无人机航拍数字高程模型影像提取研究区的坡向、坡度、高程、地形起伏度等地形特征;叠加统计分析该区域大沙鼠鼠洞空间数据在不同地形特征中的分布占比。【结果】新疆古尔通古特沙漠南缘研究区内沙丘多为南北走向,该区大沙鼠鼠洞主要分布于沙丘的东坡及东北坡(占鼠洞的50.7%)、阴坡(占鼠洞的61.2%)、平坡和缓坡(占鼠洞的89.7%),以及海拔为432.5～435 m(高程为2.5～5 m)梯度下(占鼠洞的53.8%)和地形起伏度0.1～0.25 m范围内(占鼠洞的34.7%)。【结论】研究区域内大沙鼠鼠洞分布具有空间分布差异与地形有密切关系。在基层的大沙鼠鼠害防治中,结合考虑地形因素,可提高对鼠害的防治效率,这为新疆鼠害治理提供了新的思路与方法。

及时准确监测草地植被覆盖度,对草地资源的可持续利用及生态系统的恢复与重建具有重要意义。本研究以荒漠草地植被为研究对象,采用监督分类与植被指数直方图相结合的阈值法,分析了6种RGB植被指数对荒漠草地的识别效果。研究结果表明:归一化绿红差异指数(normalized green-red difference index, NGRDI)对草地覆盖度的提取精度最高,其平均绝对误差和均方根误差分别为2.56%和3.06%。监督分类与可见光植被指数统计直方图相结合的阈值法对荒漠草地植被覆盖度的提取效果较好,可以用于荒漠草地植被覆盖度的提取。

根据2001年出版的《中国植被图集》,应用地理信息系统(GIS)ARC/INFO(NT版)和数字化仪,提取梭梭荒漠植被信息,绘制梭梭荒漠植被地理分布专题图,并以此为基础,对梭梭荒漠植被的群落类型、分布格局及其斑块特征进行分析;同时,结合近年来对梭梭荒漠植被结构的调查结果,对我国梭梭荒漠植被状况进行评价。结果表明:我国现存梭梭荒漠植被总面积约11.4万km2,其中,以新疆分布的面积最大,约占全国梭梭荒漠植被总面积的73.1%,其次是内蒙古,约占全国的14.1%,青海省和甘肃省的分布面积较小,分别占全国的7.9%和4.9%;不同梭梭荒漠群落类型的面积不尽相同,其中,梭梭柴砾漠的面积约占全国梭梭荒漠...

【目的】研究不同放牧强度下荒漠草原植被地上部、根系碳密度及土壤有机碳含量的动态变化,旨在揭示不同放牧强度对荒漠草原植被、土壤碳截存的影响。【方法】在内蒙古苏尼特右旗荒漠草原试验示范基地,设置轻度、中度、重度、极重度放牧和围栏封育(对照区,CK)5个处理,于2012-05-09测定不同放牧强度下荒漠草原植被地上部碳密度、根系碳密度及土壤有机碳含量。【结果】在5-9月,随着放牧强度的增加,荒漠草原植被地上部、0~30cm土层根系碳密度及土壤有机碳含量均呈下降趋势。除轻度放牧区外,其他强度放牧区地上部碳密度与对照区均有明显差异。在不同放牧强度下,荒漠草原地上部碳密度5-9月的动态变化规律一致,均呈单...

荒漠草原地区草地的灌丛化使得草地资源空间分布具有异质性,并且灌丛的自持能力也逐渐得到了增加。荒漠草原灌丛沃岛是荒漠草原地区灌木灌丛下限制性土壤资源的显著聚集现象,其中的资源为土壤水分、养分、微生物、动物以及由灌丛带来的非生物环境等的总和。沃岛集聚养分,改善土壤构造,在养分的空间和养分循环中发挥着重要的生态和水文效应,成为许多生物物种,包括草本植物和小型动物的庇护所,这种效应被称之为"沃岛"效应。"沃岛"效应的发生很可能促进了灌丛化草地的形成和维持,同时也加速了草原的荒漠化过程。"沃岛"效应的存在是荒漠草原受损生态恢复与重建的重要基础和依据。学者对于"沃岛"效应引起的土壤资源的异质性分布研究较深,但对于养分在灌木植物下土壤表层的积累研究较浅。如何把握"沃岛"效应各个复杂过程中植物、土壤和土壤生物扮演的确切角色,还亟待解决。本文从"沃岛"的概念和形成机制出发,对"沃岛"的结构特征和生态效应以及土壤与植被系统的关系进行了总结,对于深入了解"沃岛"效应的机理具有重要的意义,也对荒漠草原地区的植被演替和恢复重建具有重要的生态学意义,同时也为荒漠草原地区的水土治理提供基础理论。

【目的】研究高精度小型无人机获取林分调查因子方法,将林分调查因子在低空无人机影像上识别并提取出来,获取树高、冠径等测树因子,建立林分因子测量方法,实现经济、高效、快捷、精准的森林资源调查和监测,及时掌握森林资源及相关林分因子的时空变化特征。【方法】以东北林业大学城市林业示范基地樟子松人工林为研究对象,以多旋翼无人机影像为数据源,基于FCM聚类算法和分水岭分割算法以及形态学运算、阈值分割、图像平滑、灰度化、二值化等一系列数字图像处理技术,提取樟子松人工林林分因子。FCM聚类算法和阈值分割法用于提取树梢标记图像,分水岭分割算法对树梢标记图像进行迭代处理从而获得单木树冠分割图像,根据单木树冠分割结果提取单木特征进而计算各林分因子值。【结果】在林地提取中,根据影像的颜色特征绿度分割成功地将林地部分与非林地部分分离开来,确定单木树冠分割范围。在单木树冠分割中,阈值分割法和FCM聚类算法均可有效将树梢标记从林地图像中提取出来;将基于标记的分水岭分割算法用于单木树冠分割取得较好效果,大多数单木树冠被单独分割出来,但某些区域仍然存在一定的欠分割或过分割问题。在林分因子提取中,提取的林分因子包括林分郁闭度、林地面积、立木株数和平均冠幅,其中林分郁闭度的测量精度为96.67%,林地面积的测量精度为81.23%,立木株数和平均冠幅的测量精度与单木树冠分割中的树梢提取方法(阈值分割法和FCM聚类算法)及分水岭分割中的2个参数(形态学腐蚀的结构元素大小和中值滤波的窗口大小)有关。针对2种树梢提取方法,分别进行参数组合试验,结果显示2种树梢提取方法使用适当参数组合所得各林分因子测量精度均在80%以上,平均测量精度均在90%以上,其中阈值分割法的最高平均测量精度为94.49%,FCM聚类算法的最高平均测量精度为93.17%。【结论】利用无人机拍摄的人工林影像进行森林资源调查,将先进的计算机科学技术和无人机技术应用到林业领域中,可有效提高森林资源调查的效率和精度。本研究提出的林分因子提取方法适用于高郁闭度林分,测量精度满足实际需求。

【目的】探索无人机遥感在氮效率分类识别中的潜力，构建小麦品种氮效率分类方法，为氮高效品种筛选提供理论依据和技术支持。【方法】通过6个成熟期与氮效率密切相关的农学指标（产量、植株氮积累、氮素生理利用效率、植株干生物量、籽粒总吸氮量、N收获指数）构建主成分综合值，并对其进行K-Means聚类分析，将121个小麦品种划分为氮高效型、氮中效型和氮低效型3种类型。利用无人机遥感平台搭载多光谱相机，在小麦拔节期、孕穗期和开花期获取无人机遥感影像，并提取34种植被指数，分析植被指数与氮效率综合值的相关性；对比支持向量机（SVM）、随机森林（RF）和K最近邻（KNN）分类方法的氮效率分类模型精度，使用总体分类精度（OA）和Kappa系数比较不同生育时期下小麦品种氮效率分类识别的能力；并使用3种不同的特征集筛选方法（ReliefF算法、Boruta算法和RF-RFE算法）对优化的特征子集进行综合评价，确立适宜的小麦品种氮效率分类识别方法。【结果】随着小麦生育时期的不断推进，植被指数与氮效率综合值的相关性逐渐提高，开花期最高（r=0.502）；利用植被指数全特征集对小麦品种氮效率进行分类，对于单生育时期数据而言，以开花期的SVM模型分类效果最好（OA=77.1%,Kappa=0.591），拔节期最差（OA=65.6%,Kappa=0.406）；总体而言，多生育时期数据融合的品种氮效率分类精度高于单生育时期，其中以拔节期+孕穗期+开花期3个生育时期数据融合的SVM模型的分类效果最优（OA=80.6%,Kappa=0.669）。为减少多生育时期数据融合的特征集变量数量，比较分析RF-RFE、Boruta和ReliefF 3种算法的特征优化效果，基于RF-RFE算法得到的优化特征子集分类精度最高，其OA和Kappa系数比全特征集分类模型分别提高了4.0%和10.1%，其中，以3个生育时期数据融合的分类效果最好（OA=85.4%,Kappa=0.749）。【结论】确立6个氮效率指标—主成分分析—K-Means氮效率评价方法；RF-RFE算法有效优化多生育时期组合的特征子集数量，且获得较高的分类精度，确立基于多生育时期组合—RF-RFE—SVM技术融合的小麦品种氮效率分类模型，为小麦氮高效品种的快速准确分类鉴定提供理论依据和技术支撑。

比较分析了荒漠草原5种禾本科牧草光合生理特性及其主要影响因子。结果表明:5种牧草净光合速率(Pn)、蒸腾速率(E)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)日变化均呈双峰曲线,并且均以沙生冰草最高,蒙农杂交冰草最低,品种间达到显著差异水平(P新麦草>沙芦草>无芒雀麦>蒙农杂交冰草,Chl a和Chl b含量大小表现为相同规律;5种牧草净光合速率受生理、生态因子的影响不同,其中主要影响因子为蒸腾速率(E)、水分利用效率(WU...

在内蒙古草原对天然羊尿尿斑土壤氮素的变化进行了系统研究,结果表明:随着羊尿的施入,土壤NH4+-N浓度显著升高(p

以宁夏荒漠草原柠条(Caragana kornshinskii)枯落物为研究对象,采用网袋分解法(4、2和0.01 mm),研究了不同大小柠条灌丛(极小型Ⅰ、小型Ⅱ、中型Ⅲ、大型Ⅳ)下微生境枯落物分解过程中养分质量残留率变化特征。结果表明,1)分解至210 d时,N、K元素在3种网孔内均呈现释放状态,而P元素和纤维素在3种网孔内均呈现富集状态。木质素仅在0.01 mm网孔内的大型灌丛微生境中呈富集状态,而在极小型、小型和中型灌丛微生境中呈释放状态。2)在Ⅱ类、Ⅲ类和Ⅳ类灌丛微生境中,枯落物养分元素残留率表现为3种网孔间均无显著差异(P> 0.05)。但是在Ⅰ类灌丛微生境中, N、 P和K元素残留率均表现为0.01mm(–32.99%、 121.03%、–2.04%)>4mm(–63.64%、14.31%、–6.95%)> 2 mm(–75.47%、9.79%、–36.32%),木质素残留率表现为0.01 mm(–10.56%)> 2 mm(–46.18%)> 4 mm(–49.59%),而纤维素残留率表现为2 mm(160.44%)> 4 mm(97.80%)> 0.01 mm(21.56%)。研究表明,在宁夏荒漠草原地区,3种网孔分解袋内不同大小柠条灌丛微生境中枯落物N、K、P元素和纤维素变化规律均相似,而木质素受到土壤动物类群分布和柠条灌丛大小的双重影响。

针对中国草原、荒漠草原生态系统承载的温室气体量在区域大尺度上无法有效量化的问题,本研究通过生态系统温室气体值(green-house gas value,GHGV)模型,利用国内1990–2015年共6期的草原、荒漠草原的土地利用数据,开展草原时空变化分析,结合全球和中国本地化后的两套模拟参数分别模拟分析中国草原、荒漠草原近25年来对3类主要温室气体(CO2、CH4、N2O)的封存潜力。结果显示,研究时段内,草原、荒漠草原的面积呈下降趋势,对温室气体的封存潜力有所减弱,封存的温室气体减少了1.93 Pg·CO2-eq–1。通过对比参数本地化和模型自带参数的模拟结果发现,本地化参数后草原、荒漠草原生态系统的温室气体模拟值均大于使用全球参数的模拟值。本研究同时发现,从草原面积到草地的碳储量,当前研究均面临量值差异的挑战,亟待开展更多深入的研究。

【目的】研究荒漠草原不同放牧强度下植物补偿性生长特征。【方法】通过不同放牧强度试验,研究荒漠草原植物种群,包括赖草(Leymus secalinus)、长芒草(Stipa bungeana)、糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)和牛枝子(Lespedeza potanimii)等4种主要饲用植物的地上净初级生长量。【结果】荒漠草原植物在不同放牧强度下补偿性生长不同,在绵羊放牧强度0.60只/ha(2005年)或0.75只/ha(2006年)时表现为等补偿生长,小于此强度时则发生超补偿生长,大于此强度表现为欠补偿生长。4种主要饲用植物种群在不同放牧强度下补偿性生长特征也不尽相...

利用遮雨棚技术对宁夏盐池县荒漠草原降水量进行人为调控，分析了不同降水梯度[33%、66%、100%(正常降水)、133%和166%]下植物群落地上部分和地下部分，以及土壤的生态化学计量特征，以探讨不同降水梯度对荒漠草原生态系统化学计量学特征的影响。结果表明：1)植物群落地上部分碳(C)随降水的增加逐渐减少，氮磷比(N:P)在正常降水下显著(P 0.05)。研究结果表明，降水变化可改变植物养分分配，增加土壤养分积累，但降水变化过程下荒漠草原植物与土壤间元素耦合关系整体较弱。

研究植物根系特征变化对进一步了解禁牧封育过程中的植被变化具有重要意义。以宁夏荒漠草原不同封育年限(0、3、7和15年)下短花针茅(Stipa breviliora)、沙芦草(Agropyron mongolicum)、牛枝子(Lespedeza potaninii)、甘草(Glycyrrhiza uralensis) 4种优势植物为研究对象，研究了封育对优势植物根性状特征的影响及其与植物地上部和土壤特性的关系。结果表明：1)封育措施下不同植物根性状变化不尽相同，短花针茅根表面积、平均根直径和根总体积封育后显著降低(P <0.05)。研究认为，封育在一定程度改善了荒漠草原植物根性状，但不同植物变化不一，单一的封育措施短期内较难取得显著成效，需结合其他措施以加速植被恢复进程。