基于MODIS数据的伊犁地区草地地上生物量反演

为伊犁草地资源监测、保护及合理利用提供参考依据,利用新疆伊犁地区2012年7-8月野外草地地上生物量采样数据和同期的MODIS数据,分析了增强型植被指数(EVI)、归一化植被指数(NDVI)与实测草地地上生物量的一元线性、指数和二次多项式回归模型,并对各种回归模型进行分析比较.利用优选模型的反演结果分析了伊犁地区地上生物量的空间分布.结果表明:各植被指数都与实测生物量有较好的相关性,但以EVI指数建立的二次多项式回归模型(y = 14759x²-4758x + 1346,R²= 0.8402)较优,拟合模型平均估产精度达到 92.19%,可作为该区域草地地上生物量遥感反演模型;伊犁地区2012年平均产草量为1817 kg·hm^-2,总产草量达70.59×10⁸ kg,并且产草量随高程增加呈现先增加后减少的特征.     

基于MODIS逐日地表反射率数据的青南地区草地生长状况遥感监测研究

大范围草地生长状况遥感监测对研究草地变化动态和草地畜牧业的管理具有重要意义。利用2010-2013年的草地外业调查数据和EOS Terra MODIS每日地表反射率产品MOD09GA,采用空间分析方法分别计算了生长季(5-9月)草地NDVI_max, EVI_max, NDVI_mean和EVI_mean4种植被指数,探讨了这4种植被指数与草地地上生物量之间的遥感反演模型,分析了青南地区草地生长季多年NDVI平均值空间分布特征;根据所选的最优模型反演了青南牧区近10年(2004-2013年)的草地地上生物量,统计分析了地上生物量的空间变化特征。结果表明,青南地区多年NDVI平均值和草地地上生物量总体上均具有由西北向东南逐渐增加的空间分布特点。不同草地类型的生物量差异显著。近10年来山地草甸类的生物量最高,达1280 kg DW/hm²;其次为高寒草甸类、温性草原类、温性荒漠类和沼泽类,生物量介于244.9~902.4 kg DW/hm²;高寒草甸草原类、高寒荒漠类和高寒荒漠草原类生物量较小,在65 kg DW/hm²以下。海拔对生物量具有明显的影响,在3500 m以上地区的草地生物量随海拔的升高而减小。当海拔介于3500~4000 m,最大生物量达1358.8 kg DW/hm²;海拔介于4000~4500 m,生物量小于920 kg DW/hm²;海拔介于4500~5000 m,生物量为574.2 kg DW/hm²;海拔大于5500 m,生物量仅为94.4 kg DW/hm²。统计分析近10年间的NDVI变化趋势发现,三江源地区的黄河、长江和湄公河三大流域及各行政区的草地植被生长状况以轻度改善和改善为主,总体趋于良好。     

河北省草地产量动态监测

根据河北省2005-2007年草地地面调查,基于110个样地、990个样方的调查数据,对河北省草地产草量进行了监测估算,结果表明,1)2005-2007年河北省鲜草年均产量为62 254 697.81 t,平均单产为13 134.57 kg/hm²;干草年均产量为19 438 911.94 t,平均单产为4 101.24 kg/hm²。2)2005-2007年各类草地干草平均单产:暖性灌草丛(5 133.35 kg/hm²)＞暖性草丛(4 182.22 kg/hm²)＞沼泽草地(3 376.13 kg/hm²)＞山地草甸(坝上高原区,3 268.35 kg/hm²)＞温性草甸草原(2 665.94 kg/hm²)＞山地草甸(山地丘陵区,2 111.55 kg/hm²)＞低地草甸(1 872.44 kg/hm²)＞温性草原(1 103.29 kg/hm²)。暖性灌草丛草地、暖性草丛草地、山地草甸草地干草产量分别占全省草地产量的56.04%,20.85%和18.13%,是河北省草地产量主体。3)2005-2007河北各地市草地干草单产:沧州7 134.40 kg/hm²＞保定6 981.15 kg/hm²＞承德4 850.26 kg/hm²＞石家庄4 677.78 kg/hm²＞邯郸2 802.83 kg/hm²＞张家口2 519.58 kg/hm²＞邢台2 436.47 kg/hm²＞秦皇岛2 227.55 kg/hm²＞唐山1 984.14 kg/hm²。承德、张家口、保定3地市草地干草产量占全省草地干草产量的84.44%,其他6地市草地干草产量占全省干草产量的15.56%。4)2005-2007年河北省草地干草年均单产与1979-1984年草地年均干草单产相比,干草单产下降36.49%,明显减产,草地干草产量平均每年下降1.46%。山地草甸、温性草原、沼泽草地、低地草甸、温性草甸草原等草地类的草地干草单产降幅属于严重减产,暖性灌丛草、暖性草丛草地类的草地干草单产降幅为明显减产。减产的草地面积占全省草地面积的91.96%,其中,严重减产的草地面积占全省草地面积的31.92%,另有8.04%的草地产量基本持平。     

新疆伊犁地区草地土壤容重空间格局分析

以新疆伊犁地区146个草地样地表层土壤容重调查测定数据为基础,结合遥感及气象数据,进行草地土壤容重与海拔、年均气温、年均降雨、≥10℃年积温、湿润度和NDVI间的相关及回归分析,构建土壤容重综合评价模型,借助ArcGIS平台加权叠加计算出伊犁地区草地土壤容重的空间分布格局。结果表明,伊犁地区草地土壤容重与海拔、年均气温、年均降雨、≥10℃年积温、湿润度和NDVI间显著相关(P<0.01);综合评价结果与实测值之间的复相关系数R²=0.6025,均方根误差(RMSE)为0.1479 g/cm³,总体偏差为14.39%,平均预测精度达85.61%。空间格局上,土壤容重在河谷地带较高,随着海拔递增呈现出逐渐减小的趋势;伊犁河谷两侧的温带荒漠类草地土壤容重最大,约为1.3340 g/cm³,南部天山北坡的高寒草甸类草地最小,约为0.7310 g/cm³。综合评价结果较好地反映了新疆伊犁地区的土壤容重空间分布情况,与土壤类型和草地类型的分布基本吻合,可以为草地退化安全评估提供参考。     

基于Landsat 8 OLI影像的渭-库绿洲植被地上生物量估算

干旱区绿洲植被地上生物量估算研究可为绿洲生态系统稳定性评价与区域碳储量估算提供重要依据。以渭干河-库车河三角洲绿洲为研究区，利用ENVI 5.3软件对Landsat 8 OLI 影像数据进行预处理，提取反映植被地上生物量信息的植被指数和波段因子，并结合样地实测数据，采用常规统计模型、多元逐步回归和偏最小二乘回归方法建立研究区植被地上生物量最优估测模型，从而揭示该绿洲植被地上生物量的空间分布特征。结果表明：1）所选的20个遥感因子与实测植被地上生物量呈极显著正相关关系，相关系数为0.5~0.7（P<0.01）。2）乔木与灌木地上生物量最优估测模型均为多元逐步回归模型，草本与农作物地上生物量的估测模型以偏最小二乘回归模型为最优，模型验证决定系数均在0.6以上，均方根误差和平均绝对误差均较小。3）研究区植被地上生物量主要在280~1450 g·m^-2 分布，面积约为6973.82 km²，低水平地上生物量（ABG<65 g·m^-2）分布区域约占研究区总面积的15.02%。地上生物量由高到低依次为：农作物>乔木>灌木>草本。根据不同的植被类型，基于地物光谱特征构建的遥感估测模型可准确估算干旱区绿洲植被地上生物量，并对其空间分布特征进行遥感定量反演。     

热带人工草地群落结构研究初探

研究4年生热带人工草地放牧与不放牧对群落结构的影响,结果表明:以热研2号柱花草和珊状臂形草为优势草种的人工草地,其中对照区(不放牧)干草产量8096kg/hm²,极显著高于天然草地116.04%,放牧区6324.5kg/hm²,显著高于天然草地68.77%;其产草量呈动态变化,以10月最高;植被群落呈垂直空间层状分布,产草量多集中在11～40cm草层;在放牧区热研2号柱花草的频度和产草量减少,珊状臂形草和有钩柱花草增加,草种分布均匀,结构合理,向进展方向演替。     

基于空间插值数据支持下新疆伊犁地区草地类型判别与分类研究

在遥感和地理信息系统技术支持下,我国草地类型学研究有新的进展。本研究在伊犁地区草地群落高度、盖度、地上生物量、地下生物量、草地表层土壤容重、土壤全碳、土壤有机碳、土壤全氮、土壤全磷等空间分布数据的基础上,通过对不同草地类型不同指标的特征值分析,研究确定各草地类型不同指标的阀值范围,采用决策树分类法,实现新疆伊犁地区草地类型自动判别。研究结果表明,利用伊犁地区不同草地类型在群落高度、盖度、地上生物量、地下生物量、草地表层土壤容重、土壤全碳、土壤有机碳、土壤全氮、土壤全磷9个指标的特征值作为草地类型划分的依据,可以简单直观地反映各类草地的空间分布面积和分布范围,与20世纪80年代草地调查数据比较,分布趋势一致,结果可靠。同时,本研究为伊犁地区草地资源利用管理提供基础,为伊犁地区草地资源监测和信息管理平台建设提供依据,对于指导新疆伊犁地区草地畜牧业生产具有现实意义。     

陕西省天然草地生物量空间分布格局及其影响因素

草地生态系统是全球陆地生态系统的重要组成部分,在全球碳循环中扮演着重要角色。以陕西省天然草地为研究对象,基于57个调查样地的地上、地下和凋落物生物量资料,分析不同植被类型草地生物量的空间分布特征及其影响因素,并揭示其之间的相互关系,为我国草地生态系统碳汇研究提供基础数据。结果表明:7种草地类型(暖性草丛类、暖性灌草丛类、温性山地草甸类、温性草甸草原、温性草原、温性荒漠草原类和低地盐化草甸类)的各部分生物量存在显著差异(P<0.05),其地上生物量分别为:238.3,293.6,157.0,350.5,156.9,99.9和144.6 g·m^-2,地下生物量分别为:670.2,560.5,726.3,1072.5,719.5,1156.7和775.0 g·m^-2,凋落物生物量分别为:332.2,294.0,328.5,271.4,107.4,97.2和155.7 g·m^-2;但是其群落总生物量差异不显著,分别为:1353.9,1240.8,1405.3,1501.0,983.8,1148.1和1075.3 g·m^-2。地下生物量均大于地上生物量和凋落物生物量,其分配比例介于38.8%~77.4%之间;地上生物量和凋落物生物量随海拔高度增加而极显著减少(P<0.01);地上生物量随生长期降雨量增加而极显著增加(P<0.01),随年均温增加而减少(P>0.05);地下生物量对降雨和温度的响应均不显著。因此,降水是陕西省天然草地生态系统地上生物量最主要的限制因子,且主要受生长期水分供给的制约,温度尚不是主要限制因子。     

新疆荒漠草地生物量估算及影响因素研究

为探究新疆荒漠草地生物量反演模型及其影响因子,基于Terra/MODIS,NOAA CDR NDVI,SPOT/VGT等遥感产品数据及草地地上生物量实测数据,构建研究区荒漠草地地上生物量植被指数反演模型,分析新疆荒漠草地地上生物量时空分布规律,运用趋势分析法和相关性等方法,揭示了生物量演变趋势与气温、降水的关系。结果表明：建立的不同遥感数据源生物量模型中,指数函数反演模型精度最高,决定系数和估算精度分别为0.66和70.93%;基于2000—2019年归一化植被指数(Normalized difference vegetation index,NDVI)变化趋势发现,新疆荒漠草地以稳定和改善为主;研究区2000—2019年间荒漠草地地上生物量空间分布格局整体表现为北高南低的趋势,20年间荒漠草地平均地上生物量为38.92 g·m^-2;2000—2019年气温与降水均上升,年平均升温率和降水率达到了0.32℃·(10 a)^-1和2.18 mm·(10 a)^-1,50%以上的地区荒漠草地与气温、降水呈正相关关系,生物量与降水的相关性优于气温。研究结果可为新疆草地保护和改善、生态环境建设提供科学依据和技术支持。     

河北省草地资源分布及植被特征动态

根据河北省2005-2007年草地地面调查,结合1979-1984年河北省草地调查资料,确定了河北省草地类型、面积、分布及物种组成特征,并对河北省草地盖度、高度和产草量年际变化动态进行了监测研究。结果表明,1)草地类型、面积及分布:河北省有温性草甸草原、温性草原、暖性灌草丛、暖性草丛、山地草甸草原、低地草甸、沼泽草地等7个草地类型;草地分布分为坝上高原区、山地丘陵区草地及滨海平原区;2)草地产量(干草):暖性灌草丛(5 133.35 kg/hm²)＞暖性草丛(4 182.22 kg/hm²)＞山地草甸(坝上高原区)(3 268.35 kg/hm²)＞温性草甸草原(2 665.94 kg/hm²)＞山地草甸(山地丘陵区)(2 111.55 kg/hm²)＞低地草甸(1 872.44 kg/hm²)＞温性草原(1 103.29 kg/hm²),暖性灌草丛产量最高,温性草原产量最低。3)草地植被盖度:山地草甸(坝上高原区)(93.97%)＞山地草甸(山地丘陵区)(82.60%)＞低地草甸(82.26%)＞暖性灌草丛(79.70%)＞暖性草丛(76.91%)＞温性草甸草原(71.59%)＞温性草原(57.63%),山地草甸的植被盖度最大,温性草原的植被盖度最小。4)草地植被高度:暖性草丛(49.25 cm)＞暖性灌草丛(34.18 cm)＞山地草甸(坝上高原区)(28.88 cm)＞温性草甸(26.22 cm)＞山地草甸(山地丘陵区)(21.98 cm)＞温性草原(19.77 cm)＞低地草甸(18.77 cm),暖性草丛草地植被高度最高,低地草甸草地植被高度最低。5)草地植被动态:2006年草地植被基本以正向波动为主,2005和2007年基本以负向波动为主,其中2007年植被负向波动率大于2005年植被负向波动率。按草地类型,暖性草丛类草地年际波动幅度最大,温性草原草地次之,温性草甸草地的年际波动幅度最小,其他类草地年际波动幅度介于暖性草丛类草地、温性草原类草地与低地草甸类草地之间。     

偏最小二乘在遥感监测西藏草地生物量上的应用

在多年平均年最大归一化植被指数(NDVI)的基础上,结合西藏地区年降雨量、年积温等气象资料,利用偏最小二乘(partial least squares, PLS)回归方法对数据进行分析并建立西藏地区草地生物量与归一化植被指数、降雨量等解释变量的回归估测模型.并和一般最小二乘法(ordinary least squares, OLS)中的逐步回归法(Stepwise)相比较.结果表明:草地生物量与年最大NDVI值和年降雨量有很强的相关性,偏最小二乘回归在拟合及估测效果上均优于一般最小二乘的逐步回归法,回归方程的相关系数为0.89,取得了较为可靠的结果.偏最小二乘回归在解释变量多、样本个数少、变量间存在多重共线性时尤为有效,为遥感监测植被生物量时的数据处理提供了新的途径.     

Large-Scale Spatial Patterns of Grassland Community Properties in the Inner Mongolia Autonomous Region,China

Mapping large-scale spatial patterns of grassland community properties in the Inner Mongolia Autonomous Region of China and learning how they are affected by environmental factors are vital to understand grassland changes in response to climate change and human activity. We collected data on six grassland community properties across 198 sample plots in the Inner Mongolia Autonomous Region: height, coverage, aboveground biomass (AGB), belowground biomass (BGB), soil bulk density (SBD), and species number (SN). We then analyzed the relationship between these and a range of environmental factors, including elevation, mean annual temperature (MAT), mean annual precipitation (MAP), ≥ 10 C annual accumulated temperature, humidity index, and normalized difference vegetation index (NDVI), using correlation and regression analysis. On the basis of the regression equation, we undertook a multifactor model using ArcGIS, in which different weights were assigned to each factor according to the degree of fitness between the estimated results and measured data. We then mapped the spatial distribution of grassland community properties in Inner Mongolia. We found a significant correlation between all of the grassland community properties and environmental factors measured (P < 0.01). In terms of spatial patterns, SN, height, coverage, AGB, and BGB were positively correlated with the transition from desert grassland to meadow grassland. The community properties model provided good results, with average accuracies of 53.05–90.21% and R² values of 0.40–0.68 (P < 0.01) across the six grassland community properties. The multifactor comprehensive model provides significant correlation between the predicted results and measured data. Therefore, this could be used as a basis for future studies on Inner Mongolia grasslands and to understand temporal and spatial changes of grassland in response to human activity and climate change.     

内蒙古草地地下生物量空间格局分析

本文以内蒙古地区198个草地样地地下生物量调查测定数据为基础,结合遥感及气象数据,进行草地地下生物量与海拔、年均气温、年均降雨、≥10℃年积温、湿润度和NDVI等6个生态因子间的回归分析。根据回归拟合方程,借助ArcGIS平台进行单因素插值,并通过插值预测结果与实测数据的拟合程度赋予各因素不同的权重,加权叠加估算,并综合插值出内蒙古草地地下生物量1 km×1 km栅格的空间分布图。结果表明:内蒙古地区草地地下生物量平均值为1364.06 g/m²,其中温性草原类草地的地下生物量最大,为1916.64 g/m²,温性荒漠类最小,为80.39 g/m²;草地地下生物量与年均气温、年均降雨、≥10℃年积温、湿润度和NDVI均有着极显著的相关性;空间格局上,自东北向西南方向草地地下生物量呈现由高向低过渡的趋势,呼伦贝尔盟和锡林郭勒盟东部地区的地下生物量最高,阿拉善盟大部分地区地下生物量较低;内蒙古草地植被地下生物量空间插值数据通过了检验,预测精度为66.62%。     

基于MODIS植被指数的甘南草地净初级生产力时空变化研究

利用甘南地区2006-2007年的外业实测样方草地干物质产量和MODIS植被指数数据,建立了草地地上部分干物质产量遥感反演模型,根据根冠比和干物质转碳率对2006-2008年甘南地区草地净初级生产力(NPP,net primary productivity)进行了估算,绘制了甘南草地NPP年累积量空间分布格局图和NPP月度变化动态图,对不同草地植被类型的NPP差异进行了评价。研究结果表明,2006-2008年甘南草地年NPP分别达637.04,599.98和566.59 g C/m²,其空间分布具有自西南向东北逐渐减少的趋势;年内不同草地类型的NPP均在7-8月达到最大累积量;NPP累积量最高的3种草地类型是沼泽、高寒灌丛草甸和高寒草甸,3年中最大月NPP的平均值分别达到1 137.28,553.76和527.66 g C/m²;2006-2008年甘南草地NPP持续下降,年草地NPP总量的减少速率为1.2 Tg/a,尤其是沼泽湿地的NPP下降明显,年平均减少速率达到了125.92 g C/m²。     

荒漠草原物种多样性、生产力与气候因子和土壤养分之间关系的研究

物种多样性对生态系统功能的影响是生态学领域的核心问题之一。本研究利用内蒙古荒漠草原80个野外植被、土壤调查样地资料,结合气候数据,探讨物种多样性、生产力与气候因子和土壤养分的关系,为进一步认识多样性-生产力关系提供参考。结果表明,1)物种多样性、生物量与年平均降水量均呈线性正相关,与年平均温度均呈线性负相关,与干燥指数均呈线性正相关。2)物种丰富度与土壤全磷含量呈线性负相关(R²=0.072, P<0.05),与速效氮含量呈线性正相关(R²=0.183, P<0.01),Shannon-Wiener指数与速效氮也呈线性正相关(R²=0.061, P<0.05);生物量与土壤全氮、速效氮和有机碳含量都呈线性正相关,相关系数分别为0.150,0.177,0.089(P<0.01)。3)群落生物量与物种多样性呈线性正相关关系。4)干燥指数是影响多样性和生物量的主要环境因子。     

植被指数在典型草原生物量遥感估测应用中的问题探讨

遥感技术兴起于20世纪60年代初,随后被广泛应用于草地遥感估产研究,通过不同尺度数据之间建立植被指数—生物量函数关系来完成由点及面的转换。本研究选用了14种常用于草地估产的植被指数,对内蒙古锡林浩特市白音锡勒典型草原分别建立植被指数—干重、植被指数—鲜重的回归模型并对14种植被指数进行DCA分析发现,1)鲜重及干重应用在草地生物量遥感估测中均是可行的,但干重效果要优于鲜重,考虑到实验条件限制,鲜重具有更广泛的应用;2)DCA排序的第一、二轴分别代表土壤、大气的影响,且土壤是影响植被指数最主要的因子;DCA排序将14个植被指数分为4类,综合排除了土壤及大气影响的一类植被指数,也就是归一化差异植被指数及由其衍生的土壤调整植被指数、修改型土壤调整植被指数效果最好;3)经验数据显示:当生物量低于370 g/m²时,建立的估产模型都是一元线性的;当生物量在370~720 g/m²时,一元线性模型和指数模型的模拟效果都很好;当生物量高于720 g/m²时,估产模型都是指数的,因此,随着生物量范围的增大,模型逐渐由一元线性趋近于指数模型。     

近15年呼伦贝尔沙质草原植被覆盖变化对气候因子的响应

采用2000-2015年呼伦贝尔沙质草原区MODIS NDVI数据,反演该区植被覆盖状况,结合同期6个气象站点的温度和降水量数据,采用线性回归分析、相关与偏相关分析等数理统计方法,探讨植被覆盖变化对气候因子的年际、季节响应特征。结果表明：呼伦贝尔沙质草原植被覆盖较好区域主要集中在陈巴尔虎旗的东北部、鄂温克旗的中东部以及新巴尔虎左旗的东南部区域;近15年间的研究区植被覆盖状况呈逐年波动改善趋势,尤其是2010年后的植被覆盖呈明显改善趋势;2000-2009年间的年均温呈小幅波动的平稳提升趋势,降水则呈不显著降低趋势;而自2010年后,二者的变化趋势正好相反,年均降水量呈显著增加趋势;夏季气温呈不显著降低、降水则呈显著波动增加的年际变化趋势均有利于植被生长;降水是植被覆盖状况最主要的影响因子,气温对植被覆盖的影响也较大。     

典型草原植被生物量遥感监测模型——以锡林郭勒盟为例

以锡林郭勒盟典型草原为研究区域,将遥感技术用于草地牧草产量测量,分析了遥感植被指数与牧草产量之间的相关关系,比较和分析了3种植被指数的应用范围,研究了草地牧草产量遥感监测的方法,并利用遥感植被指数建立了草地牧草产量估产模型y=368.273x 2.973(R=0.908,R2=0.824),该模型通过2005年预测值与实测值的误差统计分析,2005年估产精度达到97%,研究还表明,锡林郭勒草地牧草产量估产的植被指数是归一化植被指数(NDVI).研究结果为今后开展大面积草地牧草产量估产和动态监测提供了有效途径.