褐家鼠挖掘活动对上海九段沙湿地植物群落与土壤水盐的影响

上海九段沙是长江口的新生岛洲,目前处于草本植物群落演替阶段。为了探讨登岛褐家鼠的挖掘活动对九段沙湿地植物群落与土壤水盐的影响,我们调查了褐家鼠洞穴区的植物盖度、密度、高度、重要值、物种丰富度、物种均匀度、物种多样性、表层土壤含水量和电导率等与对照区的差异;同时,通过调查褐家鼠洞穴与潮沟在空间位置上的关系探讨了褐家鼠的栖息地选择策略。结果表明:在单一芦苇群落中,洞穴区芦苇的高度和盖度显著低于对照;在芦苇和海三棱藨草混合群落中,洞穴区芦苇的密度、相对密度、重要值和群落总盖度显著低于对照,而洞穴区海三棱藨草的密度、盖度、相对密度、相对高度和重要值显著高于对照;在碱菀和互花米草优势群落中,洞穴区碱菀的相对密度、相对盖度、重要值和群落的物种多样性指数显著高于对照,而互花米草的密度和盖度、芦苇的盖度、高度和相对盖度以及群落总盖度显著低于对照。距洞穴区中心区域洞口不同距离梯度的表层土壤含水量和电导率差异均显著。褐家鼠偏向于将洞穴营造在邻近潮沟处,这有利于提高褐家鼠在九段沙湿地的适应能力。褐家鼠的挖掘活动有利于增加碱菀和互花米草优势群落的物种多样性,会降低植物群落总盖度和表层土壤的水盐含量,对九段沙湿地植物群落的组成与演替具有重要影响。     

基于面向对象及光谱特征的植被信息提取与分析

面向对象分类方法是实现精确详细提取遥感信息的新方法.以2010年TM影像作为基础数据,采用面向对象方法着重提取了西辽河流域平原的植被信息(耕地、林地、中生偏旱和中生偏湿草).通过对不同地物的光谱和空间信息(位置、形状)进行比较分析,建立适当的隶属度函数和阈值范围,在草地的分类规则中,参考野外采集的草地植被光谱信息,辅助草地属性特征选择.最后构建分类决策树,完成自动分类,分类总体精度达到82.13％.在分类结果的基础上,讨论了植被分布特点,对不同类型的植被面积、不同区县植被面积以及植被与一级河流关系三方面进行分析.结果显示:研究区植被以林地和耕地为主,分别占总面积的38.9％和23.3％;耕地、林地、中生偏湿草地多分布于河流中下游区县,受人为因素影响较大的林地、耕地主要集中在科尔沁左翼中旗和科尔沁左翼后旗;林地、中生偏湿草较集中分布在一级河流的10km缓冲区内,耕地主要集中在5km缓冲区内,中生偏旱草与一级河流的关系不显著.     

降水对鄂尔多斯高原克隆植物分布的影响

鄂尔多斯高原地处半干旱区到干旱区的过渡带。通过沿鄂尔多斯高原从东到西的天然降水梯度的样带调查,分析了克隆植物的分布特征与降水的关系。结果表明:克隆植物的物种数量、占物种总数的比例和重要值以及根状茎型克隆植物的物种数量均与降水量呈显著正相关。5种优势植物克氏针茅、本氏针茅、黑沙蒿、赖草和短花针茅均为克隆植物,它们的分布也受降水影响。克氏针茅的密度、本氏针茅的盖度和密度、黑沙蒿的高度、盖度和密度以及赖草的高度均与降水量呈显著正相关。然而,赖草的盖度以及短花针茅的高度、盖度和密度均与降水量成负相关。因此,克隆植物在鄂尔多斯高原植被中具有重要作用,而且其作用随着降水量的增加而加强。     

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.     

不同恢复措施对内蒙古乌拉特中旗荒漠草原植物群落的影响

处于干旱地区的内蒙古荒漠草原，在防风固沙、生物多样性保育等方面发挥着重要的生态功能。近年来由于人类活动的干扰及气候变化的影响，内蒙古荒漠草原生态系统发生了严重的退化。如何有效恢复荒漠草原的生态功能是当前亟待解决的问题，科学合理地进行人为定向培育是荒漠草原植物群落恢复与重建的重要措施。本研究以乌拉特中旗荒漠草原为对象，通过控制实验探讨了不同退化程度下植物群落结构及地上生物量对不同恢复措施的响应。结果表明：在重度退化的荒漠草原生态系统，短期封育提高了杂类草的相对盖度，使群落地上生物量增加2.11倍；添加有机肥提高了禾草物种丰富度，使群落地上生物量提高了3.97倍；补播显著提高了植物群落的盖度、密度，使群落地上生物量提高了9.76倍。在重度沙化区，补播显著提高了群落的盖度、密度、地上生物量，但对物种多样性无显著影响。在中度退化区，添加复合肥显著降低了短花针茅群落杂类草物种数，提高了禾草及植物群落的地上生物量；添加复合肥显著提高了柠条锦鸡儿-丛生禾草群落中禾草物种丰富度，但对植物群落盖度、密度及地上生物量无显著影响；喷施叶面肥显著降低了藏锦鸡儿-灌丛化禾草群落杂类草的盖度和密度，提高了禾草的地...     

高原鼠兔有效洞穴密度对高山嵩草群落及其主要种群空间分布特征的影响

高原鼠兔(Ochotona curzoniae)有效洞穴密度变化会引发高山嵩草(Kobresia pygmaea)草甸植物群落及其种群分布格局发生变化。采用野外调查法研究了高原鼠兔有效洞穴密度对高山嵩草群落特征及其主要种群分布格局的影响。结果表明:随高原鼠兔有效洞穴密度增加,高山嵩草草甸植物群落的优势种没发生明显变化,部分伴生种发生更替;高度、盖度、多样性指数和均匀度指数呈现降低态势;地上生物量和丰富度指数变化不明显;高山嵩草和矮火绒草(Leontopodium nanum)种群的盖度、密度以及生物量均呈现降低态势,而达乌里秦艽(Gentiana dahurica)和小花草玉梅(Anemone rivularis var.flore-minors)种群的盖度、密度和生物量呈增加趋势。高山嵩草和矮火绒草的种群分布格局从8个/625m2和14个/625m2的聚集分布分别变为34个/625m2时的均匀分布和随机分布,达乌里秦艽和小花草玉梅种群从8个/625m2和14个/625m2的随机分布变为23个/625m2和34个/625m2时的聚集分布,这说明高原鼠兔有效洞穴密度变化改变了高山嵩草群落的特征和主要植物种群的空间分布格局,而对应群落特征和种群分布格局改变的有效洞穴密度为14个/625m2和23个/625m2。     

应用生长、分级的自组织映射模型进行意识任务分类

提出一种使用生长、分级的自组织映射(growing hierarchical self-organizing map,GHSOM)模型进行基于EEG信号的意识任务分类来实现脑机接口技术的方法.GHSOM模型是自组织映射(self-organizing map,SOM)的一种变体,由多层的SOM组成,具有一定的分级结构,能够表达数据中不同层次的信息.同时研究了使用平均量化误差(mean quantization error,mqe)和量化误差(quantization error,qe)两种方法实现的GHSOM模型对意识任务分类的作用.结果表明,GHSOM模型对于意识任务的可分性能够提供可视化的信息,并且发现使用量化误差方法实现的GHSOM模型提供较多的数据信息和较高的分类精度.使用GHSOM模型进行了5类意识任务的分类,平均分类精度可达80%.     

应用生长、分级的SOM模型进行意识任务分类

提出一种使用生长、分级的自组织映射（growing hierarchical self-organizing map,GHSOM）模型进行基于EEG信号的意识任务分类来实现脑机接口技术的方法。GHSOM模型是自组织映射（self-organizing map,SOM）的一种变体,由多层的SOM组成,具有一定的分级结构,能够表达数据中不同层次的信息。同时研究了使用平均量化误差（mean quantization error,mqe）和量化误差（quantization error,qe）两种方法实现的GHSOM模型对意识任务分类的作用。结果表明,GHSOM模型对于意识任务的可分性能够提供可视化的信息,并且发现使用量化误差方法实现的GHSOM模型提供较多的数据信息和较高的分类精度。使用GHSOM模型进行了5类意识任务的分类,平均分类精度可达80％。     

高寒退化草地甘肃臭草种群分布格局及其对土壤水分的响应

植物种群对土壤水分响应的异质性是其格局形成和演变的环境基础.在石羊河上游的高寒草地,运用点格局分析法和群落调查法,研究了甘肃臭草单一优势种群斑块发育过程中的种群小尺度点格局和土壤水分特征.在4个发育阶段甘肃臭草种群的空间格局由聚集分布过渡为随即分布,土壤水分均呈现出从斑块中心向边缘增大的趋势;在斑块形成、扩散、稳定阶段,甘肃臭草斑块以类似“同心圆”的方式向周围土壤水分高的空间扩散,斑块半径由0.5m扩大至1.5m,种群的高度、密度、盖度由斑块中心向边缘递减;在衰退阶段斑块中心出现裸斑,种群的高度、密度、盖度以类似“同心圆”方式从中心向边缘逐层递增.在甘肃臭草斑块消长过程中,种群的分布格局和主要生物学特征与土壤水分之间不同阶段表现出不同的对应关系.     

一种基于视网膜主血管方向的视盘定位及提取方法

为分割出眼底图像中的视盘,构建基于眼底图像的计算机辅助诊断系统,提出了一种基于视网膜主血管方向的视盘定位及提取方法。首先,利用Otsu阈值分割眼底图像R通道获取视盘候选区域;然后利用彩色眼底图像的HSV空间的H通道提取视网膜主血管并确定主血管方向;在此基础上,通过在方向图内寻找出对加权匹配滤波器响应值最高的点确定视盘中心位置;最后,利用该位置信息从视盘候选区域中"挑选"出真正的视盘。利用该方法对100幅不同颜色、不同亮度的眼底图像进行视盘分割,得到准确率98%,平均每幅图像处理时间1.3 s。结果表明:该方法稳定可靠,能快速、有效分割出眼底图像中的视盘。     

Mapping species diversity patterns in the Kansas shortgrass region by integrating remote sensing and vegetation analysis

Abstract. Field reconnaissance data are used in a supervised classification of a 1989 Landsat Thematic Mapper (TM) scene to create a digital database of high and low quality grasslands for northwestern Kansas. To test the classification of grassland quality, plot-based vegetation data collected from 32 sites are analyzed for differences in species composition, and evaluated for relationships between TM data and plant diversity. Significant differences between predicted high and low quality grassland sites are identified for the following variables: cover of the dominant and common species, overall species richness, number of forbs, number of grasses, and plant diversity using Shannon's index. Linear regression analysis reveals a significant relationship (r²= 0.61) between species diversity and the prediction of grassland quality from the supervised classification. The addition of spectral data to this model did not improve the prediction of species diversity, but spectral brightness is identified as a key feature in mapping shortgrass vegetation diversity patterns with TM data.     

基于遥感和GIS的土地利用分类方法及其在土地退化程度分析中的应用——以陕西横山雷龙湾地区为例

基于陕西省横山县雷龙湾地区的遥感ETM＋影像,分别采用最大似然法和光谱角制图分类（SAM）方法进行了该区的土地利用类型分类。其中,光谱角制图分类利用最小噪声分离（MNF）及像元纯净指数（PPI）方法提取研究区的地类终端端元,在此基础上绘制土地利用类型图。最大似然法对水体及耕地的分类精度较高,而其它地类精度稍差,沙地有较大漏分;而基于像元纯净指数的光谱角制图法分类对沙地、水体分类效果较好,对建筑用地和非建筑用地区分度较高,但林地和草地有一定混分。根据研究区反照率影像、NDVI以及湿度图像构造了一个土地退化程度指数模型,并选择一定的系数对研究区的土地退化程度进行了分类,利用GIS软件成图输出。利用光谱角制图分类的纯净像元样本进行比较分析,发现土地退化程度指数与土地利用的相关性较强,表明该方法可以较好地反映当地的土地退化程度情况。     

基于中分辨率TM数据的湿地水生植被提取

利用湿地水生植被生长旺盛、光谱反射较强、光谱信息比较丰富的8月份中分辨率Landsat TM和ETM+多光谱遥感影像,采用面向对象的分类方法,进行野鸭湖湿地水生植被的提取。研究表明:在提取过程中,通过对原始影像进行主成分变换和穗帽变换,将主要信息与噪声分离,不仅减小了数据冗余和波段间的相关性,而且增大了影像上湿地水生植被与其他地物类型光谱和空间信息的差异性,并结合野外水生植被光谱特征分析,选择归一化植被指数NDVI与归一化水体指数NDWI辅助分类,构建特征波段或波段组合,然后,确定适当的隶属度函数和阈值范围,构建分类决策树,完成湿地水生植被的自动分类,提高了影像分割与面向对象分类的精度,取得了较为理想的湿地水生植被提取结果。2002年和2008年两景影像的总体分类精度分别达到86.5%和85.44%,表明中分辨率TM影像可以满足湿地水生植被提取的需要,又因为其具有较高的波谱分辨率、极为丰富的信息量、相对较低的价格、长时间序列,可以作为近20a湿地水生植被提取和动态变化监测的主要数据源。     

基于随机森林回归的草场植被盖度反演模型研究——以新疆阿勒泰地区布尔津县为例

作为草地资源大国,我国正面临严峻的草场退化形势。掌握草场植被盖度的历史演变趋势,是草场退化驱动力识别及风险评估的基础。目前已有研究多以参数回归方法估算植被盖度,但并未充分考虑其苛刻的使用条件。利用Landsat系列卫星遥感影像及地面植被盖度监测资料建立非参数回归——随机森林回归模型,并与传统线性回归方法进行比较,在此基础上应用随机森林回归模型估算近10年来布尔津县草场植被盖度的变化趋势,并对结果的不确定性进行分析。结果显示:传统的线性回归方法很难满足其基本的统计学假设条件,而随机森林模型不但无需进行假设条件检验,而且预测的准确性也优于以往普遍应用的线性模型。基于Landsat ETM+标准数据得到的反演结果较之TM和OLI数据普遍偏小,地表反射率数据虽然可以大幅降低传感器不同对反演结果所造成的影响,但结果仍存在约±10%的不确定性。涉及的草场类型众多,为了提高反演精度,后续研究需要分别计算其植被指数,并尽量减低传感器差异带来的不确定性。     

Spectral feature differences between shrub and grass communities and shrub coverage retrieval in shrub-encroached grassland in Xianghuang Banner,Nei Mongol,China北大核心CSCD

Aims: Shrub-encroached grassland has become an important vegetation type in China's arid and semi-arid region. Our study objective is to explore the spectral features of shrub and grass communities, as well as their empirical relationships with shrub coverage. The quantitative estimation of shrub cover based on medium-resolution Landsat satellite imagery provides the practical basis for long term retrieval of large areas of shrub expansion in the grassland region. Methods: Linear models and Multiple Endmember Spectral Analysis Model (MESMA) based on medium resolution Landsat satellite imagery were developed to quantify the shrub coverage in a shrub-encroached grassland region in Xianghuang Banner, Nei Mongol using the spectral features and their seasonal differences between the shrub and grass communities. Important findings: Compared to Leymus chinensis and Stipa krylovii dominated grass communities, Caragana microphylla community had a higher normalized difference vegetation index (NDVI), modified red edge normalized difference vegetation index (mNDVI705), and red edge slope. The red edge position of C. microphylla community shifted to longer wavelengths. The average and the maximum shrub coverage was 13% and 25%, respectively, in the shrub-encroached grassland based on both models. The correlation coefficient of determination (R2) and root mean square error (RMSE) of the linear model was 0.31 and 0.05, respectively. We found that the linear model based on seasonal differences of shrub and grass community was more suitable for retrieving shrub coverage in the study area from medium resolution imagery than the MESMA model that is based on mid-summer images.     

Estimation of primary production of subhumid rangelands from remote sensing data

Abstract. Above‐ground Net Primary Production (ANPP) is the main determinant of forage availability and hence of stocking density. A tool to track the seasonal and interannual changes in ANPP at the paddock level will be very important for livestock management. We studied the relationship between field ANPP data and the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) for rangelands of the Flooding Pampa of Argentina using spectral data provided by sensors on board of two satellites: NOAA/AVHRR and Landsat TM. The relationship between NDVI and ANPP was linear both for data derived from NOAA/AVHRR and Landsat TM. Changes in ANPP accounted for a large proportion of the temporal and spatial variation of NDVI: 71% of NOAA/AVHRR data and 74% of Landsat TM data. By inverting these models, ANPP may be inferred from NDVI data at a seasonal and paddock scale. NOAA/AVHRR data captured better the seasonal variation in ANPP and were less sensitive to local variations than Landsat TM data. In contrast, Landsat TM data were more sensitive to inter‐site differences in primary production, except for the winter months. Thus, combining information from these two sources offers a good alternative for monitoring rangeland production at high temporal and spatial resolution.     

Linking vegetation heterogeneity and functional attributes of temperate grasslands through remote sensing

Question: How are plant communities of the Flooding Pampa grasslands spatially distributed? How do canopy dynamics of the different communities vary among seasons and years? Location: Buenos Aires province, Argentina. Methods: We characterized the distribution of communities through a supervised classification based on four Landsat 5TM images. We sampled species composition of 200 sites, with 130 of them corresponding to natural communities. Of the sampling areas 60% were used to classify, and the remaining areas to assess classification accuracy. We characterized the seasonal and interannual variability of canopy dynamics using NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) data provided by MODIS /Terra images. Results: Overall accuracy of the classification was satisfactory. The resulting maps showed a landscape formed by a matrix of extended lowlands with small patches of mesophytic and humid mesophytic meadows. The October scene (near the peak of productivity) was particularly important in discriminating among communities. The seasonal pattern of NDVI differed among communities and years. Mesophytic meadows had the highest NDVI mean and the lowest interannual coefficient of variation, halophytic steppes had the lowest mean, and vegetated ponds were the most variable. Conclusions: These grasslands have a fine‐grained heterogeneity at the landscape scale. Each plant community has distinct seasonal and interannual canopy dynamics. These two features of grassland structure and functioning represent key information for rangeland management that may be obtained through a combination of minor field sampling and remote sensing.     

基于近20年遥感数据的藏北草地分类及其动态变化

利用1982—2000年NOAA/AVHRR的旬合成归一化植被指数(NDVI)资料,采用主成分分析和非监督分类方法对藏北那曲地区植被进行分类,分析不同草地类型代表像元的NDVI年内和年际变化特征;定义那曲地区牧草主要生长期平均NDVI≥0.1的地区为植被区,NDVI<0.1的地区为植被稀少区,进一步分析植被区每个像元NDVI的时空变化特征.结果表明:该地区草地类型可分为高寒草甸、高寒草甸草原、高寒草原和高寒荒漠,分类结果与实际情况相符.4种草地类型的NDVI年内变化均呈单峰型,年最大值出现在8月;近20年来那曲地区植被区7—8月平均NDVI由东南向西北逐渐减少,约在0.1~0.6之间变化,变异系数在0.05~0.40之间.NDVI高的地区,变异系数相对较小;NDVI低的地区,变异系数相对较大,年变率的范围在-0.005~0.008之间.近20年来那曲地区植被变化不明显,约20%地区(主要分布在西部的尼玛和东部的嘉黎、比如、索县和巴青等县)的植被活动在减弱.     

延安北部丘陵沟壑区退耕还林(草)成效的遥感监测

将延安北部丘陵沟壑区的吴起、志丹、安塞、子长、延川、延长和宝塔等7县区做为一个整体,利用GIS综合解译分析SPOTVGT、NOAA/AVHRR、EOS/MODIS、TM和DEM数据,揭示该区域退耕还林(草)生态建设工程所取得的实效。1998-2009年NOAA/AVHRR和EOS/MODIS遥感监测表明,该区域在遥感影像图上凸现,在其北部和西部形成一条明显的与行政区边界相吻合的分界线,表明退耕还林后植被覆盖状况正在逐年改善,而且植被恢复情况明显好于其北部和西部。1999-2007年SPOTVGTNDVI演变表明,该区域NDVI正处于快速上升阶段,线性趋势值为0.0078,与其南部次生林区的NDVI差值在明显减小,与北部粮食种植区的NDVI差值在逐渐加大。退耕前后的TM影像解译结果对比分析说明,延安北部近年来退耕还林(草)的成绩是显著的,生态环境有了明显的改善。与1997年相比,到2007年延安北部有68.37%耕地不再耕种,而大于35°的坡耕地91.45%实现了退耕,25-35°的坡耕地有74.70%退耕,绝大部分高坡度耕地实现了退耕,而较低坡度的坡耕地退耕幅度也很大,达到了50%-70%。退出的耕地主要变为草地、林地和果园。TM影像解译结果表明,林草覆盖度增加非常显著,达到65.3%,增加24.3%,以草的面积增加最为明显。低植被覆盖度的土地面积在大幅度减少,植被覆盖度小于10%的面积减少了83.42%;中植被覆盖度面积在显著增加,到2007年,植被覆盖度在30%-50%的面积最大,占总面积的47.2%,将近一半;高植被覆盖度面积也明显增加,由1997年的6%增加到2007年22%。TM影像与DEM数据叠加分析表明,土壤侵蚀强度总体上降低,强度、极强度和剧烈等级土壤侵蚀的土地面积减少50%以上,但极强度和剧烈的高等级土壤侵蚀面积仍占2007年国土总面积的13.3%,土壤侵蚀状况仍然严重。植被以灌木和草为主,乔木面积较低,森林覆盖率只有22.4%,因此需要继续加强治理。     

基于MODIS和ENVISAT数据的湖北省四湖地区土地覆盖分类

依据ENVISAT ASAR数据中后向散射系数的差异对湖北四湖地区的城镇、水域、植被覆盖区进行划分;根据区域种植制度及物候特点,以4月下旬至5月上旬MODIS-NDVI值区别植被覆盖区中的作物植被与非作物植被;并采用基于高分辨率ETM数据的土地分类结果对基于上述规则分类的结果进行验证.结果表明：借助DEM高程数据,可将研究区非作物植被划分为林地与滩地;利用月份NDVI平均值的差异,可将作物划分为中稻、棉花和晚稻,并获得水田和旱地的区分;采用低空间分辨率的MODIS数据获得的土地覆盖分类结果,与采用高分辨率ETM数据分类的结果具有一定程度的相似性,以ETM数据分类结果为标准的总误差率为13.15%;利用上述判别流程进行大尺度土地覆盖分类与制图可以实现对区域土地覆盖变化的快速跟踪.