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基于面向对象与深度学习的榆树疏林识别方法研究

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地球信息科学学报 2020年第9期22卷 1897-1909页

作者：陈昂杨秀春徐斌金云翔张文博郭剑邢晓语杨东农业部农业信息技术重点实验室中国农业科学院农业资源与农业区划研究所北京100081 北京林业大学草业与草原学院北京100083

榆树疏林是浑善达克沙地中一种特殊的植被类型,它对于维持区域生态系统稳定具有重要意义,在防风固沙、涵养水源、调节气候等方面发挥着重要的作用。本文利用无人机影像与GF-2影像,对高分辨率数据源中榆树疏林的两种自动识别方法进行了... 详细信息

榆树疏林是浑善达克沙地中一种特殊的植被类型,它对于维持区域生态系统稳定具有重要意义,在防风固沙、涵养水源、调节气候等方面发挥着重要的作用。本文利用无人机影像与GF-2影像,对高分辨率数据源中榆树疏林的两种自动识别方法进行了研究。在面向对象方法中,首先通过计算影像对象的局部方差变化率得到了最佳分割尺度;其次采用随机森林算法对初选特征的重要性进行排序,并删除无关特征;最后分别对支持向量机(SVM)、随机森林(RF)、深度神经网络(DNN)3种分类器进行参数寻优与榆树疏林提取。此外,在ENVI5.5中基于TensorFlow框架,利用U-Net构建深度学习模型对榆树疏林进行了提取,并与面向对象方法进行对比。结果显示:①通过面向对象方法过程的优化,最终的识别精度较以往研究有所提升,GF-2影像中SVM总体精度为90.14%,RF总体精度为90.57%,DNN总体精度为91.14%;无人机影像中SVM总体精度为97.70%,RF与DNN总体精度为97.42%。②深度学习方法中,GF-2影像的总体精度为91.00%,无人机影像的总体精度达到了98.43%。研究结果说明在榆树疏林提取中,无人机影像具有更高的空间分辨率,更丰富的纹理、形状等信息,能达到比GF-2影像更高的精度。面向对象方法对于2种影像都有较高的适用性;深度学习的方法在本文中更适用于无人机影像,它可以有效地减少无人机影像中的错分现象。

关键词：榆树疏林无人机面向对象机器学习深度学习浑善达克沙地

浑善达克榆树疏林自然保护区缓冲区宽度研究(英文)

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中山大学学报（自然科学版） 2012年第5期51卷 78-85页

作者：彭羽薛达元刘美珍李永庚牛书丽蒋高明 Dilip K.Biswas 中央民族大学生命与环境科学学院北京100081 中国科学院植物研究所植被与环境变化国家重点实验室北京100093 Department of Zoology Ecology and Plant ScienceUniversity College CorkCorkIreland

世界上建设有很多森林自然保护区以保护各种类型的森林,自然保护区的核心区外围常常要求建设缓冲区,但是如何设计缓冲区宽度的研究很少。土壤种子库是衡量退化森林生态系统生态恢复潜力的重要指标,利用种子库进行缓冲区的设计。采用植... 详细信息

世界上建设有很多森林自然保护区以保护各种类型的森林,自然保护区的核心区外围常常要求建设缓冲区,但是如何设计缓冲区宽度的研究很少。土壤种子库是衡量退化森林生态系统生态恢复潜力的重要指标,利用种子库进行缓冲区的设计。采用植物群落学调查及种子库分析的方法,在核心区内外选择一系列样方,调查样方种子库及其地面的植物种类组成,计算样方与核心区种子库、植物群落的相似性指数,根据核心区外不同距离的样方的相似性指数,确定了缓冲区的宽度。研究结果发现,缓冲区最低宽度在低地为300 m,在流动沙地为600 m,在固定沙地和半固定沙地为1 000～1 200 m。对于沙漠化地区的自然保护区缓冲区的设计有一定的借鉴价值。

关键词：自然保护区缓冲区榆树疏林土壤种子库相似性指数浑善达克沙地

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浑善达克沙地榆树疏林幼苗更新空间格局

生态学报 2013年第1期33卷 294-301页

作者：刘振董智李红丽李钢铁山东省土壤侵蚀与生态修复重点实验室泰山森林生态站山东农业大学林学院泰安271018 内蒙古农业大学林学院呼和浩特010019

榆树疏林广泛分布于浑善达克沙地,是适应半干旱、半湿润气候的沙地植被类型。采用Ripley的K函数统计方法,分析了浑善达克沙地固定沙丘与丘间低地封育状态下的榆树幼苗空间分布及更新格局。结果表明:两种生境下榆树幼苗密度分别为88株/hm... 详细信息

榆树疏林广泛分布于浑善达克沙地,是适应半干旱、半湿润气候的沙地植被类型。采用Ripley的K函数统计方法,分析了浑善达克沙地固定沙丘与丘间低地封育状态下的榆树幼苗空间分布及更新格局。结果表明:两种生境下榆树幼苗密度分别为88株/hm2和77株/hm2,丘间低地更适合幼苗的生长。固定沙丘和丘间低地榆树幼苗均呈聚集分布,但丘间低地的幼苗聚集强度更高。固定沙丘上榆树幼苗与成熟树种群在小尺度上呈负关联,而丘间低地幼苗与成熟树种群呈现较显著的正关联,但二者在大尺度上均无关联性。研究对揭示浑善达克沙地榆树幼苗分布、更新空间格局及其恢复保护具有重要意义。

关键词：榆树疏林幼苗更新空间格局空间关联浑善达克沙地

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放牧方式对浑善达克沙地榆树疏林退化的影响

生态学报 2020年第5期40卷 1663-1671页

作者：姚雪玲李龙王锋刘书润吴波郭秀江中国林业科学研究院荒漠化所北京100091 内蒙古农业大学沙漠治理学院呼和浩特010018 内蒙古师范大学教育学院呼和浩特010018 华北油田技术监督检验处计量中心站任丘062552

浑善达克沙地榆树疏林是分布于草原地带的隐域植被类型,相较周边的典型草原区,其植被更加茂密,乔灌丛生,水草丰美,千百年来一直是牧民的优质冬季牧场。近半个世纪以来,因人类的过度开垦以及不合理的放牧管理,浑善达克沙地植被遭到空前... 详细信息

浑善达克沙地榆树疏林是分布于草原地带的隐域植被类型,相较周边的典型草原区,其植被更加茂密,乔灌丛生,水草丰美,千百年来一直是牧民的优质冬季牧场。近半个世纪以来,因人类的过度开垦以及不合理的放牧管理,浑善达克沙地植被遭到空前的破坏,沙丘活化,载畜能力降低,生态价值和经济价值严重受损。近年来,随着国家草畜平衡以及禁牧政策的推广落实,放牧的牲畜总量得到一定程度的遏制,然而大面积草场还在继续退化。在牧民对生产生活的基本需求下,牲畜总量不可能无限制的压制。另外,适度的放牧对草原生态系统健康是有益的。因此,如何改良放牧方式,合理利用草场,在保持生态良好的基础上合理发挥草场的畜牧价值,是我们亟待探索的问题。以浑善达克沙地的典型天然植被榆树疏林为例,对不同放牧方式下的植被进行调查,基于沙地特殊的基质和植被特征,探讨适合沙地的放牧利用方式。研究表明,在相似的放牧强度下,把沙地作为冬营地,其榆树种群更新正常,植被覆盖度以及植物种类等均能保持良好,而把沙地作为夏季营地,榆树疏林植被退化严重,具体表现为:(1)榆树种群自然更新受阻;(2)灌木群落大量死亡或消失;(3)草本覆盖度显著降低,植物种类减少,多年生草本比例减少,一、二年生草本比例增加;(4)裸沙面积增加,沙丘趋于活化。本研究认为目前沙地植被的退化主要由不合理的放牧引起,并非气候因素所致。沙地适合于冬季放牧而不适合其他季节放牧。借鉴牧民的传统放牧方式,建议配合周边的典型草原区实行季节性倒场放牧,仅将沙地作为冬季营地使用,既能有效保护沙地植被又能充分发挥其畜牧价值。

关键词：浑善达克沙地放牧榆树疏林退化冬营地

基于无人机高分辨率航空影像的榆树疏林空间分布格局及其地形效应

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热带地理 2019年第4期39卷 531-537页

作者：吴隐韩东姚雪玲张静王锋中国林业科学研究院荒漠化研究所北京100091 首都师范大学资源环境与旅游管理学院北京市资源环境与地理信息系统重点实验室北京100048

依托位于内蒙古自治区正蓝旗浑善达克沙地榆树疏林草原长期生态定位观测大样地(42。57,53"N、115°57'30'E),利用无人机获取的高精度数字高程模型数据和样地内3 768棵榆树空间位置和胸径、树高和冠幅的地面调查数据。综合坡度、坡向、... 详细信息

依托位于内蒙古自治区正蓝旗浑善达克沙地榆树疏林草原长期生态定位观测大样地(42。57,53"N、115°57'30'E),利用无人机获取的高精度数字高程模型数据和样地内3 768棵榆树空间位置和胸径、树高和冠幅的地面调查数据。综合坡度、坡向、坡向变率和小尺度的海拔高差,基于决策树分类的方法对样地地形进行分类,分析榆树疏林在不同地形上的数量、密度和榆树结构的空间特征。主要结果为:1)样地地形分为沙平地、沙甸、阳坡、阴坡和沙脊5种类型,各类型面积分别占样地总面积的52.89%、17.25%、12.47%、10.05%和7.35%。2)在沙平地、沙甸、阳坡、阴坡和沙脊5种地形下的榆树密度分别为28.9、17.0、41.2、141.7和65.2棵血也。3 )位于沙地阳坡的榆树胸径、冠幅和树高最大,分别为1&9 ± 7.52cm、5.19 ± 2.33m和4.89 ± 2.33 m。4)榆树在沙丘阴坡的分布密度最高,阳坡的榆树胸径、冠幅和树高显著大于其他地形部位。研究结果表明:基于综合地形因子的沙地微地形分类可更好地表征榆树疏林的空间分布规律,同时也证明了无人机可成为分析植物空间分布格局的有效工具。

关键词：无人机植被格局微地形榆树疏林浑善达克沙地

人类活动对榆树疏林土壤环境和植物多样性的影响

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应用生态学报 2003年第3期14卷 321-325页

作者：杨利民周广胜王国宏王玉辉吉林农业大学农业生态研究中心中国科学院植物研究所北京100093 中国科学院植物研究所

人类活动已成为地球上生物多样性的主要影响因素 ,而生物多样性的变化是目前主要的全球变化问题之一 .榆树疏林是分布于温带草原地带的沙地生境顶级群落 ,其生态环境脆弱 ,极易遭到人类活动的破坏 .研究结果表明 ,各种人类活动 (包括人... 详细信息

人类活动已成为地球上生物多样性的主要影响因素 ,而生物多样性的变化是目前主要的全球变化问题之一 .榆树疏林是分布于温带草原地带的沙地生境顶级群落 ,其生态环境脆弱 ,极易遭到人类活动的破坏 .研究结果表明 ,各种人类活动 (包括人工林的建造 )对原生榆树疏林土壤环境和植物多样性有很大的影响 ,其中人工樟子松林和重牧干扰影响最大 ,其次是人工杨树林 .在沙地环境治理中应充分地考虑自然规律和系统的短期与长期生态过程的统一 .

关键词：榆树疏林人类活动土壤环境植物多样性

浑善达克沙地榆树疏林自然保护区核心区设计的初步研究

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植物生态学报 2005年第5期29卷 775-780页

作者：彭羽蒋高明李永庚刘美珍牛书丽于顺利杨道斌中国科学院植物研究所植被数量生态学重点实验室北京大学人口研究所北京100871

为了保护浑善达克沙地榆树(Ulmuspumila)疏林景观,拟建立自然保护区。基于榆树疏林植被图,运用ArcGIS分析榆树疏林斑块数量、面积、破碎化程度,发现该区榆树疏林斑块大小差异较大,小斑块较多,斑块边界割裂严重,破碎化程度高,需要及时加... 详细信息

为了保护浑善达克沙地榆树(Ulmuspumila)疏林景观,拟建立自然保护区。基于榆树疏林植被图,运用ArcGIS分析榆树疏林斑块数量、面积、破碎化程度,发现该区榆树疏林斑块大小差异较大,小斑块较多,斑块边界割裂严重,破碎化程度高,需要及时加以保护。按照景观生态学原理、生物岛屿地理学设计自然保护区原则,选择疏林斑块集中分布区,作为潜在核心区,运用ArcGIS的缓冲区分析功能,设计不同的宽度,发现斑块边界向外延伸3km能够连接较多的斑块,而占用较少的非疏林斑块土地面积。同时调查斑块外不同距离样方与疏林斑块的群落相似度,发现1km以内能够包含大于10%相似度的群落。由此而初步确定的核心区分布在正蓝旗23个嘎查,面积1531km2,约占全旗总面积的13%。

关键词：自然保护区核心区规划设计浑善达克沙地疏林景观破碎化浑善达克沙地榆树疏林设计景观生态学原理 ArcGIS

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科尔沁沙地榆树疏林的土壤空间变异特征

干旱区研究 2015年第5期32卷 897-902页

作者：史宇飞金永焕金兰淑宋铸福辽宁省朝阳市林业局辽宁朝阳122000 中国科学院沈阳应用生态研究所辽宁沈阳110016 沈阳农业大学辽宁沈阳110000 吉林省通化市二道江区林业局吉林通化133400

在科尔沁东部乌斯吐自然保护区内,以实施退耕还林10 a的沙地榆树疏林土壤为研究对象,利用地统计学方法分析土壤性状的相关性及其空间变异和分布格局。结果表明:土壤p H的空间变异性很弱,而土壤全氮、有机质、速效氮和速效磷具有中等程... 详细信息

在科尔沁东部乌斯吐自然保护区内,以实施退耕还林10 a的沙地榆树疏林土壤为研究对象,利用地统计学方法分析土壤性状的相关性及其空间变异和分布格局。结果表明:土壤p H的空间变异性很弱,而土壤全氮、有机质、速效氮和速效磷具有中等程度的空间变异性;利用GS+软件自动拟合的变异函数的理论模型中,显示出土壤p H为球型模型、土壤全氮为线型模型、土壤有机质为线型模型、土壤速效氮为指数模型、土壤速效磷为高斯模型;土壤全氮和土壤有机质表现出纯块金效应,在小尺度上具有恒定的空间变异性,只受随机因素的影响,不受结构因素的影响,没有明显的变化规律,而土壤p H、土壤速效氮和速效磷的比值均小于25%,具有强烈的空间相关性,随机部分引起的空间变异性程度较低。除速效氮之外的其余4个土壤性状的空间分布较为均匀,表明土壤速效氮是科尔沁沙地榆树疏林恢复的关键性因子,经过历史上长期的人为干扰后,在地表植被的恢复过程中土壤养分的恢复并不同步。土壤的恢复比植被的恢复速度慢,榆树疏林草原生态系统的恢复需要长期的封山育林过程才能实现。

关键词：榆树疏林退耕还林土壤空间变异科尔沁沙地

短期封育对科尔沁沙地榆树疏林土壤微生物群落结构的影响

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生态学杂志 2020年第9期39卷 2860-2867页

作者：张胜男闫德仁黄海广胡小龙内蒙古自治区林业科学研究院呼和浩特010010

土壤微生物群落结构变化及其与土壤养分和酶活性相互作用的研究能够客观认识短期封育对沙地退化榆树疏林生态系统功能恢复的影响。本研究以短期封育和自由放牧的榆树疏林为对象,采用16S rRNA基因和ITS基因高通量测序技术研究了短期封育... 详细信息

土壤微生物群落结构变化及其与土壤养分和酶活性相互作用的研究能够客观认识短期封育对沙地退化榆树疏林生态系统功能恢复的影响。本研究以短期封育和自由放牧的榆树疏林为对象,采用16S rRNA基因和ITS基因高通量测序技术研究了短期封育和自由放牧对科尔沁沙地榆树疏林土壤微生物群落组成变化特征及其与土壤养分和酶活性的相互关系。结果表明,沙地榆树疏林土壤中最优势细菌和真菌类群分别为放线菌门和子囊菌门,其在封育区和放牧区占有比例分别为40.63%和43.02%,76.19%和66.42%;封育后的沙地榆树疏林土壤细菌由缓慢生长型细菌主导转变为快速生长型细菌主导;封育不仅明显增加了土壤细菌和真菌的特有OTU数量,而且降低了土壤细菌/真菌比值,同时封育使土壤真菌的α-多样性和丰度分别比放牧区提高77.89%和70.78%,说明封育改善了土壤真菌栖息环境,有利于真菌的生长;土壤养分和酶活性与土壤细菌和真菌的相互作用在封育区更显著,表明短期封育能够显著影响沙地榆树疏林土壤微生物的群落组成。

关键词：封育榆树疏林微生物多样性微生物生态高通量测序