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基于机器学习算法的华中天然林土壤有机碳特征与关键影响因子

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林业科学 2024年第3期60卷 65-77页

作者：沈琛琛肖文发朱建华曾立雄陈吉臻黄志霖中国林业科学研究院森林生态环境与自然保护研究所国家林业和草原局森林生态环境重点实验室北京100091 南京林业大学南方现代林业协同创新中心南京210037

【目的】比较4种机器学习算法在模拟华中地区3种典型天然林土壤有机碳含量上的表现,筛选最优模型算法,明确影响该地区天然混交林土壤有机碳富集与空间分布的关键气候环境因子,为森林土壤有机碳分布格局研究提供技术参考。【方法】以华... 详细信息

【目的】比较4种机器学习算法在模拟华中地区3种典型天然林土壤有机碳含量上的表现,筛选最优模型算法,明确影响该地区天然混交林土壤有机碳富集与空间分布的关键气候环境因子,为森林土壤有机碳分布格局研究提供技术参考。【方法】以华中地区3种典型天然林(常绿针叶混交林、落叶阔叶混交林和常绿阔叶混交林)为研究对象,引入4种机器学习算法(支持向量机、人工神经网络中的多层感知器、随机森林和分位数回归森林),模拟0~60 cm土层土壤有机碳含量,比较模型解释量及表现稳定性,筛选最优模型算法。【结果】4种机器学习算法均能成功模拟天然林0~60 cm土层土壤有机碳含量,多层感知器、随机森林、分位数回归森林模拟结果明显优于支持向量机,其中随机森林模型表现最稳定,决定系数最高达0.620。母质、土壤密度、孔隙度、地理位置、海拔、植被和水分亏损情况等共同影响华中地区天然林0~60 cm土层土壤有机碳含量,但显著影响表层(0~20 cm)、中层(20~40 cm)与深层(40~60 cm)土壤有机碳含量的因子并不一致且影响机制不同。在0~20 cm土层,显著影响因子最复杂,除土壤密度以外,土壤孔隙度、地形、植被和气候均产生显著影响(P森林的水分不足会限制各层土壤有机碳富集。森林土壤有机碳含量随土层加深显著下降,常绿针叶混交林土壤有机碳含量在各土层均最高,落叶阔叶混交林居中,常绿阔叶混交林最低。【结论】华中地区天然林土壤有机碳含量分布呈现明显差异,常绿针叶混交林土壤有机碳贡献最大,成土母质和土壤物理属性对土壤有机碳富集与分布起决定性作用;适宜天然林生长的地理立地条件和气候环境,共同造就该地区天然林土壤有机碳富集。在营林和管理时可加大本地树种混交比重,提升森林土壤碳汇功能。

关键词：森林土壤有机碳空间分布天然林机器学习华中地区

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新疆森林火灾时空分布特征及其与气候的关系

西南林业大学学报（自然科学） 2024年第2期44卷 135-143页

作者：张秀梅姚启超刘琳汪舟黄茹国家林业和草原局森林草原火灾预防监测中心北京100714 国家自然灾害防治研究院森林草原防灭火研究中心北京100085 东北林业大学林学院黑龙江哈尔滨150040

基于森林火灾报表数据(1999—2020年)和中国火灾网络数据(2005—2018年),利用相关分析、相对重要性分析等方法,分析了新疆森林火灾时空规律,探讨了过火面积与气候的关系。结果表明:80%的火灾发生在13:00—17:00,3—9月是火灾起数高发月... 详细信息

基于森林火灾报表数据(1999—2020年)和中国火灾网络数据(2005—2018年),利用相关分析、相对重要性分析等方法,分析了新疆森林火灾时空规律,探讨了过火面积与气候的关系。结果表明:80%的火灾发生在13:00—17:00,3—9月是火灾起数高发月份(占全年89.62%),8—9月是过火面积较高月份(占全年79.59%),森林火灾起数和过火面积自1999年以来均呈现下降趋势,且过火面积下降趋势显著。空间范围80°~88°E,43°~48°N是森林火灾发生的主要区域。8—9月过火面积主要受气温日较差(原始数据:r=0.49,P森林火灾主要是人为引起的,2017—2020年(58.46%)比1999—2016年(71.73%)人为火源比例下降13.27%。研究结果可为新疆森林火灾监测预警提供科学依据,即当预测8—9月最高温度较高的时候,需加强重点时段和关键地区的火源管控。

关键词：森林火灾新疆时空特征气温日较差最高温度气候因素

LA-UNet网络模型在城市绿地遥感分类中的应用

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应用生态学报 2024年第4期35卷 1101-1111页

作者：徐亮亮马开森王霞李东胜孙华中南林业科技大学林业遥感信息工程研究中心长沙410004 林业遥感大数据与生态安全湖南省重点实验室长沙410004 南方森林资源经营与监测国家林业与草原局重点实验室长沙410004 湖南科技大学地理空间信息技术国家地方联合工程实验室湖南湘潭411201 河北省林业和草原调查规划设计院石家庄050011

城市绿地的精准识别和监测在城市规划和生态管理方面具有重要意义。城市绿地背景复杂,使用传统遥感分类技术容易出现错分粘连的问题。本研究以长沙市雨花区为研究区,高分二号(GF-2)遥感影像为数据源,提出一种基于LA-UNet模型的城市绿地... 详细信息

城市绿地的精准识别和监测在城市规划和生态管理方面具有重要意义。城市绿地背景复杂,使用传统遥感分类技术容易出现错分粘连的问题。本研究以长沙市雨花区为研究区,高分二号(GF-2)遥感影像为数据源,提出一种基于LA-UNet模型的城市绿地遥感分类方法,该方法以UNet模型为基础,引入DWTCA通道注意力机制模块提升网络对绿地信息的关注度,并使用CARAFE模块对提取特征进行上采样,实现对城市复杂背景下乔木、灌草等多种地类的精准分类。结果表明:利用标准假彩色遥感影像时,LA-UNet模型的城市绿地分类效果最优,总体准确率和平均交并比分别为96.3%和90.9%,比UNet模型分别提高2.8%和6.1%。在波茨坦公开数据集中,LA-UNet模型的总体准确率和平均交并比也同样优于UNet模型,分别提高0.9%和1.8%,表明LA-UNet模型具有较好的鲁棒性和通用性。本研究提出的LA-UNet模型能有效缓解城市绿地错分粘连问题,在城市绿地遥感分类中具有显著优势。改进后的LA-UNet模型比UNet模型具有更小的参数体积,能有效提升城市绿地分类精度。本研究将为城市绿地的精准分类及其空间分布规律研究提供方法参考。

关键词：遥感分类城市绿地高分二号 LA-UNet 注意力机制

采伐限额对林业投资和森林保护的影响研究——基于结构方程模型的分析

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北京大学学报（自然科学版） 2023年第4期59卷 617-628页

作者：刘士磊夏军中国人民大学环境学院北京100872 北京大学国家发展研究院北京100871 国家林业和草原局亚太森林网络管理中心北京100714

使用森林资源清查、林业投资和限额指标等数据,通过双向固定效应模型和结构方程模型,探讨采伐限额对林业投资和森林保护的影响。研究结果表明,采伐限额对林业投资存在抑制效应,并突出作用在社会投资和外资利用两个方面。同时,投资抑制... 详细信息

使用森林资源清查、林业投资和限额指标等数据,通过双向固定效应模型和结构方程模型,探讨采伐限额对林业投资和森林保护的影响。研究结果表明,采伐限额对林业投资存在抑制效应,并突出作用在社会投资和外资利用两个方面。同时,投资抑制又在采伐限额与森林保护之间起到遮掩效果,抵消了限额管理的政策效果,对森林保护造成显著的负面影响。研究结果可为森林采伐限额政策的优化提供新的思路。

关键词：采伐限额林业投资森林保护双向固定效应模型结构方程模型

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关于我国生物多样性保护的思考

绿色中国 2022年第17期 68-74页

作者：翟洪波国家林业和草原局亚太森林网络管理中心

本文介绍了全球和我国生物多样性的现状,总结了我国生物多样性保护的主要成就,分析了我国生物多样性保护面临的挑战。在此基础上,提出对未来我国生物多样性保护的5条主要建议。这些建议包括完善政策法规,强化能力建设,加强执法监督,倡... 详细信息

本文介绍了全球和我国生物多样性的现状,总结了我国生物多样性保护的主要成就,分析了我国生物多样性保护面临的挑战。在此基础上,提出对未来我国生物多样性保护的5条主要建议。这些建议包括完善政策法规,强化能力建设,加强执法监督,倡导全民行动,和促进国际合作交流。

关键词：生物多样性保护现状成就建议

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中国防沙治沙工作的思考

林草政策研究 2023年第2期3卷 27-32页

作者：胡元辉翟洪波国家林业和草原局亚太森林网络管理中心北京100102

防沙治沙对于推进中国生态文明建设,实现人与自然和谐共生的现代化具有重要意义。文中总结了中国防沙治沙的成就及存在的主要问题,分析了中国防沙治沙面临的机遇与挑战。在此基础上,提出了5条可供中国未来防沙治沙工作参考的建议:1)科... 详细信息

防沙治沙对于推进中国生态文明建设,实现人与自然和谐共生的现代化具有重要意义。文中总结了中国防沙治沙的成就及存在的主要问题,分析了中国防沙治沙面临的机遇与挑战。在此基础上,提出了5条可供中国未来防沙治沙工作参考的建议:1)科学防治、分类施策;2)依法防治、综合治理;3)保护优先,适度利用;4)多元投入,全民参与;5)国际合作,构建人类命运共同体。

关键词：防沙治沙模式和技术对策建议中国

基于红外相机的黔金丝猴及其同域分布物种种间关联

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生物多样性 2024年第2期32卷 69-80页

作者：黄小龙蒙秉顺李海波冉伟杨伟王丞谢波张旭冉景丞张明明贵州省林业科学研究院贵阳550005 贵州大学林学院/生物多样性与自然保护研究中心贵阳550025 贵州梵净山国家级自然保护区管理局贵州江口554400 湖南张家界大鲵国家级自然保护区事务中心湖南张家界427400 贵州梵净山森林生态系统国家定位观测研究站贵州江口554400 贵州草海湿地生态系统国家定位观测研究站贵州威宁553100

种间关系是群落生态学研究的核心内容之一,是研究物种演化和物种多样性保护的关键。掌握黔金丝猴(Rhinopithecus brelichi)与其所在群落物种的种间生态学关系对黔金丝猴的综合保护具有重要指导意义。本研究基于2017–2022年在梵净山国... 详细信息

种间关系是群落生态学研究的核心内容之一,是研究物种演化和物种多样性保护的关键。掌握黔金丝猴(Rhinopithecus brelichi)与其所在群落物种的种间生态学关系对黔金丝猴的综合保护具有重要指导意义。本研究基于2017–2022年在梵净山国家级自然保护区开展的红外相机监测数据,运用空间关联方法构建黔金丝猴地栖鸟兽关联网络,探讨了黔金丝猴在群落中的生态学作用及其保护问题。结果表明:(1)黔金丝猴与藏酋猴(Macacathibetana)、红腹角雉(Tragopantemminckii)、中华鬣羚(Capricornis milneedwardsii)、食蟹獴(Herpestes urva)、马来豪猪(Hystrix brachyura)、猪獾(Arctonyx collaris)、野猪(Sus scrofa)、勺鸡(Pucrasiamacrolopha)和小麂(Muntiacusreevesi)存在空间关联,其所处群落的物种组成与川金丝猴(Rhinopithecus roxellana)较为相似。(2)梵净山国家级自然保护区没有捕食黔金丝猴的地栖性天敌。(3)黔金丝猴与中华鬣羚、食蟹獴、马来豪猪、野猪、小麂和勺鸡存在竞争生态学关系,这些物种种群的过度增长可能会排挤黔金丝猴的生存空间,抑制黔金丝猴种群的增长。(4)黔金丝猴能够从藏酋猴和红腹角雉的存在中获利,对二者的有效保护在一定程度上有助于黔金丝猴的生存。(5)对黔金丝猴的有效保护有助于猪獾和红腹角雉的生存,也更有利于维持群落的稳定。本研究从空间角度初步探讨了黔金丝猴的种间生态学关系,研究发现,黔金丝猴不仅从群落中获益,也具有维持群落稳定的重要作用。在未来的保护和管理中,加强对黔金丝猴的单物种保护措施的同时,应强化多物种的综合平衡保护措施。

关键词：种间关系空间关联黔金丝猴梵净山国家级自然保护区

穿岩山国家森林公园林火阻隔系统与营造林技术建设初探

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中国林业产业 2024年第5期 120-121页

作者：单钦祥石振威龙骏湖南省森林草原防火监测调度评估中心

构建林火隔离带，设置自然屏障、人工构造屏障和生物屏障，作为遏制火势蔓延、管理大规模森林火灾的根本策略，是森林防火体系的基石。尽管我国在隔离带建设上已取得一定成果，许多地区仍未达到网络化布局的要求，隔离带不连续、宽度不...

构建林火隔离带，设置自然屏障、人工构造屏障和生物屏障，作为遏制火势蔓延、管理大规模森林火灾的根本策略，是森林防火体系的基石。尽管我国在隔离带建设上已取得一定成果，许多地区仍未达到网络化布局的要求，隔离带不连续、宽度不足、分布稀疏等问题，都限制了防火效果。因此，优化和加强林火隔离带的系统性建设，对于提升森林火灾防控能力至关重要。本次对穿岩山国家森林公园的林火阻隔带规划，应用高分辨率卫星遥感影像与ArcGis等软件，综合分析地形和地物，研究景区林火阻隔带建设，并探讨生物阻隔带的营林技术，结合防护与管理，科学防控。

关键词：

基于高分辨率遥感影像和改进U-Net的城市绿地提取

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湖南林业科技 2024年第3期51卷 10-18页

作者：张国珍雷昌龙严恩萍杨明刘丽娜钟雅婷湖南省建筑科学研究院有限责任公司湖南长沙410022 中南林业科技大学林业遥感信息工程研究中心湖南长沙410004 林业遥感大数据与生态安全湖南省重点实验室湖南长沙410004 南方森林资源经营与监测国家林业和草原局重点实验室湖南长沙410004 湖南省林业科学院湖南长沙410004

准确掌握城市绿地的面积和空间分布对于城市园林绿化规划和管理具有重要意义。针对U-Net网络提取城市绿地存在的参数冗余和边界特征丢失等问题,本研究提出一种基于改进U-Net网络的城市绿地信息自动提取方法。该方法采用MobileNetv2作为... 详细信息

准确掌握城市绿地的面积和空间分布对于城市园林绿化规划和管理具有重要意义。针对U-Net网络提取城市绿地存在的参数冗余和边界特征丢失等问题,本研究提出一种基于改进U-Net网络的城市绿地信息自动提取方法。该方法采用MobileNetv2作为编码部分,结合交叉熵损失函数和Dice损失函数以提高模型的泛化性并解决样本不平衡的问题。同时,引入空间通道压缩与激励模块以解决边界特征提取不准确的问题,在提高模型精度和速度的同时,降低参数量。结果表明:(1)改进的U-Net模型在城市绿地提取的精度和速度方面优于其他4种经典模型,参数量仅为6.9M;相较于原始的U-Net模型,改进后U-Net模型的mIoU提高0.63%,参数量减少77.77%,平均帧数提高2.77倍,表明该方法在显著减少模型参数的同时,仍能保持较高的精确性。(2)实际应用方面,研究部署最优模型对长沙市区的绿地进行自动提取,共提取75549个绿地图斑,面积范围从0.0001hm^(2)到706.39hm^(2)不等;分区统计结果显示,岳麓区绿地面积最大,芙蓉区最小,与目视解译结果基本一致。本研究不仅提供了一种改进城市绿地提取精度和速度的方法,而且具有一定的实用价值,为城市绿化规划和管理提供有力的数据支持。

关键词：信息提取高分辨率遥感影像 MobileNetv2 U-Net网络城市绿地