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[硕士论文] 江诗琴
林业信息工程 东北林业大学 2018(学位年度)
摘要:在现有陆地生态系统中,森林生态系统的重要程度不言而喻。当前社会的发展正步入有史以来节奏最快、发展最为迅猛的时代,使得人们对自然资源的索取越来越大,对森林资源的掠夺也更为彻底。对森林生态系统的健康有效管理是当前森林生态修复工作的重要议题。在实现森林资源有效管理和互联网迅猛发展的背景下,数字化、信息化、智能化的森林生态系统健康评价应运而生。
  本论文主要以黑龙江省佳木斯市孟家岗林场为研究对象,构建评价模型,最后基于网络地理信息系统(WebGIS)构建森林生态系统健康评价系统。
  (1)从森林生态系统结构复杂性、生物多样性、森林活力、更新能力和系统抵抗力5个方面对孟家岗森林生态系统健康状况进行评价。森林结构复杂性指标选取冠层数、林龄结构、郁闭度、林分密度和近自然度这5个指标;生物多样性选取了植物多样性指数指标;森林活力选取了生物量指标;更新能力选取了更新幼苗数量指标;系统抵抗力选取了森林病虫害程度和火险等级这2个指标,共10项森林生态系统健康评价指标,构建了森林生态系统健康评价指标体系。通过模糊C均值聚类方法进行森林生态系统健康评估。
  (2)结合样地调查的孟家岗森林生态系统健康评价结果,选择森林资源二类调查数据构建指标评价体系,基于信息熵进行特征量约简,将梯度提升决策树(GBDT)引入森林生态健康评价中,并对梯度提升决策树(GBDT)提出了改进。使用梯度提升决策树(GBDT)、改进的梯度提升决策树、改进的BP神经网络和支持向量机构建森林生态系统健康评价模型。
  (3)搭建了基于互联网,可实现用户在线实时操作,林业数据信息共享、空间数据展示和输出、森林生态系统健康水平在线评估的森林生态健康评价系统。以ArcGISServer10发布的地图服务进行二次开发,Tomcat7.0作为服务器、SQL Server2012为数据库引擎,MyEclipse为开发工具,JavaScript、Java为开发语言对系统进行开发。构建基于WebGIS的森林生态健康评价系统,并为用户提供如下服务:地图操作、数据管理、信息查询、专题图、森林生态系统健康评价功能、用户管理等功能。该系统能够实现森林健康生态系统健康评价的可视化管理,并为森林可持续化经营等工作提供科学依据和技术支持。
[硕士论文] 刘会玲
林业信息工程 东北林业大学 2018(学位年度)
摘要:云计算是当前计算机领域研究的主要方向,它整合了网格计算、并行计算、分布式计算等先进技术,被众多行业广泛应用。云计算通过整合资源构成一个资源池,向用户提供服务,具有高可用性和扩展性。Hadoop是近几年发展较好的云计算平台,一个并行处理数据的成熟的开源软件框架,凭借其高可靠性、可扩展性受到各行业的青睐。
  先进的卫星和传感器不断投入使用,遥感数据类型不断丰富,使得空间数据规模呈指数型增长。此外,复杂度越来越高的算法和模型也逐渐应用于遥感数据处理中,遥感数据处理越来越呈现出数据密集和计算密集的特征。而现阶段大多数遥感处理软件是基于单机系统的,在计算速度和效率上都受到很大的制约,无法满足生态环境的动态监测与实时评估的需求。将云计算技术应用于生态评价,进行并行化的遥感影像处理和生态评估关键参数的并行化遥感反演,可以实现森林的实时动态评估。
  本论文采用开源云计算平台Hadoop中的核心组件,对帽儿山研究区的生态因子进行并行化反演,实现基于云计算的森林生态系统服务功能的评估,验证将云计算应用到森林生态系统服务功能评估中的高效性。本文主要研究内容如下:
  (1)基于HDFS文件系统和HBase数据库的数据存储。本论文中将遥感影像数据存储在HDFS中,指定影像在HDFS中的存储策略;对HDFS的文件存储结构进行设计,数据包括原始数据、预处理数据、遥感反演结果数据等。HBase是一种面向列的非结构化数据库,论文中将处理中的影像块信息数据和元数据存储于HBase中。HDFS不能直接支持遥感影像的处理,但是提供了可扩展的API,本论文针对遥感影像的存储和处理问题,在Hadoop的基础上对相关功能模块进行了扩展。
  (2)基于MapReduce并行框架的遥感参数反演方法。大多数遥感处理软件是基于单机系统的,在计算速度和效率上都受到很大的制约。本论文搭建基于Hadoop的集群环境,将遥感参数反演的模型算法集成到基于MapReduce的并行框架中,构建基于MapReduce并行框架的生态因子遥感反演算法,从而提高影像处理效率。
  (3)植被净初级生产力的遥感估算模型Cloud-ICASA。在固碳释氧服务功能的评估中,难以直接获取的参数是林分净生产力(NPP),NPP直接反映了植被在自然环境条件下的生产能力,在全球变化及碳平衡中扮演着重要的作用。本论文对CASA模型的关键参数进行修正和优化,提出了适用于帽儿山的Cloud-ICASA模型。
  (4)林分蒸散量的遥感估算模型Cloud-ISEBAL。在涵养水源服务功能的评估中,主要的参数是林分的蒸散量。蒸散量是地下水和地表水相互转化的中间环节,影响着森林生态系统的水循环和碳循环过程。随着遥感技术的发展,应用遥感方法进行地表能量之间的反演成为现实。本论文在SEBAL的基础上,结合高分影像特点,提出了基于高分影像的Cloud-ISEBAL模型,实现对林分蒸散量的遥感反演。
[硕士论文] 李阳光
森林经理学 浙江农林大学 2018(学位年度)
摘要:竹林作为我国一种重要的非木质森林资源,在区域生态系统中扮演着重要角色,并因所特有的生物特点和生长特性,及其较高的固碳能力和潜力引起国际社会广泛关注。本研究以浙江省为例,利用1984-2014Landsat时间序列数据,提取浙江省全省不同时间阶段的竹林分布信息,分析其面积动态变化及规律,揭示竹林面积变化与土地利用格局之间的关系,并揭示由此到此导致的竹林碳储量时空演变,及LUCC对于竹林碳储量时空动态分布的影响。本文主要从以下几个方面进行研究:
  1、提取浙江省30年土地利用时空信息,及竹林信息时空动态。对Landsat遥感数据进行预处理,结合地面样地调查数据并运用最大似然监督分类方法对整个浙江省进行土地利用类型分类,并在此基础上提取浙江省竹林分布信息。
  2、提取分析浙江省30年碳储量空间分布和时空演变规律。以样地碳储量数据作为因变量,以预处理后的Landsat遥感变量信息作为自变量,进行回归分析建立遥感因子和生物量之间的预测模型进行精度评价并生成碳储量分布图,并分析其时空分布的特征及变化趋势。
  3、构建浙江省30年土地利用类型转移矩阵。由研究得到的浙江省土地利用类型图建立各时间段的土地转移矩阵,并结合各年的竹林及其地上碳储量分布信息,揭示土地利用类型变化对竹林及其地上碳储量时空变化的影响。
  经过研究主要得到以下结论:
  1、1984-2014年浙江省土地利用分类整体精度均在75%以上;Kappa系数均大于0.7;不同时间竹林统计面积与实际具有较高的吻合度,面积提取精度在95%以上。
  2、1984-2014年近30年竹林面积都除台州市外其他县市都呈现增加趋势,台州市的变化幅度和动态度分别为-33.04%和-1.10%;其他地区变化幅度分别为49.74%、48.76%、1085.15%、80.69%、108.97%、217.34%、155.63%、90.21%、15.29%和24.99%,年均变化率分别为:1.66%、1.63%、36.17%、2.69%、3.63%、7.24%、5.19%、3.01%、0.51%和0.83%。
  3、各年竹林碳储量模型精度相关系数R均在0.6以上,能够用于大范围竹林地上碳储量估算。1984-2014年各年年均碳储量密度分别为9.47、9.07、7.84、7.42、6.57、10.95、15.25和19.05MgC/ha;对应各年的碳储总量分别为5.06、5.03、5.39、5.13、5.14、8.42、15.72和16.94TgC。
  4、浙江省1984-2014年近30年土地利用变化中,阔叶林的面积增加最为明显,面积比由1984年占全省面积的15.86%增至2014年的24.64%,年平均增长率为0.29%;针叶林面积则有明显降低,针叶林面积在全省面积中的所占比由1984年的37.64%将至2014年的17.53%,减少了20.11%,年平均减少率为0.67%;竹林的面积比由1984年的5.04%增至2014年的8.56%,仅增长3.52%,年均增长率为0.12%。
  5、从整体来看,浙江省1984-2014年近30年的竹林扩张进程中,耕地、阔叶林、针叶林对竹林扩张的贡献率最大,又以针叶林为最,贡献率达到56.81%,耕地、阔叶林的贡献率分别为13.26%和25.26%,而其他土地类型对竹林扩张的贡献率较小。
  6、受LUCC的影响,30年间浙江省总碳储量增加幅度最大和最低的县市分别为杭州市和嘉兴市,其中,杭州市碳储量由1984年的0.96TgC增大到2014年的3.47TgC,增长了近4倍,年均增长0.08TgC;嘉兴市由于较低的竹林面积和碳密度导致碳储量很低。
[硕士论文] 崔璐
森林经理学 浙江农林大学 2018(学位年度)
摘要:竹林是我国亚热带森林生态系统中重要而特殊的资源,其在陆地碳循环/碳汇功能中扮演着重要的角色。截止第八次(2009-2013年)森林资源清查结果知,我国竹林面积已达601万公顷,占我国森林面积的3%,占世界竹林面积20%左右,是名副其实的“竹子王国”。目前,竹林面积信息主要是通过地面样地结合遥感影像并采用不同的分类方法获取,研究区多集中在县域或省域尺度上,缺乏全国范围竹林时空分布信息快速准确提取。森林生态系统碳循环在改善全球气候变化中具有重要意义,其中,植被净第一性生产力(Net Primary Productivity,NPP)是生态学中重要组成部分,是森林生态系统碳循环过程中重要的指示参数。然而,中国竹林NPP获取研究较少,本研究以中国竹林为研究对象,在林地遥感信息提取的基础上,首先通过构建竹林信息C5.0算法决策树获取初步竹林信息,其次,采用最小二乘混合像元分解方法获取竹林丰度信息,最后,将竹林丰度作为输入参数驱动适用于竹林碳循环研究的北部生态系统生产模拟模型(Boreal Ecosystem Productivity Simulator,BEPS),模拟了全国竹林生态系统的净初级生产力。主要研究内容包括以下三个方面:
  1、最大似然法提取林地信息。综合MODIS产品、地面调查数据等基础数据,结合目视解译、样地数据、Google earth等获取训练样本,采用最大似然法将全国土地利用类型分为水体、林地、耕地、城镇、裸地等,并通过掩膜获得全国林地MODIS产品。
  2、C5.0决策树结合混合像元方法获取竹林分布信息。首先,基于林地MODIS产品、Landsat8OLI浙江省土地利用专题图及竹林样地数据获取竹林、阔叶林、针叶林林分样本;其次,利用C5.0算法决策树构建竹林信息提取模型,最后,通过最小二乘混合像元分解获得竹林丰度专题图。
  3、竹林生态系统净初级生产力估算及时空格局分析。将竹林丰度信息作为输入参数驱动BEPS模型估算中国竹林生态系统净初级生产力,其次,利用统计等方法分析全国竹林生态系统净初级生产力时空动态变化规律。
  通过研究,主要得到一下几个方面的结论:
  1、最大似然法提取林地信息精度高,2003年、2008年和2014年三期生产者精度与使用者精度均为90%以上,Kappa系数均大于0.9,为下一步获取竹林信息提供数据保障。
  2、基于林地信息采用C5.0决策树模型提取的竹林遥感信息,平均精度达80.07%,结果能够粗略反映我国竹林时空分布特征;然而C5.0决策树获取竹林信息仍是基于像元水平上,因此,利用最小二乘像元混合分解获取较为纯净的竹林信息,研究结果与竹林资源清查面积具有较高的一致性,判定系数均大于0.95,说明通过决策树模型结合混合像元分解提取的中国竹林面积精度较为理想,为精确估算竹林面积及为大尺度竹林生态系统时空动态碳循环研究提供了保障。
  3、将竹林丰度图作为参数驱动BEPS模型获得中国竹林生态系统年/月尺度NPP,与已有研究结果及样地调查数据进行对比分析显示:三期判定系数(R2)均值为0.73,说明两者具有较高的一致性。在空间分布上,竹林NPP高值主要聚集在浙江、福建、江西、湖南等地;云南、陕西等地分布较为分散。在时间尺度上,竹林NPP变化明显。在年尺度上,NPP总量呈上升趋势。在月尺度上,我国竹林NPP呈现先增加后减缓趋势,5月为最高值,12月为最低值。在季节尺度上,四季对全年的贡献率从大到小为春(32.94%)>夏(26.72%)>冬(22.19%)>秋(21.64%)。
[硕士论文] 孟森
森林经理学 浙江农林大学 2018(学位年度)
摘要:高空间分辨率遥感影像具有丰富的纹理信息,为地物识别提供了便利,是当下遥感技术应用研究的热点之一。傅里叶变换是处理和分析纹理信息的有力工具。本文以傅里叶变换提取森林的纹理特征为切入点,对森林进行分类,旨在探索仅以纹理特征参与分类的情况下,提高树种分类精度的方法。
  以窗口尺度进行傅里叶变换可以有效规避傅里叶变换不能体现局部信息的缺陷。本文以0.5m分辨率的WorldView_1全色波段影像为数据源,在移动窗口基础上分别进行一维和二维傅里叶变换,构建研究区9种地物的一维和二维纹理特征向量,采用不同的分类方法依据特征向量对地类进行分类,以寻找合适的移动窗口尺寸和分类方法。试验了从3×3到43×43共21个边长为奇数的正方形窗口,每个边长窗口产生的纹理特征均采用Fisher判别法、随机森林、支持向量机、夹角余弦和相关系数等5种分类方法进行分类,统计每个窗口分类精度。主要基于两个层次对森林分类进行研究:
  (1)阔叶林、雷竹林、马尾松、毛竹林、杉木林、针阔混交林、道路、农地和水体等9类(全类别)进行提取各树种分布信息。
  (2)仅对6类树种进行分类(不包括3个非森林地类),以精度为依据确定最佳分类窗口;在此最佳分类窗口基础上,将树种合并一类—森林,再与其他3种非森林进行分类,提取森林分布信息;剔除非森林区域,再提取各树种的分布信息。
  结论:基于移动窗口傅里叶变换构建高分辨率遥感影像地物纹理特征,在合适的窗口尺寸下,能够高精度的提取森林以及对森林树种进行较精确的分类。
  (1)全类别分类:一维特征和二维特征最佳窗口下随机森林的分类性能优于其他4种分类方法;二维特征分类效果优于一维特征,总精度和Kappa系数为88.69%和0.8634;
  (2)森林分类:一维特征和二维特征最佳窗口下Fisher判别法的分类性能优于其他4种分类方法;二维特征分类效果优于一维特征,总精度和Kappa系数为84.86%和0.8149。
  (3)森林与非森林分类:在森林最佳窗口下亦是Fisher判别法最优;一维特征分类效果优于二维特征,总精度和Kappa系数为99.91%和0.9982。
[硕士论文] 高煜堃
森林经理学 浙江农林大学 2018(学位年度)
摘要:森林生物量是评价森林固碳能力和生态价值的重要参数。虽然遥感技术已经广泛的用于森林生物量的定量估测,但将不同传感器与不同建模算法有效的结合起来提高生物量估测精度的研究目前仍然很少。本研究基于不同遥感数据(Landsat TM数据、ALOS PALSAR L-波段数据以及二者的结合)和不同建模算法(人工神经网络(ANN)、支持向量回归(SVR)、随机森林(RF)、K最近邻(KNN)和线性回归(LR))在植被分层和不分层的情况下,对亚热带地区森林进行了生物量估算。结果表明:
  (1)Landsat TM数据的估测结果(均方根误差范围27.7-29.3Mg/ha)优于ALOS PALSAR数据(均方根误差范围30.3-33.7Mg/ha)。基于ANN和SVR算法使用TM与PALSAR数据结合的估测结果(均方根误差为27.6Mg/ha和28.2Mg/ha)与单独使用TM数据的结果(均方根误差为27.7Mg/ha和28.2Mg/ha)相似,RF和KNN算法在数据结合时的估测结果变差(均方根误差分别由28.4Mg/ha和28.3Mg/ha增加至30.3Mg/ha和30.8Mg/ha),而线性回归的结果略有改善(均方根误差由29.3Mg/ha降低至27.7Mg/ha)。
  (2)使用光学数据(Landsat TM)或雷达数据(ALOS PALSAR)进行生物量估测时,生物量低估和高估现象依然是一个主要问题。
  (3)当生物量范围处于40-120Mg/ha时,线性回归总体较好。总体上来说,机器学习算法只能有限的提高生物量估测精度,但当生物量值高于120Mg/ha时,ANN算法能有效提高模型精度(生物量在120-160Mg/ha时,均方根误差由34.2Mg/ha降低至29.1Mg/ha;生物量大于160Mg/ha时,均方根误差由61.0Mg/ha降低至50.2Mg/ha)。
  (4)森林类型与生物量范围是影响生物量估测模型的重要因素。
  (5)森林分层建模能有效改进生物量估测模型,尤其是生物量高于160Mg/ha时,使用线性回归的估测精度提高较多(均方根误差由的58.6Mg/ha降低至41.5Mg/ha)。
  本次研究通过综合分析不同数据源、建模算法以及森林类型,为亚热带森林生态系统基于遥感的生物量建模方式提供了新的见解。收集足够的样本、提取合适的变量、选择合适的建模算法以及结果评价方式是建立最优生物量估测模型的重要程序。
[硕士论文] 庞恩奇
森林经理学 浙江农林大学 2018(学位年度)
摘要:土地利用变化是影响城市陆地生态系统碳储量变化的重要因素。利用1995、2000、2005、2010、2015五期遥感影像,基于监督分类方法提取了杭州市西湖区土地利用及变化数据。参考《IPCC2006年国家温室气体排放清单指南》提供的方法建立碳储量变化模型。为优化模型参数,提出一种基于遥感影像DN值的分层抽样方法以提高在城市环境中抽样的精度。利用DN值分层抽样法统计样地数据获取优化参数,通过模型计算西湖区地上碳储量动态变化情况。进而分析了西湖区土地利用变化下城市森林地上碳储量的动态响应情况。通过研究,得出以下结论:
  (1)1995年-2015年间西湖区土地利用变化主要表现为农田转化为聚居地,但土地利用转移波动率较大,除聚居地外,各地类之间相互转移频繁。
  (2)基于DN值分层抽样方法对西湖区各土地利用分别进行碳密度估计,相对于简单随机抽样在林地、聚居地、农田和湿地四种地类型中的抽样精度分别从87.97%、68.39%、77.22%和71.57%提高到了98.84%、97.16%、97.04%和96.84%。
  (3)基于DN值分层抽样得到西湖区内各地类的平均碳密度值分别为林地69.46t C/hm2、聚居地14.94t C/hm2、农田27.71t C/hm2和湿地30.46t C/hm2,西湖区总体平均碳密度为32.90t C/hm2,总体抽样精度为97.69%。
  (4)1995年~2015年间土地利用变化每五年对西湖区造成的碳储量变化分别为-111030.70t,-77940.36t,-50623.77t和-89089.40t。1995年~2010年间土地利用变化对碳储量的减少作用降缓,2010年~2015年土地利用变化对碳储量的减少作用逐渐增大。
  (5)经计算得到1995~2015年间,西湖区每五年分别增加植被碳储48982.30t,62105.18t,116749.38t和60597.69t。西湖区城市森林总体碳汇效果先增强后减弱。
[硕士论文] 胡雪寒
农业资源与环境 浙江农林大学 2018(学位年度)
摘要:森林是陆地生态系统的主要存在部分,森林土壤碳储量超过全球土壤碳储量的三分之二,森林土壤碳库的微小变化都会对大气中CO2浓度和含量产生重要影响,从而影响全球气候的变化。森林转换是土地利用方式改变的一种重要方式,是影响土壤碳、氮循环的重要驱动因子。森林转换导致植物地上部分生物量、凋落物等均发生明显变化,显著影响了土壤碳氮的储量和转化过程以及酶的活性。第八次森林资源调查表明,我国人工林面积已达6933万公顷,占有林地面积的36.3%。本研究以亚热带天然阔叶林和由其转换而来的针阔混交人工林、马尾松人工林和杉木人工林为研究对象,探讨森林转换对土壤碳氮含量、分布格局、酶活性及其转化过程的影响。选取不同土层(0~20cm、20~40cm、40~60cm)的亚热带天然阔叶林(BL)和由天然阔叶林转换而来的针阔混交人工林(CB)、马尾松人工林(MP)和杉木人工林(CF)土壤作为样本,系统研究了天然阔叶林转换为人工林后土壤中不同粒径颗粒有机碳氮含量、轻组有机碳氮含量、水溶性有机碳氮含量、微生物碳氮含量、蔗糖酶、脲酶和过氧化氢酶活性及土壤碳氮矿化的变化。研究结果表明:
  (1)天然阔叶林转换为针阔混交人工林、马尾松人工林和杉木人工林,0~20cm土层土壤有机碳含量显著下降,天然阔叶林土壤有机碳含量为21.08g kg-1,转换为人工林分别下降了19.3%、26.0%和24.1%;土壤全氮含量呈下降趋势,但处理之间没有显著差异;凋落物现存量由5.25t hm-2a-1分别下降了21.0%、16.8%和79.4%;随着土层深度的增加,4种林分土壤有机碳和全氮含量均呈下降趋势。
  (2)天然阔叶林转换为针阔混交人工林、马尾松人工林和杉木人工林,显著降低了0~20cm土层土壤粗颗粒有机碳(CPOC)、细粒颗粒有机碳(FPOC)和矿物结合态有机碳(MOC)含量;0~20cm土层土壤CPOC与SOC相关性最好,40~60cm土层MOC与SOC相关性最好,表明土壤CPOC更能反映森林转换对表层土壤有机碳的影响;而MOC更能反映森林转换对深层土壤有机碳的影响。天然林转换为针阔混交人工林和杉木人工林土壤有机碳稳定性增强,而转换为马尾松人工林,有机碳稳定性下降。
  (3)天然阔叶林转换为针阔混交人工林、马尾松人工林和杉木人工林后,0~20cm土层土壤水溶性有机碳(WSOC)含量显著降低,转换为针阔混交人工林和杉木人工林,土壤WSOC/SOC没有显著变化,而转换为马尾松人工林,土壤WSOC/SOC上升。天然林转换为人工林后,不同土层土壤水溶性有机氮(WSON)均呈现了不同程度的增加趋势。天然林转换为人工林后,各土层土壤微生物生物量碳(MBC)和微生物生物量氮(MBN)均显著下降。
  (4)天然林转换为人工林,0~20cm土层土壤脲酶活性显著增加,天然阔叶林转换为针阔混交人工林、马尾松人工林和杉木人工林土壤脲酶活性分别增加了72.73%,156.06%和429.55%;转换为针阔混交人工林和杉木人工林蔗糖酶活性下降了17.78%和66.67%,转换为马尾松人工林增加了71.11%。
  (5)培养试验结果表明,天然林转换为针阔混交人工林和杉木人工林土壤有机碳矿化速率显著降低,转换为马尾松人工林土壤有机碳矿化速率显著升高。天然阔叶林转换为杉木人工林,土壤氮净矿化速率显著增加,表明天然阔叶林转换为杉木人工林促进了土壤氮素的转化。
[硕士论文] 戴巍
农业资源与环境 浙江农林大学 2018(学位年度)
摘要:大气CO2浓度显著增加导致全球气候变暖已成为国际社会普遍关注的环境问题之一,解决这一问题的关键在于降低人为CO2排放和增加固碳潜力。森林生态系统是陆地生态系统中最重要、最活跃的组成部分,拥有陆地生态系统80%的地上碳储量和40%的地下碳储量,在维护全球碳平衡和缓解气候变化等方面发挥着不可替代的作用,其主要包括森林植被、土壤、枯落物和枯死木四大碳库。因此,有必要开展森林生态系统碳密度空间分布特征和碳储量估算的研究工作,从而为森林经营与管理以及预测固碳潜力提供科学依据。
  地统计学是目前最为有效的空间变异分析工具,可以与其他空间分析技术(Moran'sⅠ,Neighborhood statistics等)相结合研究环境变量的空间变异和分布格局,并且能够提供具有统计意义的空间变异信息,已被广泛应用到生态学、地学以及环境科学等领域。本研究主要以浙江省森林生态系统为研究对象,通过GIS网格布点,选取了838个森林样地样本(土壤、枯落物等),结合浙江省森林资源监测中心相关数据,利用Moran'sⅠ、地统计学和GIS技术相结合的方法系统研究浙江省森林生态系统碳密度空间变异特征,并准确估算其碳储量的大小。结果表明:
  (1)浙江省森林生态系统平均碳密度为145.22Mg/ha,低于全国森林生态系统平均碳密度(258.83Mg/ha),主要原因是浙江省大多数森林处于中幼龄林阶段,碳密度水平较低。浙江省森林植被、土壤、枯落物和枯死木层碳密度分别为27.34Mg/ha、108.89Mg/ha、1.79Mg/ha和1.38Mg/ha,其各组分碳密度变异系数介于66.48%~73.69%之间,属于中等变异水平。
  (2)浙江省森林生态系统植被层、土壤层和枯落物层碳密度与树龄、海拔呈现极显著正相关关系。森林植被层与大多数环境因子(除坡向)呈现极显著正相关关系,特别与树龄,相关系数最大(r=0.469,P<0.01),表明树龄结构对森林植被生物量碳库影响最大;土壤层与海拔、树龄、植被层、枯落物层呈现极显著正相关关系;此外,枯落物与海拔、树龄、土壤层和植被层呈现极显著正相关关系,与坡向、坡位、树种和森林类型表现负相关关系。
  (3)浙江省森林生态系统植被层、土壤层和枯落物层碳密度全局Moran'sⅠ分别为0.165、0.181和0.123(P<0.01),呈现极显著的空间自相关性;局部Moran'sⅠ指数结果表明全省高值集聚区主要分布在西南和西北山区,低值集聚区主要分布在中部丘陵盆地和东南沿海地区;高、低值空间异常值主要分布在低值、高值集聚区,可能与自然和人为干扰因素有一定关系。
  (4)浙江省森林生态系统植被和土壤层碳密度克里格插值最优模型为指数模型,枯落物层碳密度属于高斯模型,其块基比(Nugget/Sill)分别为74.12%、65.79%和54.24%,具有中等空间相关性。森林植被、土壤和枯落物层碳密度的变程分别为14.53km、15.70km和137.28km,大于网格布点距离(4km×6km),表明可以较好的揭示浙江省森林生态系统各组分碳密度空间分布规律。
  (5)浙江省森林生态系统碳密度空间分布规律整体上呈现从西南向东北方向逐渐递减的趋势,与浙江省地形、地势变化较为一致,同时也反映出全省土地利用类型、森林管理实践以及社会经济发展水平的区域性差异。碳密度水平高值主要集中在西南和西北山区,低值出现在北部平原、中部丘陵盆地和东南沿海地区,其空间分布规律与Moran'sⅠ指数揭示的结果较为一致。
  (6)浙江省森林生态系统碳储量约为877.19Tg C(1Tg C=1012g C),其中森林植被、土壤、枯落物和枯死木层碳储量依次为203.88Tg C、656.20Tg C、10.84Tg C和6.27Tg C,分别占总碳储量的23.24%、74.81%、1.24%和0.71%,表明土壤层是森林生态系统最大的碳库,是整个浙江省森林生态系统碳储量最主要的贡献者。
[硕士论文] 钟斌
农业资源与环境 浙江农林大学 2018(学位年度)
摘要:为明确毛竹林地土壤重金属有效态表征方法及化学形态;阐明毛竹林重金属污染土壤胶体颗粒迁移规律;探明根际土壤重金属形态转化的影响机制,本文以毛竹笋林地为研究对象,通过野外采样与室内淋洗柱、根箱相结合的试验方法,系统地阐明毛竹林土壤重金属形态转化特征及其影响机制。研究成果主要包括:
  (1)土壤有效态Pb、Zn的提取量因提取剂的不同存在显著性差异,其中,EDTA、HNO3和HCl对重金属Pb和Zn的提取量最大,而NH4OAc和NaNO3对重金属Pb的提取量最小,NH4OAc和H2O对重金属Zn的提取量最小;土壤重金属Pb的化学形态主要以铁锰氧化物结合态和残渣态为主,而Zn主要以交换态和残渣态存在;对于有效态Pb,各提取剂除NaNO3、CaNO3和H2O外与全量和毛竹笋重金属含量具有良好的相关性,而在有效态Zn中,各提取剂与全量和毛竹笋重金属含量都有良好的相关性,酸性提取剂和有机螯合剂提取态Pb和Zn可有效表征该污染土壤的生物有效性。
  (2)土壤中颗粒粒径主要集中在大于50μm范围,其中小于50μm颗粒的重金属含量相对较高。在pH为3、4和5.6的模拟酸雨淋洗下,土壤中重金属Pb、Zn主要吸附在胶体颗粒上迁移,在三种不同pH模拟酸雨淋洗下,滤液中胶体颗粒重金属迁移量占总迁移量的80%以上,其中Zn的迁移效率最明显。
  (3)毛竹的根际效应导致了根际与非根际土壤不同重金属的形态存在差异;在重金属Pb、Zn的化学形态研究中,易还原态、晶体铁结合态和残渣态含量相对较高,根际土壤富啡酸结合态Pb、Zn,有机结合态Pb和晶体铁结合态Zn显著高于非根际土壤;土壤重金属形态的转化与土壤有机碳,土壤微生物量碳及土壤酶活性密切相关,这取决于根系分泌物与根际微生物的作用。
[硕士论文] 陈志豪
农业资源与环境 浙江农林大学 2018(学位年度)
摘要:入侵植物与土壤微生物之间的相互作用关系深刻影响着入侵植物的适应性和竞争力,在其成功入侵的过程中发挥着重要的作用。本论文以毛竹入侵阔叶林为切入点,利用室内培养法测定土壤氮素转化速率,并结合T-RFLP和定量PCR的方法研究了毛竹入侵阔叶林过程中其土壤细菌、真菌群落结构变化,进而利用定量PCR对细菌、真菌以及氮素矿化相关功能基因进行了丰度分析,以期探究细菌、真菌群落及其功能类群在毛竹入侵过程中如何影响氮素矿化作用。此外,本论文通过测定添加细菌、真菌抑制剂,以及自养硝化抑制剂后土壤净氮转化的变化动态,分析了细菌和真菌对净氮矿化和净硝化作用的相对贡献。最后,本论文也关注了毛竹入侵对土壤净氮转化影响的季节特征,并期望阐明其中的微生物机理。
  研究表明:
  1)武夷山毛竹入侵使土壤净氮矿化速率显著增强,毛竹林土壤无机氮供应较阔叶林更为丰富。室内培养条件下,短期内(7d)毛竹林净硝化作用较强,但长期培养条件(28d)下阔叶林土壤净硝化能力更强;天目山毛竹入侵阔叶林对土壤氮素矿化的影响存在季节性差异,夏季毛竹林土壤净氮矿化速率最高,而春季阔叶林土壤净氮矿化速率最低;土壤有机质含量、碳氮比以及无机氮含量在不同季节存在显著差异,这种差异与微生物种类和丰度发生改变紧密相关。
  2)细菌群落结构较真菌群落结构对毛竹入侵响应更为敏感,且在春季土壤中尤为明显。
  3)结合功能基因丰度分析,武夷山毛竹入侵导致土壤细菌、矿化基因apr丰度显著下降,而氨氧化细菌AOB和木质素降解基因lcc丰度显著上升。真菌与细菌丰度比、氨氧化细菌AOB丰度与净硝化速率均呈显著正相关(P<0.05),而木质素降解基因lcc与土壤有机质含量、净氮矿化作用呈显著正相关关系,表明入侵后真菌尤其是木质素降解基因lcc对铵态氮的生成发挥了积极作用;天目山春季毛竹林土壤中纤维素降解基因cbhI和木质素降解基因lcc的显著升高对土壤的净氮矿化和净硝化作用有积极影响,而秋季土壤中各环境因子对基因丰度变异影响不显著。
  4)细菌与真菌在土壤净氮转化中均起到了重要作用,对入侵后形成的三个不同林分土壤添加抑制剂后发现,阔叶林土壤中真菌对净氮矿化的贡献大于细菌,而毛竹林中则是细菌贡献大于真菌。
  5)在毛竹入侵阔叶林形成的三种典型植被下土壤中,自养硝化都是硝化作用的主要形式。随着入侵后土壤酸性的减弱,土壤真菌对硝化作用的贡献也同时增加。
[硕士论文] 周燕
农业资源与环境 浙江农林大学 2018(学位年度)
摘要:毛竹(Phyllostachys edulis)是一种重要的非木质森林产品,在经济、生态和社会效益等各方面都有重要的利用价值。由于人为的种植行为以及其快速的生长繁衍速度,毛竹在不断地代替天然林地形成毛竹纯林的同时,对林地的生态功能包括土壤氮循环产生影响。本文选取天目山、庐山和武夷山自然保护区内典型的毛竹林地,共八个毛竹入侵带,采集毛竹纯林(BB)、混交林(BBBL)和原林地(BL)的表层土壤(0--20cm),应用末端限制性片段长度多态性(T-RFLP)和荧光定量PCR(qPCR)技术,研究毛竹入侵过程中固氮菌、AOA和AOB这三个土壤氮循环相关微生物的群落结构和丰度变化,并结合多响应置换过程(multi-response permulation procedures,MRPP)探讨地理位置的影响,以及利用冗余分析(Redundancy analysis,RDA)来研究影响土壤微生物的主要土壤化学性质,旨在揭示毛竹入侵行为对林地土壤氮循环微生物的影响和变化规律。
  天目山保护区内的三个入侵带(青龙山、石门洞和进山门)研究表明:qPCR结果显示毛竹入侵导致了土壤氮循环微生物丰度发生不同程度的变化,其中固氮菌仅在进山门显著下降,AOA在三个入侵带中均显著下降(P<0.05),AOB在青龙山和石门洞显著下降(P<0.05),在进山门显著上升(P<0.05)。T-RFLP结果显示三个入侵带的土壤氮循环微生物T-RFs组成在不同林分(BB、BBBL、BL)中不同,MRPP验证发现,固氮菌群落结构在石门洞入侵带原林地分别与毛竹纯林及混交林之间有显著差异(P<0.05),进山门入侵带毛竹纯林分别与混交林及原林地之间有显著差异(P<0.05);AOA群落结构在三个入侵带的各个林分之间均有显著差异(P<0.05)(除进山门的毛竹纯林与混交林之间无差异);同时固氮菌和AOA群落结构在不同入侵带之间均有显著差异(P<0.05)。经土壤微生物信息与土壤化学性质之间的相关性分析和冗余分析显示,显著影响微生物的土壤化学性质在不同入侵带中并不统一。
  庐山保护区的三个入侵带(碧云庵、黄龙寺和八仙庵)研究表明:qPCR结果显示,八仙庵中的土壤氮循环微生物丰度均在毛竹入侵后显著上升(P<0.05),碧云庵和黄龙寺中的固氮菌和AOA均无显著变化,AOB在碧云庵中显著上升(P<0.05),在黄龙寺中显著下降(P<0.05)。土壤微生物群落结构的MRPP结果显示,固氮菌群落结构在黄龙寺中原林地分别与毛竹纯林及混交林之间有极显著差异(P<0.01),在八仙庵的毛竹纯林和原林地之间有极显著差异(P<0.01);AOA群落结构仅在八仙庵的毛竹纯林和原林地之间有极显著差异(P<0.01);同时土壤固氮菌和AOA的群落结构在三个入侵带之间两两有极显著差异(P<0.01)。经土壤微生物信息与土壤化学性质之间的相关性分析和冗余分析显示,显著影响微生物的土壤化学性质在不同入侵带中并不统一。
  武夷山保护区的两个入侵带(A点、B点)研究表明:qPCR结果显示,土壤固氮菌丰度在毛竹入侵影响下没有显著变化,AOA均显著下降(P<0.05),AOB均显著上升(P<0.05)。MRPP结果显示,固氮菌群落结构在A、B两地的毛竹纯林和混交林之间均无显著差异外,其余林分之间均有显著差异(P<0.05);AOA群落结构在两个入侵带的各个林分之间均有显著差异(P<0.05);同时土壤固氮菌和AOA的群落结构在两个入侵带之间均有极显著差异(P<0.01)。相关性分析显示,土壤化学性质与土壤固氮菌、AOA及AOB的数量、多样性指数之间无显著关系;RDA显示,土壤化学性质与固氮菌的群落结构变异之间无显著相关,速效钾(P=0.026)显著影响A、B两个入侵带总土壤AOA的群落结构变异。
  总体上,毛竹入侵引起林地土壤pH值上升,固氮菌和AOA丰度基本呈现毛竹纯林低于原林地的趋势,AOB易受影响但在不同入侵带中变化不一,相关微生物的群落结构发生变异,入侵带的地理位置会影响土壤氮循环微生物的各项性质甚至大于毛竹入侵的影响,没有统一的1个或2个土壤化学性质指标是引起土壤氮循环微生物发生变异的主要因子。
[硕士论文] 陈飞龙
森林保护学 浙江农林大学 2018(学位年度)
摘要:浙江山核桃Carya cathayensis又名山核桃,主要分布在以浙江临安为中心的天目山山区。因其较高的营养价值颇受人们的喜爱,已成为该地区林农的主要收入来源。随着产业发展,传统经营方式的山核桃林地生态问题日渐严重,为此,专家提出设置隔离带、套种作物、改变施肥方式等生态化的经营模式。昆虫多样性作为生物多样性的重要组成部分,是生态系统中非常重要的一环,它的好坏能够间接反映该生态系统中生物与环境的变化。本研究利用马氏网、灯诱和样方调查的方法,在2016-2017年对4种不同经营模式的山核桃林(1号林:荒废野生的山核桃林;2号林:林下种植植物的山核桃林;3号林:传统经营的山核桃林;4号林:参照有机化管理的山核桃林)进行昆虫调查,并利用Excel2013,SPSS19.0软件对数据整理计算。结果如下:
  1.共获得标本22283号,共计9目84科163种。鞘翅目、鳞翅目、膜翅目种类最多,分别占总数的26.99%、16.56%、14.72%;头喙亚目/胸喙亚目、直翅目、双翅目数量最多,分别占总个数的53.54%、14.28%、11.10%。
  2.4种经营模式中均为鞘翅目和鳞翅目种类最多,头喙亚目/胸喙亚目和直翅目数量最多。对特征指数分析发现,1号林和2号林的多样性较好,物种较丰富;3号林和4号林优势度较高,存在明显优势种。对4种经营模式中马氏网内昆虫群落的特征指数差异性分析发现1号林和2号的昆虫群落差异较小,3号林的多样性显著低于其他林,且优势度显著高于其他林,存在明显优势种,群落稳定性较差(P<0.05)。
  3.时间动态分析中发现,在各个阶段4种经营模式中马氏网内昆虫均为植食性昆虫种类和数量最多,其他功能性昆虫种类数量接近;4种经营模式中各功能性昆虫在各个时间段变化趋势基本相同。
  4.稳定性分析中发现4号林的Sn/Sp比值最高,群落内部食物网的的复杂程度及相互制约能力较高;1号林St/Si比值最高,昆虫群落结构较其他更稳定。
  5.主分量分析中发现,捕食性个体数和物种数、寄生性个体数的综合因子对1号林昆虫群落的变化起主导作用;捕食性个体数和中性昆虫个体数的综合因子对2号林昆虫群落的变化起主导作用;中性昆虫物种数、钻蛀性物种数、植食性物种数及寄生性物种数的综合因子对3号林昆虫群落变化起主导作用;寄生性物种数和个体数、捕食性个体数及钻蛀性物种数和个体数的综合因子对4号林昆虫群落变化起主导作用。
  6.相似性分析中发现,在度量值为5时,4种不同经营模式的昆虫群落可分为3类:2号林和4号林归为一类,3号林为一类,1号林为一类。
[硕士论文] 夏侯佐英
园林植物与观赏园艺 浙江农林大学 2018(学位年度)
摘要:蛛网萼(Platycrater arguta Sieb.et Zucc.)是隶属于绣球花科的落叶灌木,第三纪孑遗珍稀濒危植物,国家二级保护植物。本文通过DIVA-GIS软件包和其整合的BIOCLIM和DOMAIN模型对蛛网萼当下及未来的潜在分布区进行了预测,对其模型精度进行检验,并对主导其分布的气候因子作主成分分析;同时为了验证蛛网萼是否对水分的变化敏感,以一年生蛛网萼幼苗为材料,采用盆栽控水试验,设置4个水分梯度,75%-80%(对照)、60%-65%(轻度干旱)、45%-50%(中度干旱)、30%-35%(重度干旱),测定其生长指标、生理生化指标、光合气体交换参数和叶绿素荧光参数,论文的主要结果如下:
  (1)蛛网萼在当下的潜在分布区主要集中在赣浙皖交界区、赣浙闽交接区、浙江东部雁荡山脉地区、赣湘交界和湘桂交界区,以及日本九州岛北部、四国岛大部分地区、本州岛南部和韩国的济州岛等地。在CO2增加的情景下,蛛网萼最适潜在分布区将会明显的缩小,且有向东部和高海拔地区迁移的趋势。通过对影响物种分布的19个气候因子的主成分分析表明:年降水量、最湿季降水量和最暖季降水量是主导蛛网萼分布的气候因子。
  (2)随着干旱程度的加剧,蛛网萼的各项生长指标下降的也越显著,重度干旱下蛛网萼各项生长指标受抑制最严重,但根冠比最高,蛛网萼为了适应干旱环境采用了转移生物量的策略。轻度干旱时,蛛网萼叶片中Pro呈先升后降趋势,SOD、POD、CAT、MDA、可溶性蛋白和可溶性糖均呈上升趋势;中度及以上的干旱胁迫下,蛛网萼的SOD、CAT、可溶性糖和Pro均呈先升后降趋势,POD和可溶性蛋白呈先生后降再升趋势,MDA呈上升趋势。表明轻度干旱能够增大蛛网萼叶片的细胞膜透性,诱发保护酶系统清除细胞内活性氧,使细胞产生渗透调节物质来保证水分的供给;中度和重度干旱对蛛网萼幼苗造成的伤害较大,SOD和CAT后期下降,保护酶系统活性明显降低,可溶性糖和Pro后期也降低,表明中度和重度干旱对蛛网萼的细胞生理结构能够造成较为严重的不可逆生理性破坏。
  (3)轻度干旱胁迫下限制蛛网萼净光合速率主要是气孔因素,中度和重度干旱下则是非气孔因素主导。干旱胁迫能抑制蛛网萼PSⅡ光化学活性,Fv/Fm、Fv'/Fm'和Fv/Fo均有显著降低,表明蛛网萼受到了光抑制,且Fv/Fo对干旱的响应较为敏感。蛛网萼能通过提高NPQ的方式来增加热耗散。中度和重度干旱能对蛛网萼的PSⅡ反应系统造成不可逆的伤害。
[硕士论文] 何洪任
自然地理学 成都理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着全球人口数量的持续增加,人类活动对资源和环境的压力不断加大,突出表现在水资源短缺和污染、生态环境恶化、生态系统功能退化等,严重影响全球水循环,造成严重的干旱与洪涝灾害发生,威胁人类的生存环境和人类福祉。水源涵养功能是生态系统重要的服务功能之一,一直以来是生态学和水文学研究的热点。特别是作为陆地最重要的生态系统森林生态系统水源涵养功能对流域生态系统健康起到至关重要的作用。
  森林土壤水源涵养功能受森林植被、土壤环境、地形地貌等因素综合影响。不同区域、不同尺度、不同类型森林生态系统水源涵养功能具有显著差异。三峡库区作为我国主要生态功能区,其森林生态系统水源涵养功能关系到库区的可持续发展。为理解森林与水源涵养关系,认清森林植被及森林土壤对水源涵养功能影响,评价不同森林涵养水源的功能及其形成机制,本文选择三峡库区中部五桥河流域典型森林类型马尾松林、柏木林、青冈林、刺槐林、杨树林、其他硬阔叶林、其他软阔叶林和柑桔林,通过野外实地观测,获取了不同森林类型土壤水文特征参数,利用InVEST模型模拟不同森林类型水源涵养功能,并定量评价不同森林生态系统水源涵养功能与土壤水文属性关系。结果表明:
  (1)不同森林类型土壤含水量具有差异。刺槐林多位于退耕梯田台面,其林地土壤自然含水量最大,马尾松林位于土壤瘠薄坡地上,土壤自然含水量较小,不同森林类型土壤自然含水量依次为:刺槐林(15.6%)>其他硬阔叶林(14.8%)>杨树林(14.7%)>柏木林(14.5%)>青冈林(13.8%)>柑桔林(13.7%)>其他软阔叶林(12.8%)>马尾松林(12.5%)。
  不同森林类型土壤容重具有显著差异。马尾松林林地土壤容重均值最小,其他软阔叶林林地土壤容重均值最大。土壤容重依次为:其他软阔叶林(1.45g.cm-3)>柑桔林(1.44g.cm-3)>青冈林(1.42g.cm-3)>其他软阔叶林(1.40g.cm-3)>柏木林(1.38g.cm-3)>杨树林(1.35g.cm-3)>刺槐林(1.34g.cm-3)>马尾松林(1.25g.cm-3)。
  马尾松林林地土壤总孔隙度均值最大,经济林柑桔林土壤总孔隙度最小。其中,土壤平均总孔隙度依次为:马尾松林(42.0%)>刺槐林(39.6%)>杨树林(36.8%)>柏木林(35.1%)>青冈林(34.9%)>其他硬阔叶林(34.5%)>其他软阔叶林(33.6%)>柑桔林(31.5%)。
  (2)根据土壤蓄水方法计算林地土壤蓄水量显示:杨树林(1339.24t/hm2)>柑桔林(1111.43t/hm2)>刺槐林(1108.68t/hm2)>其他软阔叶林(1040.12t/hm2)>青冈林(983.42t/hm2)>其他硬阔叶林(910.91t/hm2)>柏木林(905.11t/hm2)>马尾松林(563.68t/hm2)。
  (3)五桥河流域马尾松林与其他硬阔叶林水源涵养最高,该区域以针阔混交林、马尾松林和柏木林为主,土壤类型为紫色土,土壤层较厚,有利于土壤孔隙度发育;具有良好的土壤结构和通气状况,枯落物较多,大部分坡度大于15℃,受人为干扰影响较小,平均植被覆盖度在85%以上,有利于林木生长与涵养水源。
[硕士论文] 胡帅栋
土壤学 浙江农林大学 2018(学位年度)
摘要:毛竹(Phyllostachys edulis)是亚热带地区重要的竹森林资源,目前我国毛竹林面积达444.74万公顷,占全国竹林总面积的74%。毛竹林在森林碳汇和温室气体减排中具有独特的优势和巨大的潜力。然而,毛竹林土壤N2O排放通量显著高于常绿阔叶林土壤,且施肥、翻耕等经营措施会造成毛竹林土壤养分流失,土壤N2O排放增加等负面影响。施用生物质炭可以提高土壤养分含量,并显著降低土壤N2O排放。然而,不同用量生物质炭输入对人工林土壤N2O排放的影响及其机理目前尚不明确。本试验以浙江省杭州市临安区典型亚热带地区集约经营毛竹人工林为研究对象,通过两年的定位试验,研究不同用量生物质炭输入(0t ha-1:对照;5t ha-1:B5;15t ha-1:B15)对毛竹林土壤N2O排放通量、温度、水分、pH、碳氮库、酶活性、总硝化和反硝化速率的影响,探讨毛竹林土壤N2O排放通量与上述土壤环境因子之间的关系,揭示不同用量生物质炭输入对毛竹林土壤N2O排放的影响及其机理。取得的主要研究结果如下:
  (1)不同用量生物质炭输入(0、5和15t ha-1)条件下,毛竹林土壤N2O排放通量呈现显著的季节性变化,土壤N2O排放通量的最大值均在夏季,最小值均在冬季。土壤N2O排放通量随着生物质炭输入量的增加而降低。生物质炭处理(5和15t ha-1)在第1年均显著降低土壤N2O年累计排放量(P<0.05),且不同用量生物质炭处理之间无显著差异;生物质炭处理在第2年也均显著降低土壤N2O年累计排放量(P<0.05),但不同用量生物质炭处理之间呈显著差异(P<0.05)。
  (2)不同用量生物质炭处理对毛竹林土壤温度无显著影响。与对照相比,B5和B15处理使毛竹林土壤含水量分别提高5.9%和9.8%。生物质炭输入显著增加土壤pH(P<0.05),且随生物质炭输入量增加而增加,但在第2年所有生物质炭处理均有下降趋势。与对照相比,B5和B15处理条件下,毛竹林土壤WSOC含量分别增加13.9%和27.0%,土壤MBC含量分别增加12.4%和15.1%,土壤NH4+-N含量分别下降9.2%和13.0%,土壤NO3--N含量分别下降16.7%和19.0%,土壤WSON含量分别下降13.2%和14.2%,土壤MBN含量分别增加10.8%和12.9%。
  (3)土壤酶(蔗糖酶、脲酶和蛋白酶)活性随温度呈现一定变化规律,一般在冬季达到最低值,夏季达到最高值。与对照相比,B5和B15处理条件下,毛竹林土壤蔗糖酶活性分别下降10.0%和15.2%,土壤脲酶活性分别下降13.3%和16.0%,土壤蛋白酶活性分别下降13.4%和19.6%。在不同用量生物质炭(0、5和15t ha-1)处理条件下,毛竹林土壤总硝化速率与反硝化速率均呈现季节性变化特征,其速率最大值均出现在夏季,最小值均出现在冬季。毛竹林土壤总硝化速率与反硝化速率随着生物质炭输入量的增加而降低。与对照相比,B5和B15处理条件下,土壤总硝化速率分别降低13.1%和17.0%;土壤反硝化速率分别降低18.6%和27.6%。
  (4)在对照处理下,毛竹林土壤N2O排放通量与土壤温度、WSOC含量、MBC含量、NH4+-N含量、NO3--N含量、WSON含量、MBN含量、脲酶活性、蛋白酶活性、总硝化速率和反硝化速率均呈极显著相关性(P<0.01);B5和B15处理条件下,毛竹林土壤N2O排放通量与土壤温度、NH4+-N含量、NO3--N含量、脲酶活性、蛋白酶活性、总硝化速率和反硝化速率均呈极显著相关性(P<0.01);B5和B15处理条件下,毛竹林土壤N2O排放通量与土壤WSOC含量、MBC含量和WSON含量均呈显著相关性(P<0.05)。
[硕士论文] 朱迪恩
森林经理学 浙江农林大学 2018(学位年度)
摘要:竹林作为森林生态系统的重要组成部分,在减缓全球气候变化以及森林生态系统碳循环中发挥着极其重要的作用。叶面积指数(Leaf area index,LAI)定义为单位地面面积上所有绿色叶面积总和的一半,是驱动森林生态系统模型模拟碳循环以及定量分析陆地和大气之间物质和能量交换的关键参数。竹林独特的生理生态特征以及经营措施,使得竹林叶面积指数时空变异复杂,遥感反演存在不确定性。已有的叶面积指数产品对竹林叶面积指数严重低估,大小年毛竹林冠层光谱之间差异对竹林LAI遥感反演带来挑战。本文以雷竹林和毛竹林两种典型的竹林类型为研究对象,在站点尺度,基于MODIS地表反射率数据,分别采用逐步回归和相关分析两种方法进行变量筛选,结合LAI实测数据构建了逐步回归和BP神经网络两种模型,对雷竹林生态系统观测站点2014年1月-2017年3月LAI时间序列数据进行反演;在县域尺度,以Landsat8OLI遥感数据为基础,提取毛竹林分布信息。并在此基础上,结合Landsat7ETM+数据,利用随机森林模型对大小年毛竹林进行分类,得到安吉县大小年毛竹林分布信息。分析大小年毛竹林之间光谱信息差异,采用逐步回归分析方法,分别构建大小年毛竹林叶面积指数反演模型,反演得到整个安吉县毛竹林叶面积指数。
  研究主要得到以下几个方面的结论:
  第一,基于MODIS地表反射率数据并结合BP神经网络模型反演雷竹林LAI,精度高于线性回归模型,并解决了MODIS LAI产品低估的问题;
  第二,基于大小年毛竹林遥感信息时间序列特征分析,结合随机森林模型能够有效提取大小年毛竹林分布信息,分类精度较高;
  第三,通过区分大小年来分别构建大小年毛竹林LAI反演模型,能提高毛竹林LAI的反演精度。
[硕士论文] 刘彩霞
农业资源与环境 浙江农林大学 2018(学位年度)
摘要:毛竹(Phyllostachys pubescens)是我国分布最广、面积最大的经济竹种,其集约经营引起的多种生态环境问题已引起人们的普遍关注。更重要的是不同学者已研究发现施肥、翻耕等毛竹林集约化经营措施导致了土壤细菌和真菌以及某些功能菌群如氨氧化菌群落结构的变化,但固碳和固氮微生物还鲜有人研究。本研究为揭示毛竹集约经营对土壤固碳和固氮微生物的影响,丽水和长兴两个不同集约经营时间毛竹林(0-20cm和20-40cm)土壤,利用固碳功能基因(cbbL)和固氮功能基因(nifH)引物,应用实时荧光定量PCR、末端限制性片段长度多态性技术(T-RFLP)以及cbbL和nifH基因文库方法,分析毛竹林长期集约经营过程中土壤固碳和固氮微生物丰度和群落结构多样性的变化,通过冗余分析(RDA)探讨影响土壤固碳和固氮微生物群落的主要环境因素。主要结果如下:
  土壤固碳微生物变化情况。结果表明,集约经营毛竹林土壤固碳微生物数量和群落结构变化并未表现出与有机碳(SOC)的相关性,而与N素水平的变化显著相关(P<0.05)。具体表现为:丽水表层cbbL基因丰度随着集约经营的进行呈先上升后下降的规律,与氮素水平呈正相关(P<0.05);亚表层土壤cbbL基因丰度则呈直线下降的趋势,与C∶N呈正相关(P<0.05)。长兴表层cbbL基因丰度高于亚表层,相差1个数量级,亚表层cbbL基因丰度与碱解氮(AN)呈正相关(P<0.05)。RDA分析表明,pH、NO3--N和AP是影响丽水表层和亚表层土壤固碳微生物群落结构变化均显著相关(P<0.05)。长兴表层土壤NH4+-N(P=0.024)和AP(P=0.022)与表层土壤固碳微生物群落变异显著相关,9个环境因子在第一和第二排序轴上共解释了样本81.0%的变异;不同地点、土层深度和经营年限作为变量因子进行多因素方差分析表明,地理位置是固碳细菌丰度、群落和多样性变化的重要因素。由系统发育分析发现,两地的相同优势T-RFs代表的菌群为根瘤菌(Bradyrhizob ium)和中慢生根瘤菌(Mesorhizobium),以兼性自养为主。
  土壤固氮微生物变化情况。研究结果表明,长期集约经营后土壤固氮微生物的数量、群落结构以及多样性有显著性变化,但随着经营年限的增加有所恢复。丽水nifH基因丰度与土壤理化性质的相关分析结果表现为,丽水亚表层nifH基因丰度与土壤pH(P=0.040)显著相关,表层土壤固氮细菌nifH基因数量与理化指标之间无显著相关性。长兴表层nifH基因数量与铵态氮(NH4+-N)呈显著正相关(P=0.008),亚表层nifH基因数量与C∶N呈显著正相关(P=0.000),与铵态氮(NH4+-N)呈显著负相关(P=0.008)。RDA结果表明,未发现共同影响两样地土壤化学因子,但9土壤化学个土壤化学因子对固氮微生物群落结构变化的解释率均高于40%,说明集约经营措施引起的土壤养分变化与固氮微生群落结构变化显著相关。本研究并未发现与两地nifH基因数量和群落结构变化显著相关的共同环境因子。地点、土层和经营时间对土壤nifH基因丰度和多样性影响的3因子因素方差分析表明,地点、经营时间和二者交互作用显著影响两地nifH基因丰度,且经营时间的影响大于地点;土层深度和经营年限是显著(P<0.01)影响3个多样性指数的重要因素,土层深度大于经营年限的影响。固氮微生物种类少于前人研究,系统发育分析显示,两实验样地的优势菌群均为根瘤菌。
[硕士论文] 张赫林
地理学;地图学与地理信息系统 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:三北防护林是世界上最大的生态恢复工程。陕西省榆林市位于黄土高原与内蒙古高原毛乌素沙漠的交界处,是三北防护林工程中的生态脆弱地区。对陕西省榆林市的森林覆盖变化以及生物量的反演对该地区的环境监测与生态评价有着重要的意义。Landsat数据具有长时间的数据积累和较高的空间分辨率。本文主要利用时序Landsat数据,对榆林六县的土地利用变化情况、森林覆盖变化和造林毁林时间反演进行定量化研究,并结合造林树龄对研究区森林地上生物量进行反演,定量地分析榆林地区自1974年以来的生态建设成效。本文对榆林六县的土地利用/覆被变化、单木生物量异速生长方程、森林覆盖变化时间反演以及区域森林生物量估算展开研究,得到以下结论:
  (1)本文利用长时间序列的Landsat数据,通过大气校正、相对辐射归一化以及地形辐射校正、去云等定量化处理,获取研究区时序地表反射率数据,利用基于CART分类方法对研究区1987年、1993年、2000年、2007年和2014年的地表反射率数据进行土地/覆被类型分类,将研究区地物类型分为耕地、林地、草地、水域、城镇居民建设用地、沙地以及裸土地。在进行CART分类时,引入EVI作为一个特征波段,增加地物类别判别精度。分类结果的总体分类精度达到88.91%,Kappa系数为0.87,具有较高的分类精度。
  (2)根据研究区的优势树种(槐树、杨树、油松和樟子松),利用2012年实测的胸径、树高、树龄等参数构建不同类型的异速生长方程,结果发现结合树木胸径与树高两种参数形式的异速生长方程效果最好,其次是基于胸径的幂函数形式的异速生长方程,拟合效果好并且仅需要胸径一种参数,相比于需要胸径和树高的异速生长方程有更好的适用性。建立基于胸径的槐树、杨树和松树的异速生长方程,估算各个样区内所有单木的地上生物量,获得样区的森林总生物量。
  (3)利用1974年至2012年Landsat时序数据定量化结果,构建森林概率指数IFZ,设计并建立了植被追踪VCT算法,反演出森林覆盖变化以及森林造林时间和毁林时间。经过实测样区检验VCT算法分类总体精度为90.95%,Kappa系数为0.88,森林覆盖变化时间误差小于等于3年的达到83.72%,具有较好的反演效果。研究区1977年与2003年呈现两个造林峰值,分别达到279.52km2与1249.26km2。毁林面积在1987年与2007年达到两个毁林峰值,分别为11.27km2与10.61km2。结果表示利用时间序列IFZ数据,构建VCT算法得到的森林覆盖变化时间反演,能够有效地反演区域森林造林和砍伐时间。
  (4)基于像元尺度的树龄建立区域森林地上生物量估算模型。将NDVI*age作为变量构建区域森林生物量估算模型,估算方程为y=150.6x+332.31,决定系数R2达到0.62。对2012年榆林六县森林生物量进行反演,其中神木县的总地上总森林生物总量最高,达到4.76×109kg。区域森林生物总量最低的为米脂县(7.94×108kg),中间依次是榆阳区(1.66×109kg)、佳县(1.40×109kg)、子洲县(1.35×109kg)和衡山县(1.16×109kg)。利用NDVI与像元尺度树龄能够有效的反演区域森林生物量,实现对榆林地区各个区县森林生物量以及分布情况的监测,对探究榆林地区森林固碳能力以及“三北防护林工程”生态恢复成效有重要意义。
[硕士论文] 郝玉琢
水土保持与荒漠化防治 东北林业大学 2018(学位年度)
摘要:以阿什河流域天然林窄带状皆伐后营造的29年生水曲柳纯林、水曲柳×落叶松混交林、水曲柳×云杉混交林和水曲柳×红松混交林为研究对象,对其叶片-凋落物-土壤C、N、P含量及生态化学计量特征的季节动态变化进行了分析研究。结果表明:(1)在整个生长季内,叶片C/P变异系数最大,水曲柳×落叶松混交林和水曲柳纯林较水曲柳×红松混交林和水曲柳×云杉混交林具有更高的养分利用效率。阿什河流域水曲柳在生长季初期主要受N元素限制,等进入到生长旺季,更易受N、P元素共同限制。研究区水曲柳叶片C、N、P含量耦合关系显著(P<0.01)。(2)水曲柳纯林和3种水曲柳混交林凋落物C、N、P含量及化学计量比变化趋势比较复杂,呈现出不同的季节变异性,与叶片变化趋势也不相同。水曲柳纯林凋落物分解速率显著高于3种水曲柳混交林,水曲柳×落叶松混交林凋落物分解速率较水曲柳×红松混交林和水曲柳×云杉混交林快。水曲柳纯林和水曲柳×红松混交林凋落物N/P大小主要受P含量影响,水曲柳×落叶松混交林与水曲柳×云杉混交林凋落物N/P大小主要受N含量影响。(3)水曲柳与不同针叶树种混交具有改变土壤肥力的功能,但与不同针叶树种混交形成的混交林对土壤的作用是不同的。在整个生长季内,水曲柳纯林和3种水曲柳混交林C、N、P含量在不同土层表现为不同的变化趋势和差异显著性,在改变土壤肥力的功能方面,尚不能完全说明水曲柳混交林强于水曲柳纯林。水曲柳纯林和3种水曲柳混交林土壤C、N、P含量随着土层的加深呈降低趋势。土壤C、N、P含量间耦合关系显著(P<0.01)。(4)水曲柳纯林和3种水曲柳混交林不同组分中C、N含量均表现为叶片>凋落物>土壤,叶片P含量均显著高于凋落物和土壤,C/N和C/P表现为凋落物>叶片>土壤,N/P比值在4种水曲柳人工林中叶片和凋落物相差不大,但是显著高于土壤。综合而言,从凋落物分解速率快慢和提高养分利用效率促进水曲柳生长角度综合考虑,阿什河流域培育水曲柳×落叶松混交林和水曲柳纯林优于水曲柳红松×混交林和水曲柳×云杉混交林,在生长季初期应注意及时补充氮肥,进入生长旺盛期应补充氮肥和磷肥,以满足水曲柳正常生长的需要。
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