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“五基”协同生物多样性监测技术体系构建研究

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环境科学研究 2025年第1期38卷 18-28页

作者：高吉喜万华伟卢龙辉王永财施佩荣张志如肖翠生态环境部卫星环境应用中心北京100094 首都师范大学资源环境与旅游学院北京100048

生物多样性保护是当今国际社会最为关注的热点之一,而生物多样性监测作为其重要基础,是确保有效保护措施得以实施的前提。传统的生物多样性监测主要基于实地调查,这不仅费时费力成本高,常常难以覆盖广泛的区域和满足长期监测的需求。在... 详细信息

生物多样性保护是当今国际社会最为关注的热点之一,而生物多样性监测作为其重要基础,是确保有效保护措施得以实施的前提。传统的生物多样性监测主要基于实地调查,这不仅费时费力成本高,常常难以覆盖广泛的区域和满足长期监测的需求。在此背景下,遥感技术因其具备省时省力、长时序、高精度、多尺度动态监测等优势,为生物多样性监测提供了有利的工具,但目前缺乏联合多平台观测的生物多样性指标体系。为此,本研究提出了一种“五基”协同生物多样性监测的概念,具体包括天基卫星、空基遥感、航空无人机、移动巡护监测车和地面观测。此外,在深入分析“五基”协同生物多样性监测体系必要性的基础上,提出“五基”协同生物多样性监测技术体系,包括“五基”协同生物多样性监测指标体系,以及“五基”协同生物多样性监测技术体系亟需解决的网络布局、数据融合和预警平台建设等关键技术。“五基”协同生物多样性监测技术体系的构建不仅能使各监测平台和各类技术优势互补,还能促进构建形成全方位、立体化的生物多样性监测网络,以期有效提升我国生物多样性监测水平,为全球生物多样性保护做出积极贡献。

关键词： “五基”协同生物多样性遥感监测技术体系

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北方草地植物物种智能识别模型构建及应用

植物学报 2025年第1期 74-80页

作者：宣晶付其迪谢淦薛凯雒海瑞魏泽赵明月智亮万华伟高吉喜李敏中国科学院植物研究所大数据与AI生物多样性保护研究中心国家植物园生态环境部卫星环境应用中心

近年来,大量植物图像智能识别相关应用软件被开发出来,然而这些智能识别软件大多针对全国范围内的常见物种,无法满足特定区域和特定植被类型的物种识别需求。该研究借助中国植物图像库中的图像数据集,开发了一个人工智能模型,用于识别... 详细信息

近年来,大量植物图像智能识别相关应用软件被开发出来,然而这些智能识别软件大多针对全国范围内的常见物种,无法满足特定区域和特定植被类型的物种识别需求。该研究借助中国植物图像库中的图像数据集,开发了一个人工智能模型,用于识别内蒙古呼伦贝尔湿润草原和锡林浩特典型草原的优势和建群植物,在实际野外测试中种级TOP5识别准确率达94.6%,为实现特定区域植物物种智能识别提供了一种新方法。

关键词：草地植物人工智能图像识别呼伦贝尔锡林浩特

基于国产GF-6 WFV多光谱图像的黑土区玉米秸秆覆盖度估算方法研究

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光谱学与光谱分析 2025年第3期45卷 726-734页

作者：孙中平郑晓雄徐丹孙建欣刘素红曹飞白爽生态环境部卫星环境应用中心北京100094 北京师范大学地理科学学部北京100875

黑土地是地球上极为珍贵的土壤资源,但长期高强度的利用加之土壤侵蚀,黑土层逐渐变薄、变瘦、变硬。作物秸秆覆盖是对黑土地实施保护的一种保护性措施,因此,秸秆覆盖度监测是保护性耕作措施实施程度的关键指标之一。国产高分六号(GF-6)... 详细信息

黑土地是地球上极为珍贵的土壤资源,但长期高强度的利用加之土壤侵蚀,黑土层逐渐变薄、变瘦、变硬。作物秸秆覆盖是对黑土地实施保护的一种保护性措施,因此,秸秆覆盖度监测是保护性耕作措施实施程度的关键指标之一。国产高分六号(GF-6)卫星是中国首颗精准农业观测的高分卫星,相较于前几颗高分卫星,GF-6 WFV多光谱图像新增紫外波段、黄波段和两个对植被变化响应敏感的红边波段,新增光谱波段是否在黑土区作物秸秆覆盖度估算中具有应用潜力是本研究的探索目标。以保护性耕作“梨树模式”创建地的梨树县为研究区,选取2020年11月5日的GF-6 WFV多光谱图像,探索基于GF-6 WFV多光谱图像的秸秆光谱指数构建方法、基于像元二分法的秸秆覆盖度估算方法。研究结果表明:(1)由绿、红、近红外、紫外和黄波段组合的5种秸秆光谱指数与实测秸秆覆盖度的相关性较大,R^(2)大于0.5,能够解释超过50%的玉米秸秆覆盖度信息;(2)GF-6 WFV秸秆覆盖度估算结果与Sentinel-2 MSI、Landsat8 OLI估算结果之间存在较好的线性关系,决定系数R 2分别为0.833、0.732,进一步说明了国产GF-6 WFV多光谱图像用于秸秆覆盖度估算的可靠性和有效性;(3)利用像元二分法模型和考虑土壤背景差异可提高玉米秸秆覆盖度估算精度,与线性回归模型相比,像元二分法模型的估算精度R 2由0.740提高到0.769;考虑土壤质地分区后,像元二分法模型估算精度得到整体提升,R^(2)达到0.822。研究结果可为大区域范围内的作物秸秆覆盖度精确估算提供参考。

关键词：国产卫星 GF-6 WFV多光谱图像秸秆光谱指数玉米秸秆覆盖度黑土区像元二分法

基于广义相加模型的广东省典型城市臭氧浓度气象影响因素分析

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环境科学 2025年第2期46卷 746-754页

作者：李婷苑汤静沈劲陈靖扬龚宇广东省生态气象中心(珠三角环境气象预报预警中心) 广州510640 广东省南岭森林大气环境与碳中和野外科学观测研究站广州511443 广州市气候与农业气象中心广州511430 广东省生态环境监测中心国家环境保护区域空气质量监测重点实验室广东省环境保护大气二次污染研究重点实验室广州510308

基于2015~2020年广东省地面观测资料和再分析资料,分析广东省和4个典型城市臭氧(O_(3))浓度变化特征,并利用广义相加模型(GAM)探讨了不同季节气象要素对不同城市臭氧日最大8h滑动平均(O_(3)_8h)浓度的影响.结果表明:(1)2015~2019年广东... 详细信息

基于2015~2020年广东省地面观测资料和再分析资料,分析广东省和4个典型城市臭氧(O_(3))浓度变化特征,并利用广义相加模型(GAM)探讨了不同季节气象要素对不同城市臭氧日最大8h滑动平均(O_(3)_8h)浓度的影响.结果表明:(1)2015~2019年广东省O_(3)_8h浓度明显上升,2020年略有下降.广东省秋季O_(3)_8h浓度和污染总天数明显高于其他季节,4个典型城市呈现不同的季节变化特征:广州夏秋季最高,河源春夏季最高,揭阳春秋季最高,茂名秋季最高.(2)回归模型对O_(3)_8h浓度变化具有良好的拟合能力,季节模型整体上优于全年模型.不同城市不同季节最优模型拟合结果存在较大差异,最优模型调整判定系数R^(2)介于0.52~0.83之间,方差解释率(IRV)介于55.5%~86.9%之间.(3)不同城市不同季节对O_(3)_8h浓度变化具有显著影响的气象因子存在明显差异,所有气象因子均进入重要性排名前3.相对湿度是影响各城市O_(3)_8h浓度变化最重要的气象因子,其次为经向风速.当相对湿度>45%时,O_(3)_8h浓度随相对湿度增大而降低;当风速>2 m·s^(-1)时O_(3)浓度较高,说明存在污染输送现象,提示区域联防联控的重要性.

关键词：广东省典型城市臭氧(O_(3)) 气象影响广义相加模型(GAM)

基于期望增长的四川省生态保护修复成效评估方法

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生态学报 2025年第2期45卷 586-595页

作者：杨渺侯鹏翟俊蔡明勇林乃峰吴瑕四川省生态环境科学研究院成都610041 生态环境部卫星环境应用中心北京100094 生态环境部南京环境科学研究所南京210042

生态保护修复成效评估是新时期生态文明建设绩效考核的需要,也是国际生态学领域面临的挑战和前沿课题。为科学评估生态保护修复成效,克服现有功能指标及指标阈值设置缺陷,在分析了2010—2020年四川省植被覆盖度(FVC)、叶面积指数(LAI)... 详细信息

生态保护修复成效评估是新时期生态文明建设绩效考核的需要,也是国际生态学领域面临的挑战和前沿课题。为科学评估生态保护修复成效,克服现有功能指标及指标阈值设置缺陷,在分析了2010—2020年四川省植被覆盖度(FVC)、叶面积指数(LAI)变化趋势、空间聚集特征基础上,从空间、时间两个维度确立了植被功能性状5个特征区,制定了期望得分标准值表,开展了基于期望增长的保护成效评估。结果表明:(1)2010—2020年四川省FVC、LAI总体呈增长趋势,增长模式空间分异契合四川省川西高原气候区和东部中亚热带气候区大体二分气候框架,也与四川省地带性植被分布相对应。FVC、LAI增长极低值区(P部中亚热带气候区内,盆缘山地常绿阔叶林和川西南山地常绿阔叶林的FVC、LAI处于增长高值区。两者在四川盆地农业植被区、西南山地等区域的不同增长表现,体现了气候、地带性植被,以及人类活动等因素综合作用的结果,以及FVC、LAI对上述综合作用的差异化响应。(2)2021—2022年四川省LAI期望得分(LAI-Kq)基本维持稳定,FVC期望得分(FVC-Kq)总体稳定(P>0.05),有各别市下降明显(P保护成效等级为基本稳定。(3)对于不同保护强度的区域来说,2021—2022年,生态保护红线内FVC-Kq低于生态保护红线外,生态保护红线内属于保护地的区域FVC-Kq小于保护地外区域。生态保护红线内外,以及生态保护红线内不同保护强度区域对于LAI-Kq影响较小。(4)FVC单指标难以对特定条件下生态环境质量改善作出准确判断,LAI指标加入有助于提高评估结论的可靠性。基于逻辑斯蒂种群增长模型,提出了FVC、LAI生态质量变化多指数表达框架,未来应在制定更为细致的特征指数选取方案和植被功能性状特征区划的基础上,分区厘定种群增长特征、功能指数响应特征,提高生态质量变化多指数表达能力。

关键词：保护成效评估生态保护红线植被功能特征区划期望得分

高光谱遥感在植物物种多样性监测中的应用与展望

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环境科学研究 2025年第1期38卷 166-180页

作者：万凤鸣万华伟高吉喜王永财张志如中国环境科学研究院北京100012 生态环境部卫星环境应用中心北京100094 首都师范大学资源环境与旅游学院北京100048

植物多样性对维持生态系统过程、服务和功能具有重要作用,近年来高光谱遥感技术的蓬勃发展为植物多样性调查评估提供了新的信息源。物种多样性是通过遥感技术监测植物多样性的重要方面,高光谱遥感能够获取丰富的光谱和空间信息,有助于... 详细信息

植物多样性对维持生态系统过程、服务和功能具有重要作用,近年来高光谱遥感技术的蓬勃发展为植物多样性调查评估提供了新的信息源。物种多样性是通过遥感技术监测植物多样性的重要方面,高光谱遥感能够获取丰富的光谱和空间信息,有助于物种的识别和分类,能够提高植物物种多样性估算的精度。基于文献资料调研,本文总结了高光谱遥感在植物物种多样性监测中的应用进展,阐述了高光谱遥感技术监测植物物种多样性的基本原理,梳理了主要的高光谱数据来源、常用的光谱变换技术和物种分类方法,并提出展望。结果表明:①高光谱遥感在植物物种多样性监测中的应用包括物种光谱特征提取、物种识别与分类以及物种多样性估算3类。②光谱变异假说是高光谱遥感用于植物物种多样性测度的重要理论基础,通常利用经验或半经验方法,建立物种多样性与光谱多样性指标间的统计模型,实现物种多样性估算。③高光谱数据来源包括星载、航空和地基平台,常用的光谱变换技术有SG平滑(Savitzky-Golay Smoothing)、包络线去除、导数变换、构建植被指数等,支持向量机、随机森林等是广泛应用的物种分类方法。未来建议加强高光谱遥感尤其是国产数据在植物物种多样性监测中的推广和应用,构建多尺度的植物光谱库,配套发展融合不同平台高光谱数据的智能计算和信息提取算法,以提高植物物种多样性遥感监测的精度和效率。

关键词：高光谱遥感遥感应用植物物种识别物种多样性

基于“面积-服务-格局”的优先保护空间划分:以张家口-承德地区为例

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环境科学研究 2025年第1期38卷 201-208页

作者：高吉喜刘军会刘劲松陈艳梅马苏王丽霞生态环境部卫星环境应用中心北京100094 中国环境科学研究院北京100012 河北师范大学河北石家庄050024

生态空间的分区比例设定是影响地方政府能否以最小的财政投入来最大化保护重要生态空间的直接因素,恰如其分地划定优先保护空间颇具挑战性。本研究以生态系统面积-服务效益最大化为目标,遵循“空间效率优先、兼顾空间连续性”的分区原则... 详细信息

生态空间的分区比例设定是影响地方政府能否以最小的财政投入来最大化保护重要生态空间的直接因素,恰如其分地划定优先保护空间颇具挑战性。本研究以生态系统面积-服务效益最大化为目标,遵循“空间效率优先、兼顾空间连续性”的分区原则,创建单位面积水源涵养服务贡献率(per-unit-area contribution rate of water conservation services,PCRWCS)用以判定分区阈值,提出基于“面积-服务-格局”的优先保护空间划定方法,并以张家口-承德地区(简称“张承地区”)为例开展了实例应用分析。结果表明:①PCRWCS用以识别优先保护空间的划分阈值,可以定量识别出水源涵养量相对较大的栅格,避免了传统统计分区方法中分级数量、断点识别凭主观判断的弊端以及对生态过程及相互作用机制考虑不足的问题。②PCRWCS≥1的栅格经临近斑块聚合、破碎细小斑块剔除以及边界优化后,在空间上呈集中连片分布状态,范围覆盖了京津城市群主要水源地(密云水库、潘家口水库)的上游汇水区域,其中森林生态系统面积占比最高。③划定的张承地区优先保护空间,以49.0%的面积提供了66.3%的水源涵养量,实现了“以小面积提供大服务”的效果,生态系统完整性得到增强。研究显示,利用“面积-服务-格局”方法划定的优先保护空间,既保护了水源涵养服务较高、空间连续性较强的森林、草地、湿地生态系统,又预留了城镇空间,在实践中解决了优先保护空间“划多大”的问题,为权衡国土开发与生态保护的空间竞争关系提供了新途径。

关键词：面积-服务-格局单位面积水源涵养服务贡献率(PCRWCS) 生态阈值优先保护空间张家口-承德地区

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基于昆-蒙框架的PSR生物多样性评估方法构建

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生态学报 2025年第4期45卷 1854-1864页

作者：祝晨佳高吉喜万华伟郭雨桐朱萨宁杨雪尤春赫中国环境科学研究院北京100012 生态环境部卫星环境应用中心北京100094 北京林业大学草业与草原学院北京100083

开展《昆明-蒙特利尔全球生物多样性框架》(以下简称“《昆-蒙框架》”)评估对于解决全球生物多样性丧失问题、合理调整生物多样性保护管理政策以及进一步提升全球生物多样性保护管理水平都具有重要意义,但还未有统一的《昆-蒙框架》生... 详细信息

开展《昆明-蒙特利尔全球生物多样性框架》(以下简称“《昆-蒙框架》”)评估对于解决全球生物多样性丧失问题、合理调整生物多样性保护管理政策以及进一步提升全球生物多样性保护管理水平都具有重要意义,但还未有统一的《昆-蒙框架》生物多样性评估指标体系用于常规和周期性的生物多样性状态监测及其变化评估。研究围绕2022年《生物多样性公约》第十五次缔约方大会(COP-15)提出的《昆-蒙框架》,借鉴国内外已有的生物多样性评估指标体系,充分考虑生物多样性变化、现状和保护要素的关系,采用压力-状态-响应(Pressure-State-Response,PSR)概念框架,构建了《昆-蒙框架》生物多样性评估指标体系,包括3个一级指标、13个主题指标和16个评估指标。基于综合评分法构建了评估指标体系的定量计算公式。同时分析了拟定评估指标体系与《昆-蒙框架》行动目标的相关性和指标数据的可获得性,结果表明,拟定评估指标体系能够很好地对《昆-蒙框架》生物多样性进行监测评估,也发现现有数据难以对行动目标20、21、22和23进行量化评估。讨论了当下《昆-蒙框架》生物多样性评估指标体系研究中存在的不足和展望,以期促进《昆-蒙框架》愿景早日实现。

关键词：生物多样性《昆明-蒙特利尔全球生物多样性框架》评估压力-状态-响应(PSR)

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全球主要国家农田温室气体排放现状、减排措施及未来展望

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农业环境科学学报 2025年

作者：欧阳威石常卿逯颖郝新王磊王谦北京师范大学环境学院环境模拟与污染控制国家重点联合实验室北京师范大学环境与生态前沿交叉研究院广东省污水信息解析与预警重点实验室生态环境部卫星环境应用中心生态环境部土壤与农业农村生态环境监管技术中心

近30年来，全球农业温室气体排放持续增加，中国等主要农业国的减排至关重要。本研究基于统计与文献资料，分析了全球主要农业国家农田温室气体排放现状、影响因素及减排措施。结果表明，我国农田甲烷 (CH4) 排放约2 065.68万t，其中水... 详细信息

近30年来，全球农业温室气体排放持续增加，中国等主要农业国的减排至关重要。本研究基于统计与文献资料，分析了全球主要农业国家农田温室气体排放现状、影响因素及减排措施。结果表明，我国农田甲烷 (CH4) 排放约2 065.68万t，其中水稻种植占41.9%；氧化亚氮 (N2O) 排放120.62万t，施肥贡献为43.6%。受温度、水量、土壤结构及作物品种影响，CH4主要集中于长江中下游地区，约占全国的38.4%；N2O则在中部地区相对较高，约占全国的32.57%。全球范围内，印度农业的CH4排放量最高（2 588.63万t），中国和巴西的二氧化碳 (CO2) 排放较为显著。通过实施减氮管理、使用硝化抑制剂、施用生物炭、节水灌溉和轮作等措施，可不同程度降低温室气体排放。基于上述分析，本文提出作物品种优化、生产要素全过程评价等精准管理策略，并建议加强农田环境因素研究，探索微生物机制和新技术在农田碳减排中的应用，为实现农田碳减排提供理论参考。

关键词：农田生态系统碳氮循环面源污染农田管理微生物技术