为了解我国近20多年来林火主要致灾诱因以及伤亡原因,根据林火扑救伤亡事故案例以及2000—2022年相关气象因素(年平均气温、年平均降水量、年平均风速)的统计数据,采用统计分析与相关性分析等方法,分析林火主要致灾因素和扑救伤亡的主要原因。结果显示:1)2000—2022年,我国共计发生林火灾害134 671次。其中,2003—2010年是林火灾害的高发期,严峻的气候条件是这一时期林火事故的主要原因;2010—2020年的林火事故中,人为原因致灾占97%以上,广西、云南、贵州等农林结合密切地区的林火灾害事故较为频繁。2)典型林火扑救案例分析表明,由地理环境、可燃物情况、气象条件、林火行为等导致的直接伤亡事故占主导部分,由窒息、意外事故、扑火设备操作不当等非间接原因造成的伤亡也偶有发生。研究表明,我国林火灾害的致灾因素以气象因素和人为因素为主,火灾发生地恶劣的自然条件是引发伤亡的主要原因。分析林火主要致灾因素与扑救伤亡原因,可为火灾高效扑救、科学精准指挥提供参考。
植物是陆地生态系统中主要的碳汇载体,对维持生态平衡具有重要意义。系统分析整植物碳汇的测量方法(样地清查法、同化量法、遥感估算法、微气象法)及其优缺点和适用范围。基于目前应用最为广泛的同化量法,从植物的生长类型、习性以及环境因素等方面,对比分析中国的6个植被区植物的碳汇能力。研究发现,不同植被区的植物碳汇能力存在显著差异,在温带针叶阔叶混交林区和暖温带落叶阔叶林区,乔木的碳汇能力略高于灌木;在热带雨林季雨林区和温带草原区,灌木的碳汇能力明显高于乔木。此外,针叶树和阔叶树在碳汇能力上存在显著差异。水生植物和地被植物的碳汇潜力较大,具有进一步开发的可能性。研究还表明,碳汇测量方法和环境因素会对植物碳汇能力评价产生较大影响。基于此,建议制定统一的碳汇能力评价标准、扩大测量植物种类和研究范围,以便全面地评估和提升不同植被区的碳汇能力,为生态修复、园林绿化树种选择及碳中和目标实现等提供基于碳汇维度的科学参考。
探讨祁连山典型植被土壤有机碳空间分布特征及其影响因素,可为评估该地区森林土壤固碳效应提供科学依据。以退耕地为对照,以草地、天然乔木(青海云杉、祁连圆柏)、人工乔木(落叶松)和灌木5种典型植被为研究对象,测定0~100 cm深度土壤有机碳含量、有机碳密度、土壤粒度、pH、电导率、全氮、全钾和全磷含量,比较分析不同植被土壤有机碳组分的分布差异及其主要影响因素。结果表明:1)不同植被类型平均土壤有机碳含量排序为青海云杉(5.99 g/kg)>祁连圆柏(5.59 g/kg)>落叶松(2.91 g/kg)>灌木(1.83 g/kg)>草地(1.66 g/kg)>退耕地(1.16 g/kg);平均土壤有机碳密度排序为青海云杉(3.43 kg/m2)>祁连圆柏(2.76 kg/m2)>落叶松(2.16 kg/m2)>灌木(2.08 kg/m2)>草地(2.00 kg/m2)>退耕地(1.33 kg/m2)。2)随着土层的加深,不同植被土壤有机碳含量整体上呈减小的趋势,土壤有机碳密度呈先增后减的趋势。3)不同植被类型土壤C/N为9.30~15.73,均值表现为青海云杉(14.96)>草地(11.66)>退耕地(11.54)>灌木(10.83)>落叶松(10.69)>祁连圆柏(10.63)。4)不同植被类型土壤有机碳和全氮含量均呈极显著正相关(P<0.01),有机碳与全磷、黏粒、粉粒呈极显著或显著正相关(P<0.01,P<0.05),有机碳与砂粒含量呈极显著或显著负相关(P<0.01,P<0.05),有机碳与pH均呈显著负相关(P<0.05)。祁连山自然生长的乔木土壤有机碳固持能力较好,在建设碳汇林时应充分考虑土壤有机碳的影响,优先选择乔木植被。
森林生态系统服务价值评估及其变化对森林生态系统的保护和管理具有重要实践意义,可为实现区域经济-社会-生态协同发展提供参考。基于遥感数据和相关测绘数据,利用生态系统服务价值(ESV)核算方法,评估1980—2020年祁连山国家级自然保护区森林生态系统服务功能并预测其变化热点。结果表明:1)祁连山国家级自然保护区森林资源丰富,森林总面积约63.66万hm2,森林覆盖率为14.44%。40年来总体上森林面积呈增加趋势,共增加约1.13万hm2,增长率约1.81%。2)自然保护区森林拥有巨大的生态系统服务价值,从时间变化看,1980—2020年ESV由454.44亿元增长到606.28亿元,增长率达33.41%,呈显著增加趋势;从不同生态系统类型的ESV贡献度看,有林地>灌木林地>疏林地>其他林地;从具体生态系统服务价值看,土壤保持>水源涵养>洪水调蓄>旅游文化服务>固碳>防风固沙>林产品生产。3)从自然保护区生态系统服务功能及价值变化热点区域预测看,调节服务的价值极易受到生态系统变化的影响,易减少的区域约占自然保护区总面积的44.21%,需要引起高度重视。供给服务和文化服务价值变化的热点区域总体上保持稳定。研究结果对祁连山国家级自然保护区森林生态系统评估提供重要的科学参考。
叶绿素含量对于植物的光合作用能力至关重要,是评估植被生长状况的重要指标。叶绿素含量的测定对植物的健康状况、施肥管理以及产量评估具有显著意义。然而,传统的测量方法费时费力。近年来,高光谱遥感技术作为一种前沿技术,得到了迅速发展,利用高光谱数据进行叶绿素含量估算已成为一种重要手段。全面回顾国内外典型机载星载高光谱成像仪发展历程及其数据应用,通过查阅国内外相关文献,分析光谱植被指数构建、高光谱红边位置参数和机器学习算法3种方法在高光谱数据反演叶绿素中的优势与局限性,并指出当前高光谱遥感发展及植被叶绿素定量反演研究中存在的不足,提出未来的研究方向。
2005年我国正式启动国家湿地公园建设。作为我国湿地保护体系的重要组成部分,近20年来国家湿地公园在生物多样性保护中发挥着重要作用。通过分析国家湿地公园生物多样性保护面临的形势和挑战,探讨国家湿地公园生物多样性保护策略,并以杭州西溪国家湿地公园生物多样性保护实践为研究案例,从珍稀濒危物种保护、流域生物多样性保护示范、自然教育等3个维度,在保护恢复湿地生物本底资源、提高生物种群和群落恢复力、加强生态监测与风险预警、科学与合理利用生物资源等4个具体保护目标层面,分析国家湿地公园生物多样性保护的重点方向,包括加强严格保护湿地野生植物生境、科学修复野生动物栖息地、精细化动态防治外来入侵物种、完善湿地感知设施建设和拓展自然教育宣传体系等,旨在更好地促进新时期我国国家湿地公园建设和提高湿地生物多样性保护质量。
2001—2020年三北防护林工程实施取得了显著成效,对其实施效果进行评估有利于精准预测下一阶段目标任务重点。运用动态权重模型及正态云模型,构建多层级指标评价体系综合评价2001—2020年三北防护林工程实施效果,选用灰色系统预测模型预测2024—2028年各一级指标效应响应指数。结果表明:1)工程目标、工程效益及工程可持续效益指数响应均呈稳步上升趋势,其中,增幅最大的是工程效益指数,增幅最小的是工程目标指数。2)2001—2020年三北防护林工程实施整体综合评价结果为良好,表明该阶段工程综合效益显著。3)2024—2028年三北防护林工程综合评价预测结果表明,工程目标指数及工程可持续指数均呈稳步上升趋势。将评价研究聚焦于工程目标、工程效益及工程可持续三个维度,丰富和完善了三北防护林工程2001—2020年实施效果评价指标体系。
以红外相机为代表的生态感知终端为野生动物监测研究提供海量的图像和视频数据。为改善人工识别海量数据时效性低、处理能力有限等问题,解决目标检测模型在受到复杂背景、多目标、昼夜明暗等多重因素影响的实际场景中应用的不确定性,以金钱豹、成年雄性岩羊、非成年雄性岩羊为例,建立野生动物目标检测数据集,对比分析Faster R-CNN、SSD、YOLOv5和YOLOv8等4种经典目标检测模型在实际场景中检测精度、检测速度和检测效果。结果表明:1)YOLOv5与YOLOv8的检测效果和检测速度整体优于Faster R-CNN与SSD,YOLOv8在多重因素干扰下检测精度更高、鲁棒性更强,更适合追求检测效果的场景;2)4种模型均能满足生态感知终端实时视频检测需要,但YOLOv5模型更轻量、检测速度更快,更适合算力有限时追求检测速度的场景。YOLOv5和YOLOv8性能优越,适合在实际场景中开展野生动物视频目标检测。
准确调查红树林生物量有利于评估红树林生态系统碳汇潜力。基于实地调查数据和Landsat 8遥感影像及DEM数据提取22个特征变量,利用随机森林(RF)、支持向量机模型(SVM)和极端梯度提升(XGBoost)3种机器学习方法,对西门岛红树林进行生物量遥感反演。结果表明:1)与RF算法和SVM算法相比,XGBoost算法构建的模型具有更好的估测效果(R2=0.932,ERMS=1.514 t/hm2,EMA=1.313 t/hm2),能更准确地估测红树林生物量;2)在递归特征消除法(RFE)筛选出的10个重要特征因子中,植被指数对红树林生物量估测的相对重要性较高;3)10个重要特征因子构成的XGBoost模型生物量反演得出,红树林生物量估测值范围为9.138~29.229 t/hm2,这与实地调查结果非常相近。XGBoost机器学习算法在红树林生物量反演中表现出较好的效果,该结果能为中国人工红树林碳储量的核算提供技术参考。
研究树种光合特性与固碳释氧能力,筛选优势固碳释氧树种,对林业碳汇开发与生态环境建设具有指导意义。以包头市12种主要树种为研究对象,使用CI-340便携式光合仪测定光合生理指标,通过Pearson相关分析和系统聚类分析,探讨树种净光合速率的日变化规律及其与环境因子的关系,并评估其固碳释氧能力。结果表明:1)12种树种中,净光合速率日变化呈单峰型的树种为榆、樟子松和云杉;呈双峰型的树种为油松、小叶杨和红砂。2)水分利用效率变化呈单峰型的树种为云杉、杜松和油松;呈双峰型的树种为珍珠梅;先下降后上升的树种为榆、樟子松和侧柏。3)净光合速率最强的乔木为榆,最强的灌木为柽柳;水分利用效率最强的乔木为樟子松,最强的灌木为毛刺锦鸡儿。4)净光合速率与蒸腾速率、气孔导度均呈显著正相关关系。5)包头市乔木树种的固碳释氧能力由强至弱分为3个等级:榆和小叶杨为Ⅰ级;樟子松为Ⅱ级;云杉、侧柏、油松和杜松为Ⅲ级。灌木树种固碳释氧能力由强至弱分为3个等级:柽柳为Ⅰ级;叉子圆柏和珍珠梅为Ⅱ级;红砂、毛刺锦鸡儿为Ⅲ级。建议选择榆、小叶杨和柽柳作为优选固碳释氧树种,在水分条件较差的地区,推荐选择樟子松、云杉和毛刺锦鸡儿。
森林生态系统对减缓和适应气候变化方面具有重要作用,全面了解森林碳储量的时空变化趋势,对于维持区域碳平衡、预测森林碳储量潜力、调整保护管理措施至关重要。基于森林碳储量(FCS)、土地利用覆盖变化(LUCC)、数字高程模型(DEM)等3个遥感数据集,采用Mann-Kendall检验、相关性分析方法,分析2005—2020年江西省森林碳储量的时空变化趋势及其对土地利用变化的响应。结果表明:1)江西省森林碳储量呈向上波动趋势,年均增长率为12.59%,最小值出现在2009年,为5.3×108tC;最大值出现在2018年,为6.5×108tC。2)森林碳储量在中南部的丘陵区域呈增加趋势,地势较低的北部地区呈下降趋势。3)江西省森林面积呈下降趋势,而森林碳储量呈上升趋势,城市扩张及该地区持续开展森林可持续经营是形成该趋势的主要原因。4)生态保护修复措施是促进江西省森林碳储量稳定增加的主要因素之一。未来应充分开发丰富的森林资源,通过开发国家核证自愿减排量(CCER)林业碳汇项目的方式促进环境保护与经济发展、消除贫困的协同增效。
高效的森林干扰检测方式可以及时预防并减轻森林灾害,保护生态系统功能。针对融合多源数据对山区森林干扰进行检测时往往受到地形影响的问题,构建坡向分类算法,划分检测区域,以降低地形起伏对雷达变化比(RCR)的影响。通过融合合成孔径雷达(SAR)和光学卫星数据,利用改进的RCR方法与NDVI时间序列,提出一种新的森林干扰检测方法。研究结果表明:1)通过坡向分类算法改进RCR方法有效扩大了19.48%检测区域面积,可覆盖更多的干扰区域,并提升检测准确性;2)采用SAR与光学数据相融合的森林干扰检测方法,其总体检测精度为89.24%,与仅采用单一传感器的SAR数据、光学数据相比,检测精度分别提高了11.11%、13.32%。相较于单一传感器方法,此方法能在不同时间和天气条件下获取丰富的连续检测信息,在提高森林干扰的检测能力方面具有更大的潜力和优势,可为今后森林资源管理和生态保护提供更加全面和准确的信息支持。
激光雷达技术在森林资源调查中具有较大优势,但单平台采集的数据往往存在扫描盲区,难以获取完整的森林结构信息。为此,以马尾松林作为研究对象,探究基于融合点云数据的马尾松林单木分割适宜性算法。首先提出一种针对森林样地点云数据融合的方法,然后采用标记控制分水岭算法、距离判别聚类算法和层堆叠算法对马尾松林进行单木分割,并对3种算法的关键参数的选取进行分析,最后提取树高验证融合点云估测森林结构参数的适用性。得出实验结果如下:1)提出的点云融合方法可以有效融合机载和手持激光雷达点云,配准误差为0.054 m;2)3种单木分割算法中,标记控制分水岭算法分割精度最高,总体精度为0.88,高于距离判别聚类算法和层堆叠算法;3)利用标记控制分水岭算法分割的单木提取树高,基于融合点云数据的R2值为0.983 7,RMSE为0.759 6 m,相较于单一点云数据,精度明显提高。研究结果可为多源激光雷达在林业领域的应用以及马尾松林地森林资源管理提供技术支持。
快速城市化导致景观破碎化和生态环境风险加剧,构建与优化生态网络是保障区域生态安全格局、维持生态服务功能的重要措施。以长株潭核心区为例,基于形态学空间格局分析(MSPA)、遥感生态指数(RSEI)和景观连通性分析综合识别生态源地;根据地形地势、景观类型和人为干扰等因素,结合熵值法确定综合阻力面;通过Linkage Mapper建立生态网络,并采用新增踏脚石斑块与生态廊道的方法优化网络结构;对优化前后的生态网络结构指数进行对比评价。结果表明:1)基于MSPA识别出7种景观类型,其中核心区景观面积最大。2)研究区核心生态源地主要分布于东北部和南部区域,中西部相对稀疏,整体分布不均匀,景观连通性较差。3)受中心城区人为活动影响,研究区的综合阻力呈现中部高、向四周降低的特征。4)共识别出59条生态廊道,多集中于东北部和南部的优质生态斑块,而东西部的横向连通性较差。5)新增7个踏脚石斑块和19条生态廊道,优化后的网络结构指数显著提升,稳定性增强。优化后的生态网络结构在连通性和稳定性上均有显著改善,有助于提升研究区的景观连通性和生态系统修复能力,并有望缓解长株潭城市群高速化、规模化发展建设带来的生态环境问题。
为了解云南省主要城市绿地的空间分布和构成情况,以文山、景洪、芒市、香格里拉、玉溪等5个代表性的主城区为研究区,基于Sentinel-2A卫星遥感影像提取光谱、纹理、植被指数和地形特征,采用随机森林算法对公园绿地、防护绿地、附属绿地、生产绿地4类绿地进行分类。结果表明:1)参与4种城市绿地分类的因子重要性排名中,海拔(Elevation)的贡献度最高;2)5个主城区绿地分类的制图精度(PA)与用户精度(UA)均高于非绿地的精度,且总体精度(OA)和调和平均值F1精度都在84%以上,Kappa系数为0.75;3)景洪市主城区和香格里拉主城区的4种绿地分类精度优于芒市主城区、文山主城区和玉溪主城区;4)文山、景洪、芒市、香格里拉、玉溪5个主城区的绿地总面积分别达到6.22、20.81、2.52、6.65、8.58 km2。采用随机森林算法进行城市绿地分类,具有较高的准确率,为云南省绿地资源的规划、生态环境保护管理等提供了有力的技术支撑。
兴安落叶松是大兴安岭的主要造林树种,探讨其不同林龄生物量及固碳释氧功能,以期为该地区兴安落叶松合理经营和科学管理提供依据。通过实地调查和室内试验,结合《森林生态系统服务功能评估规范》(GB/T 38582—2020)要求,分析不同林龄兴安落叶松的生物量及固碳释氧功能。结果表明:1)兴安落叶松的林分结构会随林龄的增长发生变化,在林龄5~35 a时,冠幅由1.11 m2升至32.71 m2,年均增长率为1.05 m2/a;胸径为1.11~27.10 cm,增长速率呈现先快后缓的变化趋势;2)在林龄5~35 a时,单株生物量为0.25~411.73 kg/株,树干生物量始终在兴安落叶松单株生物量中占主导地位,占地上生物量的绝对优势;3)兴安落叶松固碳释氧功能随林龄增长呈现上升趋势,林龄为35 a时,年均固碳量为119.02 kg,释氧量为318.64 kg。兴安落叶松生物量及固碳释氧功能随着林龄增长,均表现出显著的积极变化,持续优化和保护兴安落叶松对于改善生态问题具有巨大潜力。
生态系统服务功能能够促进人与自然和谐共生,探究宁夏贺兰山国家级保护区生态系统服务功能对统筹山水林田湖草沙一体化保护和系统治理具有重要意义。以森林和草地生态系统长期观测研究与服务功能评估系列国家标准为基础,应用林业小班数据,结合分布式测算方法,选取保育土壤、林木养分固持、涵养水源、固碳释氧、净化大气环境等5项生态系统服务功能对保护区森林和草地生态系统进行效益评估。结果表明:宁夏贺兰山国家级自然保护区森林和草地生态系统服务功能物质量在空间分布格局中呈东北高、西南低的变化趋势;价值总量为28.27亿元/a,其中,涵养水源、保育土壤功能位列前2位,是宁夏贺兰山国家级自然保护区森林和草地生态系统的主要服务功能。保护区未来应进一步加强森林经营管理,合理优化树种结构和林龄结构,提升森林生态系统质量,充分发挥生态系统服务功能。
林业碳票是拓展林业碳汇项目价值实现、推进“双碳”目标愿景达成的新探索。在新时代绿色发展的背景下,基于我国福建省三明市等地方林业碳票的规制实践,对我国林业碳票的规制现状、必要性等进行检视,分析我国林业碳票机制存在的现实问题。在积极稳妥推进碳达峰碳中和战略的政策目标下,明确林业碳票碳减排量的用益物权属性,明确规范化、体系化的林业碳票制度依据,有序拓展我国林业碳票交易市场,助力健全生态产品价值实现机制、建设美丽中国。
