鄱阳湖几种常见湿地植物光谱特征的初步研究

以鄱阳湖南矶山自然保护区湿地为实验区,使用FieldSpec3便携式地物波谱仪对2010年11月的苔草、芦苇、南荻、虉草等7种鄱阳湖典型湿地植物的反射光谱数据进行采集和处理,并对不同湿地植物的光谱特征、光谱差异进行了分析;在此基础上运用二阶导数方法得到识别典型湿地植被的7个最佳波段:685.8 nm,692.4 nm,698.6 nm,704.3 nm,737.5 nm,746.2 nm,957.1 nm。通过验证,植被类型分类精度和样点验证精度分别为85.7%和91.5%。     

基于地面成像光谱数据特征的湿地典型植被类型识别研究——以东洞庭湖核心区湿地为例

利用SOC710VP成像光谱仪在湖南省东洞庭湖区域湿地保护核心区获取了典型挺水植物芦苇、湿生植物苔草、泥蒿和栽培植物青菜的成像光谱数据,采用光谱微分技术的一阶导数分析方法和包络线去除方法分析了几种植被类型成像光谱曲线波段特性,提取成像光谱数据"双边"参数和吸收特征,并利用Fisher线性判别函数进行湿地植被类型识别,总分类精度达到87.39%,Kappa系数达到0.831 6。苔草分类后的精度最高,达到92.55%,青菜地的识别精度为92.31%,芦苇居中,识别精度达到86.11%,泥蒿的识别精度为80.65%。结果表明,地面采集的成像光谱数据进行分析得到的植被光谱特征变量具有较好的普适性和可靠性,可以为湿地植被类型的识别提供良好的科学依据。     

基于高光谱技术剑湖湿地茭草磷含量估算模型研究

以云南剑湖湿地典型植被优势种茭草为研究对象,利用ASD Filed Spec 3光谱仪采集茭草反射光谱,并测定其磷含量,通过高光谱数据建立茭草磷含量估算模型。结果表明:茭草的反射光谱曲线与健康绿色植被的反射光谱曲线趋势一致,通过一阶导数变换可以更清楚地分析原始光谱的细节特征,作为植被光谱特有的"三边"参数,可以定量分析茭草光谱特征。分别利用光谱反射率、反射率一阶微分值和"三边"参数与磷含量作相关性分析,相关性最高的变量分别为平滑光谱1 085 nm波段、光谱一阶微分1 259 nm波段、红边面积,相关系数分别为0.528、0.619、0.526;基于Land-sat 8 OLI波谱重采样的低维光谱数据,近红外波段对茭草磷含量较为敏感,相关系数为0.519;通过主成分分析提取的变量平滑光谱提取第1成分和反射率一阶微分提取第1成分与磷含量的相关性最高,相关系数分别为0.547和0.494。在建立的估算模型中,多元逐步回归模型估算效果较优,其次为主成分回归模型和单变量回归模型;茭草磷含量最佳估算模型为基于反射率一阶微分建立的多元逐步回归模型,R2为0.76、RMSE为13.69、P为91.08%、MAE为10.75。     

毛竹林光谱特征及其与典型植被光谱差异分析

以毛竹光谱特征为研究对象,通过对光谱曲线和一阶导数曲线进行分析,探明了不同季节毛竹林的光谱特征及其与典型树种的光谱差异,为毛竹林的遥感监测提供了理论依据。研究结果表明:1)毛竹光谱曲线在可见光波段出现1个反射峰和1个吸收谷,这2个峰的对应波长分别为556和680 nm, 近红外波段的反射率明显增大。2)大年毛竹林春季和夏季的一阶导数曲线的红边波段呈“双峰”,秋季和冬季呈“单峰”,夏季的红边位于700 nm,其他季节红边位于718 nm;小年毛竹林秋季的一阶导数曲线的红边波段呈“双峰”,冬季呈“单峰”,红边均位于718 nm;不同季节毛竹林红边振幅大小依次为:春季夏季冬季秋季。3)毛竹林与其他典型植被在500～600、660～680、700～900 nm 等波段的反射率差异明显,可作为遥感监测的最佳波段,并且“绿峰”、“红谷”、红边位置、红边振幅以及红边波段的“峰型”等特征可作为毛竹林遥感识别的主要参数,监测最佳季节是春季,其次为秋季。      

宁夏银北盐碱地不同植被光谱特征研究

【目的】研究不同程度盐碱化土壤上植被的光谱特征，为基于典型植被冠层光谱特征估测宁夏银北地区植被生长状况和土壤盐碱化程度提供理论依据。【方法】于2018年7月中旬，在宁夏银北盐碱地区选取样地，调查不同盐碱化程度土壤的理化性质及其上代表性植被的叶片叶绿素相对含量，分析不同程度盐碱化土壤上代表性植被类型（白刺和芦苇）以及中度盐碱化程度土壤上15种植被（向日葵、芦苇、花花柴、白茎盐生草、西伯利亚滨藜、藜、稗、紫苜蓿、柳枝稷、水稻、砂引草、白刺、槐、赖草、芨芨草）的冠层光谱特征及红边参数变化，研究植被冠层红边参数与土壤pH值、全盐含量以及叶片叶绿素含量的相关性。【结果】不同程度盐碱化土壤的理化性质及其上代表性植被的叶片叶绿素相对含量有明显差异。随着土壤盐碱化程度的增加，在可见光波段（350～760 nm），白刺冠层光谱反射率呈先上升后下降的趋势，芦苇冠层光谱反射率总体上先降低后升高；在760～1 400 nm波段，白刺冠层光谱反射率逐渐降低，芦苇冠层反射率先升高后降低；在1 400～2 500 nm波段，白刺冠层反射率分别是先升高后降低（1 400～1 900 nm）和持续增加（1 900～2 500 nm），芦苇冠层反射率先降低后升高。随着土壤盐碱化程度的增加，白刺冠层光谱红边位置、红边斜率、红边峰值面积以及红边斜率与最小振幅的比值均减小；芦苇冠层光谱以上红边参数均先增加后减小。中度盐碱化土壤上，15种植被冠层光谱特征曲线变化趋势相似，但光谱反射率大小存在不同程度差异；除了最小振幅之外，15种植被冠层光谱的红边位置、红边斜率、红边峰值面积以及红边斜率与最小振幅的比值差异较大，故根据光谱特征在野外能够区分典型植被类型。土壤pH值与红边位置、红边斜率和红边峰值面积均呈极显著负相关关系，与红边斜率与最小振幅的比值呈显著负相关关系；土壤全盐含量与红边参数均不相关；叶片叶绿素含量与红边位置之间呈极显著正相关关系，与红边斜率和红边峰值面积之间为显著正相关关系。【结论】在不同程度盐碱化土壤上，不同植被冠层光谱特征变化趋势有差异，根据典型植被冠层光谱特征可以估测宁夏银北地区植被生长状况和土壤pH。     

宿鸭湖人工湿地植物物种多样性和群落演替初探

宿鸭湖湿地生态系统湿生带、交错带、旱生带物种多样性指数,丰富度指数、多样性指数和均匀性指数变化规律基本一致,丰富度指数交错带最大,其次是旱生带,最小的是湿生带.湿地草甸植被植物优势度的排序为:狗牙根群落>苔草群落>莎草群落>鳢肠群落,狗牙根群落、苔草群落构成湿地草甸植被的核心区,且狗牙根群落的分布密度大于苔草群落.莎草群落单位面积的生物量大,狗牙根群落次之,苔草群落和鳢肠群落的生物量变化较小.     

曹妃甸湿地典型植被光谱特征差异性分析

运用高光谱遥感技术分析地物特有的光谱特征可以有效地对地物进行识别。以河北省唐山市曹妃甸湿地为研究对象,使用SR2500便携式地物光谱仪测定了2种典型湿地植被——翅碱蓬[Suaeda salsa (L.) Pall.]和芦苇[Phragmites australis(Cav.)Trin.ex Steud.]的光谱特征,并对2种湿地植被的原始反射率光谱曲线和经过包络线去除法变换后的反射率光谱曲线进行研究。结果显示:由于包络线去除法的限制,在340~380 nm和716~1 020 nm波段范围内,分析芦苇原始光谱曲线更容易区分植被所处的生长期,在340~595 nm和710~920 nm波段范围内,分析翅碱蓬的原始光谱曲线更有利于区分所处的生长期,且2种植被生长旺盛期的反射率均高于生长末期。在508、550、678 nm处利用包络线去除法能够更好地区分芦苇不同生长阶段,在638、678 nm处利用包络线去除法能更好地区分翅碱蓬不同生长阶段。芦苇在绿光波段550 nm处出现明显的反射峰,而翅碱蓬在红光波段638 nm处出现明显的反射峰,这使得2种植被经过包络线去除处理后更好区分。在753~1 020 nm波段范围内,分析原始光谱曲线更适于区分芦苇和翅碱蓬,且芦苇的反射率高于翅碱蓬。     

输电线路下行林区优势树种的冠层光谱特征分析

通过对安徽省池州市青阳县输电线下行通道的优势树种进行光谱测量与分析,以建立优势树种光谱库,为输电线通道下行林区的树种精细分类提供理论和技术支持。利用便携式光谱仪对研究区6个优势树种的冠层光谱数据进行采集,并生成平均冠层反射光谱曲线,经过导数变换、植被特征参数(蓝边、黄边和红边)分析及冠层光谱的可分性研究,进而分析出不同树种的不同波段光谱特征差异。结果表明,在原始光谱可见光波段毛竹冠层反射率高于其他树种;而在近红外波段,栎树的冠层反射率高于其他树种。6个树种的蓝边位置、黄边位置及红边位置存在差异较小,毛竹的蓝边斜率最大;杉木的黄边斜率最大;栎树的红边斜率和红边面积均为最大。通过可分性研究可知,原始光谱在550 nm、900 nm及一阶导数光谱在718 nm处,有助于精细区分不同树种类型。     

浙江省湿地植被分类系统及主要植被类型与分布特点

通过实地调查与研究，基本查清了组成浙江省湿地植被的主要类型。报道了浙江省的主要湿地植被类型及其分类系统，将浙江省的湿地植被划分为落叶针叶林，常绿针叶林，红树林及半红树林，竹林，落叶单身汉叶林，常绿阔叶林，落叶阔叶灌丛，盐生灌丛，高草，低草和水域植被等11个植被型，及水杉林，秋茄树林，温州水竹林，枫杨林，柽柳灌丛，芦苇群落，狗牙根群落及槐叶萍群落等129个群系（其中含17个栽培群系），并分析了浙江省5类湿地（近海及海岸湿地，河流湿地，湖泊湿地，库塘湿地和山地沼泽湿地）中的植被类型和分布特点。     

鄱阳湖南矶山湿地土壤养分的时空分布规律研究

通过研究鄱阳湖南矶山湿地土壤在不同季节、不同植被类型和不同土壤深度下总有机碳、总氮、总磷的含量变化,分析了鄱阳湖南矶山湿地土壤养分的空间分布特征和季节变化规律。结果表明:南矶山湿地土壤总有机碳、总氮、总磷含量在不同的土壤深度、季节和植被类型中均表现出极显著差异。其中南矶山灰化苔草、南荻、狗牙根植被群落样地0~15cm表层土壤总有机碳、总氮含量显著大于30~45cm底层含量;灰化苔草、南荻群落土壤总有机碳和总氮含量的季节变化明显,尤其是表层土壤在各个不同的季节差异显著,但狗牙根植被群落土壤总有机碳和总氮含量季节变化不明显;3种典型植被类型下土壤总磷含量季节变化明显,呈现"N"的变化趋势。土壤总有机碳与总氮含量极显著正相关、与总磷含量显著相关,表明鄱阳湖南矶山湿地土壤氮、磷主要以有机质的结合形态存在。     

基于不同光谱变换的剑湖茭草鲜生物量估测研究

通过实地采集剑湖湿地茭草反射光谱和现场测量鲜生物量,基于24种光谱变换对茭草反射光谱特征进行分析,选取16种光谱变换筛选全波段(350～2 350 nm)中对茭草鲜生物量敏感的特征波段,构建其鲜生物量估测模型。结果表明:不同形式的光谱变换更容易分析光谱特征,对数倒数和倒数的变换增强了可见光波段的特征。对数倒数一阶微分变换增强了近红外波段的特征,倒数二阶微分和对数倒数二阶微分增强了短波红外的特征,4～5尺度的连续小波变换适合分析原始光谱特征。连续小波变换后最大相关系数为0.734;其次为二阶微分变换,最大相关系数为-0.730。基于立方根二阶微分变换构建的多元回归模型对茭草鲜生物量估测效果最佳,R2、RMSE、P和RPD分别为0.88、1 044.90 g/m2、83.95%、2.64。     

滇中典型乔木植被高光谱特征

针对滇中乔木植被光谱研究较少问题,运用高光谱遥感技术提取分析植被的特征波段,补充滇中乔木光谱,以期能为遥感识别分类植被、监测乔木长势,以及植被反演等提供科学依据。利用SOC710VP地物光谱仪,对滇中的侧柏(Platycladus orientalis)、樟木(Cinnamomum longepaniculatum)、柳杉(Cryptomeria fortunei)3种植被进行反射光谱测定,分析3种植被的叶片光谱特征差异,使用光谱一阶导数和连续统去除处理其原始光谱。原始反射率曲线表明,400~420 nm柳杉的曲线呈下降趋势,区别于樟木和侧柏;侧柏、樟木、柳杉的反射率在700~760 nm存在显著差异。红边波段光谱一阶导数凸显了3种乔木植被特有的波峰波谷特征,侧柏的峰谷特征尤其突出,识别度更大。连续统去除变换能够突出3种乔木植被在可见光波段的吸收和反射特征差异,樟木和柳杉的连续统去除值在440~760、950~1 000 nm存在较大差异。通过比较3种植被的原始光谱特性和反射率,可以从一定程度上把3种植被区分开。光谱一阶导数和连续统去除变换可以突出3种植被原始光谱特征之外的特征,增加识别分类3种植被的特征波段,区分识别3种植被的效果更显著。     

基于GF-4号卫星影像东洞庭湖湿地植被类型监测能力比较研究

以GF-4号卫星数据为数据源,以东洞庭湖区域为研究区域,在区内选择芦苇、苔草、泥蒿+辣蓼3类典型植被类型,每类选取30个样本区,与数据、物候等尽量接近的Landsat 8商业卫星进行对比,采用同样的训练样本,相同的信息提取方法,包括监督分类最大似然法和非监督ISO分类方法进行湿地植被类型信息提取,比较湿地植被分类结果,可以发现GF-4影像色彩丰富,类内过渡较为稳定,可以对主要湿地植被类型进行识别。     

河西走廊薄叶荒漠植物光谱特征

了解和掌握干旱区薄叶荒漠植物的光谱特征,不仅可为干旱荒漠区植物的遥感识别奠定基础,且对于干旱区的生态环境调控、演变及遥感反演等都具有重要的意义。以荒漠植物种丰富的河西走廊为研究区,利用全光谱便携式地物光谱仪测定13种灌木和9种草本薄叶荒漠植被地物反射光谱,对其光谱特征曲线、光谱特征参数及植被指数进行分析研究。结果表明,1)植被反射光谱波形大致相同,总体符合植被光谱特征的规律性;灌木植被和草本植被各在4个波段区间植被反射率差异明显,可用于识别荒漠植物;2)蓝边、黄边、红边位置及红谷、绿峰出现的波段范围差异不大,而蓝边、黄边、红边的斜率和面积各有差异;3)DVI值明显高于NDVI、SAVI、RVI、RDVI,利用同一种植被的5种植被指数的值同时大或小的排列顺序区分测定的大部分灌木植被和草本植被。     

长江口潮滩地带典型盐沼植被光谱特征分析

以长江口典型盐沼植被为研究对象,考虑不同盐沼植被类型、盖度、土壤类型、土壤湿度以及高中低潮滩地形分布因素,分别在崇明东滩国家级自然保护区、崇明北湖边滩、南汇边滩设置光谱测量样带和样方,使用ASD光谱仪进行现场光谱测量,分析不同植被盖度、土壤下垫面、潮位条件下典型盐沼植被的光谱特征反射曲线。研究结果表明:同一类型盐沼植被的光谱反射率差异是由植被盖度和下垫面共同导致的。在相同土壤背景下,光谱反射率与植被盖度在可见光波段相关系数接近-1.00,呈负相关,在近红外波段相关系数接近0.99,呈正相关。不同潮滩土壤背景,盐沼植被光谱反射率有明显差异。在可见光波段,土壤下垫面对植被光谱反射率影响较大,而在近红外波段的影响则较小。植被盖度越小,其反射光谱受土壤下垫面影响越大。盐沼植被与潮位的相关系数最大可达0.97,低潮位时植被反射光谱高于无潮汐时的光谱,且呈现随潮位升高反射率增大的趋势;当潮位上涨到一定高度,植被反射光谱低于无潮汐时的光谱,且呈现随潮位的升高而下降的趋势。     

基于光谱特征变量的湿地典型植物生态类型识别方法——以北京野鸭湖湿地为例

光谱特征变量的选择对于湿地植被识别的精度和效率有着直接的影响作用.以华北地区典型的淡水湿地——野鸭湖湿地为研究区,采用Field Spec 3野外高光谱辐射仪,获取了野鸭湖典型湿地植物的冠层光谱.以野外高光谱数据为基础,首先利用一阶导数与包络线去除的方法,分析和对比不同植物生态类型的光谱特征,选定了用于识别植物生态类型的光谱特征变量,选定的8个光谱特征变量为红边位置WP_r、红边幅值Dr、绿峰位置WP_g、绿峰幅值Rg、510 nm附近的吸收深度DEP-510和吸收面积AREA-510、675 nm附近的吸收深度DEP-675和吸收面积AREA-675.其中,7种植物生态类型的一阶导数光谱特征差异较小,吸收特征差异性相对较大.除WP_r和WP _g外,沉水植物Rg和Dr平均值最低,湿生植物的Rg平均值最高,达到0.164,栽培植物的Dr平均值最高,达到0.012.7种植物生态类型在675 nm附近的DEP-675和AREA-675均高于510 nm附近的DEP-510与AREA-510,除去栽培植物,随着水分梯度的变化,其他6种植物生态类型的吸收深度和吸收面积都表现出先升高后降低的趋势.然后利用单因素方差分析(One-way ANOVA)验证了所选光谱特征变量的区分度,在P≤0.01的置信水平下,选取的8个光谱特征变量都能够较好的区分7种植物生态类型,区分度的最小值为13,最大值为18,并且吸收特征参数的区分度优于一阶导数参数.最后应用非线性的反向传播人工神经网络(BP-ANN)与线性判别分析(FLDA)的类型识别方法,利用选定的8个光谱特征变量进行湿地植物生态类型识别,取得了较好的识别精度,两种方法的总分类精度分别达到85.5％和87.98％.单因素方差分析(One-way ANOVA)和不同分类器的分类精度表明,所选的8个光谱特征变量具有一定的普适性和可靠性.     

北固山湿地优势植物氧化酶及环境适应性的研究

对镇江北固山湿地优势植物芦苇、旱苗蓼及虉草的不同器官在不同月份的多酚氧化酶、过氧化氢酶的活性进行了研究。结果表明:3种植物不同月份多酚氧化酶、过氧化氢酶活性差异明显,酶活性在各器官中的分布也不相同;3种植物多酚氧化酶、过氧化氢酶的活性顺序为芦苇>旱苗蓼>虉草,且地下部分的酶活性明显略高于地上部分,酶活性与植物的生长量成正比例关系。酶活性高低反映了湿地植物环境适应性的强弱,多酚氧化酶、过氧化氢酶通过各自的生理作用对植物生理代谢起到了保护作用。结合湿地水文情势调查分析,得出了水文情势对优势植物的分布与扩展有重要的控制意义,湿地植物因水位的脉动变化、环境季节性变化及其自身的生理功能产生了抗活性氧、转化有害酚类、抗涝等生理抗性,形成了很好的环境适应机制。     

福建将乐林场主要树种冠层光谱反射特征分析

【目的】对福建将乐林场主要树种的冠层光谱曲线进行分析,以建立和完善该地区森林树种光谱数据库,并对利用高光谱数据研究森林树种分类提供理论和技术支持。【方法】对实测的林场内5个主要树种(马尾松、杉木、毛竹、木荷和苦槠栲)的平均冠层反射光谱曲线,采用导数光谱、红边特征及将冠层光谱曲线转化到频率域的离散傅里叶变换方法进行分析,比较各树种冠层光谱曲线在空间和频率域上的差别。【结果】在可见光波段(480~700nm),毛竹和苦槠栲的冠层反射率高于其他树种;在近红外波段(720~920nm),苦槠栲、木荷、毛竹的冠层反射率明显高于马尾松和杉木,且苦槠栲木荷毛竹。一阶导数光谱对植被类型有很好的区分作用,可以将植被在可见光波段附近吸收谷的特征和在近红外波段的红边特征进行突出显示。冠层光谱的红边特征参数表现为木荷和苦槠栲的光谱曲线红边斜率较大,明显高于马尾松、杉木和毛竹;毛竹的红边位置明显低于其他树种。对树种冠层光谱的频谱分析结果得出,冠层光谱前12次谐波能量累计达到99%,原始光谱曲线冠层光谱在频域上也有可分性,前4次谐波的幅度谱可以将苦槠栲、木荷和毛竹区分出来。【结论】不同树种的光谱曲线在空间域和频率域都存在明显的差别,光谱曲线的红边参数和冠层光谱在频率域的幅度谱有助于定量化地区分不同的树种类型。     

镇江滨江湿地优势植物种群的热值及其能量生产动态

    为了对镇江市滨江湿地生态系统进行保护与修复,改善湿地功能与效益,提高湿地生产量,于2006年3月起,在长江中下游镇江内江南岸北固山-大东沟湿地,对优势植物种群芦苇和虉草及其各器官的热值、能量现存量、年净初级生产力及光能利用效率动态进行研究结果表明:(1)芦苇、虉草及其器官的热值都随着生育期而略有提高,但变化较为平缓芦苇热值在1795324～1845262 J·g-1之间变化,虉草热值变化范围在1770251～1829172 J·g-1;之间;(2)全年群落能量现存量随时问而增加,并与生物量增长趋势相一致;(3)滨江湿地生态系统年能量净初级生产力为2935506 kJ·m-2年-1,不同种群器官构件的能量生产与分配的季节动态也有差异;(4)芦苇、虉草种群的年光能利用率分别为130%和033%说明植物光合作用积累能量的动态变化与群落生产力变化机制密不可分     

西藏三种疯草高光谱特征比较

为研究西藏地区疯草光谱特征,使用ASD HandHeld野外便携式光谱仪测量茎直黄芪、毛瓣棘豆和冰川棘豆3种疯草冠层光谱反射率,比较分析其光谱特征.结果表明:3种疯草具有植被的光谱曲线特征,在552,670和760 nm波段处差异显著.对原始光谱进行一阶微分处理,3种疯草红边斜率存在极显著差异.研究结果可为利用遥感技术大面积监测疯草空间分布提供理论依据.