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无人机遥感技术在景观生态学中的应用

生态学报杂志|张志明; 徐倩; 王彬; 孙虎; 耿宇鹏; 田冀 云南大学生态学与环境学院; 生态学与地植物学研究所; 昆明650091

野外数据的获取是生态学研究的挑战之一,而通过遥感技术能够实现对地球表面的多面立体观测,获取丰富多样的空间信息数据,开展从微观到宏观不同尺度上的景观单元(包括物种、种群、群落、生态系统等)的空间关系研究。传统卫星遥感影像受空间和时间分辨率的限制,难以满足局域尺度或者时间序列上的景观空间生态学研究需求。无人机遥感技术为生态学研究的野外数据获取提供了一种新方法.以其灵活、高效、简便等特点弥补了传统卫星遥感的空间分辨率低、重访周期长、云雾影响等方面的不足,在景观空间生态学研究中受到越来越多的关注。简要介绍无人机类型及其搭载常见的传感器类型,分别从不同尺度的景观单元,即物种、种群、群落以及生态系统水平上探讨其应用进展,并指出当前无人机技术在景观生态学研究中存在的挑战与困难,同时展望了未来可能的研究热点,以期对今后无人机遥感技术在景观生态学领域的应用研究有所启发。

【分 类】
  • 期刊
  • >
  • 自然科学与工程技术
  • >
  • 基础科学
  • >
  • 物理学
【关键词】
  • 无人机
  • 遥感
  • 生态调查
  • 生物多样性监测
  • 景观空间生态学

生态学报 文档目录

生态学报杂志景观生态学研究进展专栏

景观生态网络研究进展

摘要:作为生态学重要的概念与方法,生态网络是景观生态学研究的热点问题,也是耦合景观结构、生态过程和功能的重要途径。景观生态网络对于保护生物多样性、维持生态平衡、增加景观连接度具有重要意义。从景观生态网络的相关理论、研究进展、研究方法模型等进行分析,并对其应用前景进行展望,主要介绍了传统景观格局分析、网络分析、模型模拟等方法的适用性与特点,并分析了景观生态网络在城市景观格局优化、自然保护区规划、生物多样性保护、土地规划等领域的应用,最后提出了研究的主要问题。
3947-3956

人为热排放对城市热环境的影响研究展望

摘要:全球范围的城市扩张和能源消耗.导致人为热在不同时间和空间尺度上影响地表热环境.人为热排放与城市热岛的关系受到广泛关注。通过国内外文献总结源清单法、数值模拟法和能量平衡方程等3种人为热估算方法的优缺点,评价人为热研究在城市、区域和全球尺度的主要进展和区别,归纳出现有研究在城市尺度多关注人为热的时间动态变化,区域和全球尺度研究则更关注人为热的空间差异,以及人为热对于全球变暖的贡献和人类的适应对策。从中发现人为热研究中存在的问题和不足,包括研究尺度和研究方法匹配性、研究结果的验证和比较、人为热排放与景观功能的联系、人为热排放强度和周期对气温的影响机制等。根据现存问题提出多学科集成、人为热与景观功能耦合、时空尺度选择、数据获取等4个方面的建议,有助于在理论和方法方面深化和拓展城市人为热研究。
3991-3997

无人机遥感技术在景观生态学中的应用

摘要:野外数据的获取是生态学研究的挑战之一,而通过遥感技术能够实现对地球表面的多面立体观测,获取丰富多样的空间信息数据,开展从微观到宏观不同尺度上的景观单元(包括物种、种群、群落、生态系统等)的空间关系研究。传统卫星遥感影像受空间和时间分辨率的限制,难以满足局域尺度或者时间序列上的景观空间生态学研究需求。无人机遥感技术为生态学研究的野外数据获取提供了一种新方法.以其灵活、高效、简便等特点弥补了传统卫星遥感的空间分辨率低、重访周期长、云雾影响等方面的不足,在景观空间生态学研究中受到越来越多的关注。简要介绍无人机类型及其搭载常见的传感器类型,分别从不同尺度的景观单元,即物种、种群、群落以及生态系统水平上探讨其应用进展,并指出当前无人机技术在景观生态学研究中存在的挑战与困难,同时展望了未来可能的研究热点,以期对今后无人机遥感技术在景观生态学领域的应用研究有所启发。
4029-4036
生态学报杂志研究论文

去除根系和凋落物对滨海沙地3种防护林土壤碳氮库的短期影响

摘要:以福建长乐滨海沙地上3种人工林(尾巨桉、纹荚相思、木麻黄)土壤为研究对象,设置去除凋落物、去除根系和对照3种处理,观测1年后分析改变地上、地下有机质输入对沙地土壤碳氮储量、可溶性有机碳(DOC)氮(DON)和微生物量碳(MBC)氮(MBN)的影响。结果表明:不同树种人工林间土壤碳氮储量无显著差异;不同树种人工林间土壤活性碳氮组分差异显著,木麻黄土壤DOC含量显著高于纹荚相思.纹荚相思土壤DON显著高于木麻黄和尾巨桉,尾巨桉土壤MBN显著高于木麻黄和纹荚相思。改变地上地下有机质输入对滨海沙地土壤碳氮库有显著影响且这种影响随树种而异。去除凋落物后纹荚相思、木麻黄土壤碳储量分别下降38.0%、25.1%,氮储量分别下降12.9%、12.5%;去除凋落物后尾巨桉、纹荚相思、木麻黄土壤DOC分别下降37.5%、30.6%、52.9%,MBC分别下降31.0%、56.9%、29.7%,MBN分别下降50.7%、34.9%、42.2%;去除根系后尾巨桉、纹荚相思土壤MBC分别下降57.7%、15.4%。回归分析显示,滨海沙地土壤DOC、MBC与土壤碳储量呈显著正相关,土壤DOC和MBC分别能够解释土壤碳储量变化的47.7%和57.7%。研究表明:树种通过调控地上、地下输入影响可溶性有机碳氮和微生物量碳氮,进而影响土壤碳氮库。
4061-4071
生态学报杂志专论与综述

丛枝菌根真菌的生态分布及其影响因子研究进展

摘要:丛枝菌根(arbuscular mycorrhiza,AM)共生体系对于植物适应各种逆境胁迫具有重要积极作用。AM真菌还能够通过根外菌丝网络调节植物群落结构和演替,深刻影响生态系统结构和功能的稳定性。AM真菌生态生理功能的发挥主要取决于其生态适应性,明确AM真菌在不同环境中的多样性、生态适应性以及对各种生态因子的响应机制,是AM真菌资源管理、功能发掘与利用的前提。迄今为止,有关各种生态因子对AM真菌多样性的影响已有不少研究,但是AM真菌生态分布及其形成机制仍缺乏系统的研究和理论分析。综述了生物因子和非生物因子对AM真菌生态分布的影响,结合大型生物空间分布理论探讨了AM真菌生态分布规律和建成机制,分析了当前本研究领域所存在的问题和动向,以期推动相关研究进展。
3597-3606
生态学报杂志研究论文

施氮肥对华北平原土壤氨氧化细菌和古菌数量及群落结构的影响

摘要:利用荧光定量PCR、末端限制性片段长度多样性(T-RFLP)和基因克隆文库技术,比较了4种施氮水平(不施氮肥,0 kg N/hm^2,CK;施低水平氮肥,75 kg N/hm^2,N1;施中水平氮肥,150 kg N/hm^2,N2;施高水平氮肥,225 kg N/hm2,N3)下华北平原地区小麦季表层(0-20 cm)土壤总细菌、氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)的丰度和群落结构。结果表明,土壤总细菌、AOB和AOA数量分别在每克干土5.74×109-7.50×10^9、8.89×10^6-2.66×10^7和3.83×10^8-7.78×10^8之间。不同施氮量土壤AOA数量均高于AOB数量,AOA/AOB值在81.72-14.38之间。增施氮肥显著显著提高AOB数量(P 〈 0.05),对总细菌和AOA数量的影响不显著(P 〉 0.05)。与CK相比,处理N1、N2和N3中AOB数量分别提高了0.64、1.50和1.99倍。增施氮肥显著改变了AOB和AOA的群落结构,且不同施氮量处理中AOB群落结构差异更大。系统进化分析显示,施氮肥小麦土壤AOB主要为Nitrosospira属类群,分布在Cluster 3的两个分支中;AOA分布在Cluster S的4个分支中。相关性分析显示,AOB数量与全氮和铵态氮含量呈显著正相关关系,与土壤pH和碳氮比呈显著负相关关系(P 〈 0.05);AOA数量与硝态氮含量和土壤pH呈显著正相关关系,与铵态氮含量呈显著负相关关系(P 〈 0.05)。研究结果表明:增施氮肥可显著改变华北平原地区碱性土壤AOB数量与群落结构,该地区小麦土壤中AOB比AOA对氮肥响应更敏感。
3636-3646

北京典型绿化树种幼苗光合特性对硬化地表的响应

摘要:以北京典型绿化树种油松(Pinus tabulaeformis)、白蜡(Fraxinus chinensis)和元宝枫(Acer truncatum)幼苗为试验材料,设置透水硬化地表、不透水硬化地表和对照3个水平的地表类型,通过监测地表温度、土壤含水量(20cm)和光合参数等指标,分析3种树木叶片光合特性对硬化地表的响应特征。结果表明:城市硬化地表极显著地提高了地表温度(P〈0.01),表现为透水地表〉不透水地表〉对照;不透水地表极显著地降低了3种树木土壤含水量(P〈0.01);透水地表极显著地提高了油松和元宝枫土壤含水量(P〈0.01)。两种硬化地表下油松、元宝枫和不透水地表下白蜡幼苗叶片的净光合速率、蒸腾速率和气孔导度降低,株高和基径生长受到抑制。硬化地表对油松和元宝枫的影响主要源于硬化地表形成的高温胁迫,对白蜡的影响主要源于不透水地表形成的干旱胁迫。因此,在配置和种植城市绿化植物时,为缓解硬化地表对城市树木生长发育的不利影响,应选择适应高温和干旱的植物,并采取降温和灌溉措施来降低硬化地表的影响。
3673-3682

退化中的长白山西坡灌木苔原优势种分布差异

摘要:长白山苔原带植被正在发生显著变化,灌木苔原中灌木植物分布范围萎缩,重要值下降。通过样方调查数据,分析灌木苔原中优势种的变化,灌木分布格局和灌木群落结构特征沿海拔的差异,旨在揭示长白山灌木苔原退化的区域差异,为明确其退化机理提供基础数据。研究表明:(1)长白山西坡灌木苔原退化严重,多种革本植物已经侵入,并成为优势种。目前7个优势种中灌木仅占2席.草本植物占据5席,与1979年的样方调查结果相比灌木优势种的数量和地位都明显下降。7个优势种均为聚集分布,各优势种分布呈现斑块化、分离化,统一的灌木苔原面临解体;大部分灌木苔原群落中,出现了草本层,苔原带下部灌木苔原中草本层高于灌木层,物种组成和群落形态接近草木苔原。(2)灌木在各海拔均仍有广泛分布,但其空间分布格局明显不同。在海拔2300m以下,灌木的分布产生较强的聚集现象,特别是在海拔2100m以下这种聚集分布现象更为突出;在海拔2300m以上灌木的聚集程度较弱。(3)长白山西坡灌木苔原退化的区域分异明显,在海拔2100m以下灌木苔原退化严重,成为草一灌苔原;在海拔2100-2300m之间,灌木苔原退化较严重,成为灌.草苔原;在海拔2300m以上,退化较轻,仍为灌木苔原。由此推断,长白山西坡灌木苔原的退化机理应包括两个方面:草本植物入侵,种间竞争导致灌木退化,以及环境变化导致灌木退化,二者皆可能是全球气候变化的结果。
3716-3723
生态学报杂志专论与综述

深远海浮游动物生态学研究进展

摘要:深远海浮游生态系统依据水深的差别可以被划分为几个子系统,包括上层、中层、深层和深渊层等。目前大量的研究结果表明在海洋上层,由于光照、温度、海冰和营养盐补充等因素的影响,浮游生物群落往往呈现出显著的时空变化。但在海洋中层及更深的区域,传统观点认为随着水深的增加,海洋的理化环境趋向于稳定,在这一区域生态系统的时空变化要弱于海洋上层。同时受调查技术和经费的限制,人们对于这一广阔区域内浮游生态系统时空变化规律的认识要局限的多。随着我国海洋科学的发展和海洋强国战略的实施,海洋科学研究也逐渐由过去的以近海研究为主发展到当前的近海、边缘海和深远海研究协同发展。但与我国近海浮游生态学过去数十年间积累的大量研究成果相比,我国科学家对深远海,特别是中层、深层和深渊层浮游生态学方面的研究极为缺乏。从大洋浮游动物群落的垂直分布及其变化、种间关系与生态位分化、深海浮游动物群落在碳沉降和生物地球化学循环中的作用等多个角度全面总结了当前国内外深海浮游生态学的研究进展,同时介绍过去十余年来深海浮游生态学研究技术手段上的巨大进步,以期为今后国内同行的研究提供参考和借鉴。
3219-3231
生态学报杂志研究论文

城市地表热力景观格局时空演变——以长春市为例

摘要:城市热环境问题是城市气候和区域气候研究中的热点,其对城市空气质量和公共健康等有着深远影响,严重威胁城市的可持续发展。以长春市为例,基于3期Landsat ETM+影像数据(2006、2010和2014),应用覃志豪单窗算法和线性光谱混合模型获取长春市区夏季地表温度、长春市不透水面盖度和植被覆盖率,构建热力景观动态度指数,分析了2006-2014年长春市热力景观格局的时空变化特征,并探讨地表温度与不透水面盖度和植被覆盖率的关系。结果表明:研究区城市热环境整体呈恶化趋势,地表平均温度年均增长0.15℃;热力景观整体变化更为剧烈,2006-2010年热力景观综合动态度为45.39%,2010-2014年热力景观综合动态度为52.64%;城市地表高温等级热力斑块面积和数量都增大,并向郊区扩张,热力景观整体呈现破碎化;低温等级为长春市变化最为剧烈的地表温度等级,城市地表热力性质复杂化。此外,统计分析表明:长春市的不透水面每增加1%,地表温度上升0.06-0.07℃;植被覆盖率每增加1%,地表温度下降0.07-0.08℃,植被对地表温度的影响力大于不透水面。
3264-3273

泰山森林生态系统服务功能及其价值评估

摘要:森林在给人类带来经济效益的同时,也带来了巨大的生态效益。随着经济社会的发展,人们越来越多地关注森林的生态效益。以泰山森林生态系统为研究对象,依据林业行业标准《森林生态系统服务功能评估规范》,从涵养水源、保育土壤、林木营养物质积累、固碳制氧、保护生物多样性、净化大气环境及森林防护7个方面对泰山森林生态系统的生态服务功能进行了定量评估,得出泰山森林生态系统每年的生态服务价值量为18214.97万元,以涵养水源(10376.84万元/a)、生物多样性保护(3796万元/a)和固碳制氧(2736.38万元/a)价值为主;泰山森林生态系统中松栎林的生态服务价值相对高于其他林种的,尤其是以侧柏林为最高;从不同林龄的角度进行评估,泰山森林生态服务价值以中龄林为主,占到生态服务价值总量的35%,过熟林的生态价值总量虽然排在最后,但其单位面积的价值量最高。
3302-3310

温带两种林型对氮沉降的再分配及其生长季动态与影响因子

摘要:氮(N)沉降对森林生态系统的结构与功能具有重要的影响,而森林对到达林地的N沉降量及其分配格局的影响尚不清楚。量化了2012-2013年5-10月两个生长季蒙古栎林和杂木林的林内树干径流和穿透雨及其林外大气降雨总氮(TN)、可溶性氮(DN)和颗粒态氮(PN)沉降通量的季节动态,旨在比较两种林型对N沉降的再分配格局及其季节变化,分析影响其变异的主要因子。结果表明:林外大气降雨、蒙古栎林林内、杂木林林内(树干径流+穿透雨)TN沉降平均值分别为:8.49、15.97、13.39 kg hm-2 a-1,其中DN分别占其TN的76.35%、82.79%和75.02%,PN分别占其TN的26.35%、17.21%和24.98%,蒙古栎林和杂木林林内穿透雨TN沉降量分别占其TN的95.5%和94.5%。蒙古栎林和杂木林冠层淋溶TN沉降量分别为7.48kg hm-2 a-1和4.90 kg hm2 a-1;其中,前者的DN高于后者,但PN呈相反趋势。两种林型的N沉降组分具有明显的季节动态:沉降量均集中在生长季中期(6-8月),生长季前期和末期较低。林外降雨量分别与林外大气降雨、蒙古栎林和杂木林林内的树干径流和穿透雨中的TN、DN浓度呈显著负指数函数关系(P 〈 0.001)。连续降雨天数对蒙古栎林、杂木林林内TN、DN浓度的影响表现为连续降雨2 d以内为富集作用,之后为稀释作用。研究表明林冠对大气氮沉降有显著富集作用,其富集强度及时间动态与森林类型和降雨特征有关,建议氮沉降试验应考虑林冠的富集效应。
3344-3354
生态学报杂志专论与综述

持久性有机污染物在水生食物网中的传递行为

摘要:食物网是持久性有机污染物(POPs)在水生生态系统中传递的重要途径,了解其传递行为与机制是POPs生态暴露风险评价的科学基础。从4个方面展开了讨论和分析:①食物网主要特征(营养级和食物链长度)与POPs环境行为的关系;②POPs在底栖及底栖-浮游耦合食物网中的环境行为;③微食物网对POPs环境行为的作用;④食物网的变化对POPs环境行为的影响。主要结论如下:①已有研究对水生生物中POPs生物放大作用存在较大争议。一般营养级越高,POPs生物富集性越强,但由于各种生态和生理性质的影响,也存在例外情况。食物链长度与POPs生物富集性呈正相关。②POPs通过底栖食物网将沉积物中的POPs向上传递,底栖-浮游食物网的耦合提高了高营养级消费者的暴露风险,目前就POPs在底栖食物网中的生物放大性是否大于浮游食物网存在争议。③微生物具有较大的比表面积,是吸附POPs的重要载体。另,沉积物中的微生物通过分解有机质,将POPs释放到水柱中。微生物降解也是环境中POPs脱离环境的重要途径。④在内、外压力下,食物网结构和功能发生变化,使物质和能量的传递方向和效率发生改变,并与环境理化性质的变化互相耦合,影响POPs的环境行为。当前研究的重点多集中在POPs在浮游食物网,尤其是高营养级浮游食物网中的环境行为,对POPs在底栖及底栖-浮游耦合食物网和微食物网中环境行为的研究相对缺乏。有关POPs在食物网中环境行为的研究多集中在食物网的某个部分,时间尺度较短,缺乏对POPs环境行为动态变化的研究,未来需深入开展多尺度和多角度的POPs在食物网中环境行为的动态变化研究。新型POPs的生产和使用量不断增加,但有关其在食物网中环境行为的相关分析还较为匮乏,需加强研究。
2845-2857
生态学报杂志研究论文

抚育对林地土壤碳释放的影响——基于Yass007估算

摘要:间伐是森林经营的有效措施之一,其能减少林木枯损,有利于林下植被生长和植物种群更新,但也可改变森林小气候,从而影响林地土壤碳释放。以秦岭火地塘林区松栎混交林为研究对象,运用Yasso07模型模拟了不同间伐强度和间伐残留物移除强度下林地土壤CO2释放。结果表明:(1)针叶树种(油松Pinus tabulaefomis、华山松Pinus armandi)和阔叶树种(锐齿栎Quercus aliena var. acutesrrata)叶凋落物化学组分有较明显差异,针叶树种酒精溶解性化合物(ESC)和水溶性化合物(WSC)含量明显低于阔叶树种,其不溶性化合物(NSC)含量明显高于阔叶树种;(2)凋落物化学组分对林地土壤CO2释放有显著的影响;(3)在研究两个控制因子中,间伐强度是影响林地土壤CO2释放的主导因子,间伐后林地土壤CO2释放量有升高趋势;当间伐强度为12.38%,间伐残留物移除强度为53.18%时,林地土壤CO2释放量最小,为15.318 Mg hm-2 a-1。
2894-2903

烟气脱硫石膏对滨海农耕土壤磷素形态组成的影响

摘要:为探明不同烟气脱硫石膏施用量对滨海农耕土壤中的全磷、有效磷、无机磷组分等的影响,通过田间试验的方式,分别在试验区土壤中施加0t/hm2、15t/hm2、30t/hm2、45t/hm2烟气脱硫石膏。研究结果表明:与对照组相比,各处理组的土壤全磷含量无显著差异,而土壤中的有效磷和渗滤液中的可溶性磷含量则随着烟气脱硫石膏施入量的增加而降低;施入烟气脱硫石膏后农耕土壤中无机磷含量显著增加,其中又以磷酸钙盐含量的增加为主,磷酸钙盐中的Ca2-P、Ca8-P和Ca10-P含量分别增加了30.8%-68.9%、35.2%-66.3%和7.3%-17.8%。烟气脱硫石膏的施用促进了植物的生长发育,有效磷的降低和无机磷组分中磷酸钙盐的增加并未影响到植物对磷素的吸收。因此,烟气脱硫石膏能有效地固定滨海农耕土壤中的溶解态磷,控制土壤过量磷素向水体迁移,降低附近水体富营养化发生的机率,保障区域水体生态系统环境安全。
2935-2942

基于三维生态足迹模型扩展的土地承载力指数研究——以温州市为例

摘要:生态足迹模型是土地承载力评价的重要方法。通过将Niccolucci三维生态足迹模型中足迹深度的取值范围从大于等于1扩展到大于等于0,将生态盈余状态的分析纳入一个统一的三维模型框架,实现了自然资源消费对资源流量和资源存量占用程度在核算上的统一。以温州市为例,运用扩展后的三维模型计算了2000-2012年间温州市的生态足迹、足迹深度、生态赤字(盈余)。在此基础上,引入粮食压力指数、水资源压力指数、碳汇压力指数、建设压力指数和土地综合负担指数等土地承载力评价指数,判断当前市域土地是否处于超载状态,以及超载程度。研究结果表明:2000-2012年间,温州市人均生态足迹从整体生呈逐年上升的趋势,人均生态生产性土地面积基本保持不变,生态赤字严重且逐年上升,温州市土地承担着巨大压力;2000-2012年间温州市足迹深度在4-6之间,自然资源流量远远不能满足自然资源需求,需要消耗大量的自然资源存量来支撑当前的发展和消费;温州市粮食压力指数、水资源压力指数、碳汇压力指数、土地综合压力指数均大于1,耕地、水域、林地均处于超载状态,且自2000年以来,温州市土地所承载的自然资源消费压力是其承载能力的4倍以上。
2982-2993

期刊名称:生态学报

期刊级别:统计源期刊

期刊人气:4241

杂志介绍:
主管单位:中国科学技术协会
主办单位:中国生态学会
出版地方:北京
快捷分类:生物
国际刊号:1000-0933
国内刊号:11-2031/Q
邮发代号:82-7
创刊时间:1981
发行周期:半月刊
期刊开本:A4
下单时间:1-3个月
复合影响因子:2.19
综合影响因子:2.321
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