基于探地雷达的毛竹竹鞭直径估算及生物量研究

发布时间：2020-06-06 14:13

【摘要】：随着气候变化问题得到人们的重视,森林作为最大的陆地生态系统在固碳方面的作用日益凸显。毛竹作为一种典型的森林类型是我国南方重要的森林资源之一,对竹林而言,地下根鞭系统是其生长发育的基础。而竹鞭参数的准确获取对于研究毛竹地下根鞭系统及其生物量具有重要意义。本文使用传统方法先对竹鞭基本信息进行调查,分析竹鞭基本情况,之后凭借探地雷达(GPR)这一粗根无损探测技术对竹鞭直径进行估计。具体是先通过GprMax软件模拟两种场景并结合填埋竹鞭控制实验得到直径的模拟值和实测值,接着利用回波双曲线模型的两种方法分别对直径进行估计,最后利用实测的竹鞭参数构建竹鞭生物量模型。研究结果如下:(1)从竹鞭直径结构来看,竹鞭直径分布不均匀,具体表现为横向直径大于纵向直径,且直径由一端向另一端增大或减小。幼龄鞭直径变化幅度更大而随深度增加竹鞭直径也随之增加。从竹鞭年龄结构来看,调查样地内以幼龄鞭为主,根据竹鞭比鞭根生物量比值发现壮龄鞭拥有更多鞭根、其次是幼龄鞭最后是老龄鞭。竹鞭集中分布与-10～40cm 土层,在该土层中竹鞭各指标比例均达到90%以上。竹鞭单位生物量的分布在水平方向上多为同一水平,不存在很大差异。(2)对于GprMax正演数据和竹鞭直径实测而言,使用L-M算法的双曲线参数优化方法的直径估计误差较小,而基于椭圆拟合改进的方法仅适用于拟合双曲线以及估计直径较大的目标,对于小直径的物体其参数估计值准确性极低且毫无实际应用价值。(3)双曲线模型能稳定估计双曲线顶点坐标,其直径的估计精度取决于波速下限值的设置,在选择合适的波速后,直径的估计精度能大幅提高。(4)对比交叉验证后建立的三类十种竹鞭生物量模型,以D2L为变量的指数函数为最佳模型,R2和RMSE分别为0.9352和21.43g,模型的形式为:BR=65.17·e0.002496D2L。
【图文】：

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图 1.1 4 种常用根系研究方法Figure 1.1 4 kinds of methods in root research雷达概述雷达简介雷达工作原理达(Ground-Penetrating Radar)是用于探测地下目标物分布特征0]。其工作原理是探地雷达通过发射天线向地表发射高频电磁波遇到不同电磁性介质的分界面会有部分能量转化成反射波返回收的反射回波的双程走时、幅度、波形等参数通过图像处理和下目标物的深度、位置、大小、形状等特征[57]。其原理如图：

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图 1.1 4 种常用根系研究方法Figure 1.1 4 kinds of methods in root research概述简介工作原理round-Penetrating Radar)是用于探测地下目标物分布工作原理是探地雷达通过发射天线向地表发射高频不同电磁性介质的分界面会有部分能量转化成反射反射回波的双程走时、幅度、波形等参数通过图像标物的深度、位置、大小、形状等特征[57]。其原理
【学位授予单位】：浙江农林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S795.7

【参考文献】