北疆不同草地类型MODIS植被指数的时空变化研究

利用卫星遥感数据TERRA/MODIS,以2004、2005年5-10月的月度变化为例,分析了北疆试验区高寒草甸、高寒草原、温性草原化荒漠、人工草地和沼泽5种草地类型植被指数(MODIS-EVI、NDVI)在各个生长阶段的变化,从而反映5种草地类型生长状况及其特性.研究结果表明,5种草地类型增强型植被指数(EVI)均比归一化植被指数(NDVI)小,两者月度变化趋势基本一致,但EVI变化幅度比NDVI小.在高寒草原、高寒草甸、温性草原化荒漠草地类型上EVI比NDVI更稳定,但在沼泽多水的自然环境和人工草地上,EVI波动幅度大于NDVI.     

NDVI和EVI在高寒草地牧草鲜质量估算和植被动态监测中的比较

对2007-2009年126景MODIS影像的归一化植被指数(NDVI)和增强型植被指数(EVI)数据进行了比较研究,并结合11个高寒草地监测点的地上生物量鲜质量(AGB)数据,通过相关分析、回归分析等方法,分析了MODIS共4种植被指数(NDVI250,NDVI500,EVI250,EVI500)在估算高寒草地牧草鲜质量中的优劣,并确定了通过EVI250估算地上生物量鲜质量的回归方程。结果表明,EVI在高寒草地上均比NDVI小,但EVI比NDVI更稳定准确。应用植被指数产品EVI估算高寒草地牧草鲜质量优于NDVI,其中在EVI250、EVI500、NDVI250和NDVI5004种植被指数中,EVI250与地上生物量鲜质量的相关性最好,相关系数为0.904(P0.01),回归方程为yAGB=-244+1316xEVI250(R2=0.817,P0.01)。     

青海省主要类型天然草地EVI动态变化

利用2002—2008年MODIS/EVI卫星遥感数据,对青海省高寒草甸类、高寒草原类、温性草原类3种天然草地类型植被指数动态进行了分析,重点研究增强型植被指数(EVI)在各生长阶段的变化,并利用波动系数对同一草地类型内部的差异进行了探讨。研究结果表明,青海省3种天然草地类型的EVI反映了草地生长的动态变化,显示出显著的周期性,与草地生长规律相符,高寒草甸类最为明显,而波动系数的变化表明同一草地类型在不同年份的相同时段内的生长状况具有一定的差异性。     

甘南州高寒天然草地生长状况遥感监测

以甘南州高寒天然草地为研究对象,利用2016-2019年草地地上生物量实测数据和MOD13Q1植被指数产品,构建了甘南州草地地上生物量遥感反演模型,分析了近20年(2000-2019年)甘南州高寒天然草地地上生物量的时空分布特征.结果表明:1)MODIS EVI植被指数适宜于甘南州高寒天然草地地上生物量变化监测研究,模型决定系数R2=0.5249,均方根误差RMSE=527.9 kg·hm-2;2)20年间甘南州高寒草甸和山地草甸的地上生物量均呈增加趋势,而沼泽类草地地上生物量呈减少趋势;3)近20年来甘南州草地呈现出整体恢复、局部恶化的趋势,全州66.04％的草地呈稳定或恢复趋势,33.96％的草地地上生物量呈减少趋势,其中18.08％的草地呈持续性恶化趋势.研究结果为甘南州草地植被动态监测和高寒草地退化修复提供了数据支持.     

基于多源遥感数据的高寒草地生物量反演模型精度——以夏河县桑科草原试验区为例

基于MODIS、Landsat-8 OLI和HJ-1A/1B CCD卫星遥感资料,结合2013-2014年甘南州夏河县桑科草原试验区野外实测数据,建立了高寒草地地上生物量遥感反演模型,筛选出基于不同遥感资料植被指数的生物量最优反演模型,比较分析了生物量最优模型的空间效应。同时,分析了2000-2013年基于MODIS植被指数估算的试验区产草量的年际变化特征。结果表明,草地生物量最优反演模型为基于Landsat-8 OLI NDVI数据的对数模型(y=727.54lnx1+495.23,R2=0.772,RMSE=31.333 kg DM·hm-2);在30和250 m空间分辨率下,基于MODIS NDVI及EVI、Landsat-8 OLI NDVI和HJ-1A/1B CCD NDVI最优模型估算的生物量均高于实测生物量,其中Landsat-8 OLI NDVI数据估算的草地生物量与实测生物量值最接近;2000-2013年试验区草地总生物量整体上具有显著增加的趋势(R2=0.590 7,P0.001),平均增加速率达50.57 kg DM·hm-2·a-1。     

青藏高原草地生物量遥感动态监测

利用青海省2006年8月地面样点实测的生物量,结合相应月份的MODIS植被指数数据,提取与样点对应的EVI和NDVI值,建立生物量与两种植被指数之间的关系模型,并分析模型的精度。结果表明,1)EVI与草地地上生物量的相关性强于NDVI。2)在不同盖度下,植被指数与生物量的相关性随着盖度的增大而增强。3)利用最优模型反演不同草地类型的逐月生物量,并分析研究区2002-2008年不同草地类型生物量的年季动态变化,发现草地生产力水平越高,草地生物量的年季变化越剧烈,说明该种类型的草地受气候变化的影响越大;生产力水平越低的草地类型,则对气候变化的敏感度较低。     

甘南州高寒天然草地生长状况遥感监测

以甘南州高寒天然草地为研究对象,利用2016?2019年草地地上生物量实测数据和MOD13Q1植被指数产品,构建了甘南州草地地上生物量遥感反演模型,分析了近20年(2000?2019年)甘南州高寒天然草地地上生物量的时空分布特征。结果表明：1) MODIS EVI植被指数适宜于甘南州高寒天然草地地上生物量变化监测研究,模型决定系数R2 = 0.524 9,均方根误差RMSE = 527.9 kg·hm?2;2) 20年间甘南州高寒草甸和山地草甸的地上生物量均呈增加趋势,而沼泽类草地地上生物量呈减少趋势;3) 近20年来甘南州草地呈现出整体恢复、局部恶化的趋势,全州66.04%的草地呈稳定或恢复趋势,33.96%的草地地上生物量呈减少趋势,其中18.08%的草地呈持续性恶化趋势。研究结果为甘南州草地植被动态监测和高寒草地退化修复提供了数据支持。     

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。     

科尔沁草原地上生物量动态的研究

通过对内蒙古科尔沁草原不同草地多年的定位监测。研究了草甸草原、典型草原、草甸及沙地植被主要类型的地上生物量年度、季节变化规律。各类草地地上生物量年度变化幅度以沙地植被最大，其次为典型草原，草甸草原及草甸变化幅度最小。各类草地地上生物量月动态为单峰型，峰期出现在8月到9月之间。月动态变化规律与降水和积温规律一致。但要滞后一个月左右。     

近30年来天水市关山南麓地区草地压力的动态变化

草地系统的安全健康关系到当地畜牧业的可持续发展。运用1978-2008年天水市关山南麓地区历年畜群数及清水、张家川气象站牧草生长期历年日照时数、平均温度及降水量测量值,构建评价该地草地压力的指数模型分析该地区畜群数、草地生产潜力及草地压力指数的动态变化。结果表明:近30年来天水市关山南麓地区畜群数随年份以1.76×104羊单位/a的速度逐年增加,草地生产潜力变化不大,草地生态压力指数以0.02/a的速度逐年上升。近5年来草地严重超载,畜群数已超过了草地的承载能力。适当限制畜群规模及扩大草地面积是未来当地畜牧业可持续发展的主要途径。     

土壤易氧化有机碳与溶解性有机碳对荒漠草地沙漠化过程中土壤碳库变异的表征

以干旱、半干旱地区荒漠草地不同沙漠化阶段土壤为研究对象,研究不同沙漠化阶段土壤易氧化有机碳与溶解性有机碳含量和分配比例变异规律,分析不同沙漠化阶段土壤碳库指数变化,探讨荒漠草地沙漠化过程中土壤易氧化有机碳与溶解性有机碳对土壤碳库的表征作用。结果表明,随着荒漠草地沙漠化程度的加剧,易氧化有机碳含量表现出一定的波动性,但整体呈下降趋势,溶解性有机碳含量呈线性下降。易氧化有机碳和溶解性有机碳分配比例均在荒漠草地达到最大值,在半固定沙地达到最小值。利用易氧化有机碳含量计算的土壤碳库管理指数随荒漠草地沙漠化程度增加表现出先下降后上升趋势,利用溶解性有机碳含量计算的土壤碳库管理指数呈线性下降趋势。易氧化有机碳、溶解性有机碳含量与土壤有机碳均显著正相关,但溶解性有机碳的相关系数略高于易氧化有机碳。通过比较活度敏感指数和碳库管理指数敏感指数发现,荒漠草地逆向演替至固定沙地过程中,易氧化有机碳的各项敏感指数均高于溶解性有机碳。固定沙地演替至流动沙地过程中,溶解性有机碳的各项敏感指数均高于易氧化有机碳,表明易氧化有机碳能够较好地表征荒漠草地沙漠化前期土壤碳库变化,而荒漠草地沙漠化中期和后期利用溶解性有机碳表征效果更好。     

人工柠条灌丛林下草地植物群落特征研究

以宁夏固原上黄东山封育的人工柠条(Caragana korshinskii Kom.)灌丛林下草地为研究对象,并以设置在其周围的放牧地天然草地作为对照,采用样线法进行群落调查,分析二者群落数量特征和地上生物量变化,以期为退化草地植被恢复提供理论依据。结果表明:上黄东山封育后的人工柠条灌丛林下草地群落物种数较放牧地显著增加,封育区本氏针茅(Stipa bungeana Trin.)的优势地位明显加强,重要值远大于放牧地;人工灌丛林下草地与放牧地的相似性系数为0.585,表明二者的相似程度不高,人工种植的柠条对群落的结构影响较大,能够改善草地群落的小生境,为新物种出现提供良好的环境;物种丰富度指数和多样性指数(Shannon-winner指数)均表现为人工灌丛林下草地显著高于放牧地(P<0.05),而均匀度指数则相反(P<0.01);人工柠条灌丛林下草地地上生物量鲜重极显著高于放牧地(P<0.01)。     

高原鼠兔危害级别划分

研究结果显示,地上植物量、植被盖度、破坏的生草面积、绝对鼠密度和有效洞口数之间均具有较高的相异性,但各自都从不同侧面反映了高原鼠兔的危害程度;5项研究指标的综合影响是评估危害程度的真实反映;植被害情是评价危害程度的主要因子,鼠密度是次要因子;将危害程度划分为4个级别,提出了划分危害级别的量化指标.不同指标值在各危害级别中的排序是,鼠密度:Ⅳ<Ⅰ<Ⅱ<Ⅲ;有效洞口数:Ⅳ<Ⅰ<Ⅱ<Ⅲ;破坏的生草面积:Ⅰ<Ⅱ<Ⅲ<Ⅳ;植被覆盖度:Ⅳ<Ⅲ<Ⅱ<Ⅰ;地上植物量:Ⅳ<Ⅲ<Ⅱ<Ⅰ;单纯以鼠密度划分危害级别或评估危害程度的方法是不正确的.     

黄土区苜蓿人工草地群落生态与生产功能演替

对黄土区苜蓿人工草地群落31年时间序列生态和生产功能演替过程进行了研究,结果显示, 1)人工草地群落生态功能越来越趋向于天然草地。生态功能随群落结构变化显著,其变化过程大致可分为3个演替阶段,即2~6龄紫花苜蓿草地阶段、6~31龄苜蓿人工草地向长芒草天然草地演替的过渡阶段、31龄之后的长芒草次生天然草地阶段;苜蓿种群在6龄后开始退化演替,其重要值、群落多样性指数、均匀度指数和优势度指数逐渐减小,群落结构趋向于复杂化,生态稳定性相对增大,群落演替逐步向天然植被演化。2)苜蓿人工草地群落生产功能呈“倒V”型变化趋势。群落生产力随演替年限延长先增大后减少,6龄苜蓿草地的年生物量最大,之后,年生物量逐渐下降。年生物量与苜蓿种群重要值相关系数最高,与多样性指数的直接通径系数最高,多样性指数和年生物量二者之间的相关性随人工草地生长年限延长呈“倒V”型变化趋势,6龄苜蓿人工草地二者相关性最高,成为人工草地“生产”和“生态”功能的转折点。3)可通过灭杂、施肥、有效利用水分和探索适宜栽培种植方式来遏止人工草地向“生态稳定性”天然草地恢复的趋势,延缓其“生产稳定性”,以保持人工草地的生产、生态可持续。     

基于最优模型选择的牧草地上生物量遥感估算研究

生物量快速精准监测对于草地资源的可持续开发和利用具有重要意义。以青海省海晏县草场为研究区,采用Sentinel-2影像结合地面实测数据进行牧草生物量估算研究并探究最优模型。构建21种典型植被指数与生物量的关系模型,包括单变量指数模型、多元线性模型和随机森林模型,并采用留一交叉验证决定系数和均方根误差进行模型精度检验和最优模型选择。结果表明：绿色叶绿素指数（Green chlorophyll index,CI_green）和归一化差异水体指数（Normalized difference water index,NDWI）与生物量具有最优拟合关系,同样反映牧草水分和叶绿素含量的其他指数在模型中也具有重要的贡献占比,说明牧草的长势和水分含量对牧草生物量的估算具有较大影响。3种模型中,多元模型精度高于单变量模型,非线性模型精度高于线性模型。其中随机森林模型效果最优,R_cv²达到0.74,RMSE_cv达到187.71 g·m^-2,并且该模型在缓解“过饱和”方面也具有明显优势。