盖度与冠层水深对沉水植物水盾草光谱特性的影响

遥感技术可应用于大尺度实时监测沉水植物的分布与生长状况。然而沉水植物的光谱特征受其冠层在水下深度的影响,从而影响湖泊和河流中沉水植物的遥感影像解译与信息提取。应用地物光谱仪,通过野外原位测定和室外控制试验,实测了沉水植物水盾草(Cabomba caroliniana)群落冠层在水下不同深度的反射光谱,分析了冠层水深对水盾草反射光谱的影响,并建立了基于光谱反射率和冠层水深的水盾草群落盖度反演模型。研究结果表明(1)不同盖度的水盾草群落光谱反射率的基本特征主要体现在绿光和近红外波段;(2)水盾草群落的光谱反射率与冠层水深基本呈负相关,相同盖度水盾草群落的光谱反射率随冠层水深的增加而减小,在近红外波段尤其明显;(3)水盾草群落冠层水深越小,其盖度与光谱反射率的相关性越强,且水盾草群落盖度越大,其光谱反射率与冠层水深的相关性越显著;(4)水盾草光谱反射率与盖度相关的最佳波段在692—898 nm,与冠层水深相关最佳的波段在710 nm和806 nm附近;(5)在710 nm和806 nm处建立的结合冠层水深的修正模型,无论是回归方程决定系数(R2),还是水盾草群落盖度的反演精度都明显高于仅用光谱反射率反演盖度的简单模型,因此可有效减除冠层水深对反演精度的影响。本研究的结果可为遥感监测沉水植物的分布和动态变化,以及沉水植物生物物理参量反演提供科学依据。     

大型沉水植物苦草的光谱特征识别

地物特征与其光谱特征的关系是解译遥感影像的关键.利用地物光谱仪在实验室和上海“梦清园”人工湿地中,分别实测了不同盖度沉水植物苦草的反射光谱特征.结果表明随着苦草盖度的增加,其光谱反射率也相应增加,不同盖度苦草的光谱反射率差异主要表现在500～650 nm和700～900 nm 波段范围.受水体环境影响,实验室模拟试验与室外控制试验测得的苦草光谱反射率差异主要表现在近红外波段（700～900 nm）.分别将苦草的不同盖度与其在QuickBird多光谱遥感影像4个波段与盖度相关性最大波段处的光谱反射率进行回归分析,得到了较好的线性关系.应用回归分析得到的线性方程,可以根据测定的光谱反射率定量反演水体中的苦草盖度.研究结果可为监测沉水植物的高光谱遥感影像判读和解译分类提供技术支撑,为大尺度遥感监测沉水植物的分布和动态变化提供科学依据.     

辽西不同针叶被害率的油松冠层光谱特征

通过对辽宁西部大面积油松冠层反射光谱的测定,分析了不同针叶被害率的油松冠层光谱反射率的差异.结果表明:在可见光波段,健康植被和不同针叶被害率的油松冠层光谱均符合绿色植物的光谱特征,但针叶被害率大于60％的油松冠层的红谷不十分明显;在近红外波段,随着针叶被害率的减少,780～1350 nm波段范围的光谱反射率增大,1450～1800和1950 ～2350 nm波段范围的光谱反射率下降.随着针叶被害率的增加,红边拐点波长位置向短波方向移动,即出现“蓝移”现象.不同针叶被害率与红边特征参数和多种植被指数均具有显著或极显著的相关关系,其中,以DVI(1470,860)为参数所建模型能更好地监测油松冠层针叶被害率.     

利用多时相近地面反射波谱特征对不同退化等级草地的鉴别研究

 草地各退化等级群落反射波谱特征之间的差异性大小与草地类型和生长季节有关,羊草(Leymus chinensis)草原不同退化等级群落反射波谱特征之间的差异在6月底最为显著,在5月底的差异最不明显, 大针茅(Stipa grandis)草原不同退化等级群落反射波谱特征之间在7月底、8月底的差异最为显著,在5月底和6月底的差异最不明显。植被指数(NDVI)在5月底、6月底和9月底在各草地类型的不同退化等级群落中都无显著差异,而在7月底、8月底差异显著程度也小于各波段反射率。主分量分析(PCA)和模式识别分析结果表明：对于羊草草原退化生态系列的不同退化等级群落分类效果最佳的鉴别函数是蓝光、红光和近红外波段反射率的线性组合,最佳分类时间在6月底,平均错误概率仅为0.7%,5月底进行分类效果最差,平均错误概率为12%左右,7月底、8月底、9月底的分类效果居中;对大针茅草原退化生态系列的不同退化等级群落分类效果最佳的鉴别函数是蓝光、绿光和近红外波段3个反射率的线性组合,在7月底和8月底进行分类效果最好,分类的平均错误概率为4％左右,9月底的分类效果最差,平均错误概率达10%左右。     

放牧对五台山高山、亚高山草甸牧草品质的影响

通过野外样地调查和室内分析,从牧草的适口性和营养成分两方面,研究了放牧对五台山高山、亚高山草甸牧草品质的影响。结果表明：放牧干扰草甸中适口性为喜食及以上的优质牧草种类为20种,喜食牧草在群落中的相对盖度最大,为45.40%;与之相比,极度退化草甸中优质牧草种类为13种,乐食牧草的相对盖度最大,为62.24%;喜食以上优质牧草的相对盖度最大值,出现在轻度退化草甸中,达到65.95%。同一适口性等级牧草,在不同退化等级草甸中,种类发生变化。从放牧干扰草甸到极度退化草甸,牧草中的粗蛋白和灰分含量呈增加趋势,而中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量呈下降趋势。放牧压力下,五台山高山、亚高山草甸的牧草品质并未下降,但放牧造成的草甸生产力降低,制约了资源的可持续利用和保护。     

干旱胁迫下雷竹叶片叶绿素的高光谱响应特征及含量估算

植物叶片的反射光谱特征与叶绿素含量密切相关。以重要的笋用竹种雷竹(Phyllostachys violascens)为研究对象,采用盆栽及控水试验方法研究了2年生雷竹在干旱胁迫条件下冠层叶片反射光谱的响应特征,分析了叶片叶绿素含量与不同波段光谱反射率一阶微分值以及光谱特征参数之间的相关关系,并以雷竹叶绿素含量敏感波段及构建的植被指数与叶绿素含量进行了拟合。结果表明,重度缺水处理后雷竹叶片叶绿素含量显著降低,在可见光区叶片光谱反射率随叶绿素含量的降低而增加,以波长493、639、693、756 nm等处的光谱反射率一阶微分值与叶绿素含量的相关性较高。雷竹叶片叶绿素含量与光谱特征参数如绿峰反射率、红谷反射率、蓝边面积、绿峰面积之间的相关性较高。与已有的植被指数相比基于雷竹叶绿素含量敏感波段修正后的植被指数与叶绿素含量相关性优于原植被指数。基于反射率一阶微分值构建的多元回归方程以及修正的绿色归一化植被指数(m GNDVI)构建的回归方程拟合效果较好,为雷竹叶绿素含量的较优估算方程。研究结果可以为雷竹叶绿素含量的快速无损测定以及季节性干旱条件下雷竹林的科学经营及灾后评估提供依据。     

退化高寒草甸狼毒发生区土壤真菌多样性的空间变异

狼毒是青藏高原危害最严重的毒草种类之一,其快速蔓延对高寒草甸生态系统的影响日益严重。选取祁连山中段退化高寒草甸为研究区,综合采用高通量测序技术、地统计学和GIS空间分析方法,分析狼毒发生区土壤真菌多样性的空间变异特征,研究狼毒群落与土壤真菌多样性的空间相关性。结果表明: 与非发生区相比,狼毒发生区土壤真菌群落物种丰富度下降而优势度显著增加,α多样性降低;土壤真菌群落物种构成差异增强,β多样性明显升高。狼毒入侵对土壤真菌多样性的空间格局有一定扰动,发生区各多样性指数的斑块破碎化程度增加,土壤真菌群落物种构成的空间异质性明显增强,α和β多样性的空间稳定性降低。狼毒盖度与土壤真菌α和β多样性指数呈现显著正相关及显著负相关的区域交错镶嵌分布,空间相关性规律不明显,表明狼毒入侵草甸土壤真菌多样性的空间变异可能受地上植被和土壤环境的共同作用。     

上海盐沼植被的多季相地面光谱测量与分析

遥感是大尺度生态研究的重要工具之一,而地面植物群落特征与其光谱特征之间的关系是解译遥感影像的关键.研究选择上海崇明东滩候鸟自然保护区的盐沼植被为研究对象,使用ASD便携式地物光谱仪测定芦苇、互花米草、海三棱藨草和糙叶苔草4类主要群落的春、夏、秋各季冠层反射光谱,并计算生成350～1000nm的反射率曲线的一阶导数曲线,在此基础上分析反射率与一阶导数曲线在可见光与近红外波段以及物候特征的“绿峰”和“红边”等波段的差异.分析显示,不同盐沼群落在各生长季都有较独特的光谱特征,四类盐沼群落的光谱特征在季相上表现各异.上海地区盐沼植被各类群落的遥感识别和分类的适宜季相不尽相同,应用多季相影像进行综合分类可取得较好的效果.研究结果可为遥感监测外来种互花米草的空间分布与动态提供技术支撑,为高光谱遥感的影像判读和解译分类以及盐沼植被制图提供科学依据.     

水稻冠层高光谱特征变量与叶片叶绿素含量的相关性研究

为了探讨水稻冠层光谱对叶片叶绿素含量的响应规律,以双季早稻为材料,设置不同施氮量处理的田间试验,测定水稻冠层光谱和叶片叶绿素含量,计算基于冠层反射光谱的特征变量,研究水稻冠层高光谱特征变量与叶片叶绿素含量之间的关系。结果表明:施用氮肥对反射光谱有明显的影响,在可见光范围内,不施氮处理的反射率高于施氮处理,尤其在波长550 nm左右的绿峰处显著增加,在近红外区反射率随施氮量的增加而增加;与叶绿素含量相关性较好的光谱位置参数是红边位置和红谷反射率,随着叶绿素含量的增加,红谷反射率降低,红边位置向长波方向移动;比值植被指数R800/R550、R750/R553和R990/R553,以及色素比值指数PSSRa、PSSRb与chla、chlb、chl(a+b)呈极显著正相关,可以作为水稻冠层叶片叶绿素监测的特征变量。     

橡胶树叶片高光谱特征分析

从光谱曲线特征和光谱变换特征分析橡胶树(Hevea brasiliensis)叶片反射曲线特征.结果表明,蓝边、红边、黄边位置特征分别出现于525 nm、725 nm、550 nm波段附近,红谷位置特征变化较大,并提取了红边积分面积等重要光谱变量特征.叶片氮含量与反射光谱的相关分析表明橡胶树叶片氮素敏感波段为700～1300 nm,其中730 nm处相关性最好,达到0.8422的极显著水平,以730 nm处的反射率与叶片氮含量建立线性模型,其复相关系数R2达到0.7094.     

近红外窄带光照下不同水果背景中桔小实蝇的图像分割

【目的】为了增强水果背景中桔小实蝇Bactrocera dorsalis Hendel（双翅目实蝇科）的识别效果,研究了该种昆虫与不同水果之间的反射光谱差异。【方法】采用紫外 可见光 近红外分光光度计测量了桔小实蝇与16种水果在400~2 500 nm波段的反射光谱。在中心波长为565 nm和827 nm的窄谱带光源及日光3种光源分别照射下,分别拍摄各种水果背景中的桔小实蝇照片,并用大津Otsu算法对照片进行二值化处理。【结果】发现桔小实蝇的反射率随波长增加而缓慢地增大,最大反射率小于40%。而16种水果的最强反射峰全部或部分落在在777～896 nm。不同水果平均最大反射率为41.10%～97.89%,与桔小实蝇在此波段的低反射率（约30%）形成强烈的反差。在827 nm中心波长窄带光源照射下拍摄的照片中,发现桔小实蝇为黑色,而背景水果呈现大面积的白色,形成高反差,桔小实蝇很容易被辨识。相反,在日光和565 nm中心波长窄带光源照射的照片中,水果背景存在较多的黑色斑块,容易与桔小实蝇的黑区混淆;或者该虫形成白斑,从而无法识别。【结论】选用近红外波段的窄带光源照射能明显提高桔小实蝇与水果图像的对比度,增强桔小实蝇的分割效果。     

小麦叶面积指数与冠层反射光谱的定量关系

在分析不同氮素水平下小麦叶面积指数（LAI）和冠层光谱反射率随生育期变化模式的基础上,确立了LAI与冠层光谱反射率及光谱参数的相关关系,提出了小麦LAI的敏感光谱参数及预测方程.结果表明,小麦LAI和近红外短波段（760～1 220 nm）反射率都随施氮量的增加呈上升趋势,可见光波段反射率则相反;从拔节期到成熟期,LAI和近红外短波段反射率均表现为先上升后下降的趋势,而可见光波段（460～710 nm）反射率随生育期的推进先降低后升高,以孕穗期反射率最低,近红外长波段区域（1 480～1 650 nm）反射率的变化与可见光部分相同.LAI与可见光波段反射率呈负相关,与近红外短波段反射率呈极显著正相关,其中以810 nm相关性最好.可以选择RVI(810,510)和DVI(810,560)作为反演小麦LAI的光谱参数.另外,在证明垂直植被指数PVI和转换型土壤调整指数TSAVI对LAI预测能力的同时,发现利用RVI(810,510)、DVI(810,560)和PVI 3个植被指数共同推算小麦LAI的准确度更高.     

高寒草甸几种雀形目鸟类的卵反射率分析

于2010~2013年的繁殖季节,在中国科学院海北高寒草甸生态系统定位站收集了9种青藏高原常见雀形目鸟类的卵,分别进行了反射率测量。测量光谱范围为可见光(400~750 nm)和短波近红外(750~1050 nm)。卵在两个波段光谱的反射率分别是0.066和0.123,二者差异极显著。在可见光范围内,除赭红尾鸲Phoenicurus ochruros的波峰在绿色光范围内,其他物种都在黄色光范围内;在短波近红外范围内,反射率明显分为3个组,以角百灵和小云雀的地面开放巢较高,黄嘴朱顶雀和黄腹柳莺的灌丛巢较低,其他种居中;开放巢及封闭巢的卵反射率在可见光范围无显著差异,但在短波近红外范围有显著差异。我们认为,在青藏高原高寒草甸生态系统中,植被郁闭度低,地面营巢环境不利于巢与卵的遮阳,造成营开放度高的地面巢的鸟卵近红外反射率相对较高,而灌丛巢和封闭巢的雀形目鸟类鸟卵相对较低,但对可见光谱的卵反射率各物种差异不显著。     

陇中黄土高原春小麦光谱反射特征

通过田间小区试验,测定了3个春小麦品种(高原602、陇春8139和定西24)在不同生育期和不同种植密度的光谱反射率及对应叶面积指数(LAI)和地上生物量,分析了其光谱反射的一般特征和红边参数特征以及光谱变量与LAI和地上生物量的相关性.结果表明:在整个波段内,春小麦冠层光谱表现为高原602＞陇春8139＞定西24,其叶片光谱表现为定西24＞陇春8139＞高原602;春小麦冠层光谱在可见光波段和中红外波段成熟期明显大于孕穗期,而叶片光谱在近红外波段孕穗期明显大于成熟期;随着种植密度的提高,在近红外波段冠层和叶片的光谱反射率逐渐增加;冠层光谱的红边均具有"双峰"现象,从孕穗期到成熟期,冠层红边位置呈现"蓝移"现象;LAI和地上生物量与冠层光谱变量之间存在较好的相关性.     

水体悬浮物浓度对大型沉水植物黑藻反射光谱的影响

沉水植物的恢复是改善富营养化水体和重建水生生态系统的有效措施．应用遥感技术可以实时、大面积监测沉水植物的分布和生长情况,而水体中的悬浮物等物质影响沉水植物的光谱特征,直接影响对湖泊、河流遥感影像中沉水植物的准确解译．本研究利用地物光谱仪在室外实测了不同水体悬浮物浓度条件下沉水植物黑藻群落的光谱反射率．结果表明,在400～900nm波段,水体中悬浮物浓度越高,沉水植物的光谱反射率越大．水体悬浮物浓度与黑藻群落光谱反射率在400～900nm均为显著相关（P〈0．05）,在450～900nm为极显著相关（P〈0．01）．在蓝、绿、红和近红外4个波段,将水体悬浮物浓度与其光谱反射率进行回归分析,均得到了较好的线性关系．利用本研究结果对富含悬浮物水体中沉水植物的反射光谱进行修正,可为准确、快速和大尺度遥感监测沉水植物的分布和动态提供科学依据．     

不同水氮条件下水稻冠层反射光谱与植株含水率的定量关系

研究了不同土壤水氮条件下水稻 (Oryzasativa) 冠层光谱反射特征和植株水分状况的量化关系。结果表明, 水稻冠层近红外光谱反射率随土壤含水量的降低而降低, 短波红外光谱反射率随土壤含水量的降低而升高。相同土壤水分条件下, 高氮水稻的冠层含水率高于低氮水稻的冠层含水率 ;同一水分条件下, 高氮处理的可见光区和短波红外波段光谱反射率低于低氮处理, 近红外波段光谱反射率高于低氮处理。发现拔节后比值植被指数 (R810 /R460 ) 与水稻叶片含水率和植株含水率呈极显著的线性相关, 模型的检验误差 (RootmeansquareError, RMSE) 分别为 0.93和 1.5 0。表明比值植被指数R810 /R460 可以较好地监测不同生育期水稻叶片和植株含水率。     

桉树叶片光合色素含量高光谱估算模型

色素在植物的生理生态过程中非常重要,利用高光谱数据,揭示光谱反射率上特征波段与光合色素含量间的关系将有助于理解光合色素光谱反射特征的规律,同时为利用高光谱遥感技术快速无损监测植物叶片光合色素提供了技术支持.利用野外采集的桉树叶片样本,在实验室内测定了叶片的高光谱反射率及对应的叶绿素、类胡萝卜素含量.利用光谱分析技术和统计学方法对光谱数据进行处理分析,提取了光谱特征参量,并建立叶绿素、类胡萝卜素含量与光谱特征参量间的估算模型.通过精度检验,研究结果表明以(SDr-SDb)/(SDr+SDb)为变量建立的指数模型估算效果最佳.     

草地植物群落地上生物量非破坏性估测方法的探讨

 羊草群落的高度和盖度与地上生物量存在良好的复相关关系(R=0.9316),所获多元回归方程可用于该群落地上生物量的估测。通过对羊草群落、羊草+杂类草群落和贝加尔针茅群落植冠红光(0.63—0.69μm)和近红外辐射(0.76—0.90μm)反射率实测数据的分析,表明这些群落的光谱反射率比IR、IR/R和VI与地上生物量呈高度的指数相关关系,其中由VI和IR/R所获各群落不同生长时期地上生物量回归模型的估测效果较好。     

稻麦叶片氮含量与冠层反射光谱的定量关系

作物氮素含量是评价作物长势、估测产量与品质的重要参考指标,叶片氮素含量的无损快速监测对于指导作物氮素营养的精确管理及生产力的预测预报具有重要意义.以5个小麦品种和3个水稻品种在不同施氮水平下的3a田间试验为基础,综合研究了稻麦叶片氮含量与冠层反射光谱的定量关系.结果显示：（1）不同试验中拔节后稻麦叶片氮含量均随施氮水平呈上升趋势;（2）稻麦冠层光谱反射率在不同施氮水平下存在明显差异,在可见光区（460～710 nm）的反射率一般随施氮水平的增加逐渐降低,而在近红外波段（760～1100 nm）却随施氮水平的增加逐渐升高;（3）就单波段光谱而言,610、660 nm和680 nm处的冠层反射率均与稻麦叶片氮含量具有较好的相关性;（4）在光谱指数中,归一化差值植被指数NDVI（1220,610）与水稻和小麦叶片氮含量均具有较好的相关性,且相关性好于单波段反射率;（5）对于小麦和水稻,可以利用共同的波段和光谱指数来监测其叶片氮含量,采用统一的回归方程来描述其叶片氮含量随单波段反射率和冠层反射光谱参数的变化模式,但若采用单独的回归系数则可以提高稻麦叶片氮含量估测的准确性.     

基于冠层反射光谱的棉花叶片氮含量估测

通过分析不同施氮水平下棉花叶片氮含量与冠层多光谱反射率及其衍生的比值、归一化及差值植被指数之间的关系,确立了棉花叶片氮含量的敏感波段及预测方程.结果表明:由红谷区域(610、660、680和710nm4个波段)和近红外区域(760、810、870、950、1100和1220nm6个波段)组成的植被指数与棉花叶片氮含量的相关性较好,比值植被指数RVI(950,710)对叶片氮含量的预测性最好.利用独立的棉花田间试验资料对基于RVI(950,710)的预测方程进行检验,该模型适用于不同棉花品种及不同生育期棉花叶片氮含量预测.