基于多源遥感数据的神农架华山松大小蠹虫害空间格局动态变化研究

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森林病虫害严重危害了我国的林业资源,严重制约我国林业可持续发展。华山松大小蠹作为我国的特有危害性昆虫,严重危害了神农架林区的生态环境。目前遥感技术在华山松大小蠹的监测预测研究较少,数据源应用较为单一。无法实现华山松大小蠹虫害扩散的空间预测。为了探究遥感指标与华山松大小蠹空间扩散规律的关系,本文以神农架国家森林公园为研究区域,提取2018-2019两年间华山松枯死木点动态变化用于分析华山松大小蠹虫害扩散规律。基于热点分析和描述统计的方法分析虫害的空间格局分布,确定不同情景模式的虫害分布规律;基于方差分析和互信息法分析多源遥感特征变量与虫害扩散的相关性;基于极限提升梯度回归树算法实现华山松大小蠹虫害扩散程度预测,特征重要性分析和部分依赖分析用于确定多源遥感特征变量对华山松大小蠹虫害扩散预测的影响方式。以期为当地华山松大小蠹的防治提供参考依据。本文的主要研究结果如下:(1)研究区内华山松大小蠹侵染的华山松枯死木点数量在2018-2019年间剧烈增加,有向南部和东部扩散的现象,南部和东部存在有较多健康区域虫害扩散模式的冷热点分布情况;而在原有的染病区域虫害扩散模式中扩散更为严重,存在有范围较大的热点区域。(2)有新增的枯死木的格网距最近病害木格网的点数量、年土壤调节植被指数最大值、有新增的枯死木的格网距最近病害木格网的距离等特征变量与华山松大小蠹虫害扩散存在显著的线性或非线性关系;坡向、10%冠层返回点云密度、70%冠层返回点云密度及100%冠层返回点云密度等特征变量与因变量不存在线性或非线性关系。(3)对华山松大小蠹虫害扩散程度进行建模预测分析,得到模型精度R~2值为69.09%。在此基础上对健康区域和染病区域两种虫害扩散模式进行建模分析,结果发现健康区域预测模型精度较低,R~2值为21.38%;染病区域预测模型精度较高,R~2值为75.85%。(4)基于特征重要性的方法发现特征重要性最高的特征变量为压力变量、其次为高度变量和光谱变量;林分变量、地形变量和密度变量的特征相关性较低。通过部分依赖分析得到对于华山松大小蠹虫害扩散程度预测影响较大的特征变量包括有新增的枯死木的格网距最近病害木格网的点数量、植被高度方差、年土壤调节植被指数最大值、年归一化红边植被指数最大值。
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