智慧林草通过云计算、物联网、移动互联网、大数据、人工智能等新一代信息技术,实现林草资源和生态环境的全面感知、精准识别、动态监测、智能分析与辅助决策。智慧林草高质量发展需要以优质的监测数据作为支撑。近年来,天空地一体化监测技术不断发展,监测能力持续提升,为智慧林草发展提供了重要支撑。从天基监测、空基监测和地基监测三类监测范式的融合出发,分析天空地一体化检测技术在林草资源监测、林草火灾监测和林草病虫害监测等领域的应用,总结国内外林草领域天空地一体化监测技术的最新研究进展,并提出未来的研究方向,以期为智慧林草监测技术研究提供参考。
为满足在吉林省开展古树群调查方法试点的需要,利用第二次全国古树名木普查及全国生物量调查建模等项目所获取的4 235株样木的树龄-胸径成对数据,基于Richards、Logistic、Gompertz等常用生长函数,构建10个主要树种(组)(云杉、冷杉、红松、落叶松、蒙古栎、桦树、榆树、椴树、杨树和水胡黄)的单木胸径平均生长模型,并确定各树种组判定古树的胸径阈值。结果表明:1)基于常用生长函数拟合的胸径生长模型中,Richards函数的效果为最佳;2)10个主要树种组的胸径生长模型的决定系数(R2)均在0.7以上,总体相对误差(ETR)都在±3%以内。构建的模型可为吉林省第三次古树名木普查中确定古树胸径阈值、估测树龄作参考;其建模方法及胸径阈值确定方法也可为其他省份的相关工作提供借鉴。
目前,我国自然保护地体系正在经历空间整合优化、管控规则完善、法律法规健全等一系列变化,为野生动物的保护与管理带来新的契机。全面调研我国自然保护地麋鹿种群分布现状,识别出栖息地布局失衡、保护“孤岛”效应、关键区域种群过载、自然调控机制缺失及人鹿冲突加剧等问题。从自然保护区功能分区和管控规则变化、麋鹿为主要保护对象的自然保护区和湿地公园空间布局变化、法律法规健全等角度探讨对麋鹿种群保护可能产生的多重效应。在自然保护地体系整合优化的背景下,应结合麋鹿保护实际情况,构建多层次、网络化的保护空间格局,实施基于生态承载力的精细化种群管理,创新社区协同共管的发展模式,并健全以最新法律法规为基石的政策保障体系,从而推动麋鹿保护工作向体系化、科学化的高质量发展阶段迈进。
为探究协同主被动遥感估算森林地上生物量(AGB)的潜力,以广州市中心区域的森林AGB为研究对象,基于哨兵1号(Sentinel-1)SAR数据和哨兵2号(Sentinel-2)多光谱影像,提取31个多源遥感特征(包括6种SAR特征和25种光学特征),结合实测AGB,采用6种机器学习(ML)回归模型(随机森林、支持向量机、极端梯度增强、K近邻回归、类别提升、线性回归)建立森林AGB反演模型。结果表明:1)可见耐大气指数绿色(VIGreen)植被特征在森林AGB反演中表现突出,其在随机森林(RF)特征重要性排序中位列第5。不同极化组合方式也对森林AGB反演贡献显著;2)在不同数据集组合中,RF模型在6种回归模型中的精度最高;3)仅使用光学数据的回归精度高于仅使用SAR数据的精度;4)融合SAR与光学数据所获得的森林AGB反演精度远高于仅使用SAR或光学数据;与仅使用SAR相比,决定系数(R2)提升0.48,均方根误差(RMSE)减少3.73;与仅使用光学数据相比,R2提升0.14,RMSE减少2.08。ML算法结合光学与SAR数据可有效提升森林AGB反演的精度。
突破现行森林抚育技术规程,通过不同强度的抚育采伐+补植经营措施试验,探究抚育经营措施对杉木近熟林生长影响的规律,为优化杉木人工林林分结构、促进杉木人工林全周期经营和大径材培育提供科学依据。以21 a生杉木人工纯林为研究对象,按不同抚育采伐强度设置0%(CK)、20%(T1)、30%(T2)、40%(T3)4个处理,同时补植阔叶树种,各处理3次重复,观察不同处理下杉木和补植树种的生长情况。结果表明,实施抚育经营措施5年间,杉木胸径、树高年均生长量和单木材积、单位面积蓄积年均增长量均表现为T3>T2>T1>CK,各处理差异显著(P<0.05),且随抚育采伐强度增大,杉木林分径阶株数分布曲线峰值向大径阶方向偏移。补植树种花榈木、闽楠、青冈的平均地径、平均树高及地径和树高年均生长量均为T3>T2>T1>CK,各处理差异显著(P<0.05)。高强度抚育采伐(采伐强度40%、保留密度720株/hm2、保留郁闭度0.5)的杉木近熟林生长最佳,3个补植树种中花榈木的生长表现最好。
为探究我国西北地区樟子松球果和种子形态性状的变异情况及其与环境的关系,以内蒙古自治区巴彦淖尔市磴口县(磴口县)、内蒙古自治区鄂尔多斯市伊金霍洛旗(伊金霍洛旗)、甘肃省武威市民勤县(民勤县)和内蒙古自治区呼伦贝尔市鄂温克族自治旗红花尔基镇(红花尔基镇)4个地区的樟子松林的球果和种子为试验对象,分析气候和土壤2个环境因子对樟子松球果和种子形态性状的影响。结果表明:1)4个地区的樟子松球果和种子形态性状变异系数范围为1.60%~48.22%。区域间变异系数高于区域内,且球果形态性状变异始终高于种子形态性状变异。2)4个地区樟子松球果形态性状指标由大到小的排列顺序为:红花尔基镇、伊金霍洛旗、磴口县、民勤县。3)樟子松球果长(CL)、种子长(SL)和翅长(TL)与土壤水解氮(AN)和速效磷(AP)呈显著正相关(P<0.05),种子宽(SW)和种子体积(SV)与AN和AP呈负相关。4)多数球果和种子形态性状与海拔(AL)呈负相关,多数球果形态性状及部分种子形态性状与年均降水量(AAP)呈正相关。总体而言,12个环境因子对樟子松球果和种子形态性状贡献率高达99.99%,气象因子的贡献率最高(88.10%),土壤因子仅为11.89%。其中,AAP对4个地区樟子松球果和种子形态性状变异的贡献率达86.40%,表明AAP是驱动樟子松球果与种子表型变异的关键环境因子。
森林空间结构评价及优化决策是提升森林质量的关键,可为森林经营决策提供科学参考。以宁夏贺兰山2个不同结构特征的青海云杉林样地为研究对象,基于无人机激光雷达获取大尺度森林空间数据,计算其角尺度(W)、大小比数(U)和Hegyi竞争指数(Ic),分析青海云杉林的空间结构特征及模拟采伐对林分空间格局的影响。结果表明:1)2个青海云杉林样地中,多数林木呈随机分布,少量呈聚集分布;整体上各大小比数等级间的频数分布无显著差异;竞争指数均以零度和轻度竞争为主。2)在林分空间结构优化模拟中,样地1和样地2分别采伐153株(8.8%)和204株(11.2%)。优化后,角尺度分别下降7.35%和5.60%,大小比数分别降低7.11%和9.46%,竞争指数分别下降37.5%和28.57%;同时分别增加6个林窗(总面积8 800 m2)和11个林窗(总面积7 200 m2)。通过无人机激光雷达可快速精准获得林分空间信息,采用角尺度和大小比数等空间参数分析能够准确确定林分结构化采伐方案,构建林窗,有效改善林下环境,促进森林更新。
随着《温室气体自愿减排项目方法学 红树林营造》的正式发布,红树林碳汇可进入温室气体自愿减排交易市场进行交易。我国《温室气体自愿减排交易管理办法(试行)》为红树林碳汇交易的市场化提供了制度支撑,但具体交易规则仍有待完善。核证减排量作为交易客体的法律属性尚不明确,导致调整交易主体间权属关系的规范缺失,且缺少对红树林营造项目所涉自然资源使用和保护的调整规则。可参照准物权法律关系和权属相关规定,明确红树林碳汇权属于参与营造的主体共有,其利益分配方式可由各主体协商确定。在申报红树林营造项目时,需依据不同地域类型,取得相应的自然资源使用权。
内蒙古西部地区属我国北方干旱向半干旱区生态过渡带,其生态系统服务功能的时空演变及权衡协同关系对区域生态安全与可持续发展具有重要意义。基于1990、2000、2010、2020年4期内蒙古西部地区土地利用数据,综合运用生态系统服务与权衡的综合评估(InVEST)模型与修正风蚀方程(RWEQ)模型,从碳储量、土壤保持、防风固沙及生境质量等方面,定量分析内蒙古西部地区生态系统服务的时空分异特征,并采用Spearman相关分析揭示各生态系统服务间的权衡与协同关系。结果表明:1)1990—2020年,内蒙古西部地区土地利用结构相对稳定,以未利用地和草地为主,耕地、草地和水域间转化明显。2)生态系统服务空间分布主要由生态用地变化主导,碳储量先降后升,总量下降0.55%;土壤保持量先减后增,2020年达峰值1.21×109t,高值区集中于草地、耕地和林地;防风固沙量的低值区在前期呈扩大趋势,但在2020年出现急剧缩小,高值区集中在中东部;生境质量先降后升,低值区占比超60%,高值区因林地退化持续缩减。3)生态系统服务之间的权衡协同关系复杂且呈现动态变化,整体协同关系增强、权衡关系减弱。碳储量与土壤保持呈稳定协同;生境质量与碳储量呈极强协同关系;防风固沙与土壤保持协同趋势显现,与碳储量和生境质量的关系由中度权衡转变为无显著相关。应加强未利用地、耕地与草地之间的转化调控,重点保护林地,以遏制生境质量高值区缩减,并依托服务间的协同关系统筹提升碳储量、土壤保持等功能。
随着生态环境问题日益严重,森林生态服务功能损害评估逐渐成为环境法治建设中的重要议题。目前缺乏适用于广东地区的森林生态服务功能损害评估体系。借鉴并吸收当前森林生态系统服务功能评估规范中的指标体系构建方法,以生态系统服务功能的减少值近似估算生态环境的损害额,探索适用于中小空间尺度的森林生态服务功能损害评估实际工作的简易方法。基于广东省6个生态区,运用专家评分法和层次分析法,建立包含调节服务、支持服务和供给服务的评估指标体系。结果表明:1)调节服务在南岭区权重(0.507)较高,表明其在区域水源涵养与污染净化功能中起核心作用;而支持服务在粤中区权重高达0.475,反映出水土保持对于维护该区域生态安全至关重要;供给服务在沿海区权重(0.412)突出,这主要归因于该区域红树林具有极高的经济价值及生物多样性保护功能。2)不同生态区的主导服务类型存在差异,需因地制宜制定保护策略。该结果为广东省森林资源保护和生态修复的差异化政策制定提供了科学依据,未来需进一步优化评估指标的客观性并完善法律框架,以强化森林生态服务功能损害评估的可操作性和科学性。
