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无人机高光谱遥感和集成深度置信神经网络算法用于密云水库水质参数反演

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光谱学与光谱分析 2024年第7期44卷 2066-2074页

作者：乔智姜群鸥律可心高峰北京林业大学水土保持学院北京100038 北京林业大学水土保持与荒漠化防治教育部重点实验室北京100038

随工业化及社会经济迅速发展,水源地面临的水体污染、恶化不断加剧,开展有效的水质监测是水源保护的重要前提。密云水库是北京重要的地表水源地,在保护首都水源安全方面发挥着重要作用。为更精准的监测密云水库水质参数及污染程度,采用... 详细信息

随工业化及社会经济迅速发展,水源地面临的水体污染、恶化不断加剧,开展有效的水质监测是水源保护的重要前提。密云水库是北京重要的地表水源地,在保护首都水源安全方面发挥着重要作用。为更精准的监测密云水库水质参数及污染程度,采用4期无人机高光谱遥感数据,基于随机子空间的集成深度置信神经网络算法(EDBN),构建密云水库水质参数反演模型,对密云水库总氮(TN)、总磷(TP)两项水质参数进行反演。首先,采用基于递归特征消除法对高光谱影像降维处理,将光谱数据与地面水质监测数据进行叠加,通过最小化训练过程中误差来确定隐藏层数、神经节点数等网络结构参数;然后采用由知识源域向网络迁移方式逐步拓展网络,对密云水库总氮和总磷两个水质参数进行训练并对结果进行验证;最后,反演密云水库潮河大坝和白河大坝区域水质参数,揭示其主要水质参数时空演变规律。研究结果显示:(1)构建总氮、总磷反演模型R^(2)分别为0.8355、0.7703,MSE分别为0.0153、0.0008,这表明基于随机子空间的集成深度置信神经网络算法模型对密云水库水质参数反演效果较好;(2)密云水库总氮浓度变化随季节发生一定波动,在夏季浓度较低,秋季相对较高。总磷浓度变化相对平稳,表明密云水库周边区域对磷污染控制效果良好;(3)白河大坝区域水质优于潮河大坝区域,总氮浓度相对偏高,整体处于Ⅲ类水平。而总磷浓度较低,整体处于Ⅱ类水平,较好时可以达到Ⅰ类水平。整体水质可以满足饮用水源的标准,但仍需加强对氮、磷污染物有效监管。研究结果将为密云水库水质高效监测与水源保护提供重要科学依据。

关键词：无人机高光谱深度神经网络算法水质反演密云水库

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基于变化更新的中东欧国家森林覆盖制图

林业科学 2024年第5期60卷 116-126页

作者：王春玲史锴源庞勇蒙诗栎北京林业大学信息学院北京100083 国家林业和草原局林业智能信息处理工程技术研究中心北京100083 中国林业科学研究院资源信息研究所北京100091 国家林业和草原局林业遥感与信息技术重点实验室北京100091

[目的]分析中东欧国家森林资源覆盖状况,了解中东欧各国林业的现实情形和独特优势,为中国与中东欧国家加强林业合作提供基础数据。[方法]基于Google Earth Engine(GEE)平台获取中东欧国家2020年生长季无云影像,利用随机森林算法对影像... 详细信息

[目的]分析中东欧国家森林资源覆盖状况,了解中东欧各国林业的现实情形和独特优势,为中国与中东欧国家加强林业合作提供基础数据。[方法]基于Google Earth Engine(GEE)平台获取中东欧国家2020年生长季无云影像,利用随机森林算法对影像进行分类,应用连续变化检测和分类算法得到森林变化信息并更新初步分类结果,最终获得中东欧国家土地覆盖分类结果。利用欧盟统计局土地利用/覆盖区域框架调查(LUCAS)数据、目视解译数据以及联合国粮农组织统计数据(FAOSTAT)对本研究分类结果进行验证和评估,结合谷歌高分辨率影像对制图结果进行分析。[结果]本研究分类结果利用LUCAS数据和目视解译数据的森林类型用户精度分别为0.930和0.911,生产者精度分别为0.860和0.956,总体精度分别为0.810和0.881,整体上优于GlobeLand30 2020产品(森林类型用户精度分别为0.920和0.900,生产者精度分别为0.690和0.840,总体精度分别为0.700和0.832)。根据研究结果计算出中东欧国家总体森林覆盖率为39.6%,相比GlobeLand30 2020结果(34.4%),与FAOSTAT的森林覆盖率(40.0%)更接近。目视上看,本制图结果在细节刻画上比GlobeLand30 2020产品更丰富,更能准确反映森林分布特征。截至2020年,中东欧国家森林覆盖呈北部、东南地区和西南地区丰富密集,中部分布广泛且相对较少的特点,爱沙尼亚、拉脱维亚、斯洛文尼亚、黑山等国家森林分布茂密,波兰、匈牙利等国家森林分布较为稀少。[结论]针对中东欧国家森林覆盖应用需求,本研究提出基于产品变化更新的森林覆盖制图方法,生产了中东欧国家2020年森林覆盖产品。本研究方法可为大区域森林覆盖制图提供新的借鉴和参考,结果有助于宏观了解中东欧国家森林覆盖状况。

关键词：中东欧国家 Google Earth Engine 森林资源遥感监测

基于等效静态载荷法的多相材料结构动态拓扑优化设计

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振动与冲击 2024年第3期43卷 77-85页

作者：占金青王啸蒲圣鑫刘敏华东交通大学载运工具与装备教育部重点实验室南昌330013 中国科学院合肥物质科学研究院合肥230031

为了满足多相材料结构动态性能要求,提出一种基于等效静态载荷法的多相材料结构动态拓扑优化设计方法。采用序列固体各向同性料插值模型惩罚刚度矩阵和质量矩阵,以多个动载荷作用的多相材料结构总动态柔顺度最小化为优化目标,以结构质... 详细信息

为了满足多相材料结构动态性能要求,提出一种基于等效静态载荷法的多相材料结构动态拓扑优化设计方法。采用序列固体各向同性料插值模型惩罚刚度矩阵和质量矩阵,以多个动载荷作用的多相材料结构总动态柔顺度最小化为优化目标,以结构质量和成本为约束条件,构建多相材料结构动态拓扑优化模型,利用等效静态载荷法将多相材料结构动态拓扑优化问题转化为多工况下的多相材料结构静态拓扑优化问题,以降低灵敏度分析的复杂程度;采用移动渐近线算法求解多相材料结构动态拓扑优化问题。数值算例结果表明所提方法是有效性的,与传统的拓扑优化方法相比,基于等效静态载荷法的多相材料结构动态拓扑优化求解时间节省了75%,大大提高了计算效率;与单相材料拓扑优化结果相比,多相材料结构动态拓扑优化设计获得的结构具有更好的动态性能。

关键词：多相材料结构动态拓扑优化等效静态载荷法序列固体各向同性料插值模型

氮添加对不同氮需求豆科植物幼苗根系形态性状和根叶养分含量的影响

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生态学杂志 2024年第5期43卷 1255-1262页

作者：董佳乐许涵解亚鑫陈洁李艳朋雷婕中国林业科学研究院热带林业研究所广州510520 南京林业大学南京210037

为揭示氮添加对不同氮需求豆科植物幼苗的影响,以海南热带雨林3种不同氮生境偏好的豆科植物——低氮需求的长脐红豆(Ormosia balansae)、中氮需求的荔枝叶红豆(Ormosia semicastrata ***)和高氮需求的猴耳环(Archidendron clypearia)幼... 详细信息

为揭示氮添加对不同氮需求豆科植物幼苗的影响,以海南热带雨林3种不同氮生境偏好的豆科植物——低氮需求的长脐红豆(Ormosia balansae)、中氮需求的荔枝叶红豆(Ormosia semicastrata ***)和高氮需求的猴耳环(Archidendron clypearia)幼苗为研究对象,设置5种氮添加水平(0、75、150、300和600 mg·kg^(-1))盆栽试验,观测它们根系形态性状与根叶器官养分含量的响应特征。结果表明:(1)氮添加水平的升高显著降低了低氮需求(长脐红豆)和中氮需求(荔枝叶红豆)豆科物种的总根长、总根表面积和根系干重,而对高氮需求(猴耳环)豆科物种的根系形态性状无影响。(2)相关性分析表明,在不同氮添加水平下,低氮需求的长脐红豆和中氮需求的荔枝叶红豆总根长、总根表面积、根系干重与根际土壤硝态氮、铵态氮浓度呈显著负相关。(3)氮添加仅对低氮和中氮需求豆科物种的根叶养分含量具有促进作用,而对高氮需求物种的根叶养分含量无显著影响。具体而言,氮添加显著增加了低氮需求的豆科物种(长脐红豆)叶片和根系的全氮含量,而对中氮需求的豆科物种(荔枝叶红豆)叶片和根系的氮、磷含量均有促进作用。综上所述,氮添加对豆科植物的影响因氮需求的不同以及氮添加水平而存在差异,一方面显著抑制低氮需求和中氮需求的豆科植物的根系形态性状的生长,促进了两者根叶氮、磷含量的增加,另一方面对高氮需求的豆科植物根系形态性状无影响,且仅促进了根系氮含量。未来关于氮沉降对豆科植物的化学计量特征以及群落动态变化的研究,有必要充分考虑豆科植物的自身不同特性。

关键词：热带雨林豆科植物土壤无机氮根系形态性状养分状态

不同林龄桉树根际及非根际土壤微生物群落结构及功能

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生态学报 2024年第18期44卷 8409-8422页

作者：朱媛王亚鑫覃方锉孟森王胜坤陆俊锟中国林业科学研究院热带林业研究所广州510520 南京林业大学南京210037

桉树(Eucalyptus spp.)是最重要的速生人工林树种之一,但其导致的不良生态效应使其备受争议。桉树对土壤微生物群落的影响尚缺乏研究。以2、7、12、17和22年的桉树人工林为研究对象,利用宏基因组测序技术探究根际和非根际微生物群落结... 详细信息

桉树(Eucalyptus spp.)是最重要的速生人工林树种之一,但其导致的不良生态效应使其备受争议。桉树对土壤微生物群落的影响尚缺乏研究。以2、7、12、17和22年的桉树人工林为研究对象,利用宏基因组测序技术探究根际和非根际微生物群落结构、多样性及功能对桉树林龄的响应。结果表明:土壤理化性质及多样性随林龄呈现先降低后升高的趋势。根际土真菌群落多样性在12年最低,非根际土细菌、根际及非根际土古菌群落均在7年最低。不同林龄间桉树根际及非根际土的微生物群落组成均存在显著差异,但并未改变真菌群落优势菌属(根孢囊霉属,Rhizophagus)。然而,根际土的细菌与古菌群落优势菌属与非根际土存在显著差异,根际土的优势细菌菌属分别为慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium)及拟杆菌属(Bacteroides),优势古菌菌属为Candidatus-Nitrosotalea属及甲烷粒菌属(Methanocorpusculum)。真菌对硝态氮,细菌、古菌群落α多样性及群落组成对pH有较大响应。此外,古菌α多样性及群落组成对有效磷有较大响应。真菌、细菌、古菌的功能在根际及非根际间存在显著差异,且细菌群落的变异最大。研究揭示了不同林龄桉树土壤微生物群落的动态变化规律,为桉树人工林提质增效、多功能经营提供理论依据。

关键词：桉树林龄土壤微生物群落多样性宏基因组测序

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鸟鸣多样性感知与声景感知恢复性:鸟鸣音频和科普的干预

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生物多样性 2024年第1期32卷 60-70页

作者：刘昱齐刘晶岚樊晓丽胡宜深郭鸿筱薛凡北京林业大学生态与自然保护学院北京100083 浙江华东林业工程咨询设计有限公司杭州310020

自然声景具有感知恢复性,让人从疲劳中恢复,鸟鸣是声景中的重要组成,研究鸟鸣对声景感知恢复性的影响,可以为公众从自然中获得更高水平的感知恢复性效益提供参考依据。2021年7–8月,我们在北京西山国家森林公园使用播放鸟鸣的扬声器增... 详细信息

自然声景具有感知恢复性,让人从疲劳中恢复,鸟鸣是声景中的重要组成,研究鸟鸣对声景感知恢复性的影响,可以为公众从自然中获得更高水平的感知恢复性效益提供参考依据。2021年7–8月,我们在北京西山国家森林公园使用播放鸟鸣的扬声器增加环境中的鸟鸣多样性,设置标识牌以提供当地常见鸟类及鸟鸣的科普信息,并对744名游客进行问卷调查,了解游客获得的声景感知恢复性和对鸟鸣多样性的感知水平。研究发现处在鸟鸣多样性更丰富环境的游客获得了更高水平的声景感知恢复性效益,获得鸟鸣科普信息的游客感知到了更高水平的鸟鸣多样性,游客感知的鸟鸣多样性与实际鸟鸣多样性不相关。结果表明声景恢复性与环境中鸟鸣多样性呈正相关,更丰富的鸟鸣多样性能够改善游客在自然环境中的游览体验并受益,标识牌能够促进游客关注环境,提高感知到的鸟鸣数量。

关键词：声景鸟鸣多样性感知恢复性效益生物多样性科普

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杨树新品种‘沙新杨1号’

园艺学报 2024年第S2期 219-220页

作者：段瑞兵胡建军刘明虎苏智赵英铭张格王志刚中国林业科学研究院沙漠林业实验中心中国林业科学研究院林业研究所

‘沙新杨1号’通过人工控制授粉杂交选育而成,平均扦插成活率89%。干形微弯,茎无棱,呈浅绿色。2年生扦插苗株高3.5 m。具有速生、耐寒冷、抗天牛等适生性强的特点。适宜在内蒙古河套平原、宁夏银川平原、甘肃河西走廊及新疆等地的灌溉... 详细信息

‘沙新杨1号’通过人工控制授粉杂交选育而成,平均扦插成活率89%。干形微弯,茎无棱,呈浅绿色。2年生扦插苗株高3.5 m。具有速生、耐寒冷、抗天牛等适生性强的特点。适宜在内蒙古河套平原、宁夏银川平原、甘肃河西走廊及新疆等地的灌溉绿洲区域栽植。

关键词：杨树品种选育

基于印度主流媒体的中印边界争端批判地缘政治解读

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地理学报 2024年第4期79卷 991-1006页

作者：余珍鑫胡志丁张喆华东师范大学地理科学学院上海200241 华东师范大学世界地理与地缘战略研究中心上海200062 华东师范大学全球创新与发展研究院上海200062

边界问题是困扰中印关系发展的重要议题之一。学界往往从殖民、历史、安全、第三方介入等因素解释中印边界争端的原因,忽视边界可作为资源被国内外多方行为体复杂权力斗争所利用,进而制造边界争端的事实。本文援引批判地缘政治的理念与... 详细信息

边界问题是困扰中印关系发展的重要议题之一。学界往往从殖民、历史、安全、第三方介入等因素解释中印边界争端的原因,忽视边界可作为资源被国内外多方行为体复杂权力斗争所利用,进而制造边界争端的事实。本文援引批判地缘政治的理念与分析方法,从多方行为体协同作用的角度对其进行话语分析并划分地缘政治想象类型,进而提出理解边界争端的新分析框架,以解读2020年5月—2021年2月的中印边界争端。研究表明:①边界争端可以看作不同行为体利用的工具或资源,即多方行为体协同对边界争端进行话语与地缘政治想象的建构,以达成其目的或利益。②基于2020年4月—2021年3月印度主流媒体报道,印度国内的印人党、国大党、军队、外交部、企业社会精英等将中印边界争端作为谋取政治、军事、外交和经济利益的工具,通过话语建构偏执风格式、亲密隐喻式或道德抵制式的地缘政治想象,制造或加剧边界争端形势。③边界争端可被认为是印方行为体制造利用而持续发生的过程,即当其目的还未达成时,班公湖对峙等争端事件再次发生或持续,而当其目的基本达成后才趋于缓和或平息。对此,中国须理性认识近年来中印边界争端呈现的阶段性和持续性特征,并适时发挥积极性探究的方式建设两国间经贸互补的合作性结构,以有效缓和或化解边界问题。

关键词：批判地缘政治中印边界争端话语地缘政治想象印度

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不同产区杉木生物量与碳储量模型

林业科学 2024年第2期60卷 1-11页

作者：吕梓晴段爱国林木资源高效生产全国重点实验室、国家林业和草原局林木培育重点实验室、中国林业科学研究院林业研究所北京100091 南京林业大学南方现代林业协同创新中心南京210037

【目的】建立适用于不同产区的杉木人工林生物量和碳储量模型,以便准确估算杉木人工林生物量和碳储量。【方法】基于四川、广西、江西和福建共109株杉木的树干、树皮、枝、叶和根实测生物量数据以及四川、广西和福建共40株杉木的树干、... 详细信息

【目的】建立适用于不同产区的杉木人工林生物量和碳储量模型,以便准确估算杉木人工林生物量和碳储量。【方法】基于四川、广西、江西和福建共109株杉木的树干、树皮、枝、叶和根实测生物量数据以及四川、广西和福建共40株杉木的树干、枝、叶和根的含碳量实测数据,建立不同产区、不同林龄和综合产区成熟林的可加性生物量、碳储量模型。采用似乎不相关回归(SUR)对可加性模型系统中的参数进行联合估计,并用调整后确定系数R^(2)_(a)和总相对误差TRE检验模型拟合精度。【结果】1)4个产区和不同林龄杉木生物量模型的R^(2)_(a)为0.6350~0.9958,TRE为−17.88%~21.39%,树干、树皮和全株生物量模型的R^(2)_(a)均在0.91以上,适用于建模地的杉木人工林生物量预测。广西分侧根拟合的生物量模型除一级侧根外,R^(2)_(a)均在0.80以上,TRE为−5.42%~7.21%,可用于预测广西杉木人工林侧根生物量。枝、叶、根的生物量模型拟合精度较干、树皮低。2)四川、广西和福建3个产区碳储量模型R^(2)_(a)为0.8050~0.9940,TRE为−19.34%~19.84%,树干、根和全株模型R^(2)_(a)在0.93以上,适用于各地区杉木人工林碳储量预测。枝、叶的碳储量模型拟合精度较干和根低。3)不同产区的生物量、碳储量模型通用性存在地域差异,位于中亚热带西区的四川生物量模型通用性最差,位于南亚热带的广西带皮干和全株生物量模型通用性较好,位于中亚热带东区的福建和江西生物量模型可进行相互预测;南亚热带广西的碳储量模型通用性最好,而四川和福建的碳储量模型仅适用于本地碳储量预测。4)综合生物量模型R^(2)_(a)为0.7335~0.9669,根据交互检验结果,综合模型可准确估算不同产区成熟林和福建幼龄林、中龄林的带皮干和全株生物量,TRE为−10.47%~19.88%;还可对江西和福建成熟林及福建中龄林除枝以外的各器官和全株生物量进行准确预测;综合碳储量模型R^(2)_(a)为0.8029~0.9826,除对广西杉木人工林枝碳储量的预测误差相对较大以外,其他检验样本TRE为−9.57%~15.70%,说明模型的通用性好,可准确预测不同产区的杉木人工林各器官和全株碳储量。【结论】本研究所建立的模型均适用于建模地生物量和碳储量的预测;模型的通用性受产区差异的影响;综合模型可用于不同地区生物量和碳储量的预测。

关键词：杉木人工林生物量碳储量不同产区可加性模型