盐胁迫下氮素形态对海滨木槿幼苗生长及生理特性的影响

【目的】通过研究盐胁迫下氮素形态对海滨木槿(Hibiscus hamabo)生长特性和生理指标的影响,探讨不同氮素形态营养供应下海滨木槿耐盐性差异及其机理,为提升盐碱地海滨木槿绿化应用技术提供依据。【方法】采集滨海盐土,设置对照、低、中和高4个盐胁迫处理水平,利用盆栽试验方法研究了不同氮素形态[铵态氮( {\mathrm{NH}}_4^{+}-N)、硝态氮( {\mathrm{NO}}_3^{-}-N)]和盐分胁迫耦合作用下海滨木槿幼苗的生长特性、光合作用、氮和钾离子(K⁺)含量变化。【结果】经过90 d的胁迫处理,在高盐处理下海滨木槿全部死亡,中盐处理显著降低了其株高、地径,以及茎、叶和总生物量,而低盐处理对其生长没有显著影响。两种形态氮素均有助于提高海滨木槿生长、净光合速率和氮素含量,其中施 {\mathrm{NH}}_4^{+}-N在对照土壤中有助于提高植物生物量,但降低了K⁺含量。在低盐和中盐胁迫处理下,施 {\mathrm{NO}}_3^{-}-N显著增加了植物根系和总生物量以及K⁺含量。【结论】盐胁迫条件下,增施两种形态氮肥均有利于海滨木槿生物量的增加,且能够在一定程度上提高海滨木槿的耐盐性,不同的是 {\mathrm{NO}}_3^{-}-N能够有效促进根系的生长, {\mathrm{NH}}_4^{+}-N则对地上部分的生长作用明显。在同一盐浓度水平处理下,与 {\mathrm{NH}}_4^{+}-N相比, {\mathrm{NO}}_3^{-}-N更有利于缓解盐胁迫对海滨木槿的抑制作用。总体来说,盐胁迫下施 {\mathrm{NO}}_3^{-}-N有利于维持海滨木槿体内养分及离子含量平衡并改善光合功能,从而增强海滨木槿耐盐性。     

基于ICESat-GLAS数据和模糊模式识别算法识别森林类型

【目的】利用冰、云和陆地高程卫星-地球科学激光测高系统(ICESat-GLAS)回波波形数据,通过模糊模式识别算法,提出波形特征参数组合,对森林类型进行识别研究,以期提高森林类型分类精度。【方法】利用不同森林类型冠层在GLAS回波波形上表现出的差异性,提取波形特征参数 R_{\mathrm{fi}{\mathrm{t}}_1} 、K₁'和 \overline{K_1} ;将本研究提取的波形特征参数与其他波形特征参数相结合,建立波形特征参数组合;对样本数据波形特征参数进行指标归一化和奇异点检测处理,剔除样本数据中的奇异点样本;结合模糊模式识别算法,计算不同森林类型分类精度。【结果】针叶林和阔叶林森林类型分类总精度为96.30%,其中,针叶林和阔叶林森林类型分类精度分别为92.86%和97.50%;针叶林、阔叶林和混交林森林类型分类总精度为84.51%,其中,针叶林、阔叶林和混交林森林类型分类精度分别为85.71%、97.50%和52.94%。【结论】模糊模式识别算法在森林类型分类方面具有一定优势,尤其在针叶林和阔叶林森林类型识别方面,识别精度较高。     

长三角区域酸雨类型转变趋势研究

【目的】酸雨是人类面临的重要环境问题,而我国长三角区域已成为全球重要酸雨影响地区之一。目前,我国已对SO₂排放进行了有效控制,但随着氮氧化物排放量显著增多,氮沉降问题逐渐加剧。为此,探究长三角区域的酸雨类型转变趋势,为现在及将来酸雨危害严重地区森林生态系统恢复和可持续经营发展提供理论依据。【方法】将长三角区域作为研究对象,以上海、南京、苏州和宁波4个城市为代表,通过分析4个城市降水及大气排放物特征,了解区域酸雨类型的特点。【结果】长三角区域多年平均降水pH和酸雨频率分别为4.87±0.28和(57.12±18.67)%,大气中SO₂含量逐年显著下降,但是4个代表城市大气NO₂含量变化趋势存在差异。其中,上海和南京地区NO₂含量缓慢下降,而苏州和宁波地区NO₂含量则仍然呈显著上升趋势。降水pH仍然受SO₂含量变化的显著影响,降水中硫氮比( {\mathrm{SO}}_4^{2-} 与 {\mathrm{NO}}_3^{-} 含量比)从20世纪90年代的7.5左右下降到当前的2.0左右,区域酸雨类型已经转变为硫酸-硝酸混合型。【结论】长三角区域仍然受到酸雨影响,且酸雨中硫氮比正逐渐降低,酸雨类型发生了转变,这将对长三角区域生态系统提出更加严峻的考验。     

长白落叶松-水曲柳混交林不同混交方式单木冠长预测模型

【目的】为了准确预估长白落叶松-水曲柳4种不同行间混交方式(行间混交比例分别为1∶1、2∶2、3∶3、5∶5)的单木冠长,采用联立方程组模型分别构建了长白落叶松和水曲柳的冠长模型。【方法】基于黑龙江省尚志国有林场管理局的长白落叶松-水曲柳混交林54块标准地的样木数据,从3种非线性的基础冠长模型中选取最优冠长模型,以单分子式模型为树高曲线的基础模型,并将混交比例(Z_i)和树木在混交带内位置(K)作为哑变量,加入其他树木变量、林分变量和竞争因子,分别构建长白落叶松和水曲柳的冠长模型;基于最优冠长模型和树高曲线模型建立联立方程组模型,采用非线性似乎不相关回归(NSUR)的方法进行参数估计,并对所构建的模型进行评价。【结果】长白落叶松冠长与高径比呈负相关,与林木树高和林分优势高之比呈正相关;水曲柳冠长与高径比呈负相关,与林木胸径和林分优势木胸径之比呈正相关;长白落叶松树高与长白落叶松优势木平均高呈正相关,水曲柳树高与水曲柳优势木平均高呈正相关。联立方程组预估长白落叶松冠长和树高的调整后决定系数 ( R_{\mathrm{a}}^2 )分别为0.478 1和0.821 6,联立方程组预估水曲柳冠长和树高的 R_{\mathrm{a}}^2 分别为0.395 8和0.752 9。【结论】构建冠长和树高联立方程组模型不仅具有较好的拟合效果及预测精度,还解决了冠长与树高之间内在相关性的问题。因此,本研究所构建的冠长模型可以很好地预测东北地区混交林内长白落叶松和水曲柳的冠长,为进一步研究混交林树木树冠结构提供依据。     

有机-无机肥配施对板栗园土壤肥力及根系功能性状的影响

【目的】 板栗是我国大力发展的木本粮食树种,结合无机肥速效性与有机肥持久性的有机-无机肥配合施用,对培肥土壤、促进根系生长能起到重要作用。探讨有机-无机肥配施对板栗园土壤肥力及其根系功能性状的影响,以期为板栗的科学合理施肥提供依据。【方法】 以河北迁西县8 年生板栗 ‘燕山早丰’(Castanea mollissima ‘Yanshanzaofeng’)为对象,采用单因素随机区组试验设计,按质量占比设置6个处理: ①100%无机肥(C₁),②75%无机肥+25%有机肥(C_0.75O_0.25),③50%无机肥+50%有机肥(C_0.5O_0.5),④25%无机肥+75%有机肥(C_0.25O_0.75),⑤100%有机肥(O₁),⑥不施肥(CK),采用连续根钻法采集0~20、≥20~40 cm土层土样和根样,测定分析土壤理化性状及根系功能性状等指标。【结果】 ①各处理不同程度地影响土壤理化性状。O₁处理0~40 cm土层平均有机碳含量最高(5.97 g/kg),0~20 cm土层C₁处理全氮含量最大(1.33 g/kg),但以有机-无机肥配施C_0.25O_0.75处理对土壤理化性状改善具有显著促进作用(P<0.05)。 {{\mathrm{C}}_{0\mathrm{.}}}_{25} {{\mathrm{O}}_{0\mathrm{.}}}_{75}处理0~40 cm土层平均土壤C/N值较C₁和CK处理的分别提高38.81%、11.41%;与CK相比,平均碱解氮含量、有效磷含量、速效钾含量分别增加57.48%、47.49%、32.19%;土壤总孔隙度、土壤含水率分别增加11.23%、13.85%;土壤容重降低11.23%。②有机-无机肥配施显著促进0~40 cm土层中平均细根根长密度、细根表面积密度、细根体积密度、比根长(P<0.05),且0~1 mm细根增多,各处理大小总体表现为C_0.25O_0.75>C_0.5O_0.5>C_0.75O_0.25,以C_0.25O_0.75处理0~40 cm土层中平均细根生物量密度最高(511.24 g/m³),较CK处理增加35.42%,较C₁处理增加6.00%。高比例有机肥配施明显提高了细根根长、根表面积、根体积的占比。③主成分分析表明,土壤理化及根系性状指标在3个主成分上均有较高的荷载值,不同处理下土壤肥力与根系指标优劣综合排序为C_0.25O_0.75>C_0.5O_0.5>C_0.75O_0.25>O₁>C₁>CK。【结论】 有机-无机肥配施中的C_0.25O_0.75处理有效提高了土壤C/N、速效养分含量,0~1 mm细根增多,提高吸收根比例,是河北迁西县板栗园的较佳施肥模式。     

基于两水平非线性混合效应模型的长白落叶松削度方程构建

【目的】以长白落叶松(Larix olgensis)人工林干形指标为主要数据,利用非线性混合效应模型构建长白落叶松削度方程,研究不同的二次抽样方案对混合效应模型预估精度的影响。【方法】在不同类型的削度方程中选择拟合效果最好的Kozak方程作为基础模型,通过再参数化的方法引入树冠特征变量,分析树冠大小对干形的影响;在包含树冠变量的模型基础上,结合混合效应模型考虑样地、样木效应对于干形的影响,建立长白落叶松削度方程;采用2种抽样方案(方案Ⅰ,不限定抽样位置;方案Ⅱ,抽样位置限定在相对高0.1以下)对混合效应模型进行精度检验。【结果】树冠变量中冠长率与干形关系最为密切,将冠长率引入模型后,提升了模型的拟合精度,且模型参数在5%显著性水平上均显著。通过似然比检验,样地效应和样木效应极显著提升了模型拟合效果(P<0.01),并使用指数函数和一阶连续自回归结构[CAR(1)]来解决削度方程中普遍存在的异方差和自相关问题,最终的混合效应模型调整后决定系数( R_{\mathrm{a}}^2)为0.994 1,均方根误差(RMSE)为0.623 1,拟合效果优于基础模型( R_{\mathrm{a}}^2提高了0.4%,RMSE减小了24.6%)。当使用不同的抽样方案进行预测时,方案Ⅰ表现出最高的预测精度,抽样数量为5时,平均绝对误差(MAE)为0.470 0,平均绝对误差百分比(MAPE)为4.62%;而方案Ⅱ不同抽样数量之间的预测效果差别不大(MAE的变化范围为0.520 3~0.536 6,MAPE的变化范围为5.14%~5.22%),但仍优于基础模型。【结论】将冠长率引入模型后,模型对干形的模拟更贴合实际中的林木生长情况;包含样地效应、样木效应的两水平混合效应模型可以很好地模拟长白落叶松的干形变化,为精准估计长白落叶松各材种和立木材积提供了依据。     

模拟酸雨对小黑杨幼苗生长和光合特性的影响

目的 研究小黑杨(Populus simonii × P. nigra)幼苗生长、生理特性和叶片光系统Ⅱ(PSⅡ)活性对酸雨胁迫的响应情况,为其在酸雨沉降日趋频发的北方地区栽植提供参考。方法 以小黑杨为研究材料,对其连续喷施不同酸度[pH为2.5、4.5和7.0(CK)]的模拟酸雨,待小黑杨叶片出现明显病症时,测定其生长、叶片超微结构、抗氧化酶和光系统Ⅱ活性指标。结果 与对照相比,pH 4.5的模拟酸雨处理下小黑杨株高、茎粗、叶片数和叶面积显著增加;叶片颜色变浅绿色,但叶绿体结构紧凑,类囊体排列规则,未见淀粉粒,嗜锇滴数量略增多。而pH 2.5模拟酸雨处理的小黑杨幼苗茎粗和叶面积显著降低;叶片颜色变黄、叶尖和叶脉出现明显斑点,且细胞膜局部破损,叶绿体体积增大,类囊体间隙增大,可见少量淀粉粒,嗜锇滴数量和体积明显增加。模拟酸雨处理的小黑杨叶片中超氧阴离子 {\mathrm{O}}_2^{\stackrel{-}{\underset{·}{\mathrm{}}}}产生速率、过氧化氢(H₂O₂)含量和过氧化氢酶活性较CK显著增加,且酸度越大,增幅越大;而过氧化物酶活性和超氧化物歧化酶活性随酸度的增大表现为先升后降。其中,pH 2.5模拟酸雨处理杨树叶片的可变荧光强度(V_L、V_K、V_J、V_I)和诱导曲线初始斜率(M_O)显著高于CK,但叶绿素荧光曲线面积(Fix Area)和质体醌库的大小(S_m)显著低于CK。pH 4.5模拟酸雨处理中,仅V_L和V_K显著高于CK,而其他荧光参数与CK差异不显著。结论 酸雨对小黑杨生长的影响主要取决于其pH,pH 2.5模拟酸雨处理抑制小黑杨生长,并且叶片出现坏死斑点症状时,叶绿体结构异常,类囊体排列不规整,光系统Ⅱ电子传递受到抑制;而pH 4.5模拟酸雨处理促进小黑杨生长、叶片超微结构表现正常,小黑杨幼苗对pH 4.5酸雨沉降具有一定抗性。     

无机AlCl3–NaCl熔盐电解质中纳米片状堆积鳞片石墨的高性能铝存储行为

Aluminum storage systems with graphite cathode have been greatly promoting the development of state-of-the-art rechargeable aluminum batteries over the last five years; this is due to the ultra-stable cycling, high capacity, and good safety of the systems. This study discussed the change of electrochemical behaviors caused by the structural difference between flake graphite and expandable graphite, the effects of temperature on the electrochemical performance of graphite in low-cost AlCl₃–NaCl inorganic molten salt, and the reaction mechanisms of aluminum complex ions in both graphite materials by scanning electron microscopy, X-ray diffraction, Raman spectroscopy, cyclic voltammetry, and galvanostatic charge?discharge measurements. It was found that flake graphite stacked with noticeably small and thin graphene nanosheets exhibited high capacity and fairly good rate capability. The battery could achieve a high capacity of ~219 mA·h·g?1 over 1200 cycles at a high current density of 5 A·g?1, with Coulombic efficiency of 94.1%. Moreover, the reaction mechanisms are clarified: For the flake graphite with small and thin graphene nanosheets and high mesopore structures, the reaction mechanism consisted of not only the intercalation of\begin{document}${{\rm AlCl}_4^-}  $\end{document}anions between graphene layers but also the adsorption of\begin{document}${{\rm AlCl}_4^-}  $\end{document}anions within mesopores; however, for the well-stacked and highly parallel layered large-size expandable graphite, the reaction mechanism mainly involved the intercalation of\begin{document}${{\rm AlCl}_4^-} $\end{document}anions.     

依赖于导数的全局分歧问题的研究

讨论了边值条件为u(0)=u(1)=0的非线性两点问题-u″(t)=f(u(t),u′(t)),存在 0k/]f₀,θ)的全局分歧理论。本文中我们允许非线性项中可以有导数项,这极大地拓展了非线性项的范围。     

熔融盐体系水热法制备粉煤灰水钠石及其相变过程研究

Hydro-sodalites are zeolitic materials with a wide variety of applications. Fly ash is an abundant industrial solid waste, rich in silicon and aluminum, from which hydro-sodalite can be synthesized. However, traditional hydrothermal synthesis methods are complex and cannot produce high-purity products. Therefore, there is a demand for processing routes to obtain high-purity hydro-sodalites. In the present study, high-purity hydro-sodalite (90.2wt%) was prepared from fly ash by applying a hydrothermal method to a submolten salt system. Samples were characterized by powder X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), thermogravimetry and differential thermal analysis (TG–DTA), and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) to confirm and quantify conversion of the raw material into the product phase. Purity of the samples prepared with an H₂O/NaOH mass ratio of 1.5 and an H₂O/fly ash mass ratio of 10 was calculated and the conversion process of the product phase was studied. Crystallinity of the product was influenced more by the NaOH concentration, less by the H₂O/fly ash mass ratio. The main reaction process of the system is that the SiO\begin{document}${}_3^{2-} $\end{document}ions produced by dissolution of the vitreous body in the fly ash and Na+ ions in the solution reacted on the destroyed mullite skeleton to produce hydro-sodalite. This processing route could help mitigate processing difficulties, while producing high-purity hydro-sodalite from fly ash.     

黄龙山林区白皮松天然次生林生长规律研究

【目的】为实现陕西省白皮松天然次生林的合理经营,建立符合其生长规律的模型,为科学抚育较大树龄的天然次生林提供决策依据。【方法】以陕西省黄龙山林区白皮松天然次生林为研究对象,选择标准木进行树干解析,采用人工神经网络(ANN)和3种常见的理论函数建立了胸径、树高、材积生长模型,并绘制生长曲线图对林区内白皮松天然次生林生长规律进行分析。【结果】①采用人工神经网络建模技术构建的胸径生长量模型、树高生长量模型、材积生长量模型优于3种传统模型。②所建神经网络模型在拟合生长缓慢的白皮松生长过程方面具有较好的应用推广能力。③白皮松胸径速生期为30~60 a,胸径连年生长量在120 a达到最大值;20~30 a为树高生长的速生期,树高连年生长量在30 a达到最大值;白皮松材积生长速生期为110~130 a,材积连年生长量在130 a达到最大值。在135 a时,黄龙山林区白皮松还未达到数量成熟龄。【结论】所建神经网络模型能为黄龙山林区白皮松古树研究奠定基础,生长规律的研究可以为不同阶段白皮松经营提供参考。     

基于极化定向角补偿的思茅松林地上生物量反演

目的 极化合成孔径雷达在森林遥感监测中得到了广泛的应用。由于法拉第旋转和地物结构特性,电磁波极化定向角发生偏移,导致散射特征在机理上存在模糊性。本研究主要分析极化定向角偏移对体散射分量和地上生物量反演的影响。方法 以ALOS PALSAR全极化星载合成孔径雷达(SAR)数据为数据源,基于L波段散射特征,考虑地面与树干之间的二面角散射贡献,研究提出了一种扩展极化水云模型;基于Yamaguchi四分量分解参数和扩展极化水云模型估测思茅松林地上生物量。结果 通过酉变换来补偿极化定向角偏移后,体散射分量高估得到修正,极化定向角补偿后的体散射与实测地上生物量的回归模型较未补偿前效果更好(决定系数R²从0.214提升到0.332)。采用Yamaguchi四分量和扩展极化水云模型的地上生物量估测值和实测值有较强的相关性(R²= 0.644)和较低的均方根误差(23.11 t/hm²)。结论 SAR数据在极化分解前应进行极化定向角补偿,以减少体散射高估和二面角散射低估的问题,提高地上生物量反演精度。半经验极化扩展水云模型具有很好的估测森林地上生物量的潜力。     

黑龙江省长白落叶松人工林单木生长模型

【目的】利用单水平线性混合模型构建了黑龙江长白落叶松人工林单木直径生长模型,为准确预测黑龙江省落叶松人工林的生长及合理经营提供理论依据。【方法】基于黑龙江省148块固定样地数据,运用逐步回归法,依次引入林木初始大小因子、竞争和立地因子,建立并评估了5种不同因变量(5年间隔期末胸高直径d₅,直径增长量d₅-d₀,5年直径增长量的自然对数ln(d₅-d₀+1),直径平方增长量的自然对数ln(d²₅-d²₀+1),直径平方增长量d²₅-d²₀)的黑龙江省长白落叶松人工林传统单木生长模型,同时基于最优传统模型采用哑变量方法构建了与距离无关的单木直径生长模型,并在哑变量模型的基础上把样地作为随机效应因子,运用单水平线性混合模型的方法构建了单木直径生长模型,并利用独立检验样本数据对基础模型、哑变量模型和混合模型进行检验。【结果】对于每一种因变量的单木生长模型,依次加入林木初始大小、竞争因子和立地因子后,模型精度均有显著提高; 因变量为ln(d₅-d₀+1)的模型为最优单木直径生长模型。影响黑龙江省落叶松人工林单木直径生长的主要因素有林木初始大小(ln d₀)、地位指数、林分每公顷断面积和大于对象木断面积和。哑变量模型在保证预估精度的同时体现了两个区域间的差异。混合效应预估模型的R²、均方误差(MSE)和均方根误差(RMSE)分别为0.978 3、0.713 7和0.844 8 cm。与传统模型相比,混合效应模型的相对平均均方误差和均方根误差较传统模型减少了0.300 6和0.162 3 cm,决定系数R²几乎相当。在模型检验中,混合效应模型呈现较好的拟合效果。【结论】基于线性混合效应的黑龙江省长白落叶松人工林的单木直径生长模型较传统模型预测精度更高。     

基于气候因子的杉木单木胸径生长模型构建

【目的】为准确预测湖南杉木的生长及制定经营管理措施,构建了考虑气候因子的杉木单木胸径生长混合效应模型。【方法】基于湖南省第七、八次全国森林资源连续清查中73块样地的3 638株杉木数据,运用多元逐步回归的方法,考虑林木大小、竞争、立地和其他林分因子以及气候因子对杉木胸径生长的影响,分别以5年胸径增长量(D₂-D₁)、5年胸径增长量的自然对数[ln(D₂-D₁+1)]、5年胸径平方增长量的自然对数[ln(D₂²-D₁²+1)]、胸径平方增长量(D₂²-D₁²)为因变量构建模型,选择最优基础模型。在最优模型的基础上,引入样地随机效应,构建单水平线性混合效应模型,并引入3种常用的异方差函数和3种常用的自相关结构来消除模型的异方差和自相关,最后采用十折交叉验证的方法对模型的预估效果进行检验。【结果】与其他3种因变量相比,因变量为ln(...     

基于哑变量的湖南栎类天然林林分断面积生长模型

【目的】建立含林分类型或立地类型哑变量的栎类林分断面积生长模型,为湖南栎类天然林林分断面积生长收获和预估提供理论支持。【方法】以湖南省5个区域51块栎类天然混交林样地为研究对象,选取6个具有生物学意义的理论生长方程,构建含年龄、平均优势高及林分密度指标的林分断面积生长模型,比较不同理论生长方程与密度指标对栎类天然林断面积模型拟合效果的影响,从中筛选出拟合优度较高的模型作为构建哑变量模型的基础模型; 考虑混交林立地类型的差异与优势树种的聚集分布,划分林分类型与立地类型,并分别作为哑变量加入基础模型参数及其组合中,比较林分类型哑变量模型、立地类型哑变量模型与基础模型模拟效果的差异。【结果】以株树密度作为密度指标的断面积生长模型决定系数(R²)在0.47～0.51之间,P值均小于93%,以林分密度指数作为密度指标的断面积生长模型决定系数(R²)在0.85～0.92之间,P值均大于95%,说明密度指数模拟效果优于株树密度模拟效果,其中含年龄、平均优势高与林分密度指数的Schumacher模型决定系数最大(R²=0.924 2),模拟效果最优。以Schumacher模型作为基础模型,构建含林分类型或立地类型的哑变量的模型,基础模型、林分类型模型、立地类型模型的决定系数分别为0.924 2、0.979 8、0.997 6,以立地类型作哑变量的模型要优于基础模型与林分类型模型。【结论】含哑变量模型可以有效解决天然混交林优势树种分布与立地类型差异对断面积预估的影响,提高建模的精度与模型的适用性。     

基于多机器学习模型的逐小时PM2.5浓度预测对比

【目的】比较分析XGBoost模型、LightGBM模型、随机森林模型(RF)、K最近邻模型(KNN)、长短期记忆神经网络(LSTM)、决策树模型(DT)共6个PM_2.5浓度预测模型,以准确、及时预测环境PM_2.5浓度。【方法】基于重庆市合川区2020年全年空气质量监测数据和气象数据,通过最大相关最小冗余算法(MRMR)进行数据降维选择最优特征子集,作为模型的输入,逐一进行PM_2.5浓度预测;考虑到不同季节PM_2.5浓度差异较大,故分季节预测了PM_2.5浓度;为了探究各模型预测性能,计算了各模型运行时间和内存占用,并基于PM_2.5与特征变量的相关性和特征变量的重要性探讨了模型预测性能季节性差异原因。【结果】模型总体预测精度从高到低排序为 XGBoost、RF、LightGBM、LSTM、KNN、DT模型;预测性能方面,6个模型均表现为秋冬季节预测精度高于春夏季节;LightGBM模型可在保证模型精度的情况下,大幅减少模型训练时间和内存占用;特征重要性显示PM₁₀浓度、气温和气压的重要性高,O₃浓度、风向和NO₂浓度重要性相对较弱。【结论】采取MRMR方法进行数据降维选取的最优特征子集能较好地预测PM_2.5浓度;相比较而言,XGBoost、RF、LightGBM、LSTM模型在PM_2.5浓度预测上具有较优性能,其中综合性能较好的为LightGBM模型。     

华北落叶松天然次生林树高曲线的混合效应模型

【目的】建立华北落叶松天然次生林树高曲线,为森林可持续经营提供技术支撑。【方法】基于116块华北落叶松天然次生林样地单木数据,从11个具有生物学意义的备选模型中选出一个最优基础模型。考虑地域和样地对树高曲线的干扰,基于94块样地利用带哑变量的非线性混合效应模型构建了树高曲线,并对22块样地数据进行验证。【结果】利用全部数据拟合11个备选模型,其中最优模型是Logistic方程,决定系数为0.765 3,均方根误差为3.279 4。引入哑变量和随机效应后,所建模型决定系数为0.915 2,均方根误差为1.892 2,与基础模型相比拟合精度显著提高。验证数据结果表明,带哑变量的非线性混合模型对树高的预测效果良好。【结论】样地随机效应对华北落叶松树高曲线干扰较大,当模型考虑这些随机效应对树高曲线的影响时能显著提高模型预测精度。该模型可用于华北落叶松天然次生林其他样地树高的预测。     

基于空间结构的杉木枝下高可视化模拟研究

【目的】定量研究林分空间结构对杉木枝下高的影响,构建基于空间结构的枝下高模型,结合杉木生长模型,应用三维可视化技术,实现杉木枝下高可视化模拟。【方法】利用湖南省黄丰桥国有林场6块杉木人工林临时样地的调查数据,选择5个常用枝下高基础模型,分析水平空间结构参数(P_H)、垂直空间结构参数(P_V)和空间结构单元平均距离(d_DIS)及其组合对枝下高的影响,构建综合指标较好且变量少的枝下高模型。基于林分三维模型实时生成方法,建立一种枝干可控的杉木三维模型;结合单木胸径连年生长量模型、树高-曲线模型和冠幅面积估计模型,模拟林木的生长状态。【结果】Logistic模型综合指标较好且模型参数可解释,可选为基础模型;3个空间结构参数中垂直空间结构影响较为显著,将P_V加入到Logistic模型中,改善了枝下高模型的拟合效果,决定系数(R²)从0.717提升到0.741,估计值的标准差从1.407 m减小到1.321 m,并使各项模型检验误差指标有所减小;构建的杉木三维模型可以动态调节枝干,实现了杉木枝下高模拟。【结论】构建的枝下高模型可以应用于林木年龄和部分林分信息未知的杉木林中,体现了林木间的相互竞争影响;结合枝干可控的杉木三维模型,模拟杉木生长过程,形象直观地表现了杉木枝下高的变化,为进一步研究林分生长动态可视化模拟和森林经营可视化模拟提供支持。     

乔木林丧失的时空变化及驱动力分析

【目的】乔木林是森林生态系统的主体,对调节气候、保持水土等生态功能起着决定性作用。本研究的主要目的是了解乔木林丧失时空变化趋势,并探索乔木林丧失驱动因子。【方法】以我国30省市自治区为研究对象,基于Sen+Mann-Kendall显著性检验法和标准差椭圆法(SDE),从时间和空间两个维度分析2005—2018年乔木林丧失的动态变化;借助探索性回归分析法筛选乔木林(树高>5 m)丧失的主要驱动因子,在此基础上,利用地理加权回归(GWR)模型探讨乔木林丧失驱动因子作用的时空分异格局。【结果】①2005—2018年全国乔木林丧失面积呈现上升趋势,丧失量年均增加412.451 km²;②2005—2018年乔木林丧失重心迁移路径不规则变化且丧失严重区域向南部集聚;③乔木林丧失率与人均GDP主要呈负相关关系;与城镇居民人均可支配收入正相关区域明显扩大但影响降低;与城镇化率主要表现为正相关关系且影响程度有所下降;与道路密度则主要表现为负相关关系,其对乔木林丧失的负面影响并不明显。【结论】在我国森林资源整体持续向好的背景下,乔木林的丧失存在明显的区域差异特征,东北林区及三北防护林工程实施区域的乔木丧失量较小并呈现显著减弱趋势,而东南林区,如湖南、江西、广东、广西等省区的乔木林丧失量较大且仍然呈现较显著增加的趋势。     

海南岛东北部木麻黄立木生物量建模

【目的】木麻黄是海南岛沿海主要的造林防护树种,量化估测木麻黄林生物量有利于明确木麻黄的碳汇贡献能力。【方法】以海南岛东林场木麻黄林为研究对象,选取了44株标准木,并获得其生物量实测数据。基于筛选的41株木麻黄样木生物量数据,分别选出地上和地下生物量最优独立模型,依据非线性度量误差模型的理论和求解方法,以及地上、地下生物量与材积变量之间的转换关系,建立了木麻黄地上生物量和地下生物量相容性模型,并采用加权回归消除各模型的异方差。【结果】地上、地下生物量最优独立模型为以胸径D为自变量的一元方程,立木材积的最优独立模型为以胸径D和树高H为自变量的二元独立模型; 非线性度量误差联立方程组能够很好地解决生物量相容性的问题,地上、地下生物量和立木材积的决定系数R²均大于0.95,并很好地改进了单株预测精度(平均百分标准误差E_MPSE均小于10%)和控制了平均预估误差; 同时,得出生物量转换因子(E_BCEF)和根茎比(R)的二元方程。【结论】此次建立的木麻黄生物量非线性联立方程组可用于大范围尺度估算木麻黄防护林的生物量及其碳储能力。